September 27, 2022

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2021-01-18

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2015-02-02

『내가 바로 초보자다!! – 인쇄회로기판(PCB)편』

안녕하세요..^^ 『내가 바로 초보다!!』를 쓰고 있는 저자 유광원입니다. 장마가 끝나니 엄청난 무더위가 몰려왔습니다. 평균 32~3도는 되는거 같네요..ㅠ.ㅠ 몸에 열이 많은 저로선 정말 힘든 나날입니다..ㅠ.ㅠ 여러분은 어떻게 지내고 계신가요??ㅎ 열심히 힘내서!! 이 무더위를 열심히 해쳐나가봅시다!!ㅎㅎ 그럼 시작하겠습니다.

1. 인쇄회로기판(PCB)란 무엇인가?

<<출처 : http://cafe.daum.net/fe114/M2Ub/17?docid=3497505004&q=pcb+%EC%A2%85%EB%A5%98 >>
인쇄회로기판 (PCB : Printed Circuit Board)은 PWB 라고도 불리우며, 여러 종류의 많은 부품을 페놀수지 및 에폭시 수지 등의 절연판 한쪽면 또는 양쪽면에 동박 (Copper foil)을 압착시킨 후에 회로에 따른 패턴(배선)을 형성하고 불필요한 부분은 부식시켜 동박을 제거하여 회로를 구성합니다. 이 인쇄회로기판에 부품의 리드의 관통을 위한 구멍(through hole)이나, 윗면(Top층)과 아랫면(Bot층)사이의 배선간을 연결하기 위한 구멍(Via)를 뚫어 도금을 하고, 윗면과 아래면을 Photo Solder Resist(PSR)잉크로 도포하면 인쇄회로기판이 완성됩니다.
인쇄회로기판(PCB)의 최초의 인식은 18세기로 거슬러 올라가지만, 1903년 한센(잉글랜드 태생)에 의해 구체적으로 만들어졌고, 1941년 아이스터(잉글랜드 태생)가 금속박(Copper clad)를 Etching으로 가공한 PCB 제조방법을 고안함으로써 현대적인 의미를 갖게 되었습니다. 1945년 (2차 세계대전)에서 포탄의 신관에 사용되면서 양산체제를 갖추게 되었으며, 그 후 Transistor등의 부품 기술 개발과 함께 꾸준한 성장을 하여 기구 부품으로써 확실한 영역을 구축, 반도체의 기술진보와 전자 기술의 응용범위가 확대됨에 따라 CAD/CAM System등을 도입하여 보다 고 정밀도를 향한 노력이 진일보 되고 있습니다.

2. 인쇄회로기판(PCB)의 장,단점

<< 출처 : http://cafe.daum.net/fe114/M2Ub/17?docid=3497505004&q=pcb+%EC%A2%85%EB%A5%98 >>
사용하는 대부분의 전자 부품이 PCB 위에 부착되며, 부착 밀도나 기기의 형태 등의 조건에 따라 PCB의 모양을 정할 수 있으므로, 다른 부품에 비하여 제품 선택의 폭이 넓습니다. PCB를 사용하여 전자 기기를 제조하였을 때 얻어지는 일반적인 장점&단점은 다음과 같습니다.

인쇄회로기판(PCB)의 장점
1) 대량 생산이 가능하다.
2) 제품의 균일성과 신뢰성이 높다.
3) 소형 경량화에도 기여한다.
4) 회로의 특성이 안정화된다.
5) 잡음, 온도 등이 안정 상태를 유지한다.
6) 오배선의 우려가 없고, 생산 단가가 저렴하다.
7) 조립, 배선, 검사의 공정수가 감소한다.
8) 제조의 표준화와 자동화를 기할 수 있다.
9) 기기의 단위(unit)화가 가능하다.

인쇄회로기판(PCB)의 단점
인쇄회로기판(PCB)의 단점은 결정된 회로로 설계된 PCB는 설계 변경이나 다른 회로에 사용하기 어렵고, 소량 다품종 생산이 요구되는 경우에는 제조 단가가 높아집니다.

3. 인쇄회로기판(PCB)의 종류

<< 출처 : http://solder.tistory.com/93 >> 표작성자 : 유광원 사원

이제 인쇄회로기판(PCB)의 종류를 알아보겠습니다.
PCB 종류

더욱 더 세분화된 종류들이 있지만 이 글이 초보자들을 위한 글인 만큼 쉽게 요약하여 표를 작성해보았습니다..^^

4. 인쇄회로기판(PCB)의 작업공정

<< 출처 : http://www.ylpcb.co.kr/business_02_2.html >> 표 작성자 : 유광원 사원
인쇄회로기판(PCB)의 작업 공정에 대해 알아보도록 하겠습니다. 인쇄회로기판(PCB)를 만들기 위해선 총 26가지의 작업 공정을 거쳐야 여러분이 지금 사용하시고 계신 인쇄회로기판(PCB)가 완성이 됩니다. 그럼 인쇄회로기판(PCB)가 어떻게 만들어지는지 표를 보시도록 하겠습니다.

PCB 작업공정표클릭 하시면 더 크게 보실 수 있습니다..^^v

잘 보셨는지요??^^ 위 표는 인쇄회로기판(PCB)의 공정을 아주 간략하게 적은 내용입니다. 더욱 더 자세한 공정에 대해 알아보고 싶으시다면 (http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=designhope&logNo=50099850363) 위 출처로 가셔서 첨부파일을 받으시면 그림과 함께 자세한 내용이 나와있습니다. 그럼 마지막으로 인쇄회로기판(PCB) 공정 작업 중 제일 중요한 표면처리에 대해 알아보도록 하겠습니다.

5. 표면처리란? 무엇인가

<< 출처 : http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=rainbow1479&logNo=24926906 >>
표면처리에 대하여 말씀드리겠습니다. 26가지의 공정 중 “표면처리”가 제일 중요한 이유는 기판내에 회로를 구성하는 성분은 동(Copper)인데, 동은 공기중에 노출이 되게 되면 산화막이 형성되어 실장업체에서 *Solder Cream을 발라 IR Reflow나 *Wave Soldering을 하는 작업을 방해하여 소자들이 기판패드에 제대로 실장이 되지 않기 때문입니다. 따라서 기판에 실장을 하기 위하여 표면처리는 필수적인 작업입니다. 그럼 여러업체에서 가장 많이 사용하는 표면처리 기법을 7종류로 나눠보았습니다.


※ 여기서 잠깐!!
Solder Cream 이란? : 납 분말과 주석분말 및 특수 Flux를 균일하게 혼합하여 만든 Pasre상태나 Cream상태의 납을 말한다.
Wave Soldering 란? : 용해시킨 땜납 욕면에 분류로 인한 땜납액을 만들어 그 파두에 납땜을 하는 재료를 접속시켜 납땜하는 방법

HASL (Hot Air Solder Levelling)

HAL(Hot Air Lebelling)이라고도 하는 이 방식은 많은 기판 업체에서 사용하고 있는 방식중의 하나입니다. Pb/Sn 합금(Solder)을 녹여서 콘베어에 지나가는 기판에 묻혀 이후 공정에서 뜨거운 바람(Hot Air)를 가해 Solder의 두께를 평탄화 시킵니다. 매우 쉬운 방법이면서 가장 많이 알려진 방식이며, 검증된 방식이기에 많은 업체들이 사용을 하고 있으나 최근 환경 문제로 인해 향후 점차 그 사용 범위가 축소될 것으로 보이며 기판의 회로 밀도가 증가 되면서 실장 패드와 패드간의 간격이 협조해져 Solder Birdge가 형성되는 등 미세 패턴에서는 적용하기가 힘든 단점이 있습니다.

무전해 금도금 (Electroless Gold Plating)

휴대폰 등과 같이 고밀도 기판에 적용이 많이 되고 있는 방식입니다. 우선 동위에 무전해 니켈을 약 5미크론 가량 도금하고 0.03미크론 가량의 금을 무전해 방식으로 니켈위에 도금을 합니다. 상술하였다시피 무전해 방식으로 동위에 선택적으로 도금이 되기 때문에 고밀도 회로에서는 적합하지만 HASL 공정에 비해서 가격이 3~4배 가량 비싸며 니켈 도금조의 인(Phosper)의 농도 관리를 잘못하게 되면 니켈이 산화가 되어 black Pad라는 현상이 생기게 되는데 블랙패드가 형성된 부위에서는 금이 안올라가 능동, 수동 실장시 문제를 불러 일으킬 수가 있다. 또한 금도금 도금조에 있는 시산화 이온은 환경친화적이지 못한 물질이므로 폐수처리 장비에 별도 특수 장비를 설치해야 합니다.

OSP (Orhanic Solderability Preservative)

Alkyl Imidazole 형태의 유기 화합물을 구리위에 선택적으로 0.2~0.4미크론 가량의 피막을 형성시켜 동의 산화를 방지합니다. 선택적으로 동위에 도포가 되기 때문에 미세 회로에 매우 적합하며 폐수 등의 걱정이 없기 때문에 환경 친화적인 물질입니다. 그리고 최근 많은 실장업체들이 친환경적인 OSP 사용을 꾸준히 요구하고 있는 상태이나 유기물질로 도포가 되어 있기 때문에 제품 취급 부주의로 인해 실장 패드에 sctatch가 발생하면 OSP 도포막이 깨져 동이 그대로 노출이 되게 됩니다. 또한 실장하기전 장기 보관을 하고 있을 경우 실장 신뢰성에 문제가 있을수도 있습니다.

전해 소프트 골드 (Electrolytic Soft Gold Plating)

BGA나 CSP등의 반도체 Package 제품의 Wire Bonding하는 곳에 사용이 되는데 도금은 무전해 니켈 금도금으로 수행되며 그 이후에 전기를 걸어 다공성이 높고 두께가 0.4~0.6미크론 가량 올리는 방법입니다.

※ 여기서 잠깐!!
Wire Bonding 이란? :
IC나 LSI 등, 팁의 전극부와 패키지의 리드선 단자 간을 금이나 알루미늄, 동 등을 가느다란 와이어로 접속하는 방법을 말한다.

전해 하드 골드 (Electrolytic Hard Gold Plating)

IC Module 부위의 단자나 휴대폰 배터리 부위에 충전시킬 때 노출된 단자와 같이 소켓에 끼웠다 빼었다해도 마찰력에 견딜 수 있는 금도금입니다. 금도금조에 광택제(Brightner)를 가해 금도금 입자가 매우 조밀하게 만들어 금도금의 밀도도 크고 물리적으로도 강성을 가지게 되며, 보통 0.76미크론 이상의 두께를 확보해야 합니다.

무전해 주석 도금 (Immersing Tin Plating)

미국을 중심으로 하는 세트 실장업체에서 많이 요구하고 있는 방식으로 친환경적이고 고밀도 회로에 적합한 방식이지만 표면처리된 부위에 취급 부주의로 인하여 사람이 맨손으로 만지게 되면 산화가 일어나거나 물리적 강성이 약해 스크래치 발생 시 동이 노출이 될 수가 있습니다. 또한 Whisker라는 불량이 생기게 되어 실장성을 저해 시키는 불량이 간혹 발생 되기도 합니다.

※ 여기서 잠깐!!
Whisker 란?? : 돌기형으로 성장한 금속의 결정으로, 고양이의 수염과 비슷하다고 해서 이 이름이 붙여졌다. 콘덴서 내부 단락 사고의 원인으로서 발견된 것인데, 극히 변형이 어렵고 탄력성이 풍부하므로 재료의 강화 등에 사용된다.

무전해 은도금 (Immersing Silver Plating)

이 방식도 미국의 실장업체에서 꾸준히 요구하고 있는 방식입니다. 아직 검증되지 않은 방식이어서 많은 기판 업체에서 적절하게 대응을 하지 못하고 있는 방식이며, 공정관리가 어렵다라고 알려져 있습니다.
미흡한 글이지만 잘 보셨나요??ㅎ 여태까지 『내가 바로 초보자다!!』시리즈 중 이번건이 제일 까다로웠던거 같습니다. 그냥 막무가내로 붙여넣기 한 글 같지만 나름 고민도 많이하고 내용도 요약하면서 적은 내용이기에..ㅎㅎ 그럼 인쇄회로기판(PCB)의 관한 내용을 마치겠습니다. 읽어주셔서 감사합니다..^^

인쇄회로기판(PCB) 사러가기

내가 바로 초보자다!! 시리즈 보기⊙▼⊙v

1탄 저항편 2탄 다이오드편 3탄 커패시터편 4탄 센서편 5탄 서미스터 온도센서편

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