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다층 PCB란 무엇인가: 제조, 설계 및 비용?

IPC III 표준을 준수하여 다층 리지드, 플렉스, 리지드-플렉스 및 하이브리드 보드를 포함하여 최대 56층 PCB를 전문적으로 제조합니다.

​소개

​다층 인쇄 회로 기판(PCB)은 FR-4와 같은 유전체 재료로 분리된 두 개 이상의 전도성 구리 층으로 구성됩니다. 이러한 PCB는 양쪽과 내부에 묻힌 층에 배치할 수 있어 구성 요소 밀도를 높여 복잡한 디지털 회로, RF/마이크로파 시스템, 고속 컴퓨팅 및 높은 상호 연결성이 필요한 기타 애플리케이션에 이상적입니다.

이 문서에서는 다층 PCB 기술에 대한 심층적인 개요를 제공하며, 다음을 다룹니다.

다층 PCB 제조 공정

재료 및 구조

주요 설계 고려 사항

모델링 및 분석

열 관리

신호 무결성

비용 상쇄

신뢰성 요인

다층 PCB 기능과 설계 모범 사례를 이해하는 것은 전자 제품 개발에서 이점을 활용하는 데 필수적입니다.

  • ​다층 PCB란 무엇인가: 제조, 설계 및 비용?

  • 6층 PCB

  • 8층 PCB

  • 10층 PCB

  • 12층 PCB

​다층 PCB 제조 공정

​다층 PCB를 제작하려면 여러 양면 회로 층을 하나의 통합된 보드로 접합하기 위한 특수 순차적 적층 공정이 필요합니다. 일반적인 제조 단계는 다음과 같습니다.

1. 내부 층 형성
처리된 구리 도금 라미네이트에 회로 트레이스를 정의하기 위한 포토리소그래피 패터닝.
트레이스를 남기고 원치 않는 구리를 제거하기 위한 에칭.
층 등록 타겟과 툴링 홀 추가.
트레이스의 전기적 테스트 수행.
적층을 위한 표면 준비.

2. 층 적층
시트 적층 프레스를 사용하여 층을 함께 접합.
코어, 프리프레그, 구리 및 유전체의 스택업 배열.
라미네이트를 형성하기 위해 온도와 압력 하에서 경화.

3. 드릴 홀
도구 및 비아 홀을 생성하기 위한 고정밀 드릴링.
각 층을 정확하게 드릴링하기 위한 정확한 등록 보장.

4. 홀 플레이팅
얇은 전도성 층으로 무전해 구리 도금.
원하는 두께를 얻기 위한 전해 구리 도금.
구리는 내부 층과 드릴 구멍에 쌓입니다.

5. 외부 층 처리
액체 포토이미징(LPI) 솔더 마스크 적용.
식별 표시가 있는 범례 인쇄.
외부 층 회로 패터닝 및 에칭.
개별 PCB로의 패널 라우팅.

6. 테스트 및 품질 보증
자동 광학 검사(AOI).
네트 연결 테스트.
임피던스, 고전압 및 기능 테스트.
차원적 품질 관리.

이러한 단계는 광범위한 고급 전자 응용 분야에 적합한 고품질의 안정적인 다층 PCB 생산을 보장합니다.

다층 PCB

​다층 PCB 재료 및 구조

다층 기판은 유전체 프리프레그와 코어 층으로 분리된 전도성 구리 층으로 구성됩니다. 다음은 일반적인 재료 옵션입니다.
전도성 층:
압연 어닐링 구리 호일(1/2~3온스 두께)
전착 구리 호일
마감: 은, 금 또는 니켈 도금
유전체 층:
FR-4(유리 강화 에폭시)
고 Tg 에폭시(고온 안정성용)
RF/무선 보드용 PTFE(테프론)
폴리이미드(유연한 PCB용)
시아네이트 에스테르(레이더 및 방위용)
본딩 층:
FR-4 프리프레그(부분 경화 수지)
Rogers 프리프레그
플루오로폴리머 접착 필름
강화 및 비강화 옵션

일반적인 다층 구조:
4~6층: 낮음~보통 복잡성
8~10층: 보다 복잡한 디지털 보드
12~16층: 고급 RF 및 데이터 처리
20+ 레이어: 매우 밀도 높은 상호 연결
60+ 레이어: 최첨단 HDI 기술

​다층 PCB 설계 고려 사항

pcb 편집됨

다층 PCB 설계는 더 높은 상호 연결 밀도, 열 특성, 제조 제약 및 신호 무결성 요소로 인해 어려움이 있습니다. 다음은 주요 다층 PCB 설계 지침입니다.
보드 스택업:
전기적, 열적 및 CTE 특성을 기반으로 유전체 재료를 선택합니다.
다양한 라미네이트 조합으로 성능을 모델링합니다.
가능하면 대칭 구조를 사용합니다.
각 신호 계층에 대한 참조 평면을 통합합니다.
평면 계층을 신중하게 할당합니다(접지, 전원, 신호).
고속 라우팅:
고속 넷에 임피던스 제어 라우팅을 사용합니다.
접지/전원 평면 사이에 민감한 트레이스를 배치합니다.
차동 쌍에 대한 트레이스 폭과 간격을 맞춥니다.
갑작스러운 굽힘, 스터브 및 길이 불일치를 최소화합니다.
적용된 환경에서 성능을 시뮬레이션합니다.
열 설계:
핫스팟 및 열 확산 계층을 모델링합니다.
열 전도를 위해 열 비아를 통합합니다.
열 확산을 위해 더 두꺼운 구리 평면을 사용합니다.
열 전도성이 좋은 유전체를 선택합니다.
적절한 구성 요소 간격과 공기 흐름을 보장합니다.

신호 무결성:
노이즈 커플링을 분리하기 위해 레이어 스택업을 최적화합니다.
고속 트레이스에 대한 리턴 경로를 지정합니다.
일관된 리턴을 위해 도금 관통 구멍을 사용합니다.
커패시터 및 저항과 같은 수동 구성 요소를 통합합니다.
디커플링 및 종단에 대한 조항을 포함합니다.

전력 분배:
공급 장치 수에 대한 적절한 핀아웃을 제공합니다.
아날로그 및 디지털 회로에 대해 별도의 레귤레이터 영역을 사용합니다.
공급 소스 근처에 대량 디커플링을 제공합니다.
분기 길이를 최소화하기 위해 전원 플레인을 분산합니다.

구성 요소 레이아웃:
밀도를 높이기 위해 양쪽에 구성 요소를 배치합니다.
라우팅을 간소화하기 위해 유형별로 구성 요소를 그룹화합니다.
구성 요소가 보드 윤곽에 맞는지 확인합니다.
필요한 경우 재작업을 위한 액세스 공간을 제공합니다.
라우팅 채널에 대한 여유 공간을 허용합니다.

레이어 전환:
가능한 경우 레이어 변경을 최소화합니다.
레이어 전환에 블라인드/매립 비아를 사용합니다.
레이어를 변경할 때 테이퍼 트레이스 폭.
매끄러운 임피던스 전환을 보장합니다.
테스트 가능성:
테스트 포인트, 포트 및 전위 프로브를 포함합니다.
네일 베드 테스트를 위한 테스트 패드 그리드를 제공합니다.
가능한 경우 내장 테스트 구조를 추가합니다.
디버그 인터페이스 포트에 대한 액세스를 용이하게 합니다.

이러한 가이드라인은 다층 PCB의 안정성, 성능 및 제조 가능성을 보장하여 현대 전자 설계의 복잡성을 해결합니다.

​모델링 및 분석

재료 속성, 스택업, 구성 요소 레이아웃 및 라우팅 밀도 간의 여러 상호 작용을 감안할 때 모델링 도구는 효과적인 다층 PCB 개발에 필수적입니다.

전자기 시뮬레이션:
복사, 결합 및 공진을 모델링합니다.
스택업, 트레이스 지오메트리 및 분할 문제를 감지합니다.
필요한 차폐 및 접지 평면을 식별합니다.
신호 무결성:
임피던스 불연속성 및 반사를 분석합니다.
종단 전략 및 전송선 효과를 확인합니다.
손실, 노이즈 및 결합을 고려합니다.
전력 무결성:
DC 및 AC 공급 특성을 모델링합니다.
전력 공급망 설계를 확인합니다.
디커플링 및 PDN의 효과를 포함합니다.
열 분석:
부하 하에서 온도 프로파일을 예측합니다.
구성 요소 레이아웃에서 핫스팟을 식별합니다.
방열 및 확산의 영향을 모델링합니다.
진동/충격 분석:
진동 모드 및 공진을 평가합니다.
필요한 기계적 보강을 식별합니다.
구성 요소 장착 및 솔더 접합 신뢰성을 확인합니다.
DFX 분석(Design for Excellence):
제작, 조립 및 테스트를 위해 설계를 확인합니다.
서비스 가능성 및 재작업 고려 사항을 평가합니다.
제조 가능성, 수율 및 비용을 개선합니다.
이러한 모델링 도구는 현대 전자 설계에 내재된 복잡성을 해결하여 다층 PCB의 신뢰성, 성능 및 제조 가능성을 보장합니다.

​비용 고려 사항

​다층 PCB의 복잡성이 증가함에 따라 제조 비용이 높아집니다. 주요 요인은 다음과 같습니다.

층 수: 추가 전도성 층은 이미징, 도금 및 적층을 위한 더 많은 공정 단계로 인해 비용을 증가시킵니다.

보드 크기: 더 큰 보드에는 일반적으로 24"x36"에서 28"x44"까지의 더 큰 용량의 장비가 필요합니다.

더 높은 밀도: 더 엄격한 트레이스 및 간격 허용 오차, 더 작은 구멍 크기, 더 많은 층에 더 얇은 재료 사용은 모두 비용 증가에 기여합니다. 복잡한 패널화 및 브레이크아웃도 비용을 증가시킵니다.

고급 재료: 저손실 라미네이트, 얇은 코어/프리프레그, 더 두꺼운 구리 및 적층 마이크로비아와 같은 특수 재료는 더 비쌉니다.

저용량: 비정기 엔지니어링 비용은 규모의 경제성을 활용할 수 없는 소규모 생산에 적용됩니다.
이러한 요소를 이해하는 것은 다층 PCB 제조에서 비용을 효과적으로 관리하는 데 중요합니다.

​비용 고려 사항

다층 PCB 신뢰성에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.
제조 공정 제어:
뛰어난 드릴 등록 정확도.
공극을 방지하기 위한 엄격한 적층 품질.
연속성과 접착을 위한 도금 무결성.
적층 품질:
높은 유리 전이 온도(Tg).
낮은 열 팽창 계수(CTE).
최소한의 수분 흡수 특성.
설계 요인:
효율적인 내부 층 열 발산.
적절한 기계적 보강 및 강성.
최적의 구성 요소 레이아웃 및 밀도.
테스트 및 검사:
자동 광학 검사(AOI).
포괄적인 네트 연결, 회로 내 및 기능 테스트.
내부 구조 평가를 위한 X선 분석.
도금 품질을 평가하기 위한 단면 분석.
온도, 습도 및 진동 회복성을 위한 환경 스트레스 테스트.
이러한 요인은 다층 PCB의 신뢰성과 성능을 보장하는 데 중요합니다.

​비용 고려 사항

​다층 PCB 기술은 도금된 구멍과 비아를 통해 상호 연결된 적층 회로 층을 활용하여 더 조밀하고 성능이 더 높은 전자 설계를 만드는 것을 용이하게 합니다. 이러한 이점을 얻으려면 특수 소재를 선택하고 활용하고, 고급 모델링 도구를 사용하고, 정교한 열 및 신호 무결성 기술을 구현하는 데 능숙해야 합니다. 또한 엄격한 테스트를 통해 신뢰성을 보장하고 고급 제조 공정을 마스터하는 것이 중요합니다. 이 문서에서는 다층 PCB 기능에 대한 철저한 개요를 제공하여 엔지니어에게 현대 전자 제품의 엄격한 요구 사항을 충족하는 견고한 다층 보드를 효과적으로 설계, 분석 및 생산하는 데 필요한 지식을 제공합니다.

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