4층 PCB 제조의 핵심 단계는 무엇인가요?

소개

고밀도 전자 기기가 보편화된 오늘날, 신뢰성 있고 소형이며 전기적으로 견고한 회로 기판에 대한 수요는 계속 증가하고 있습니다. 4층 PCB, 즉 사층 프린트회로기판은 소비자용 IoT 장치에서 산업용 제어 시스템 및 자동차 전자장치에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 가장 널리 채택된 솔루션 중 하나가 되었습니다.

간단한 회로의 경우 2층 PCB로 충분할 수 있지만, 높은 클록 주파수, 혼합 신호 설계, 소형 디바이스 크기와 같은 기술 트렌드는 향상된 신호 무결성, 낮은 전자기 간섭(EMI), 더 나은 전원 분배를 요구하게 되며, 이러한 모든 이점은 4층 PCB 적층 구조를 통해 제공됩니다.

심천에 위치한 PCB 제조업체이자 UL, ISO9001, ISO13485 인증을 획득한 신뢰할 수 있는 공급업체 킹필드(kingfield)에서 제공하는 이 종합 가이드를 통해 다음 내용을 확인해 보세요.

• 4층 PCB의 구성과 기능
• 상세한 단계별 4층 PCB 제조 공정
• 적층 구조 개념, 내층 에칭 및 라미네이션 공정.
• 설계(신호, 전원 및 접지 평면 배치, 임피던스 제어, 비아 관리) 및 하류 조립을 위한 모범 사례.
• 드릴링(CNC), 비아 도금 및 전기도금, 납필름 선택 및 경화, ENIG, OSP, HASL 등의 표면 마감 처리 기술.
• AOI 및 인서킷 테스트(ICT)와 같은 주요 품질 관리 및 테스트 표준.
• 품질, 비용 효율성 및 성능을 위해 소재 준비, 공정 흐름 및 적층 최적화를 통합하는 방법.

4층 PCB란 무엇인가?

A 4층 PCB (사층 프린트회로기판)은 절연 유전체 층으로 분리된 4개의 구리 도체 층이 적층된 다층 PCB의 일종입니다. 4층 PCB 적층 구조의 핵심 아이디어는 기존의 2층 PCB에 비해 복잡한 회로 배선에 더 큰 자유도와 신뢰성을 제공하고, 임피던스 제어, 전원 분배 관리 및 EMI 최소화를 가능하게 한다는 것입니다.

구조 및 일반적인 레이어 스택업

일반적인 4층 PCB는 구리와 유전체(프리프레그 및 코어라고도 함)를 번갈아 적층하여 강성 있고 평평한 구조를 만든다. 각 레이어는 일반적으로 다음 기능을 나타낸다:

이 배치(Signal | Ground | Power | Signal)는 산업 표준이며 여러 가지 공학적 이점을 제공합니다.

• 외부에 위치한 신호 조립 및 문제 해결을 더 쉽게 만듭니다.
• 고속 트레이스 아래의 견고한 접지 평면 eMI와 크로스토크를 감소시킵니다.
• 전용 전원 평면 강력한 전원 공급과 최적의 바이패싱을 가능하게 합니다.

4층 PCB 대 기타 PCB 유형

일반적인 PCB 구성들 간의 주요 특성을 비교해 봅시다.

4층 PCB의 주요 장점

1. 향상된 신호 무결성

4층 PCB 설계는 내부 기준 평면 덕분에 정밀하게 제어된 트레이스 임피던스와 짧고 낮은 인덕턴스의 신호 리턴 경로를 제공합니다. 이는 USB 3.x, HDMI 또는 무선 통신과 같은 고속 또는 RF 신호에서 특히 중요합니다. 신호 레이어 바로 아래에 연속적인 접지 평면을 사용하면 노이즈, 크로스토크 및 신호 왜곡 위험을 크게 줄일 수 있습니다.

2. EMI 감소

EMI는 현대 전자기기에서 중요한 문제입니다. 접지 평면과 전원 평면이 근접하게 배치된 다층 스태크업 구조는 외부 노이즈로부터의 내재적 차폐 역할을 하며, 보드 자체의 고속 회로에서 발생하는 방사도 방지합니다. 설계자는 최적의 EMC 성능을 위해 평면 간격(프리프레그/코어 두께)을 세밀하게 조정할 수 있습니다.

3. 우수한 전력 분배

내부 전원 및 그라운드 평면은 자연스러운 전력 분배 네트워크(PDN)를 형성하며, 디커플링 커패시터를 위한 충분한 면적을 제공하여 전압 강하와 전원 공급 노이즈를 줄입니다. 이는 과도한 부하 전류의 균형을 유지하고 민감한 부품을 손상시킬 수 있는 핫스팟을 방지하는 데 도움이 됩니다.

4. 높은 라우팅 밀도

추가적인 두 개의 구리층을 사용할 수 있기 때문에 회로 설계자는 트레이스 배선에 훨씬 더 많은 공간을 확보할 수 있으며, 비아(Via) 사용을 줄이고 기판 크기를 축소하며 LSI, FPGA, CPU, DDR 메모리와 같은 복잡한 장치들을 처리할 수 있게 됩니다.

5. 소형 장치에 적합

4층 PCB 적층 구조는 IoT 센서, 의료 기기, 자동차 모듈과 같이 제품 외형에서 조밀한 배치가 중요한 소형 또는 휴대용 전자제품에 이상적입니다.

6. 향상된 기계적 강도

다중층 라미네이션으로 인해 제공되는 구조적 강성은 조립 시 응력, 진동 및 열악한 환경에서 발생하는 굽힘에도 PCB가 견딜 수 있도록 보장합니다.

일반적인 4층 PCB 사용 시나리오

• 라우터, 홈 오토메이션 및 RF 모듈 (더 나은 EMC 및 신호 성능)
• 산업용 컨트롤러 및 자동차 ECU (내구성과 신뢰성)
• 의료 기기 (소형 폼팩터, 잡음에 민감한 신호)
• 스마트워치 및 웨어러블 기기 (고밀도, 소형 폼팩터)

4층 PCB 제조 공정의 주요 단계

이해 4층 PCB 제조 공정 단계별 설명 pCB 설계, 조달 또는 품질 보증 업무에 종사하는 모든 사람에게 매우 중요하다. 기본적으로 4층 PCB 제작은 정밀도가 요구되는 다단계 공정으로, 베이스 구리 클래드 라미네이트, 프리프레그 및 전자 설계 파일을 견고하고 소형화된 조립 가능한 멀티레이어 PCB로 변환한다.

개요: 4층 PCB의 주요 제조 단계는 어떻게 이루어지는가?

아래는 신입부터 숙련된 산업 종사자까지 모두를 위한 가이드 역할을 할 수 있는, 4층 PCB 제조의 개괄적인 공정 흐름이다.

• PCB 설계 및 레이어 구조 계획
• 재료 준비 (프리프레그, 코어, 동박 선택)
• 내층 이미징 및 에칭
• 레이어 정렬 및 적층 압착
• 드릴링 (CNC) 및 홀 디버링
• 비아 도금 및 전기 도금
• 외층 패턴 형성 (포토레지스트, 에칭)
• 납필드 적용 및 경화
• 표면 마감 처리 (ENIG, OSP, HASL 등)
• 실크스크린 인쇄
• PCB 프로파일링 (라우팅, 절단)
• 조립, 청소 및 테스트(AOI/ICT)
• 최종 품질 검사, 포장 및 출하

다음 단계별 가이드는 각 영역에 대해 자세히 설명하며, 모범 사례, 용어 및 4층 PCB 제조 공정의 고유한 특징을 상술합니다. 4층 PCB 제조 공정 .

단계 1: 설계 고려사항

4층 PCB의 여정은 회로 요구사항을 정의하는 엔지니어링 팀에서 시작되며, 이는 적층 구조 정의, 레이어 배열 및 제조 출력물 등을 포함한 상세한 설계 파일로 변환됩니다.

4층 PCB 설계의 핵심 요소:

• 적층 구조 선택: 신호 | 접지 | 전원 | 신호 또는 신호 | 전원 | 접지 | 신호와 같은 일반적인 옵션. 여기서의 선택은 전기적 성능과 제조 용이성에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 재료 선택:  
  • 코어: 일반적으로 FR-4를 사용하지만, 고주파, 고신뢰성 설계의 경우 로저스(Rogers), 메탈코어 또는 세라믹 기판을 사용할 수 있습니다.
  • 프리프레그: 이 유리 섬유 강화 수지는 유전체 절연 및 기계적 강도에 필수적입니다.
  • 구리 두께: 1온스가 표준이며, 전력 평면 또는 특수 열 응용의 경우 2온스 이상을 사용합니다.
• 임피던스 제어 설계: 고속 신호 또는 차동 신호(USB, HDMI, 이더넷)를 전달하는 설계의 경우 IPC-2141A 지침에 따라 임피던스 제어 요구사항을 명시해야 합니다.
• 비아 기술:  
  • 스루홀 비아 대부분의 4층 PCB에 표준으로 사용됩니다.
  • 블라인드/버리드 비아, 백드릴링 및 수지 충전 고밀도 또는 고주파 회로 기판의 경우 맞춤형 옵션이며, 순차 라미네이션 공정이 필요할 수 있습니다.
• PCB 설계 도구: 대부분의 4층 PCB 프로젝트는 전문 CAD 도구에서 시작됩니다:
  • Altium Designer
  • KiCad
  • Autodesk Eagle 이러한 플랫폼은 제조업체에 제공되는 표준 디지털 청사진인 Gerber 파일과 드릴 파일을 생성합니다.
• 제조 설계(DFM) 검토: DFM 검사는 트레이스/간격, 비아 종횡비, 어너룰 링 너비, 납 페이스트 마스크, 실크스크린 등을 확인하여 모든 요소가 제조 가능한지 검증합니다. 초기 DFM 피드백은 비용이 많이 드는 재설계나 생산 지연을 방지합니다.

예시 표: 일반적인 4층 PCB 적층 옵션

다음 단계

다음 단계의 4층 PCB 제조 공정 은 재료 준비 —코어 선택, 프리프레그 관리 및 라미네이트 청소를 포함합니다.

단계 2: 자재 준비

코어 선택 및 구리 적층 베이스 핸들링

고품질 4층 PCB는 모두 코어 자재의 신중한 선정과 준비에서 시작됩니다. 일반적인 4층 PCB는 동박 적층판 —양면에 구리 호일이 적층된 절연 기판—을 PCB의 내부 '골격'으로 사용합니다.

재료 유형에는 다음이 포함됩니다:

• FR-4 : 대부분의 애플리케이션에서 비용 대비 성능 비율이 균형 잡혀 있어 가장 흔히 사용되는 코어입니다.
• High TG FR-4 : 더 높은 온도 저항이 요구되는 기판에 사용됩니다.
• Rogers, Teflon 및 고주파 라미네이트 : 낮은 손실과 안정적인 유전 특성이 중요한 RF 및 마이크로웨이브 PCB에 지정됩니다.
• 메탈 코어(알루미늄, 구리) : 전력 전자 장치 또는 높은 열 요구 조건에 사용됩니다.
• 세라믹 및 CEM : 특수한 고성능 애플리케이션에서 사용됩니다.

사실: 소비자용, 의료용 및 산업용 전자기기에서 사용되는 대부분의 다층 PCB는 표준 FR-4 코어를 사용하며, 1온스 구리 두께 를 기본으로 하여 비용, 제조 용이성 및 전기적 신뢰성을 최적화합니다.

라미네이트를 패널 크기로 절단하기

PCB 제조 라인은 대형 패널 형태로 기판을 처리한 후, 회로 패턴 형성 및 조립 완료 후 개별 PCB로 분할합니다. 동판 클래드 라미네이트와 프리프레그 시트를 정밀하게 절단하면 균일성을 보장하고, 재료 수율을 극대화하며, 최적의 비용 효율성을 위한 패널화 방식에 부합할 수 있습니다.

레이어 스택업에서의 프리프레그 사용

프리프레그(pre-impregnated composite fibers) 은 부분적으로 경화된 에폭시 수지가 함침된 유리섬유 천 시트입니다. 적층 공정 중 프리프레그는 동층과 코어 사이에 샌드위치 형태로 배치되며, 유전체 역할(필요한 절연 제공)과 접착제 역할(가열 시 녹아서 층들을 결합)을 동시에 수행합니다.

주요 기술적 사항:

• 유전 두께 호환성: 프리프레그와 코어 두께는 표준 4층 PCB 적층 구조의 경우 1.6mm와 같은 목표 기판 두께에 도달하도록 맞춤 조정됩니다.
• 유전율 (Dk): 최신 응용 분야(특히 RF/고속 디지털)는 특성이 잘 정의된 프리프레그를 필요로 하며, Dk 값은 트레이스의 임피던스에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 습기에 저항력: 고품질 프리프레그는 수분 흡수를 최소화하여 전기적 특성과 신뢰성에 부정적인 영향을 줄 수 있는 문제를 방지합니다.

구리 표면의 사전 세척

4층 PCB 제작 과정에서 중요하지만 종종 간과되는 단계는 코어 및 포일 소재의 구리 표면 사전 세척 입니다.

• 브러싱 및 마이크로에칭: 소재는 기계적 브러싱을 거친 후 약한 산 또는 화학 마이크로에칭제에 담가 표면의 산화물, 수지를 제거하고 미세 입자를 제거함으로써 후속 이미징 공정을 위해 깨끗한 구리 표면을 노출시킵니다.
• 건조: 잔류하는 습기가 접착력을 약화시키거나 벗겨짐(delamination)을 유발할 수 있으므로, 기판은 철저히 건조됩니다.

자재 추적성 및 관리

이 시점에서 전문적인 PCB 제조업체 각 패널과 자재 배치에 로트 번호를 부여합니다. 추적성 이는 품질 기준(ISO9001, UL, ISO13485)을 충족하고, 드물게 선적 후 문제 발생 시 원인 추적을 위해 필수적입니다.

표: 표준 4층 PCB용 일반 자재 및 사양

적절한 소재 준비는 신뢰할 수 있는 4층 PCB의 핵심을 형성합니다. 다음으로 중요한 기술 단계로 진행합니다: 내층 이미징 및 에칭.

단계 3: 내층 이미징 및 에칭

4층 PCB의 내층 회로는 일반적으로 접지 및 전원 평면이거나 특수 스택업에서는 추가적인 신호 레이어를 포함하며, 모든 신호 배선과 전력 분배를 위한 전기적 골격을 형성합니다. 이 단계에서 디지털 PCB 설계가 실제 구리 위에서 아밀리미터 이하의 정확도로 물리적으로 구현됩니다.

1. 세척: 표면 준비

이미징에 앞서, 사전 세척된 구리 코어(이전 단계에서 준비됨)는 최종 헹굼 및 마이크로에칭 공정을 거칩니다. 이 화학적 마이크로에칭은 산화물 잔여물을 완전히 제거하고, 미세 수준에서 표면 거칠기를 증가시켜 포토레지스트의 최적 접착력을 보장합니다. 남아 있는 오염물질—극소량이라도—은 언더에칭, 개방/단락 또는 인쇄 해상도 저하를 유발할 수 있습니다.

2. 포토레지스트 도포

세척된 동박 적층 코어는 그 후 포토레지스트 —정밀한 회로 정의를 가능하게 하는 감광성 폴리머 필름으로 코팅됩니다. 도포는 일반적으로 드라이필름 라미네이션 공정 을 통해 이루어지며, 포토레지스트는 가열된 롤러 아래에서 동박에 단단히 부착됩니다.

• 유형:  
  • 음성 포토레지스트 는 멀티레이어 기판의 산업 표준입니다. 노광된 영역은 가교 결합되어 현상 후에도 잔류합니다.
  • 액상 포토레지스트 는 더 세밀한 제어가 필요한 일부 공정에 사용될 수 있으나, 대부분의 4층 PCB 제조에서는 드라이필름이 주로 사용됩니다.

3. 노광 (자외선 이미징 / 포토 툴링)

다음으로, 준비된 코어는 자동 UV 이미징 장비를 통과합니다. 이때 고해상도 레이저 또는 CAD로 생성된 포토마스크가 동박 적층판 위에 회로 패턴을 정렬합니다. 자외선은 마스크의 투명한 부분을 통해 비춰지며:

• 마스크가 투명한 부분 : 포토레지스트가 노광되어 중합(경화)됩니다.
• 마스크가 불투명한 부분 : 포토레지스트는 부드럽고 미노광 상태로 남아 있습니다.

4. 현상 (미노광 레지스트 제거)

패널은 현상 공정을 거쳐 약한 수용성 용액(현상액)에 담그게 됩니다. 노광되지 않은 부드러운 포토레지스트는 씻겨 나가 아래의 구리가 드러납니다. 이제 설계된 회로 패턴(현재는 경화된 레지스트)만이 남아서 제버 파일에 제공된 설계와 정확히 일치하게 됩니다.

5. 에칭 (구리 제거)

PCB는 이제 내층 에칭 —일반적으로 암모니아 또는 염화철 용액을 사용하는 제어된 산 에칭 공정을 거칩니다:

• 에칭은 경화된 포토레지스트로 보호되지 않은 영역의 원치 않는 구리를 제거합니다 경화된 포토레지스트로 보호되지 않은 영역에서 불필요한 구리가 제거됩니다.
• 회로 배선, 패드, 평면 및 기타 설계된 구리 요소는 그대로 남습니다.

6. 레지스트 제거

원하는 구리 패턴이 노출되면, 이 영역을 보호했던 경화된 포토레지스트를 별도의 화학 용액을 사용해 제거합니다. 결과적으로 반들반들한 맨눈의 구리 배선만이 남게 되며, 내층 아트워크와 정확히 일치하게 됩니다.

품질 관리: 자동 광학 검사(AOI)

각 내층은 결함 여부를 확인하기 위해 자동 광학 검사(AOI) . 고해상도 카메라가 다음을 스캔합니다:

• 개방 회로(절단된 트레이스)
• 과소/과다 에칭된 특징
• 트레이스 또는 패드 간의 단락
• 정렬 또는 레지스트레이션 오류

왜 4층 PCB에서 내층 에칭이 중요한가?

• 신호 무결성: 깨끗하고 잘 에칭된 내부 평면은 고속 네트워크를 위한 일관된 기준을 보장하여 노이즈와 EMI를 방지합니다.
• 전력 분배: 넓은 전원 평면은 전압 강하와 전력 소모를 최소화합니다.
• 평면 연속성: 넓고 끊기지 않는 평면을 유지하면 IPC-2221/2222 규격을 준수하며 임피던스 편차를 줄일 수 있습니다.

이 단계의 정확성은 기판의 성능을 결정합니다. 내부 전원 또는 접지층에서 단락이나 개방 회로가 발생하면 적층 후 전체적인 고장으로 이어지며, 이는 수리가 불가능합니다. 따라서 상위 PCB 제조업체들은 이미징 제어와 인라인 AOI를 우선시합니다.  — kINGFIELD

4단계: 레이어 정렬 및 적층

적절합니다 정렬 및 적층 4층 PCB 제작에서 필수적입니다. 이 공정은 이전에 이미징된 구리 레이어(내부 회로 배선 및 평면을 형성함)를 프리프레그 시트와 외부 구리 포일과 물리적으로 결합하여 완성된 4층 적층 구조를 만듭니다.

A. 적층 준비: 레이업 구성

제작 라인에서는 이제 내부 구조를 조립하며 다음을 사용합니다.

• 내부 레이어 코어: 완성된(에칭 및 세척된) 내부 코어—일반적으로 접지 및 전원 평면 레이어입니다.
• 프리프레그: 구리 코어와 외부 구리 포일 사이에 삽입되는 정밀하게 측정된 유전체(절연) 레이어.
• 외부 구리 포일: 회로 이미징 후 상단 및 하단 라우팅 레이어가 되는 시트.

B. 핀 고정 및 레지스트레이션(레이어 정렬)

정렬은 단순한 기계적 요구사항을 넘어서 다음을 위해 중요합니다:

• 후속 드릴링 공정에서 홀이 미스하거나 인접한 패턴을 잘라내거나 단락을 일으키지 않도록 패드와 비아 간의 정렬을 유지하기 위해.
• 신호 무결성과 제어 임피던스를 유지하기 위해 중요한 신호 라우트 바로 아래에 리퍼런스 평면이 위치하도록 유지하기 위해.

정렬은 어떻게 이루어지나요?

• 핀 고정: 정밀 스틸 핀과 레지스트레이션 홀을 샌드위치 스택 전체에 천공하여 적층 과정 중 모든 패널이 완전히 정렬된 상태로 고정되도록 합니다.
• 광학 레지스트레이션: 고급 PCB 업체들은 자동 광학 시스템을 사용하여 레이어 간 정렬을 확인하고 향상시키며, 일반적으로 ±25μm(마이크론)의 허용오차를 달성합니다.

C. 적층: 열과 압력 융합

겹쳐지고 고정된 레이업은 다음으로 이어진 후 핫프레스 적층기:

• 진공 단계: 포획된 공기와 휘발성 잔여물을 제거하여 박리나 기포를 방지합니다.
• 열과 압력: 프레프레그는 170–200°C(338–392°F)의 온도와 1.5–2MPa의 압력에서 부드러워지고 흐릅니다.
• 경화: 프레프레그 내의 연화된 수지는 미세한 기포를 채우고 층들을 서로 결합한 후, 냉각되면서 경화(중합)됩니다.

결과는 단일 강성 일체형 패널입니다 —4개의 별도로 전기적으로 절연된 구리층이 완벽하게 라미네이트되어 후속 공정을 위해 준비됨.

품질 관리: 라미네이션 후 검사 및 테스트

라미네이션 후 패널은 냉각 및 세척됩니다. 필수 품질 관리 점검 항목은 다음과 같습니다:

• 두께 및 워프 측정: 기판이 평탄하고 규정된 공차(일반적으로 ±0.1mm)를 충족하는지 확인합니다.
• 파괴적 단면 분석: 시료 기판을 절단하여 현미경으로 분석하여 다음 사항을 검증합니다:
  • 층 사이의 절연 상태(탈선, 공극 또는 수지 부족 없음).
  • 층 정렬 정확도(층 간 정밀도).
  • 프리프레그-코어 계면의 접합 품질.
• 시각 검사: 박리, 변형 및 표면 오염 여부를 점검합니다.

IPC 표준 및 모범 사례

• IPC-6012: 다층 정렬 및 적층 품질을 포함한 강성 PCB의 성능 및 검사 요구사항을 명시합니다.
• IPC-2221/2222: 안정된 성능을 위해 연속적인 평면, 최소한의 슬롯 및 엄격한 위치 허용오차를 권장합니다.
• 재료: 산업용 프리프레그, 코어 및 구리를 사용하며, 품질 관리 및 규제 보고를 위해 추적 가능한 배치 번호가 있는 제품을 선호합니다.

요약표: 4층 PCB에서 정밀한 적층의 이점

단계 5: 드릴링 및 도금

그 드릴링 및 도금 단계 4층 PCB 제작 과정에서 기판의 물리적 및 전기적 연결성이 실제로 구현되는 단계입니다. 다중 레이어 적층 구조에서 신호 및 전력 전송의 신뢰성을 확보하려면 정확한 비아 형성과 강력한 구리 전기 도금이 필수적입니다

A. 비아 및 부품 홀의 CNC 드릴링

최신 4층 PCB 제조 공정에서는 컴퓨터 제어(CNC) 드릴링 장비를 사용하여 한 패널당 수백에서 수천 개의 홀을 생성하며, 고급 응용 분야에 필수적인 정밀도, 속도 및 반복성을 제공합니다

4층 PCB의 홀 종류:

• 스루홀 비아: 상단 레이어에서 하단까지 전부 관통하여 모든 구리 평면 및 레이어를 연결한다. 신호 및 그라운드 연결용으로 주로 사용된다.
• 부품 홀: 스루홀(THT) 부품, 커넥터 및 핀용 패드.
• 선택 과목:  
  • 블라인드 비아: 외부 레이어를 하나의 내부 레이어에 연결하지만, 두 개의 내부 레이어 모두에는 연결되지 않음. 비용 문제로 인해 4층 기판에서는 덜 흔함.
  • 버라이드 비아: 내부 레이어 간에만 연결되며, 고밀도 설계 또는 리지드-플렉스 하이브리드 PCB에서 사용됨.

드릴링 공정 요약:

• 패널 적층: 처리량을 최적화하기 위해 여러 패널을 동시에 드릴링할 수 있으며, 각 패널은 버(burring)나 드릴 편향(wander)을 방지하기 위해 페놀릭 소재의 입출구 보드로 지지됩니다.
• 비트 선택: 0.2mm(8밀) 이상의 탄화물 또는 다이아몬드 코팅 비트를 사용합니다. 비트 마모는 철저히 모니터링되며, 일정한 간격으로 교체하여 높은 일관성을 유지합니다.
• 홀 위치 공차: 일반적으로 ±50µm이며, 고밀도 설계에서 비아-패드 정렬에 필수적입니다.

B. 버 제거 및 스머 제거

드릴링 후 기계 가공 과정에서 유리 섬유와 수지가 노출되는 비아 벽면에 돌출부(버)와 에폭시 '스머(smear)'가 남게 됩니다. 이러한 잔여물을 제거하지 않으면 도금 불량이나 신뢰성 문제를 유발할 수 있습니다.

• 모 Burr 제거: 기계식 브러시를 사용하여 날카로운 가장자리와 포일 잔해를 제거합니다.
• 스머 제거: 패널은 화학적으로 처리되어(과망간산칼륨, 플라즈마 또는 과망간산염 프리 방법 사용) 수지 잔여물을 제거하고 유리 섬유와 구리가 완전히 노출되도록 하여 후속 금속 접합을 가능하게 합니다.

C. 비아 형성 및 구리 전기 도금

아마도 가장 중요한 단계인— 비아 도금 —은 4층 PCB의 각 층 사이에서 중요한 전기적 경로를 생성합니다.

해당 공정은 다음을 포함합니다:

• 홀 벽 청소: 패널은 산 세척, 마이크로 에칭 등의 사전 처리를 거쳐 완벽한 표면 상태를 보장합니다.
• 무전해 구리 증착: 약 0.3~0.5µm 두께의 얇은 구리층이 홀 벽에 화학적으로 증착되어 이후 전기 도금을 위한 '시드(seed)' 역할을 합니다.
• 전도금: PCB 패널이 구리 욕조에 넣어지고 직류(DC)가 가해지면, 노출된 모든 금속 표면 — 비아 벽과 스루홀 포함 — 에 구리 이온이 도금되어 각 홀 내부에 균일하고 전도성 있는 구리 튜브를 형성합니다.

• 표준 구리 두께: 마감된 비아 벽은 일반적으로 IPC-6012 Class 2/3 또는 고객 사양에 따라 최소 20–25 µm(0.8–1 밀) 두께로 도금됩니다.
• 균일성 점검: 정교한 두께 모니터링 및 단면 분석을 통해 개방 회로나 현장에서의 간헐적 고장을 유발할 수 있는 얇은 부분이나 공극이 없는지 보장합니다.

품질 관리:

• 단면 분석: 샘플 구멍을 절단하여 벽 두께, 접착력 및 균일성을 측정합니다.
• 연속성 테스트: 전기적 검사로 패드에서 패드로, 층에서 층으로 모든 비아가 견고한 연결을 형성하는지 확인합니다.

D. 4층 PCB에서 드릴링 및 도금이 중요한 이유

- 높은 신뢰성: 균일하고 결함 없는 비아 도금은 개방/단락 오류 및 치명적인 현장 고장을 방지합니다. - 신호 무결성: 적절한 비아 형성은 빠른 신호 전이, 낮은 저항의 접지 리턴 및 신뢰할 수 있는 전력 공급을 지원합니다. - 고급 설계 지원: 더 미세한 특징 크기, 고밀도 패키징 및 HDI 또는 경질-유연 PCB 하이브리드와 같은 기술과의 호환성을 가능하게 합니다.

표: 표준 4층 PCB용 드릴링 및 도금 파라미터

단계 6: 외층 패턴 형성(1층 및 4층 회로 생성)

그 외층 4층 PCB의 1층(상단)과 4층(하단)은 조립 중 부품이나 커넥터와 직접 상호작용하는 패드, 트랙 및 구리 특징들을 포함합니다. 이 공정은 내층 처리와 개념적으로 유사하지만 더 까다로운 조건을 가집니다. 이러한 외층은 납땜, 세척 및 마모에 많이 노출되므로 가장 엄격한 외관 및 치수 기준을 충족해야 합니다.

A. 외부 층 포토레지스트 도포

내층과 마찬가지로, 외부 구리 호일도 먼저 청소 및 마이크로에칭을 통해 깨끗한 표면을 확보한다. 그런 다음 포토레지스트 (일반적으로 드라이 필름)을 가열된 롤러를 사용해 각 표면 전체에 라미네이트하여 접착력을 보장한다.

• 사실: 고품질 PCB 제조업체는 필름 두께와 라미네이션 압력을 정밀하게 제어하여 이미지 개발의 일관성과 가장자리 왜곡 최소화를 보장한다.

B. 노광 (포토 툴링/UV 레이저 직접 노광)

• 포토 툴링: 대부분의 대량 생산에서는 상단 및 하단 레이어의 구리 배선 및 패드 패턴을 포함하는 포토마스크를 뚫린 홀에 광학적으로 정렬한다.
• 레이저 직접 영상화(LDI): 고정밀 또는 신속 제작 프로젝트의 경우, 컴퓨터 제어 레이저가 Gerber로 정의된 배선 및 패드를 마이크론 수준의 정확도로 직접 패널 위에 기록한다.
• 자외선(UV)은 노출된 포토레지스트를 경화시켜 정확한 외부 배선을 고정시킨다.

C. 현상 및 에칭

• 개발: 노출되지 않은 포토레지스트는 약한 알칼리성 현상액으로 세척되어, 식각될 구리 부분이 드러납니다.
• 산식각: 노출된 구리는 고속 컨베이어 식각장비에 의해 제거되며, 경화된 포토레지스트로 보호받는 배선 패턴, 패드 및 노출된 회로만이 남습니다.
• 벗기기: 남아있는 포토레지스트를 제거하면, 납땜 가능한 표면과 기판의 전류 흐름을 위한 반짝이는 외부 구리 구조물이 새롭게 나타납니다.

표: 4층 PCB 외부 패터닝을 위한 주요 치수

D. 검사 및 품질 점검

새롭게 에칭된 패널은 시각적으로 그리고 AOI(자동 광학 검사) 용도:

• 과다/부족 에칭된 트레이스 및 패드
• 브리지 또는 단락
• 개방 또는 누락된 특징
• 사전 드릴링된 비아와의 레지스트레이션/정렬

외층 패터닝이 4층 PCB에 중요한 이유

• 조립 신뢰성: 납땜성, 패드 크기 및 트랙 강도는 여기에서 모두 정의됩니다.
• 신호 무결성: 고속 신호, 차동 페어 및 임피던스 제어 넷은 이러한 레이어에 종단되므로 정밀한 트레이스 정의가 매우 중요합니다.
• 출력 처리 능력: 라우팅 및 열 분산 요구 사항을 충족할 만큼 충분한 구리가 남아 있습니다.

단계 7: 납땜 마스크, 표면 마감 및 실크스크린

4층 PCB의 외층에 대한 구리 패터닝을 완료한 후에는 내구성, 납땜 용이성, 조립 및 현장 유지보수를 위한 가독성을 부여할 차례입니다. 이 다단계 절차는 회로를 보호하고, 신뢰할 수 있는 납땜을 보장하며, 시각적 식별을 간편하게 만들어 전문적인 다층 PCB 제작을 구분지어 줍니다.

A. 납땜 마스크 적용

그 솔더 마스크 pCB의 상부 및 하부 표면에 도포되는 보호용 폴리머 코팅으로, 일반적으로 녹색이지만 파란색, 빨간색, 검정색, 흰색도 인기가 있습니다.

• 목적:  
  • 서로 가까이 위치한 패드와 트랙 사이의 납땜 브리지(solder bridges)를 방지합니다.
  • 외부 회로를 산화, 화학적 공격 및 기계적 마모로부터 보호합니다.
  • 트레이스 간 전기 절연성을 향상시켜 신호 무결성과 EMI 감소를 더욱 강화합니다.

사용 과정:

• 코팅: 패널은 액체 포토 이미지 가능한(LPI) 납땜 마스크로 코팅되어 있으며, 이후 납땜될 구리 패드를 제외한 모든 부분을 덮습니다.
• 이미징 및 노광: UV 광원과 아트워크 마스크를 사용하여 개방부(패드, 테스트 포인트, 비아 등)를 정의합니다.
• 개발: 노광되지 않은 납땜 마스크는 세척되어 제거되며, 노광된 부분은 경화되어 회로를 보호합니다.
• 건조: 패널은 마스크를 완전히 경화시키기 위해 베이킹 또는 UV 경화 처리됩니다.

B. 표면 마감 옵션

모든 노출된 패드가 보관 중에도 견딜 수 있고 산화에 저항하며 조립 시 완벽한 납땜성이 있도록 하기 위해 표면 처리 마감 처리가 적용됩니다. 응용 목적, 비용 및 조립 요구사항에 맞는 다양한 마감 방식이 있습니다:

• ENIG 표면 평탄도와 고밀도(BGA, LGA, QFN)가 중요한 대부분의 4층 프로토타입 및 양산 기판에서 산업 표준입니다.
• 오스프 비용 효율성과 우수한 납 접합 품질이 요구되는 납 프리 소비자 전자제품에 가장 적합합니다.

ENIG와 HASL의 차이점:

• ENIG는 초정밀 피치 및 BGA에 필요로 하는 더 매끄럽고 평탄한 표면을 제공합니다.
• HASL은 균일하지 않은 '돔' 형태를 만들어 현대의 고밀도 PCB 조립에는 부적합할 수 있습니다.
• ENIG는 비용이 더 들지만 장기 보관성과 와이어 본딩 호환성이 우수합니다.

C. 실크스크린 인쇄

납 마스크와 표면 마감을 적용한 후 마지막 레이어는 실크 스크린 다음과 같은 항목을 표시하는 데 사용됨:

• 부품 외곽선 및 레이블 (R1, C4, U2)
• 극성 마커
• 참조 지시기
• 핀 1 지시기, 로고, 리비전 코드 및 바코드

품질 관리: 최종 AOI 및 시각 검사

• 자동 광학 검사(AOI): 마스크 개구부 크기/위치, 잔여 납 마스크의 부재, 패드 노출의 정확성 등을 확인함.
• 시각 검사: 실크스크린 선명도, 잉크 누락 여부, 주요 특징 위의 납 마스크 오버레이션, 표면 마감 무결성 등을 확인함.

이 단계가 4층 PCB에 중요한 이유

• 납땜성: 노출된 패드/터치 포인트만 납땜이 가능하며, 나머지 부분은 마스킹 처리하여 밀집된 설계에서 우발적인 브리지가 형성되는 것을 방지합니다.
• 부식 및 오염 저항성: 기판 수명과 신뢰성은 구리 표면을 공기, 습기 및 지문으로부터 보호함으로써 크게 향상됩니다.
• 오차 감소: 정확하고 선명한 마킹은 조립 오류, 재작업 또는 현장 서비스 시간을 줄여줍니다.

단계 8: PCB 프로파일링, 조립 및 세척

모든 회로층이 설정되고, 비아 도금이 완료되며, 납 착용 방지막과 표면 마감 처리가 적용된 후에는 이제 형태 가공, 부품 실장 및 세척 작업으로 초점이 옮겨집니다. 4층 PCB 이 단계를 통해 정밀하게 제조되었으나 구분되지 않은 멀티레이어 패널이 형상에 맞는 완전 조립된 기능적 장치로 전환됩니다.

A. PCB 프로파일링(절단 및 라우팅)

이 시점에서 하나의 대형 생산 패널 위에 여러 개의 PCB 이미지가 존재합니다. 프로파일링 각 4층 프린트회로기판을 요구된 외곽선 형태로 분리하는 것을 의미하며, 절단부, 슬롯, V-그루브 등을 포함합니다.

주요 방법:

• Cnc 라우팅 : 고속 탄화물 비트를 사용하여 ±0.1mm의 엄격한 공차 사양을 충족하며 기판의 외곽선을 정밀하게 가공합니다.
• V-스크래빙 : 얕은 그루브를 만들어 스코어라인을 따라 보드를 쉽게 꺾어 분리할 수 있도록 합니다.
• 펀칭 : 표준형상의 대량 생산용 보드에 사용되어 처리 효율을 극대화합니다.

B. PCB 어셈블리 (SMT 및 THT 부품 장착)

현재 대부분의 4층 PCB는 혼합기술 어셈블리를 사용하며, 고밀도 자동 조립에는 표면 실장 기술(SMT) 을 활용하고 스루홀 기술(THT) 은 고강도 커넥터, 전원 부품 또는 구형 부품에 사용됩니다.

1. SMT 조립

• 스텐실 프린팅 : 정밀한 볼륨을 위해 레이저 절단 스텐실을 사용하여 패드 위에 솔더 페이스트를 스크린 인쇄합니다.
• 부품 삽입(Pick-and-Place) : 자동화된 장비가 시간당 수만 개의 부품을 마이크론 수준의 정확도로 실장합니다. 0201 저항, QFN, BGA 또는 LSI 소자에도 적용 가능합니다.
• 리플로우 솔더링 : 로딩된 PCB는 정밀하게 설정된 강제 순환 오븐을 통과하며, 솔더를 녹이고 서서히 냉각시켜 모든 SMT 소자에 견고한 솔더 접합을 형성합니다.

2. THT 조립

• 수동 또는 자동 삽입 : 커넥터나 대형 전해 커패시터와 같이 리드 길이가 긴 부품을 도금된 홀에 삽입합니다.
• 웨이브 솔더링 : 기판이 용융 솔더 웨이브 위를 통과하면서 모든 삽입된 리드를 동시에 납땜하는 방식으로, 견고한 기계적 강도를 보장하는 검증된 방법입니다.

SMT와 THT 비교:

• SMT 고밀도, 경량 및 소형 조립이 가능하여 현대적인 멀티레이어 PCB에 가장 적합합니다.
• 이 추가 고정이 필요한 커넥터 및 고전력 부품에 여전히 선호됩니다.

C. 청소 (이소프로필 알코올 및 전용 PCB 세척제)

납땜 후에는 플럭스, 납 볼, 먼지 등의 잔여물이 회로 기판의 미세한 배선 및 비아 간격이 좁은 4층 프린트회로기판(PCB)에서 특히 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다.

공정 단계:

• 이소프로필 알코올(IPA) 세척 : 일반적으로 프로토타입 제작 및 소량 생산에 사용되며, 이온 잔류물과 눈에 보이는 플럭스를 수작업으로 제거합니다.
• 라인형 PCB 세척기 : 산업용 세척기는 탈이온수, 비누화제 또는 특수 용매를 사용하여 여러 기판을 동시에 세척하며, 의료, 군사, 자동차 분야에서 특히 중요합니다.

왜 청소가 중요한가?

• 회로 요소 사이의 부식 및 나뭇가지 모양의 덩굴 결정( dendritic growth ) 형성을 방지합니다.
• 고임피던스 또는 고전압 회로에서 전기적 누설 경로 발생 위험을 줄입니다.

표: 조립 및 세척 공정 개요

단계 9: 최종 테스트, 품질 관리(QC) 및 포장

A 4층 PCB 테스트와 품질 관리의 철저함만큼 좋을 수 있다. 육안으로는 완벽해 보이더라도 단락, 개방, 정렬 오류 또는 도금 불량과 같은 보이지 않는 결함들이 비정상적인 동작, 조기 고장 또는 안전 위험을 초래할 수 있다. 따라서 상위 등급의 PCB 제조업체들은 국제적으로 인정받는 IPC 표준에 근거한 전기적, 시각적 검사 및 문서 기반 검사를 종합적으로 시행한다.

A. 자동 광학 검사(AOI)

자동 광학 검사(AOI) 다층 PCB 제조 과정 전반에 걸쳐 여러 차례 수행되며, 최종 조립 및 납땜 후가 가장 중요한 시점이다.

• 어떻게 작동하는지: 고해상도 카메라가 각 PCB의 양면을 스캔하여 모든 배선 패턴, 패드 및 납땜 접합부를 디지털 게르버 파일과 비교한다.
• AOI가 탐지하는 항목:  
  • 개방(끊긴 배선)
  • 단락(납 다리 현상)
  • 누락되거나 위치가 잘못된 부품
  • 납 흐름이 부족하거나 과도한 납 접합부
  • 세미 탄화 또는 부품 정렬 불량

B. 인서킷 테스트(ICT)

인서킷 테스트(In-Circuit Test, ICT) 4층 PCB 조립 후 기능 검증을 위한 표준 방법입니다:

• 접촉 프로브: 베드오브네일스 또는 플라잉 프로브 테스터가 전용 테스트 포인트나 부품 핀에 접촉합니다.
• 테스트 스크립트: 회로를 통해 신호를 발생시키고 주요 노드에서 응답을 측정합니다.
• 검사 항목:  
  • 모든 신호 및 전원 포인트 간의 연속성
  • 주요 넷의 저항/용량
  • 비아 및 도금 홀의 무결성
  • 주요 부품의 존재/부재 및 방향

ICT를 통해 가능:

• 즉각적인 기판 수준 진단(불량 납땜 접합부, 개방 또는 잘못 장착된 부품 정밀 위치 파악)
• 공정 모니터링을 위한 배치 수준 통계

C. 전기적 테스트

모든 완성된 4층 PCB 전체적인 '단락 및 개방' 전기 연속성 테스트를 실시함. 이 단계에서:

• 전기 테스트(ET): 모든 트레이스와 상호 연결부에 고전압이 가해집니다.
• 목표: 외관상 상태에 관계없이 숨겨진 '오픈'(단선) 또는 '쇼트'(의도하지 않은 브리지)를 감지합니다.

임피던스 제어 설계의 경우:

• 임피던스 쿠폰: 양산용 네트와 동일한 적층 구조 및 공정으로 제작된 테스트 트레이스를 통해 특성 임피던스(예: 싱글엔드 50 Ω, 차동 90 Ω)를 측정하고 검증할 수 있습니다.

D. 문서화 및 추적성

• Gerber, 드릴 및 테스트 파일: 제조업체가 모든 중요 데이터를 취합하고 보관하여 원자재 배치부터 완제품 기판까지의 추적성을 확보합니다.
• 조립 도면 및 품질관리 인증서: ISO9001/ISO13485, 의료기기 또는 자동차 규격 준수를 위해 고신뢰성 제품 출하 시 함께 제공됩니다.
• 바코드 부여: 각 보드 또는 패널에는 추적, 문제 해결 및 '디지털 트윈' 참조를 위해 일련번호와 바코드가 인쇄되어 있습니다.

E. 최종 시각 검사 및 포장

전문 교육을 이수한 검사원 확대 장비와 고강도 조명을 사용하여 다음의 주요 항목을 최종 점검합니다:

• 패드 및 비아 청결 상태(납볼이나 잔류물 없음)
• 마킹, 라벨링의 선명도, 방향성 및 리비전 코드 정확성
• 에지 및 프로파일 품질(탈선, 칩핑 또는 손상 없음)

포장:

• 진공 밀봉된 항전기성 봉투 eSD와 습기 유입으로부터 보호
• 에어캡, 폼 또는 맞춤 트레이 운송 중 물리적 충격 방지
• 각 로트는 고객 지시에 따라 포장되며, 고신뢰성 시장의 경우 실리카겔 팩 또는 습도 지시계 포함

표: 4층 PCB용 테스트 및 품질 관리 기준

Altium Designer에서 4층 스태커업 만드는 방법

제어하기 4층 PCB 레이어 구조 전기적 성능, 제조 용이성 및 비용 사이의 적절한 균형을 확보하기 위해 매우 중요합니다. Altium과 같은 현대적인 PCB 설계 도구는 고품질이며 신뢰할 수 있는 다층 PCB 제작에 제조업체가 필요로 하는 모든 세부 사항을 명시하고 이후 내보낼 수 있는 직관적이고 강력한 인터페이스를 제공합니다. Altium Designer altium과 같은 현대적인 PCB 설계 도구는 고품질이며 신뢰할 수 있는 다층 PCB 제작에 제조업체가 필요로 하는 모든 세부 사항을 명시하고 이후 내보낼 수 있는 직관적이고 강력한 인터페이스를 제공합니다.

단계별 안내: 4층 PCB 레이어 구조 정의하기

1. Altium에서 프로젝트 시작하기

• Altium Designer를 열고 새로운 PCB 프로젝트를 생성합니다.
• 회로도를 가져오거나 직접 작성하여 모든 부품, 넷(Net), 제약 조건이 정의되도록 합니다.

2. 레이어 스택 관리자 사용하기

• 로 이동합니다 디자인 → 레이어 스택 관리자
• 레이어 스택 관리자를 통해 모든 도체 및 유전 층, 두께, 재료를 설정할 수 있습니다.

3. 구리층 4개 추가

• 기본적으로 상면층(Top Layer)과 하면층(Bottom Layer)이 표시됩니다.
• 추가하다 내부 두 층 (일반적으로 MidLayer1 및 MidLayer2로 명명됨)을 사용하여 4층으로 구성합니다.

4. 층 기능 정의

다음과 같이 각 층에 일반적인 목적을 할당하십시오:

5. 유전체/프리프레그 및 코어 두께 구성

• 층 사이를 클릭하여 제조업체에서 지정한 값으로 유전체 두께(프리프레그, 코어)를 설정하세요 제조업체에서 지정한 값 .
• 4층 PCB의 일반적인 전체 두께: 1.6mm (필요에 따라 더 얇거나 두꺼울 수 있음).
• 임피던스 제어 설계의 경우 유전율(Dk) 및 손실 각(tanδ) 값을 입력하세요.

6. 구리 중량 지정

• 각 층의 구리 두께를 지정: 일반적으로 1 oz/ft² (~35 μm)이 신호 레이어의 표준이며, 2 OZ 고전류 전원에는 더 두꺼운 두께를 사용함.
• 이러한 값들은 트레이스 폭 계산 및 기계적 내구성에 영향을 미침.

7. 임피던스 계산 활성화

• 내장 임피던스 계산기 (또는 제조업체의 도구 링크)를 사용하여 사용자가 입력한 소재, 두께, 폭/간격 정보를 기반으로 싱글엔드 및 차동 쌍 임피던스를 계산합니다.
• 일반적인 목표값: 싱글엔드 50Ω , 차동 90–100Ω .
• 이 목표값에 도달할 수 있도록 유전체 두께, 트레이스 폭 및 구리 두께를 필요에 따라 조정하십시오.

8. 적층 구조 도면 생성

• 제조 노트용 적층 구조 도면 (DXF, PDF 등)을 내보냅니다. 이를 통해 의사소통 오류를 방지하고 DFM 검토를 빠르게 진행할 수 있습니다.

9. Gerber 및 드릴 파일 준비 및 내보내기

• 보드 외곽선, 레이어 순서 및 주석에 대한 최종 적층 구조 확인을 설정합니다.
• 모두 내보내기 Gerber 파일, 드릴 파일 및 적층 다이어그램 정확한 명명 방식으로 내보내기 (적층 관리자와 일치하는 레이어 이름 포함)

사례 연구: 고속 신호용 4층 PCB 적층 구조 최적화

시나리오: 한 통신 분야 스타트업이 Altium Designer를 사용해 새로운 라우터를 설계했습니다. 이 팀이 직면한 주요 과제는 신호 간의 크로스토크를 줄이고 USB/이더넷 신호의 임피던스 허용 오차를 매우 엄격한 범위 내에 유지하는 것이었습니다.

해결책:

• Altium의 레이어 적층 관리자를 사용하여 [신호 | 그라운드 | 전원 | 신호] 구조를 만들고 외부 및 내부 평면 사이에 0.2mm 프리프레그 를 적용함.
• 모든 층에 대해 구리 두께를 1 OZ 로 설정합니다.
• Altium의 임피던스 계산기를 사용하고 제조업체와 함께 소재를 조율하여 측정값이 일치할 때까지 빠르게 반복 설계함 ±5% 이내에서 50Ω 및 90Ω 목표값 달성 .
• 결과: 첫 번째 배치가 EMC 및 고속 신호 무결성 테스트를 통과하여 인증 기간이 단축되고 개발 시간이 절약됨.

4층 PCB에서 Altium의 적층 설계가 중요한 이유

• 비용 소모적인 리디자인 방지: 제조업체의 피드백을 반영한 초기 적층 설계는 지연을 방지하고 프로토타입에서 양산으로의 전환을 원활하게 보장합니다.
• DFM 검사를 용이하게 함: 명확히 문서화된 적층 구조는 제작 전에 DRC/DFM 불일치를 사전에 발견하는 데 도움을 줍니다.
• 고급 기능 지원: 패드 내 비아, 맹드/매립 비아 및 임피던스 제어 라우팅과 같은 기술에는 정확한 적층 구조 제어가 필요합니다.

4층 PCB 적층 및 레이아웃을 위한 모범 사례

강력한 4층 PCB 레이어 구조 는 전체 과정의 절반에 불과합니다. 진정한 성능, 신뢰성 및 수율은 레이아웃 및 설계 시 체계적인 모범 사례를 적용함으로써 얻어집니다. 적층 구조, 라우팅, 디커플링 및 열 경로를 세심하게 최적화하면 신호 무결성, EMC, 제조 용이성 및 수명 내구성에서 우수한 성능을 발휘하는 4층 PCB를 제조할 수 있습니다.

1. 신호 및 전원 무결성 고려사항

제어된 신호 리턴 경로 그리고 깨끗한 전원 분배는 다층 PCB 설계의 핵심 기반입니다. 올바르게 수행하는 방법은 다음과 같습니다:

• 신호는 외부 레이어(L1, L4)에 배치하고 내부 레이어(L2, L3)는 단단한 접지(GND) 및 전원(VCC) 평면으로 전용 사용하세요.
• 절대 대형 컷아웃이나 슬롯으로 내부 평면을 분할하지 말고, 평면을 연속적으로 유지하세요. 다음 표준에 따라 IPC-2221/2222 , 불연속성은 제어 임피던스가 5~15% 범위 내에서 편차를 일으킬 수 있으며, 이로 인해 신호 품질 저하 또는 간헐적인 오작동이 발생할 수 있습니다.
• 짧은 신호 귀환 경로: 고속 및 잡음 민감 신호는 항상 바로 아래에 견고한 기준면을 확보해야 합니다. 이렇게 하면 루프 면적이 줄어들고 방사형 EMI가 억제됩니다.

표: 일반적인 4층 PCB 적층 구조 사용 예

2. 부품 배치 및 바이패스 커패시터

• 고속 IC들을 커넥터 근처에 그룹화 또는 트레이스 길이와 비아 수를 최소화하기 위해 신호원/부하 근처에 배치
• 디커플링 커패시터를 가능한 한 가까운 위치에 배치하십시오(전원 평면으로의 비아 바로 위에 배치하는 것이 가장 이상적임). 이를 통해 로컬 VCC의 안정성을 확보할 수 있습니다.
• 우선순위 높은 넷부터 배선: 비교적 중요도가 낮은 신호보다 고주파, 클록, 민감한 아날로그 넷을 먼저 라우팅하십시오.

최선 사례: "패나웃(fanout)" 기법 사용: BGA 및 미세 피치 패키지에서 짧은 트레이스와 직접 비아를 이용해 신호를 밖으로 이동시키며, 크로스토크 및 스텁(stub) 효과를 최소화합니다.

3. 제어 임피던스를 위한 라우팅

• 트레이스 폭 및 간격: 적절한 적층 구조 설정(유전체 두께, Dk, 구리 두께)을 사용하여 50Ω 싱글엔드 및 90~100Ω 차동 페어에 대해 설계 규칙에서 계산하고 설정하십시오.
• 스텁 길이 최소화: 불필요한 층 전환을 피하고, 중요한 신호의 경우 사용하지 않는 비아 부분을 제거하기 위해 백드릴링(back-drilling)을 사용하십시오.
• 층 전이: 가능한 경우 항상 동일한 층에 차동 페어를 배치하고 불필요한 교차를 피하십시오.

4. 비아 전략 및 스티칭

• 단단한 접지 평면에 비아 스티칭을 사용하십시오 —고속 신호, 클록 넷 및 RF 영역 주위를 밀접하게 간격을 둔 접지 비아로 둘러싸십시오(보통 1~2cm마다).
• 비아 크기 및 종횡비 최적화: IPC-6012은 고신뢰성을 위해 종횡비(기판 두께 대 최종 홀 크기)가 일반적으로 8:1을 초과하지 않도록 권장합니다.
• 백드릴링 비아: 초고속의 경우 백드릴링을 사용하여 비아 스텁을 제거하고 신호 반사를 더욱 줄이십시오.

5. 열 관리 및 구리 균형

• 열용 비아: 고온에서 작동하는 IC/LDO 아래에 열용 비아 어레이를 배치하여 접지면에 열을 전달하고 분산시킵니다.
• 구리 퍼우링: 큰 크기 또는 고전력 기판의 휨/비틀림을 방지하기 위해 양 외층에 균형 잡힌 구리 분포를 사용합니다.
• 제어된 구리 영역: 전압 결합이나 EMI를 유발할 수 있는 큰 비연결 구리 '섬'은 피하십시오.

6. EMI 차폐 및 크로스토크 방지

• 직교 신호 라우팅 방향: L1과 L4층의 신호를 직각으로 라우팅하십시오 (예: L1은 동서 방향, L4는 남북 방향). 이렇게 하면 평면을 통한 커패시티브 결합과 크로스토크가 감소합니다.
• 고속 신호는 기판 가장자리에서 멀리 배치하십시오 , 그리고 EMI를 더 많이 발생시킬 수 있는 엣지와 병렬로 라우팅하는 것을 피하십시오.

7. 시뮬레이션 및 제조업체 피드백을 통한 검증

• 중요한 넷이나 인터페이스에 대해 사전 레이아웃 및 사후 레이아웃 신호 무결성 시뮬레이션을 수행하십시오 중요한 넷 또는 인터페이스의 경우.
• 선택한 4층 PCB 제조업체와 함께 적층 구조 및 라우팅 제약 조건을 검토하십시오 제조 가능성과 신뢰성 리스크를 프로세스 초기 단계에서 미리 방지하기 위해 그들의 경험을 활용하십시오.

로스 펑(Ross Feng)의 말: “비아전(Viasion)에서는 설계 수준에서 체계적인 모범 사례 — 견고한 평면, 철저한 비아 사용, 신중한 트레이스/평면 관계 — 가 고객들에게 더 신뢰성 높은 4층 PCB, 낮은 전자기 간섭(EMI), 더 짧은 디버그 주기를 제공한다는 것을 확인했습니다.”

요약 표: 4층 PCB 레이아웃을 위한 실천사항과 금지사항

4층 PCB 비용에 영향을 미치는 요소

비용 관리는 4층 PCB 를 사용하는 모든 엔지니어링 매니저, 설계자 및 조달 전문가의 핵심 관심사입니다. 다층 기판 제조 비용에 영향을 미치는 변수들을 이해하면 신호 품질, 신뢰성 또는 제품 기능을 희생하지 않으면서도 스마트하고 경제적인 결정을 내릴 수 있습니다.

1. 재료 선택

• 코어 및 프리프레그 유형:  
  • 표준 FR-4: 대부분의 상업용 및 산업용 애플리케이션에 적합하며 가장 비용 효율적입니다.
  • 고온 저항(High-TG), 저손실 또는 RF 재료: 로저스(Rogers), 테플론(Teflon) 및 기타 특수 기판은 고주파, 고신뢰성 또는 열적으로 민감한 설계에 필수적이지만, 기판 비용을 2~4배까지 증가시킬 수 있습니다.
• 구리 두께:  
  • 1온스(35µm)가 표준이며, 전력 평면 또는 열 관리를 위해 2온스 이상으로 업그레이드할 경우 소재비와 공정 비용이 모두 증가합니다.
• 표면 마감:  
  • ENIG (무전해 니켈 침지 금): 비용이 더 높지만, 마이크로 피치, 고신뢰성 또는 와이어 본딩에는 필수적입니다.
  • OSP, HASL, 침지은/주석: 비용 면에서 더 저렴하지만, 보관 수명이나 평탄도 측면에서 타협이 필요할 수 있습니다.

2. 기판 두께 및 치수

• 표준 두께(1.6mm) 는 패널 활용도를 극대화하고 특수 공정 단계를 최소화하여 가장 경제적입니다.
• 맞춤형 두께, 매우 얇은(<1.0mm) 또는 두꺼운(>2.5mm) 기판은 특수 취급이 필요하며 제조업체 선택지를 제한할 수 있습니다.

표: 샘플 기판 두께 및 일반적인 용도

3. 설계 의 복잡성

• 배선/간격 너비: 4밀 이하일 경우 불량률 증가 및 수율 저하로 인해 비용이 증가합니다.
• 최소 비아 크기: 마이크로비아, 블라인드/버리드 비아 또는 패드 내 비아는 제조 공정에서 상당한 추가 작업을 요구합니다.
• 층 수: 4층 PCB는 대량 시장 다층 기판의 '핵심'이며, 더 많은 층(6, 8, 12 등)이나 비표준 적층 구조를 추가하면 가격이 비례하여 증가합니다.

4. 패널화 및 활용

• 대형 패널 (패널당 다중 기판)을 통해 처리량과 소재 효율을 극대화하여 기판당 비용을 낮출 수 있습니다.
• 비정형 또는 대형 기판 (더 많은 폐기물이나 전용 공구가 필요)은 패널 밀도와 비용 효율성을 저하시킵니다.

5. 특수 가공 요구사항

• 제어 임피던스: 배선폭, 간격, 유전체 두께에 대한 보다 정밀한 제어 필요 — 추가적인 품질보증(QA)/시험 단계가 필요할 수 있음.
• 골드 핑거, 슬롯 가공, 스코어링, 엣지 도금: 비표준 기계적 가공 또는 마감 공정은 NRE(비반복 공학 비용) 및 부품당 비용을 증가시킵니다.
• 순차 라미네이션, 백드릴링: 블라인드/매장 비아 또는 고속 설계에 필수적이지만, 추가적인 공정 단계와 시간, 복잡성이 증가합니다.

6. 생산량 및 리드 타임

• 시제품 및 소량 생산: 일반적으로 기능에 따라 보드당 10~50달러로, 설정 비용이 적은 수량으로 분산되기 때문입니다.
• 중간에서 대량 생산: 단가가 크게 감소하며, 특히 패널 최적화가 되고 일반 사양을 사용하는 설계일 경우 더욱 그렇습니다.
• 신속 제작: 신속한 제조/납품(최대 24~48시간 이내)은 프리미엄 요금이 추가되므로 가능하면 사전 계획을 세우세요.

7. 인증서 및 품질 보증

• UL, ISO9001, ISO13485, 환경 규제 준수: 인증된 시설과 문서는 더 비싸지만 자동차, 의료 및 정밀 상업 프로젝트에는 필수적입니다.

비용 비교 표: 4층 PCB 예시 견적

4층 PCB 제조에서 최고의 가치를 얻는 방법

• 처음부터 완전한 적층 구조와 기계 도면을 제공하세요
• 제조성 설계 피드백(DFM)에 신속하게 대응하고, 양산성을 위해 수정하세요
• 검증되고 인증된 선전(Shenzhen) 또는 글로벌 공급업체를 선택하세요
• 대량 생산을 위한 어레이/판넬 설계를 최적화하세요
• Viasion Technology와 같은, 내부 비용 엔지니어링과 무료 DFM 파일 검사를 제공하는 공급업체와 협력하세요

적합한 4층 PCB 제조업체 선정하기

선택의 결정은 어디 당신에게는 이미 4층 PCB 제조 방식이 프로젝트의 비용, 전기적 성능, 생산 리드타임 및 장기적인 장치 신뢰성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 4층 PCB 제조 공정은 이미 성숙했지만, 자동차, 산업용, 의료, 소비자 전자기기 시장과 같이 정확성, 반복성, 문서화를 요구하는 분야에서는 일부 공급업체만이 일관되게 이러한 요건을 충족시킵니다.

1. 인증서 및 준수

다음과 같은 인증을 보유한 제조업체를 찾아보세요:

• UL (Underwriters Laboratories): 가연성 규정 준수 및 안전한 작동 특성을 보장합니다.
• ISO 9001 (품질 시스템): 설계에서부터 출하에 이르기까지 철저한 공정 관리와 문서화를 의미합니다.
• ISO 13485 (의료용): 의료 등급 PCB 어셈블리 및 장치에 필수적입니다.
• 환경 규제 (RoHS, REACH): 유해 물질에 대한 관리 및 글로벌 시장 기준 준수를 나타냅니다.

2. 기술 역량 및 경험

최상위 수준의 4층 PCB 제조업체는 다음을 제공해야 합니다:

• 정밀한 적층 구조 제어: 유전체 두께, 구리 두께 및 비아 형상에 대한 엄격한 허용오차를 제공할 수 있습니다.
• 고급 비아 기술: 고속, 고밀도 및 맞춤형 적층을 위한 스루홀, 블라인드/배리드 비아, 패드 인 비아 및 백드릴링.
• 임피던스 제어 제작: 현장 임피던스 테스트 쿠폰, 일치하는 테스트 벤치 및 싱글엔드/디퍼런셜 설계에 대한 전문 기술 보유.
• 유연한 패널화: 다양한 기판 크기와 형태에 대해 재료를 효율적으로 사용하며, 내부 상담을 통해 기판당 비용 절감을 지원합니다.
• 종합 서비스: 신속한 프로토타입 제작, 대량 생산뿐 아니라 기능 조립, 적합성 코팅, 박스 조립과 같은 부가 가치 옵션도 포함됩니다.

3. 소통 및 지원

신속한 응답성과 명확한 기술 지원은 우수한 PCB 공급업체의 차별점입니다:

• 초기 DFM 및 적층 구조 검토: 제작 시작 전에 DFM 또는 임피던스 문제를 사전에 알립니다.
• 영어권 엔지니어링 팀: 해외 고객의 경우, 번역 과정에서 정보가 누락되는 것을 방지합니다.
• 온라인 견적 및 추적: 실시간 견적 도구와 주문 상태 추적을 통해 투명성과 프로젝트 계획 정확도를 높입니다.

4. 부가가치 서비스

• PCB 설계 및 레이아웃 지원: 일부 공급업체는 최적의 양산성 또는 신호 무결성을 위해 레이아웃을 검토하거나 공동 설계할 수 있습니다.
• 부품 조달 및 어셈블리: 턴키 어셈블리는 시제품 또는 시범 생산의 리드 타임과 물류를 크게 단축시킵니다.
• 프로토타이핑에서 대량 생산까지: 첫 번째 기판부터 백만 개의 유닛에 이르기까지 일관된 공정 관리를 제공하며 생산량 증가에 따라 확장 가능한 업체를 선택하십시오.

5. 위치 및 물류

• 선전/광둥 지역: 고품질, 빠른 제작 주기를 갖춘 다층 PCB 제조의 글로벌 허브로, 성숙한 공급망과 풍부한 재료 재고, 강력한 수출 인프라를 보유하고 있습니다.
• 서방 지역 옵션: 북미 또는 유럽은 UL/ISO 인증 제조를 제공하지만 인건비가 높아 짧은 납기 또는 특수 규제 준수가 필요한 소량에서 중간 규모 생산에 적합합니다.

4층 PCB 제조업체 평가 방법

현대 전자 기기에서 4층 PCB의 응용

다양성, 신뢰성 및 성능상의 이점 덕분에 4층 PCB 신호 무결성, EMI 감소, 라우팅 밀도 및 전력 공급의 최적 조합으로 인해 네 번째 층을 가진 프린트 회로 기판은 복잡성, 크기 또는 전기적 성능이 중요한 거의 모든 시장 분야에서 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다.

1. 소비자 전자 제품

• 웨어러블 기기 및 스마트 디바이스 작은 사이즈의 피트니스 트래커, 스마트워치 및 휴대용 헬스 모니터는 고급 마이크로컨트롤러, 무선 라디오 및 센서 어레이를 소형 폼팩터 안에 수용하기 위해 4층 PCB 적층 구조를 사용합니다.
• 라우터 및 액세스 포인트 고속 네트워킹 장치는 USB 3.x, Wi-Fi 및 이더넷 인터페이스에서 신호 품질을 보장하기 위해 정밀한 임피던스 제어가 가능한 4층 PCB 제조 공정을 사용합니다.
• 게임 콘솔 및 홈 허브 고밀도 PC 마더보드, 컨트롤러 및 고속 데이터 장치는 노이즈를 줄이고 열 관리를 개선하며 고급 CPU와 독립형 그래픽을 지원하기 위해 다중 플레인 스태커업을 활용합니다.

2. 자동차 전자기기

• 전자 제어 장치 (ecus) 최근 자동차는 수십 개의 ECU를 사용하며, 파워트레인, 에어백, 브레이크, 인포테인먼트 제어를 위해 강력하고 EMI에 견고한 다층 PCB가 필요합니다.
• 고급 운전자 보조 시스템 (ADA) 4층 PCB 설계는 레이더, LIDAR 및 고속 카메라 인터페이스에서 신호 전달의 일관성과 열 성능이 매우 중요한 임무를 수행합니다.
• 배터리 관리 및 전력 제어 전기차 및 하이브리드 차량에서 4층 스태커업은 고전류 분배, 고장 격리 및 배터리 모듈 간의 신뢰성 있는 통신을 처리합니다.

3. 산업 및 자동화

• 게이트웨이 및 통신 모듈 산업용 제어 네트워크(Ethernet, Profibus, Modbus)는 견고한 인터페이스와 신뢰성 있는 전원 공급을 위해 4층 인쇄 회로 기판을 사용합니다.
• PLC 및 로봇 컨트롤러 다층 스태커업을 사용하면 조밀한 레이아웃, 혼합 신호 설계 및 전원 격리가 효율적으로 구현되어 장비 가동 시간이 향상되고 노이즈가 감소합니다.
• 테스트 및 측정 장비 정밀 아날로그 및 고속 디지털 회로는 임피던스 제어 라우팅, 크로스토크 완화 및 정교한 PDN 설계를 필요로 하며, 이 모든 것은 4층 PCB의 강점입니다.

4. 의료 기기

• 휴대용 진단 장비 및 모니터 맥박 산소 측정기에서 이동형 심전도(ECG) 장비에 이르기까지, 4층 PCB 제작은 소형화, 혼합 신호 설계 및 안전성이 중요한 의료 제품에서의 신뢰성 있는 작동을 지원합니다.
• 이식형 및 착용형 의료 기기 신중하게 설계된 스태커업을 통해 생체적합성, 신뢰성 및 낮은 전자파 간섭(EMI) 요건을 충족할 수 있으며, ISO13485 및 IPC-A-610 Class 3 인증을 획득할 수 있습니다.

5. 사물인터넷(IoT), 통신 및 데이터 인프라

• 게이트웨이, 센서 및 엣지 장치 저전력이지만 고밀도의 IoT 제품은 현대적인 다층 스태커업을 통해 신뢰성과 성능을 달성하며, 종종 무선, 아날로그 및 고속 디지털 회로를 하나의 소형 기판에 통합합니다.
• 고속 백플레인 및 모듈 라우터, 스위치 및 서버는 빠르고 잡음에 강인한 신호 전송과 견고한 전원 레일 구조를 위해 4층 이상의 복잡한 기판을 사용합니다.

표: 예시 적용 분야 및 적층 구조의 장점

자주 묻는 질문 (FAQ)

4층 PCB가 EMI 성능을 향상시키는 방법은 무엇입니까?

A 4층 PCB 신호 레이어 바로 아래에 견고한 그라운드 평면을 형성하여 고속 전류의 매우 효과적인 리턴 경로를 제공합니다. 이를 통해 루프 면적이 최소화되고 EMI 방출이 크게 줄어들며 민감한 신호들이 간섭으로부터 보호됩니다. 2층 기판과 달리 4층 적층 구조의 내부 평면은 방사 노이즈를 흡수하고 재전달하여 장치가 첫 시도에 EMC 규격을 통과하도록 도와줍니다.

2. 2층에서 4층 PCB로 언제 업그레이드해야 하나요?

이쪽으로 업그레이드 4층 PCB 만약:

• 고속 디지털 버스(USB, HDMI, PCIe, DDR 등)를 사용해야 하는 경우입니다.
• 설계가 방사형/전도형 EMI 적합성 테스트에서 실패하는 경우입니다.
• 과도한 비아나 '쥐의 둥지' 배선 없이 밀집된 최신 부품을 배치하기 어려운 경우입니다.
• 안정적인 전원 분배와 낮은 그라운드 반동이 필수적입니다.

3. 내 4층 PCB에 어떤 구리 두께를 지정해야 하나요?

• 1온스(35µm) per layer 은 표준이며 대부분의 디지털 및 혼합 신호 설계에 적합합니다.
• 2온스 이상 고전류 경로 또는 열 요구 조건이 높은 응용(예: 전원 공급 장치, LED 드라이버)에 권장됩니다.
• 스택업에서 신호층과 평면층의 구리 두께는 항상 별도로 명시해야 합니다.

4. 4층 PCB가 고속 신호용 임피던스 제어를 지원할 수 있나요?

예! 적절한 스택업 설계와 유전체 두께의 정밀한 제어를 통해 4층 PCB는 싱글엔드 50Ω 그리고 90–100Ω 차동 쌍 에 이상적입니다. 최신 기판 제조 업체들은 IPC-2141A 기준 ±10% 이내의 임피던스를 측정하고 인증하기 위해 테스트 쿠폰을 제작합니다.

5. 4층 PCB 제조 비용의 주요 결정 요인은 무엇인가요?

• 코어/프리프레그 소재 종류(FR-4 대 고주파, 고-TG 등)
• 기판 크기, 전체 수량 및 패널 활용률
• 층 수 및 구리 두께
• 최소 트레이스/스페이스 및 비아 지름
• 표면 마감 (ENIG, HASL, OSP, 침지 은/주석)
• 인증 (UL, ISO, RoHS, 자동차/의료)

결론 및 핵심 요약

알루미늄의 4층 PCB 제조 공정 정교한 적층 설계에서부터 철저한 제조와 광범위한 테스트에 이르기까지—현대 전자 제품 개발에 자신감과 정밀도, 신속성을 부여합니다. 4층 PCB는 복잡성, 전기적 성능, 총 설치 비용 사이의 균형을 잘 맞추는 '최적 구간(sweet spot)'으로, 소형 소비자 기기부터 자동차 ECU 및 의료 진단 장비까지 다양한 분야에서 견고한 결과를 제공합니다.

요약: 4층 PCB가 중요한 이유는 무엇인가?

• 신호 무결성 및 EMI 억제: 4층 PCB 적층의 별개 내부 접지 및 전원 평면은 안정적인 신호 기준을 확보하고 크로스토크를 줄이며 오늘날 까다로운 EMC 표준을 충족시킵니다.
• 높은 배선 밀도: 2층 PCB 대비 두 배의 동판 레이어는 구성 요소 선택 옵션을 크게 늘려주며 라우팅 문제 없이도 더 조밀하고 소형화된 제품을 실현 가능하게 합니다.
• 신뢰성 있는 전력 분배: 전용 평면은 모든 구성 요소에 저저항, 저유도 전달을 보장하여 안정적인 전원 공급 레일을 구현하고 고성능 프로세서 또는 아날로그 회로를 지원합니다.
• 비용 효율적인 복잡성: 4층 기판의 제조 및 조립 기술은 이제 성숙되고 경제적이며 전 세계적으로 이용 가능하여 5개에서 5만 개의 PCB가 필요하든 관계없이 신속하고 확장 가능한 생산이 가능합니다.

4층 PCB 우수성을 위한 골든 룰

항상 스택업과 임피던스 요구사항을 초기 단계에서 정의하십시오. 제조업체와의 협업을 포함한 초기 계획 수립은 나중에 예기치 못한 문제를 방지하고 고속 또는 아날로그 네트워크가 설계된 대로 동작하도록 보장합니다.

평면을 보호하고 견고한 리턴 경로를 유지하십시오. 그라운드/파워 평면에 불필요한 슬롯/컷아웃을 피하십시오. 끊김 없는 평면과 올바른 최소 클리어런스를 위해 IPC-2221/2222 모범 사례를 따르십시오.

전문적인 PCB CAD 도구를 활용하십시오. Altium, Eagle, KiCad 또는 원하는 도구 세트를 사용하고, 항상 Gerber/드릴 출력 파일의 명확성과 완전성을 다시 한번 점검하십시오.

수요 및 품질 관리 확인 AOI, 인서킷 및 임피던스 테스트, 그리고 ISO/UL/IPC 인증을 보유한 공급업체를 선택하세요. 고신뢰성 설계의 경우 샘플 단면 또는 임피던스 쿠폰을 요구하십시오.

패널 및 공정에 최적화 제조업체와 협력하여 귀하의 레이아웃을 해당 업체의 패널 크기 및 선호 공정에 맞게 조정하세요. 이는 일반적으로 성능 저하 없이 가격을 10~30% 절감할 수 있습니다.