인쇄 회로 기판(PCB)이란?

PCB(인쇄 회로 기판)는 전기 회로의 구성 요소를 고정하고 연결하는 데 사용되는 기계적 기반입니다. PCB는 휴대폰, 태블릿, 스마트워치, 무선 충전기, 및 전원 공급 장치를 포함한 거의 모든 현대 가전제품 및 액세서리에 사용됩니다. 이러한 다중 재료, 다층 기판은 PCB 어셈블리(PCBA)의 안정적인 기반을 형성하며 능동 및 수동 구성 요소 간의 전류 흐름을 유도하는 역할을 합니다.

PCB의 기본 층은 일반적으로 절연, 방수 및 온도 안정성을 제공하는 강하고 비전도성 재료의 조합으로 만들어집니다. 일반적인 PCB 재료에는 FR4, 금속 및 폴리이미드(PI)가 포함됩니다. PCB 재료를 선택할 때 비용 절감, 기능적 성능(예: 열 팽창) 및 환경 친화성은 모두 고려해야 할 요소입니다.

PCB의 기본 층에 에칭된 것은 지점에서 지점까지 신호를 전달하는 경로입니다. ‘트레이스’라고 불리는 이 얇은 물체는 일반적으로 구리로 만들어지는데, 이 구리는 전도성이 높아 구성 요소 간에 저항이 거의 없이 전자가 움직일 수 있게 합니다.

다양한 유형의 PCB는 서로 다른 성능 품질을 제공하며 종종 사용되는 기판의 전성도에 따라 분류됩니다. 이러한 기판은 경성, 연성 또는 이 두 가지의 조합일 수 있습니다.

이러한 세 가지 주요 유형 외에도 PCB는 구성 요소 배치(단면 또는 양면 PCB), 재료(금속 코어 또는 세라믹 PCB), 연결 밀도(고밀도 인터커넥트 및 초고밀도 인터커넥트 PCB) 또는 층 수(16층 PCB)와 같은 다른 기준을 사용하여 분류할 수도 있습니다.

ON 스위치가 있으면 PCB가 있을 가능성이 높습니다. PCB는 거의 모든 전자 장치에 사용되며, 다양한 산업 및 장치 유형에 걸쳐 사용됩니다.  

하이테크: 사용자 지정 PCB는 5G 인프라 및 고속 데이터 처리를 포함하여 매우 복잡하고 빠르게 변화하는 하이테크 산업에서 혁신을 지원합니다. 이러한 기판은 장치 개발의 최첨단에 있는 업계에서 쓰이며 많은 층 수와 고유한 재료를 특징으로 합니다.

항공우주 및 방위: 이러한 응용 분야에서는 신뢰성이 핵심인데, 장치가 종종 원격이며 온도, 진동 또는 충격과 같은 극단적인 환경 조건을 경험할 수 있기 때문입니다. 여기서 PCB는 위성 및 항공기의 센서, 전원 공급 장치 및 내비게이션 시스템에 사용됩니다.

자동차: PCB는 헤드업 디스플레이, 에어백, 첨단 운전자 지원 시스템 등의 모든 최신 차량에서 찾을 수 있지만 전기 모터 작동 및 전력 공급을 관리하기 때문에 전기차에서 특히 중요한 역할을 합니다.

에너지: PCB는 전력의 생성, 수집 및 분배에 필수적입니다. 이러한 신뢰성은 에너지 섹터를 가동 상태로 유지하면서 전력 그리드와 컨트롤러 간의 통신, 에너지 저장 및 시스템 모니터링을 용이하게 합니다.

산업: 산업 응용 분야에 사용되는 자동화 장비는 PCB를 사용하여 고전압 전류, 기계 진동 및 극한의 온도를 비롯한 강렬한 조건을 견딜 수 있어야 합니다. 제조 드릴 및 프레스, 측정 장비 및 고속 비디오 캡처에서 찾을 수 있습니다.

초기 회로 기판 설계는 스루홀 구조에 의존했으며 표면 실장 기술(SMT)이 뒤를 이었습니다. 수십 년 동안은 손으로 설계를 그렸기 때문에 제조 속도가 느리고 비용이 많이 들었습니다. 컴퓨터가 도입되면서 전체 설계 프로세스가 바뀌어 생산이 가속화되는 동시에 일관성과 기능성이 향상되었습니다. 오늘날의 제조업체는 PCB 설계용 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 모든 개발 단계에서 설계를 모델링, 해석 및 검증합니다.

PCB 설계의 과제에는 크기 제약, 열 고려 사항, 전기 마이그레이션, 기계적 통합 및 전력 효율이 포함됩니다. 이러한 복잡성으로 인해 설계자는 프로세스 전반에 걸쳐 전기, 기계 및 열 공학 고려 사항이 해결되도록 다양한 전문가와 협력해야 합니다.

PCB 설계 프로세스:

1. 회로도 생성: 설계자는 ECAD(Electronic Computer-Aided Design) 소프트웨어를 사용하여 PCB의 2D 청사진을 그립니다. PCB의 구성 요소, 배치 및 연결 방법을 식별합니다.
2. 재료 선택: 설계자는 최종 어셈블리의 필요에 따라 기판에 사용할 재료를 선택합니다. 이러한 선택에는 FR-4, 폴리이미드 라미네이트, 복합 에폭시 재료(CEM), 액정 폴리머 등이 있습니다. 
3. 설계 검토: 생산 전에 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 다양한 상황에서 기판이 어떻게 작동하는지 테스트하고 검증합니다. 이러한 테스트를 통해 구성 요소 배열이 모든 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.  

이러한 프로세스가 완료되면 기판을 제작할 준비가 된 것입니다. PCB 제조는 많은 중요한 단계를 가진 다단계 과정이지만, 중요한 단계에는 인쇄, 에칭, 프레싱, 드릴링, 실크 스크리닝, 마스킹이 있습니다. 

• 첫째, PCB 회로도를 구리 피복 기판에 인쇄합니다. 
• 그런 다음 에칭이라는 공정에서 여분의 구리를 제거하여 회로의 트레이스와 패드를 표시합니다. 
• 다음으로, 높은 열을 사용하여 교차 재료 층을 한데 압축하고 기판에 드릴로 마운팅홀, 스루홀 핀 및 비아의 자리를 뚫습니다. 
• 그런 다음 실크 스크린 층을 추가하여 극성, 커넥터 이름, 회사 로고와 같은 정보를 표면에 표시합니다. 
• 마지막으로, 솔더 마스크를 적용하여 산화 및 솔더 브리지 형성을 방지합니다.

PCB는 현대 전자 제품의 중추로서, 전력을 공급하는 장치와 기계가 계속해서 작아지고 유연해지고 강력해짐에 따라 계속 진화할 것입니다. 소형화와 투명하고 신축성 있는 재료 사용을 통해 PCB는 다양한 흥미로운 방법으로 전자 설계를 보완할 수 있습니다. 또한 전기화가 자동차 및 항공우주 분야의 혁신을 주도함에 따라, PCB는 통신 및 내비게이션과 같은 청정 에너지가 어떻게 연료를 공급할 수 있는지를 정의하는 데 큰 역할을 할 것입니다.

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