PCB뉴스 - PCB 스루 홀이란?

PCB 스루 홀 는 다층 PBC에서 서로 다른 전도성 패턴 층을 연결하는 금속화 홀입니다.PCB 스루 홀이 있으면 서로 다른 레이어의 회로 간 전기적 연결이 가능해 PCB 설계의 유연성과 다층 보드의 활용도가 크게 향상됩니다. PCB 스루홀은 다층 PCB의 중요한 부분입니다. 일반적으로 다층 PCB 드릴링 비용은 보드 제조 비용의 30%~40%를 차지합니다.

PCB 스루 홀은 프로세스 측면에서 4가지 범주로 나눌 수 있습니다.

1. 쓰루홀(Through-hole): PCB 기판 전체를 관통하는 비아홀로 상단과 하단의 전도성 경로를 연결하는 데 사용됩니다. 

2. 막힌 구멍: PCB의 한쪽 면에서 중간층까지만 관통하고 기판 전체를 관통하지는 않습니다.

3. 매립 구멍: 완전히 PCB 내부에 위치하며 상단 또는 하단 레이어와 연결되지 않습니다. 내부 레이어 간의 전도성 경로를 연결하는 데 사용됩니다.

4. 마이크로비아: 더 작은 직경의 비아는 더 높은 배선 밀도와 더 나은 전기적 성능을 달성하기 위해 HDI(고밀도 상호 연결) PCB에 자주 사용됩니다.

다양한 유형의 비아는 설계 및 제조 시 요구 사항과 어려움이 다릅니다. 적절한 비아 유형을 선택하는 것은 PCB의 성능과 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다.

PCB 스루 홀 사용

전기 연결: 비아의 주요 기능은 다층 PCB의 여러 층 사이에 전기적 연결을 달성하는 것입니다. 설계 시 회로의 필요성과 배선의 복잡성에 따라 비아의 위치와 수를 결정해야 합니다.

신호 무결성: 비아를 사용하면 신호 지연, 감쇠 및 누화를 포함한 신호 전송에 영향을 미칩니다. 따라서 고주파 또는 고속 회로 설계에서는 비아가 신호 무결성에 미치는 영향에 특별한 주의를 기울여야 하며 최적화를 위해 해당 조치를 취해야 합니다.

열적 고려사항: 고전력 밀도 PCB 설계에서 비아는 열원에서 열 방출 표면으로 열을 전달하는 데 도움이 되는 열 방출 채널의 일부로 사용될 수도 있습니다.

신뢰성 고려 사항: 비아의 설계 및 제조 품질은 PCB의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어, 비아의 금속화 품질, 구멍 직경, 구멍 벽의 매끄러움은 모두 전기 연결의 안정성과 내구성에 영향을 미칩니다.

비용 고려 사항: 비아는 PCB 설계에 뛰어난 유연성을 제공하지만 너무 많은 비아는 제조 난이도와 비용을 증가시킬 수도 있습니다. 따라서 설계 시 성능과 비용 간에는 상충 관계가 있습니다.

PCB 스루 홀의 설계는 다음과 같은 측면을 고려해야 합니다.

1. PCB 스루 홀의 유형: 비아는 관통 홀, 막힌 홀, 매립 홀의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 스루홀은 PCB의 최상층에서 최하층으로 이어지는 홀이고, 블라인드홀은 PCB의 최상층이나 최하층에서만 열리는 홀, 매립홀은 PCB 내부에 완전히 매립되는 홀이다.

2. 비아홀의 크기: 비아홀의 크기에는 직경과 깊이가 포함됩니다. 비아의 직경은 양호한 전기 연결을 보장하기 위해 연결해야 하는 와이어의 직경을 기준으로 선택해야 합니다. 비아의 깊이는 PCB의 레이어 수와 연결해야 하는 레이어 사이의 거리에 따라 선택해야 합니다.

3. 비아 홀의 레이아웃: 비아 홀의 레이아웃은 PCB에 고르지 않은 응력이 가해지지 않도록 가능한 한 균일해야 합니다. 또한 PCB에 약점이 생기지 않도록 PCB 가장자리나 모서리에 비아 레이아웃을 피해야 합니다.

4. 비아 홀 채우기: 비아 홀을 채우면 PCB의 신뢰성과 안정성이 향상됩니다. 비아 홀의 충전재는 수지, 유리 섬유 등이 될 수 있습니다.

5. 비아홀의 전기적 특성: 비아홀의 전기적 특성에는 저항, 정전용량, 인덕턴스가 포함됩니다. 저항, 커패시턴스, 인덕턴스 등 비아의 전기적 특성은 PCB의 신호 전송 성능에 영향을 미칩니다.

일반 PCB 스루 홀

일반적인 PCB 설계에서는 비아의 기생 커패시턴스와 기생 인덕턴스가 PCB 설계에 거의 영향을 미치지 않습니다. 1-4 레이어 PCB 설계의 경우 일반적으로 0.36mm/0.61mm/1.02mm(드릴링/패드/POWER 절연 영역)가 사용됩니다. 특별한 요구 사항이 있는 일부 신호 라인(예: 전력선, 접지선, 클럭 라인 등)의 경우 0.41mm/0.81mm/1.32mm 비아 홀을 사용할 수 있으며 다른 크기의 비아 홀도 사용할 수 있습니다. 실제 상황에 따라 선택하십시오.

고속 PCB 스루 홀

고속 PCB 다층 보드에서 연결 라인의 한 레이어에서 다른 연결 라인 레이어로의 신호 전송에는 연결을 달성하기 위한 비아가 필요합니다. 주파수가 1GHz보다 낮으면 비아의 기생 용량과 인덕턴스가 좋은 연결 역할을 할 수 있습니다. 무시당하다.

주파수가 1GHz보다 높으면 신호 무결성에 대한 비아의 기생 효과는 무시할 수 없습니다. 이때 비아는 전송 경로에서 불연속적인 임피던스 중단점으로 나타나 신호 반사, 지연 및 감쇠를 유발합니다. . 및 기타 신호 무결성 문제.

신호가 비아를 통해 다른 레이어로 전송되면 신호선의 기준 레이어도 비아 신호의 복귀 경로 역할을 하며, 용량 결합을 통해 복귀 전류가 기준 레이어 사이에 흐르게 되어 그라운드 바운스 등의 문제가 발생합니다. .

고속 PCB 설계에서는 단순해 보이는 비아가 회로 설계에 큰 부정적인 영향을 미치는 경우가 많다는 것을 알 수 있습니다. 비아의 기생 효과로 인한 부작용을 줄이기 위해 엔지니어는 설계 중에 다음을 수행할 수 있습니다.

합리적인 크기를 선택하십시오. 일반 밀도의 다층 PCB 설계의 경우 0.25mm/0.51mm/0.91mm(드릴링/패드/POWER 절연 영역) 비아를 사용하는 것이 더 좋으며 일부 고밀도 PCB의 경우 0.20mm/0.46mm도 사용할 수 있습니다. /0.86mm 비아의 경우 비스루 홀을 사용해 볼 수도 있습니다. 전원 또는 접지 비아의 경우 더 큰 크기를 사용하여 임피던스를 줄이는 것을 고려할 수 있습니다.

PCB의 비아 밀도를 고려하면 POWER 절연 영역이 클수록 더 좋습니다. 일반적으로 D1=D2+0.41입니다.

PCB의 신호 트레이스는 레이어를 최대한 변경해서는 안 됩니다. 즉, 비아를 최대한 줄여야 합니다.

더 얇은 PCB를 사용하는 것은 비아의 두 가지 기생 매개변수를 줄이는 데 도움이 됩니다.

전원 및 접지 핀은 비아 홀과 가능한 한 가까워야 합니다. 비아 홀과 핀 사이의 리드가 짧을수록 인덕턴스가 증가하기 때문에 더 좋습니다. 동시에 전원 및 접지 리드는 임피던스를 줄이기 위해 최대한 두꺼워야 합니다.

신호에 대한 짧은 복귀 경로를 제공하기 위해 신호 레이어 비아 근처에 일부 접지 비아를 배치합니다.

PCB 스루 홀의 설계 및 제조 과정에서 몇 가지 일반적인 문제가 발생할 수 있습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 문제와 해결 방법입니다.

FAQ 1: 임피던스 불일치를 통해

문제 설명: PCB 설계에 서로 다른 직경이나 재료의 비아가 사용되는 경우 임피던스 불일치가 발생하여 신호 전송 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

해결 방법: 설계 단계에서 임피던스 제어 소프트웨어를 사용하여 정확한 임피던스 계산 및 시뮬레이션을 수행하여 비아의 임피던스가 주변 회로와 일치하는지 확인하십시오.

FAQ 2: 비아의 기계적 강도가 부족함

문제 설명: 제조 또는 조립 중 기계적 응력으로 인해 비아가 손상되어 연결 오류가 발생할 수 있습니다.

해결책: 적절한 비아 크기와 구조를 선택하여 비아가 충분한 기계적 강도를 갖도록 하십시오. 제조 공정에서는 응력 집중을 줄이기 위해 적절한 드릴링 및 도금 공정이 사용됩니다.

FAQ 3: 비아의 열 안정성이 좋지 않습니다.

문제 설명: 비아 근처에 열이 축적되면 고전력 애플리케이션이나 장시간 작동 시 성능 저하 또는 신뢰성 문제가 발생할 수 있습니다.

해결책: 비아의 레이아웃과 설계를 최적화하고 열 방출 패드나 열 비아와 같은 방열 조치를 추가합니다. 비아 도금층에는 열전도율이 좋은 재료를 선택하십시오.

FAQ 4: 비아의 납땜성 불량

문제 설명: 경우에 따라 비아의 납땜성이 부족하여 납땜이 어렵거나 연결이 불안정해질 수 있습니다.

해결책: 비아 표면에 주석이나 납과 같은 납땜성 강화제가 충분한지 확인하십시오. 제조 과정에서 도금층의 두께와 균일성이 제어됩니다.

FAQ 5: 비아의 일관되지 않은 전기적 성능

문제 설명: 제조 공정의 불일치로 인해 비아의 전기적 특성(임피던스, 커패시턴스 등)이 다를 수 있습니다.

해결책: 제조 공정의 모든 매개변수가 일관되도록 엄격한 품질 관리 조치를 채택하십시오. 전기 성능의 일관성을 향상하려면 설계 단계에서 중복 설계를 사용하거나 보상 조치를 추가하는 것을 고려하십시오.

이러한 일반적인 문제를 이해하고 해결함으로써 PCB 스루 홀의 성능과 신뢰성을 더욱 향상시켜 현대 전자 제품의 고성능 및 신뢰성 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

PCB 스루홀의 제조 재료에는 주로 전도성 재료(예: 구리)와 비전도성 재료(예: 에폭시 수지)가 포함됩니다. 이러한 재료의 선택과 적용은 PCB 성능과 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다. 자세한 소개는 다음과 같습니다.

PCB 스루 홀 제조 재료 유형: 전도성 재료: 좋은 전기 전도성을 보장하기 위해 비아 홀의 도금 공정에서 주로 사용됩니다. 구리는 우수한 전도성과 비용 효율성으로 인해 가장 일반적으로 사용되는 전도성 재료입니다.

비전도성 재료: 솔더 위킹이나 단락을 방지하기 위해 비아 홀을 채우는 데 주로 사용됩니다. 에폭시는 납땜 흐름을 방지할 뿐만 아니라 PCB의 기계적 강도를 향상시키는 일반적으로 사용되는 비전도성 충진재입니다.

다양한 유형의 비아의 제조 재료 적용: 비아 홀: 일반적으로 우수한 전기 전도성을 달성하기 위해 구리로 도금됩니다.

블라인드 및 매립 비아: 이러한 홀은 전체 PCB 보드를 관통하지 않으므로 홀 벽의 균일한 구리 도금을 보장하기 위해 특수 도금 공정이 필요할 수 있습니다.

마이크로비아: 작은 비아는 전도도와 열 전달 특성을 향상시키기 위해 전도성 페이스트나 구리가 포함된 에폭시로 채워야 할 수도 있습니다.

PCB 스루 홀 제조 공정 중 재료 선택 고려 사항

전도성: 고속 신호 전송을 지원하기 위해 비아의 전도성이 좋아야 합니다.

기계적 강도: PCB의 기계적 강도를 높이고 조립 또는 사용 중 손상을 방지하려면 적절한 재료를 선택하십시오.

열 관리: 우수한 열전도율이 요구되는 PCB의 경우 열전도율이 높은 재료를 선택하는 것이 매우 중요합니다.

제조 재료의 합리적인 선택 및 적용을 통해 PCB 비아의 성능과 신뢰성을 크게 향상시켜 현대 전자 제품의 고밀도 및 고성능 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

PCB 스루 홀은 전자제품 제조에 있어 없어서는 안 될 요소 중 하나입니다. 비아의 정의, 유형 및 사용법을 이해하는 것은 고성능, 고신뢰성 PCB를 설계하는 데 중요합니다.