PCB 제조는 특정 사양 세트에 따라 PCB 설계에서 물리적 PCB를 제작하는 프로세스입니다. 설계 사양을 이해하는 것은 PCB의 제조 가능성, 성능 및 생산 수율에 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다.
따라야 할 중요한 설계 사양 중 하나는 PCB 제조의 "균형 구리"입니다. 회로 성능을 저해할 수 있는 전기적 및 기계적 문제를 방지하려면 PCB 스택업의 각 레이어에서 일관된 구리 적용 범위를 달성해야 합니다.
PCB 밸런스 구리는 무엇을 의미합니까?
균형 구리는 PCB 스택업의 각 레이어에 대칭 구리 트레이스를 만드는 방법으로, 보드의 비틀림, 굽힘 또는 뒤틀림을 방지하는 데 필요합니다. 일부 레이아웃 엔지니어와 제조업체는 레이어 상단 절반의 미러링된 스택업이 PCB 하단 절반과 완전히 대칭이어야 한다고 주장합니다.
PCB 밸런스 구리 기능
라우팅
구리 층은 에칭되어 트레이스를 형성하며, 트레이스로 사용된 구리는 보드 전체에 신호와 함께 열을 전달합니다. 이렇게 하면 내부 레일이 파손될 수 있는 보드의 불규칙한 가열로 인한 손상이 줄어듭니다.
라디에이터
구리는 발전 회로의 방열층으로 사용되므로 추가적인 방열 부품 사용을 피하고 제조 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
도체 및 표면 패드의 두께 증가
PCB의 도금으로 사용되는 구리는 도체와 표면 패드의 두께를 증가시킵니다. 또한 도금된 스루홀을 통해 견고한 층간 구리 연결이 이루어집니다.
접지 임피던스 및 전압 강하 감소
PCB 밸런스 구리는 접지 임피던스와 전압 강하를 줄여 노이즈를 줄이는 동시에 전원 공급 장치의 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
PCB 밸런스 구리 효과
PCB 제조 시 스택 간 구리 분포가 균일하지 않으면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.:
부적절한 스택 밸런스
스택의 균형을 맞추는 것은 디자인에 대칭 레이어를 갖는 것을 의미하며, 그렇게 하는 아이디어는 스택 조립 및 적층 단계에서 변형될 수 있는 위험 영역을 방지하는 것입니다.
이를 수행하는 가장 좋은 방법은 보드 중앙에서 스택 하우스 디자인을 시작하고 거기에 두꺼운 레이어를 배치하는 것입니다. 종종 PCB 설계자의 전략은 스택업의 상단 절반을 하단 절반과 미러링하는 것입니다.
대칭 중첩
PCB 레이어링
문제는 주로 구리 표면이 불균형한 코어에 더 두꺼운 구리(50um 이상)를 사용하는 데서 발생하며, 더 나쁜 것은 패턴에 구리가 거의 채워지지 않는다는 것입니다.
이 경우, 구리 표면은 프리프레그가 패턴으로 흘러 들어가고 그에 따른 박리 또는 층간 단락을 방지하기 위해 "가짜" 영역이나 평면으로 보완되어야 합니다.
PCB 박리 없음: 구리의 85%가 내부 레이어에 채워져 있으므로 프리프레그로 채우는 것만으로도 충분하며 박리 위험이 없습니다.
PCB 박리 위험 없음
PCB 박리 위험이 있습니다. 구리는 45%만 채워져 있고 층간 프리프레그는 충분히 채워지지 않아 박리 위험이 있습니다.
유전체층의 두께가 고르지 않음
보드 레이어 스택 관리는 고속 보드 설계의 핵심 요소입니다. 레이아웃의 대칭성을 유지하기 위해서는 가장 안전한 방법은 유전체층의 균형을 맞추는 것이며, 유전체층의 두께도 지붕층과 마찬가지로 대칭적으로 배열되어야 한다.
그러나 유전체 두께의 균일성을 달성하는 것이 때로는 어렵습니다. 이는 일부 제조상의 제약으로 인해 발생합니다. 이 경우 설계자는 공차를 완화하고 균일하지 않은 두께와 어느 정도의 뒤틀림을 허용해야 합니다.
회로 기판의 단면이 고르지 않습니다.
일반적인 불균형 설계 문제 중 하나는 부적절한 보드 단면입니다. 구리 침전물은 일부 층에서 다른 층보다 더 큽니다. 이 문제는 구리의 일관성이 여러 층에서 유지되지 않는다는 사실에서 비롯됩니다. 결과적으로 조립 시 일부 층은 더 두꺼워지는 반면, 구리 증착이 낮은 다른 층은 더 얇아집니다. 플레이트에 측면으로 압력이 가해지면 플레이트가 변형됩니다. 이를 방지하려면 구리 적용 범위가 중앙 레이어를 기준으로 대칭이어야 합니다.
하이브리드(혼합재료) 적층
때로는 디자인이 지붕 레이어에 혼합 재료를 사용하는 경우도 있습니다. 재료마다 열계수(CTC)가 다릅니다. 이러한 유형의 하이브리드 구조는 리플로우 조립 중 변형 위험을 증가시킵니다.
불균형한 구리 분포의 영향
구리 증착의 변화로 인해 PCB 변형이 발생할 수 있습니다. 일부 뒤틀림 및 결함은 아래에 언급되어 있습니다.:
뒤틀림
뒤틀림은 보드 모양의 변형에 지나지 않습니다. 보드를 굽고 취급하는 동안 동박과 기판은 서로 다른 기계적 팽창과 압축을 겪게 됩니다. 이로 인해 팽창 계수의 편차가 발생합니다. 결과적으로 보드에 내부 응력이 발생하여 뒤틀림이 발생합니다.
응용 분야에 따라 PCB 재료는 유리 섬유 또는 기타 복합 재료가 될 수 있습니다. 제조 과정에서 회로 기판은 여러 번의 열처리를 거칩니다. 열이 고르게 분포되지 않고 온도가 열팽창계수(Tg)를 초과하면 보드가 휘게 됩니다.
전도성 패턴의 전기도금 불량
도금 공정을 적절하게 설정하려면 전도층의 구리 균형이 매우 중요합니다. 구리가 상단과 하단 또는 각 개별 레이어에서 균형을 이루지 않으면 과도한 도금이 발생하여 연결이 트레이스되거나 언더에칭될 수 있습니다. 특히 이는 측정된 임피던스 값을 갖는 차동 쌍과 관련이 있습니다. 올바른 도금 공정을 설정하는 것은 복잡하고 때로는 불가능합니다. 따라서 "가짜" 패치나 전체 구리로 구리 균형을 보완하는 것이 중요합니다.
균형 잡힌 구리 보충
보충 잔액 없음 구리
활의 균형이 맞지 않으면 PCB 층은 원통형 또는 구형 곡률을 갖게 됩니다.
쉽게 말하면 테이블의 네 모서리가 고정되어 있고 그 위로 테이블의 윗부분이 솟아오른다고 말할 수 있습니다. 그것은 활이라고 불렸으며 기술적 결함의 결과였습니다.
활은 곡선과 같은 방향으로 표면에 장력을 생성합니다. 또한 보드를 통해 임의의 전류가 흐르게 합니다.
절하다
활 효과
1. 비틀림 비틀림은 회로 기판 재질 및 두께와 같은 요소의 영향을 받습니다. 비틀림은 보드의 한 모서리가 다른 모서리와 대칭으로 정렬되지 않을 때 발생합니다. 특정 표면 중 하나가 대각선으로 올라가고 다른 모서리가 비틀립니다. 테이블의 한쪽 모서리에서 쿠션을 당기고 다른 모서리를 비틀는 것과 매우 유사합니다. 아래 그림을 참조하세요.
왜곡 효과
1. 수지 공극은 단순히 부적절한 구리 도금의 결과입니다. 조립 응력 중에는 응력이 비대칭 방식으로 플레이트에 적용됩니다. 압력은 측면 힘이기 때문에 얇은 구리 침전물이 있는 표면에서는 수지가 흘러나옵니다. 그러면 해당 위치에 공백이 생성됩니다.
2. 보우 및 트위스트 측정 IPC-6012에 따르면 보우 및 트위스트에 대한 최대 허용 값은 SMT 구성 요소가 있는 보드의 경우 0.75%이고 기타 보드의 경우 1.5%입니다. 이 표준을 기반으로 특정 PCB 크기에 대한 굽힘 및 비틀림도 계산할 수 있습니다.
보우 여유 = 플레이트 길이 또는 너비 × 보우 여유 비율 / 100
비틀림 측정에는 보드의 대각선 길이가 포함됩니다. 판이 모서리 중 하나에 의해 구속되고 비틀림이 양방향으로 작용한다는 점을 고려하면 요소 2가 포함됩니다.
최대 허용 비틀림 = 2 x 보드 대각선 길이 x 비틀림 허용 비율 / 100
여기에서는 길이가 4인치, 너비가 3인치이고 대각선이 5인치인 보드의 예를 볼 수 있습니다.
전체 길이에 대한 굽힘 허용량 = 4 x 0.75/100 = 0.03인치
굽힘 허용 폭 = 3 x 0.75/100 = 0.0225인치
최대 허용 왜곡 = 2 x 5 x 0.75/100 = 0.075인치
