* PCB ARTWORK의 분류 1). LAYER(층)에 따른 분류 1.단면, 2.양면, 3.4층이상

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1 * PCB ARTWORK의 분류 1). LAYER(층)에 따른 분류 1.단면, 2.양면, 3.4층이상 2). 부품실장에 따른 분류. 1.DIP 또는 DISCRETE DEVICE, 2.SMD(표면실장형). 3). 회로구성에 따른 분류. 1.DIGITAL, 2.ANLOG/RF, 3. DIGITAL 과 ANALOG 혼재형 4). 기타. 1.특수한 부품 배치, 2.특수한 패턴 배열 * PCB의 설계 Printed Circuit Board(PCB)는 그 위에 탑재된 전자 Device, 전자부품을 접속하여, 목적한 기능을 갖는 장치, 시스템 등이 되게 한다. 그러한 이유로 PCB를 제작하기 위해서는 다음과 같은 사항들을 명확히 해야 한다. 장치의 크기, 열방산방법 사용할 전자 부품, Device와 그 치수, 단자 Pitch 등 부품의 실장 방법 전자 부품의 배치 배선의 전기 특성, 전기 저항, 특성 Impedance, 지연 시간 등 PCB의 기판 재료 PCB의 배선폭/간극, Via 크기, 판의 두께, 층의 구성, 층간 간격, 배선 층수 등 PCB의 표면 처리 (동박 Coat, Flux Coat, 금도금 등) PCB의 제조 Process 품질보증의 Level 제조수, 납기 등 생산 관리 관련 사항 등을 고려하게 된다. ■ 회로 설계의 흐름 PCB를 제작하기 위한 설계의 흐름은 그림1과 같다. 이 흐름의 상당 부분은 컴퓨터를 이용한 CAD에 의해 이루어지는 경우가 많다. 초기에는 어느 정도의 장치, 시스템을 제작할 것인가를 결정하는 일이 중요하다. 이 장치의 기능과 함께 장치의 크기와 멀티 유니트 설계, 동시에 열의 방산성도 고려한 설계를 한다. 장치의 기능이 결정되면, 구체적인 회로 설계가 행해진다. 이 설계의 중간에 사용할 전자 부품류가 선택 결정된다. 지금까지의 단계는 장치 메이커의 주도하에 행해지는 것이 일반적이다.

2 회로 설계가 완성된 것에 따라서 실장 설계가 이루어진다. 회로의 기능이 최대한으로 발휘되도록, 부품 배치와 접속 설계를 한다
회로 설계가 완성된 것에 따라서 실장 설계가 이루어진다. 회로의 기능이 최대한으로 발휘되도록, 부품 배치와 접속 설계를 한다. 접속을 위한 배선은 PCB 상의 도체 Pattern에 따라 실시한다. 이를 위해, Pattern 설계에 앞서, 전기 특성을 설정한다. 도체의 전기 저항, 도체간의 절연 저항, Line의 특성 Impedance, 신호의 허용 지연 시간, 전자 방사 등 기기의 Level에 적합한 설정을 한다. 이것들의 진행과 동시에 PCB의 배선 Rule을 결정한다. 부품의 접속 방법으로 표면 실장, Through Hole 실장, Bare Chip 실장이 있다. 그것에 대한, 배선 Rule로는 Pattern의 폭, 간격, 도체 두께, Via 또는 부품 삽입 Hole의 크기, Land 크기, 전체 Board의 두께, 도체의 층 수, 층간 두께, 치수 등 소위 PCB의 특징이라고 일컬어질 수 있는 것들이다. 또, PCB의 보존성, Soldering, Connector의 부분 도금 지정 등을 고려한 표면 처리의 규정이 필요하지만, 이것은 제조 Process의 선택에 영향을 미친다. 지금까지도 원래 장치측이 지정하는 경우가 있지만, PCB에 관련있는 지식이 설계측에는 관련이 적은 경우가 많고, 실장, PCB 기술관계자와의 협의는 부족하다.

3 ■ 층 구성의 결정 다층 PCB에 있어서, 층 구성을 결정하는 것은 그것의 배선판의 특성을 결정하고 또 재료 선택, Process 결정에 영향을 미친다. 그림2는 IVH( Interstitial Via Hole)을 갖지 않은 4 ~ 8층의 구성예를 보여준다.

4 그림에서 4층판(a)는 Core재는 내부에, 표면에는 동박을 배치하고 있다
그림에서 4층판(a)는 Core재는 내부에, 표면에는 동박을 배치하고 있다. (b)는 Core재의 한 쪽만 있는 판면은 내부에, 다른 면은 외층을 향하게 하고 있다. 1 ~ 2층의 간극의 정도를 향상시키기 위해 이 구성을 택하는 경우가 있지만 제조는 복잡해진다. 5층판의 (a)는 내층의 Core가 한 쪽면만 있는 판이 된다. (b)는 외층의 한 쪽이 한 쪽면만 있는 판이 된다. 6층 이상에서도 (a)는 외층이 동박, (b)는 외층에 Core재를 이용한 것이다. (c)는 내층에 한 쪽면만 있는 판을 이용한 예이지만, 특수한 경우로, 설계로 원하는 특성을 얻지 못하는 경우에 사용한다. 또 홀수층의 층구성은 비대칭으로 휘어져 비틀림이 발생하기 쉽고, 이런 경우와 같은 설계는 피하는 것이 바람직하다. 10층 이상의 경우에는 특수한 경우를 제외하고 이 그림에 준하여, 내층 판에는 양면 동장 적층판을 이용하고, 외층부에는 동박을 하고 있다. 동박이 얇고, 취급이 곤란한 경우, 0.1mm 정도의 한 쪽면만 있는 적층판을 배치하기도 한다. 이 그림 중, Core 재료의 두께, 동박의 종류, 두께와 조합, Prepreg의 종류, 두께, 사용 매수 등의 선택이 이루어지고, 대단히 많은 조합이 가능하다. 이것을 기점으로 가능한 한 표준화하여, 충 구성의 종류, Core 재료, Prepreg의 Inventory를 적게하는 노력이 필요하다. 그림2는 IVH를 가지고 있지 않지만 내층의 일부 또는 전부에 IVH를 배치하는 구성도 증가하고 있다. 층 구성 결정에는 전기 특성을 중심으로 한 특성을 중시하는 것도 물론 있지만, 제조상의 사정을 충분히 고려하는 일이 중요하다. ■ 판 선택의 결정 PCB의 치수는 전자기기의 크기에 의해 결정된다. 경박단소의 경쟁 속에서 제조에서의 영향을 고려하는 것은 어렵지만, PCB의 크기가 Cost에 영향을 준다. 동장 적층판의 크기는 적층판 메이커의 적층 Press의 크기에 의해 제한된다. 정확한 수치가 생략되어 있으면, 1000×1000mm, 1200×1000mm의 2종류가 있다. 이 수치보다 다소 크지만, 이 안에 가능한 한 많은 PCB을 놓는 것이 가능하다면 재료를 헛되이 버리는 것이 줄어들 것이다. 그러므로 기기의 설계에 접해서 이 수치를 고려하는 일이 중요하다고 하겠다. 실제는 한 변을 510mm로 하여, ×340mm, ×410, ×510, ×610mm, 410×410mm, 410×340mm, 340×340mm 등 많다. 이 제한 중 유효하게 활용할 것은 Cost와 제조 라인의 자동화에도 관계된, Panel의 종류를 적게하는 것이 많은 장점이 된다. ■ Pattern 설계와 Process의 선택 PCB의 수치와 전기 특성이 결정되면 Pattern 설계에 앞서 사용할 절연 재료, PCB의 표면 처리, 덧붙여 그것을 제조할 Process를 결정하는 일이 필요하다. 여기서부터 제작할 전자 장치에 적합한 각종 요소를 규정하는데, 이것이 제조의 난이도에 관계된다. 장치와 관계되는 것이 많으므로 PCB 제조업자와의 충분한 협의가 필요하다. 재료는 일반적으로 Epoxy 수지를 이용한 Glass포 동장 적층판이 많다. 기기의 성능이 충분히 발휘되도록 하기 위해서는 고내열성수지, 저비유전율수지를 이용한 적층판의 적용도 고려해보는 것이 필요하다. Process에 대해서는 도금 Through Hole법이 PCB의 제조의 주류이지만, Via 수가 많은 것에 대해서는 새로운 Build Up Process , 사진(Photo) Process 등을 조합한 것을 고려하게 된다. 덧붙여, Fine Pattern 등을 필요로 하는 것에 대해서는 최근 그것을 위한 Process가 실용화되고 있으므로, 제작하고자 하는 회로 실장품에 대해서 고려하는 것이 중요하다. PCB의 보존성, Soldering, Connector 부분의 도금 등을 고려한 제조 Process를 결정한다.

5 재료, Process를 결정하고, 배선 Rule을 결정함에 따라, PCB 상의 부품 배치, 도체 배선 Pattern의 설계가 이루어진다. 회로도에서 From-To의 접속을 읽고, 부품 위치에 의한 접속을 Pattern화 한다. 또 전원 공급, Ground의 배치, 전자 차폐(遮蔽)에 대한 고려가 필요하다. 이 배선의 길이는 가능한 한 짧은 것이 성능을 향상시키기 위해서 필요하고, Corsstalk를 고려하여, 평행선의 길이를 제한한다. 도체의 층수는 그 전의 Step으로 결정하지만, 배선의 과정에서 배선량이 많은 경우, 층수를 재고려하는 경우도 종종 있다. 또 표면 처리의 종류에 따라 맞는 Pattern 설계를 한다. ■ Simulation과 CAM Data의 작성 배선 Pattern의 설계가 완료된 시점에서 배선 접속의 오류를 체크하고, 경우에 따라 배선의 지연 시간 그 이외의 특성의 Simulation을 시행한다. 이렇게 하여 부품 배치, 배선의 접속 Data가 완성되면 이 Data를 기초로 제조 관련 각종 Data(CAM Data)를 작성한다. 제조 Data라 하는 것은 PCB용으로는 내층, 외층 각각의 배선 Pattern의 Mask Data, 도금 Through Hole의 구멍을 뚫는 Data, Solder Resist의 Mask Data, 외형 가공용 Data, V-Cut용 Data, Build Up Process에서의 각층별 Photo Via의 Mask Data 등이다. 또 Pattern을 Mask하지 않고, 직접 그리는 경우 Laster Scan Data의 작성이 이루어진다. 검사용 Data와 내층, 외층의 전기시험 Data와 외관 검사 Data, 경우에 따라서는 긴 배선의 개별 전기 저항 Data의 작성도 시행한다. 실제로 제조를 할 때는 Pattern Data만 있는 것은 아니고, 제조에 필요한 Data, 예를 들면, 각종 기준 Mark Data, Test Coupon Data, 층 식별 Data 등을 가공전에 부가하여, 현장에 보낸다. 이런 Data는 가공되는 Panel이 그 Step에 왔을 때에 꼭 제공되어야 하는 것으로 Timing이 맞는 생산관리체제가 견고하게 이루어지는 것이 중요하다. 이 CAD Data에 대해 회로부품실장에 있어서의 Data도 제공한다. 표면실장에 관계된 Cream Solder Screen Mask 가공용 Data, 부품 Press Data 등의 제조용 Data 및 검사용, Incircuit Test용 Data, 부품실장품의 기능시험 Data, 외관검사 Data 등이 작성되어 제공된다. 참고문헌 표면실장기술 : 日刊工業新聞社