PCB 제조 공정 단계: 신뢰할 수 있는 회로 기판 제작을 위한 종합 안내

고객에 의해 인적화된 이미지

인쇄 회로 보드 (PCB) 는 거의 모든 전자 장치의 기본 구성 요소이며 저항, 콘덴서, 칩 및 기타 구성 요소를 연결하는 연결 척추 역할을합니다.디지털 디자인 파일에서 기능적인 PCB로 가는 여행은 복잡한 제조 단계의 순서를 포함합니다.각기 정밀하고 전문적인 장비와 엄격한 품질 통제가 필요합니다.취미 프로젝트를 위해 간단한 단일 계층 PCB를 생산하거나 항공 우주 애플리케이션을 위해 정교한 40 계층 HDI 보드를 생산하든이 가이드에서는 PCB 제조의 각 단계를 분해하여 기술을 설명합니다.소재, 그리고 최종 제품이 성능과 신뢰성 기대에 부응하는 것을 보장하는 표준.

제조 전: 설계 및 엔지니어링
물리적 생산이 시작되기 전에 PCB 디자인은 제조성, 성능 및 비용 효율성을 보장하기 위해 엄격한 엔지니어링 및 검증을 거칩니다.이 사전 제조 단계 는 실수 를 최소화 하고 생산 지연 을 줄이기 위해 매우 중요 하다.
1PCB 디자인 (CAD 레이아웃)
도구: 엔지니어들은 Altium Designer, KiCad 또는 Mentor PADS와 같은 전문 PCB 설계 소프트웨어를 사용하여 회로 레이아웃을 만듭니다. 이러한 도구는 디자이너에게 다음과 같이 할 수 있습니다.
부품 발자국 (부품의 물리적 차원) 을 정의합니다.
부품들 사이의 전기적 흔적을 경유하고 적절한 거리를 보장하고 쇼트 쇼트를 피합니다.
레이어 스택을 설계 (다중층 PCB를 위한 경우), 다이렉트릭 물질과 구리 두께를 지정한다.
제조 능력에 기초한 설계 규칙 (예를 들어, 최소 흔적 너비, 구멍 크기) 을 포함합니다.

주요 고려 사항:
a. 신호 무결성: 고주파 (>1GHz) 설계의 경우, 트레스는 임피던스 불일치 및 크로스 스톡을 최소화하기 위해 라우팅됩니다.
b.열 관리: 전력 부품에서 열을 분산시키기 위해 구리 평면과 열 통로가 추가됩니다.
c.기계적 제약: 레이아웃은 장착 구멍과 절단으로 정밀하게 배치된 장치 장치 안에 들어야합니다.

2. 게르버 파일 생성
설계가 완료되면 PCB 제조에 대한 산업 표준 형식인 Gerber 파일로 변환됩니다. 완전한 Gerber 데이터 세트에는 다음이 포함됩니다.
각 PCB 계층에 대한 레이어 파일 (황의 흔적, 용접 마스크, 실크 스크린)
굴착 파일 (공개 크기 및 비아 및 구멍 구성 요소의 위치를 지정하는 파일)
네트워크 목록 파일 (시험을 가능하게 하는 전기 연결을 정의하는 파일)
현대 디자인은 또한 모든 제조 데이터를 단일 형식으로 패키지하여 더 쉽게 처리하는 ODB ++ 파일을 포함 할 수 있습니다.

3제조성 (DFM) 검증
DFM 검사는 설계가 효율적이고 신뢰할 수 있도록 보장합니다. 제조업체는 자동 DFM 소프트웨어 (예: Valor NPI, CAM350) 를 사용하여 다음과 같은 문제를 표시합니다.
흔적 너비/격차: 3 밀리 (0.076mm) 보다 좁은 흔적 또는 3 밀리 간격은 표준 공정으로 제조되지 않을 수 있습니다.
구멍 크기: 0.1mm보다 작은 구멍은 정확하게 파는 것이 어렵습니다.
구리 균형: 계층에 걸쳐 구리의 불균형 분포는 라미네이션 중에 왜곡을 일으킬 수 있습니다.
솔더 마스크 커버: 밀접한 거리를 가진 패드 사이의 부적절한 솔더 마스크는 쇼트 서킷의 위험을 증가시킵니다.
이러한 문제들을 조기에 해결하면 재작업 비용과 생산 지연을 줄일 수 있습니다.

단계 1: 기판 준비
기판은 PCB의 딱딱한 기반을 형성하여 전도성 층 사이의 기계적 지원 및 전기 단열을 제공합니다. 가장 일반적인 기판은 FR-4 (유화로 강화 된 에포시 樹脂),알루미늄과 같은 재료는, 폴리마이드 또는 PTFE가 전문적인 응용에 사용될 수 있습니다.
프로세스 세부 사항:
절단: 큰 기판 시트 (일반적으로 18×24× 또는 24×36×) 는 정밀 자루 또는 레이저 절단기를 사용하여 더 작은 패널 (예를 들어, 10×12×) 로 절단됩니다.패널 크기는 제조 장비의 제약 내에서 적합하면서 효율성을 극대화하도록 선택됩니다.
청소: 기름, 먼지, 오염물질 을 제거 하기 위해 알칼리 용액 과 이온화 된 물 을 사용하여 패널 을 청소 한다.이것은 후속 단계에 적용 된 기판과 구리 층 사이의 강한 접착을 보장합니다..
건조: 패널은 가루화 과정에서 탈층을 일으킬 수 있는 수분을 제거하기 위해 100~120°C에서 구워집니다.

단계 2: 구리 가루
구리 클래딩은 구리 필름의 얇은 층을 기판의 한쪽 또는 양쪽으로 결합하여 전도성 흔적의 기초를 형성합니다.
프로세스 세부 사항:
필름 선택: 구리 필름 두께는 얇은 피치 디자인을 위해 0.5 온스 (17μm) 에서 고전력 PCB를 위해 6 온스 (203μm) 까지 다양합니다. 필름은 다음과 같습니다.
전자기 (ED): 기질에 더 잘 붙는 거친 표면.
롤드 안들 (RA): 고주파 설계에 매끄러운 표면, 신호 손실을 줄입니다.
라미네이션: 기판과 구리 필름은 겹쳐지고 진공 라미네이션 프레스에서 함께 압축됩니다. FR-4:
온도: 170~190°C
압력: 20~30 kgf/cm2
기간: 60~90분
이 과정은 FR-4에 있는 에포시 樹脂을 녹여 구리 필름에 붙입니다.
검사: 가루 된 패널은 자동 광학 검사 시스템 (AOI) 을 사용하여 거품, 주름 또는 불균형 된 구리 덮개를 검사합니다.

단계 3: 광 저항 적용 및 노출
이 단계에서는 사진 리토그래피를 사용하여 게르버 파일의 회로 패턴을 구리 접착 기판으로 전송합니다.
프로세스 세부 사항:
광항성 코팅: 광에 민감한 폴리머 (광항성) 가 구리 표면에 적용됩니다. 방법에는 다음이 포함됩니다.
담수: 패널은 액체 광 저항체에 잠수되어 균일 두께 (10μ30μm) 를 달성하기 위해 회전됩니다.
라미네이션: 건조 필름 광 저항은 고 정밀 디자인에 이상적으로 열과 압력으로 패널에 롤됩니다.
사전 구리: 광 저항은 용매를 제거하기 위해 70 ~ 90 ° C에서 부드럽게 구워 구리와 단단히 붙어있는 것을 보장합니다.
노출: 패널은 광 마스크 (무투명한 잉크로 인쇄 된 회로 패턴이있는 투명한 시트) 로 정렬되고 자외선에 노출됩니다.자외선은 마스크가 덮어 있지 않은 부위의 광 저항을 굳게 (건축) 합니다..
정렬 정확성: 다층 PCB의 경우 정렬 핀과 신뢰 표시 (작은 구리 표적) 는 레이어가 ±0.02mm 내에서 등록되도록 보장합니다.

4단계: 개발 및 새기
개발은 노출되지 않은 광 저항을 제거하고, 에칭은 기본 구리를 녹여서 원하는 회로 흔적을 남깁니다.
프로세스 세부 사항:
개발: 패널은 개발 용액 (예: 나트륨 탄산) 을 뿌려 노출되지 않은 광 저항을 해소하여 발각 될 구리를 드러냅니다.
冲洗: 비산화 된 물은 반응을 중지하기 위해 잔류 개발자를 제거합니다.
에칭: 노출된 구리는 에칭 용액을 사용하여 녹입니다. 일반적인 에칭에는 다음이 포함됩니다.
철분 염화물 (FeCl3): 소량 생산에 사용됩니다. 비용 효율적이지만 정확도가 떨어집니다.
구리 염화물 (CuCl2): 더 나은 제어와 재활용성을 제공하여 대량 제조에 선호됩니다.
발각제는 판에 40~50°C에서 분사되며 발각 시간은 구리 두께에 따라 달라집니다. (예를 들어, 구리 1온스에서 60~90초).
제거: 나머지 (건조된) 광 저항은 용매 또는 알칼리 용액을 사용하여 제거하여 깨끗한 구리 흔적을 남깁니다.
검사: AOI 시스템은 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지 표지

5단계: 굴착
구멍은 구멍을 통과하는 부품, 비아 (층 사이의 전기 연결) 및 장착 하드웨어를 수용하기 위해 뚫립니다.
프로세스 세부 사항:
도구 선택:
기계용 드릴: 0.15mm 이상의 구멍을 위한 탄화물 또는 다이아몬드 끝의 드릴. 스핀드 속도는 굴착을 최소화하기 위해 10,000~50,000 RPM입니다.
레이저 드릴: HDI PCB의 마이크로 비아 (0.05~0.15mm) 를 위한 UV 또는 CO2 레이저, 더 높은 정밀도와 작은 구멍 크기를 제공합니다.
스파킹: 패널은 효율성을 높이기 위해 스파킹됩니다 (일반적으로 5 ∼ 10 패널), 알루미늄 또는 페놀 엽을 사이에 두고 드릴 마모를 줄이십시오.
빗방울: 구덩이 를 가려기 위한 빗방울 을 사용 하거나 화학적 인 빗방울 을 사용 하여 구리 와 기판 에 있는 빗방울 을 제거 한다. 그 결과, 단회로 를 일으킬 수 있다.
훼손: 다층 PCB의 경우 화학적 또는 플라스마 처리가 구멍 벽에서 樹脂 훼손을 제거하여 후속 단계에서 신뢰할 수있는 접착을 보장합니다.

단계 6: 접착
금속 은 선도성 물질 으로 구멍 의 벽 을 코팅 하여 층 사이 에 전기 연결 을 가능하게 한다. 또한 전류 운반 능력 을 향상 시키기 위해 구리 흔적 을 두꺼워 한다.
프로세스 세부 사항:
전류 없는 구리 접착: 구리의 얇은 층 (0.5μm) 이 구멍 벽과 노출 된 기판 부위에 전기 전류를 사용하지 않고 퇴적됩니다. 이것은 균일한 커버링을 보장합니다.작은 구멍에서도.
전자기: 전기 전류를 적용하여 구리층 (일반적으로 15 ∼ 30μm) 을 흔적과 구멍 벽에 두꺼워집니다. 이 단계는:
연결을 통해 강화됩니다.
고전력 애플리케이션을 위한 추적 전도성을 높여줍니다.
플래팅 두께 제어: 전류 밀도와 플래팅 시간은 판 전체에 균일한 두께를 달성하기 위해 정확하게 제어됩니다.
틴 플래팅 (선택성): 후속 처리 (예를 들어, 용매 마스크 적용) 에서 구리 흔적을 보호하기 위해 얇은 틴 층이 적용 될 수 있습니다.

단계 7: 솔더 마스크 적용
솔더 마스크는 조립 중에 솔더 브리지를 방지하고 산화와 환경 손상을 방지하기 위해 구리 흔적 위에 적용되는 보호 폴리머 코팅입니다.
프로세스 세부 사항:
재료 선택:
액체 광상화 (Liquid Photoimageable, LPI): 스프레이 또는 커튼 코팅을 통해 적용되고 자외선으로 완화됩니다. 얇은 피치 구성 요소에 높은 정밀도를 제공합니다.
드라이 필름: 패널에 라미네이트되어 대용량 생산에 이상적입니다.
노출 및 개발: 광 저항 처리와 유사하게, 용접 마스크는 마스크를 통해 자외선에 노출되고, 이후 구리 패드와 비아스를 노출하도록 개발됩니다.
경화: 패널은 150 ~ 160 °C에서 고쳐서 용매 마스크를 완전히 경화하여 화학 저항성과 접착력을 보장합니다.
색상 옵션: 녹색은 표준 (검토에 좋은 대비도를 제공합니다), 그러나 흑색, 흰색, 빨간색 또는 파란색은 미적 또는 기능적 목적으로 사용될 수 있습니다 (예를 들어, LED 반사성을위한 흰색).

단계 8: 실크 스크린 인쇄
실크스크린은 PCB에 텍스트, 로고 및 구성 요소 식별자를 추가하여 조립, 테스트 및 문제 해결에 도움을줍니다.
프로세스 세부 사항:
잉크 선택: epoxy 기반 잉크는 내구성, 최대 260 ° C까지 온도 저항 (연금 생존) 을 위해 사용됩니다.
인쇄: 스텐실 (실크 스크린 패턴) 을 PCB 에 맞추고, 잉크 를 스텐실 을 통해 패널 에 압축 한다.
완화: 잉크는 150~170°C에서 30~60분 동안 완화하여 단단히 붙어 있고 용매에 저항합니다.
정확성: 포러리티 마크와 같은 중요한 특징을 은폐하는 것을 피하기 위해 부품 패드와 정렬이 중요합니다 (± 0.1mm).

단계 9: 표면 마무리 적용
표면 마감은 노출 된 구리 패드 (연금 마스크 열) 를 산화로부터 보호하여 부품 조립 중에 신뢰할 수있는 용접성을 보장합니다.
일반적인 표면 마감:

단계 10: 전기 테스트
각 PCB는 엄격한 전기 테스트를 거쳐 설계 사양을 충족하는지 확인합니다.
주요 테스트:
a. 연속성 테스트: 모든 흔적이 설계된대로 전기를 전전하는지 확인하고, 열 (부러진 흔적) 을 확인합니다.
b. 단열 저항 (IR) 시험: 단축이 없도록 인접한 흔적 사이의 저항을 측정합니다 (일반적으로 500V에서 > 109Ω).
c.Hi-Pot 테스트: 고전압 애플리케이션의 안전에 매우 중요한 단열 고장이 있는지 확인하기 위해 전도자와 땅 사이에 고전압 (500~1000V) 을 적용합니다.
d.회로 테스트 (ICT): 조립 PCB의 경우, 탐사선은 구성 요소 값, 방향 및 연결을 확인하여 잘못된 저항 또는 역 다이오드 같은 문제를 감지합니다.
e. 비행 탐사 탐사: 자동 탐사 탐사기는 빈 PCB (부품 조립 전에) 를 연속성 및 단편에 대해 테스트합니다. 저용량 또는 프로토타입 실행에 이상적입니다.

단계 11: 최종 검사 및 포장
마지막 단계는 PCB가 고객에게 배송되기 전에 품질 표준을 충족하는지 확인하는 것입니다.
프로세스 세부 사항:
a.비주얼 검사: AOI 시스템 및 수동 검사는 다음을 확인합니다.
용접 마스크 커버 및 정렬
실크스크린의 투명성과 배치
표면 완성도 균일성
신체적 결함 (갈채, 덩어리, 또는 delamination) 없습니다.
b.차원 검사: 좌표 측정 기계 (CMM) 는 ±0.05mm 내에서 중요한 차원 (예를 들어 구멍 위치, 판 두께) 을 확인합니다.
c. 패키지: PCB는 정전화 방출 (ESD) 손상을 방지하기 위해 반 정적 가방이나 트레이에 포장됩니다. 패널은 다음을 사용하여 배송 전에 패널을 제거 할 수 있습니다.
라우팅: CNC 라우터는 미리 설정된 라인을 따라 자릅니다.
V-Scoring: V 모양의 구도가 패널에 잘라져 최소한의 스트레스로 수동 분리 할 수 있습니다.

비교 분석: 단층 대 다층 PCB 제조

PCB 제조에 관한 산업 표준
PCB 제조는 품질과 신뢰성을 보장하기 위해 세계 표준에 의해 규제됩니다.
a.IPC-A-600: 구리, 용접 마스크 및 라미네이션의 허용된 결함을 포함하여 PCB 제조에 대한 수용성 기준을 정의합니다.
b.IPC-2221: 전류와 전압 요구 사항에 기초한 흔적 너비, 간격 및 구멍 크기에 대한 설계 표준을 제공합니다.
c.IPC-J-STD-001: 융합 중에 강력하고 신뢰할 수 있는 관절을 보장하는 용접 요구 사항을 명시합니다.
d.UL 94: 안전에 중요한 응용에 필요한 V-0 (최고 저항) 과 같은 등급으로 PCB 재료의 연화성을 테스트합니다.
e.RoHS/REACH: 위험한 물질 (연, 캐드미엄) 을 제한하고 화학 물질 사용을 규제하여 환경과 인간의 안전을 보장합니다.

PCB 제조업의 미래 동향
기술의 발전은 PCB 생산을 변화시키고 있습니다.
a.첨가 제조: 전도성 흔적과 다이 일렉트릭 층의 3D 프린팅은 물질 폐기물을 줄이는 복잡한 맞춤형 디자인을 가능하게합니다.
b.AI와 자동화: 기계 학습은 굴착 경로를 최적화하고 장비 고장을 예측하고 AOI 정확도를 향상시켜 결함을 30%~50% 감소시킵니다.
c.고밀도 상호 연결 (HDI): 마이크로 비아, 쌓인 비아 및 더 미세한 트레스 너비 (≤2 밀리) 는 5G 및 AI 애플리케이션에 더 작고 더 강력한 PCB를 가능하게합니다.
지속가능성: 물의 재활용, 에칭에서 구리 회수 및 바이오 기반 기판 (예를 들어, 소아 롤 기반 에포시) 은 환경에 미치는 영향을 줄입니다.

FAQ
Q: PCB를 만드는 데 얼마나 걸리나요?
A: 납품 시간은 복잡도에 따라 다릅니다. 단층 PCB는 2~5일, 4~8층 PCB는 5~10일, 그리고 높은 계층 HDI 보드 (12층 이상) 는 15~20일 걸릴 수 있습니다.급속 서비스 는 이 시간 을 30~50% 더 줄일 수 있습니다..

Q: 프로토타입과 생산 PCB 제조의 차이점은 무엇입니까?
A: 프로토타입 (1 ∼ 100 대) 은 속도와 유연성을 우선시하며, 종종 단순화된 프로세스를 사용합니다 (예: 수동 검사). 생산 라인 (1,000 대 이상) 은 효율성에 중점을두고 있습니다.자동화된 테스트와 최적화된 패널화로 단위 비용을 줄이세요.

Q: PCB 제조 비용은 얼마입니까?
A: 비용은 계층 수, 크기 및 부피에 달려 있습니다. 2층, 10cm × 10cm PCB는 큰 부피에서 단위당 2 ₹ 5 의 비용이 들며 같은 크기의 8 층 HDI 보드는 단위당 20 ₹ 50 의 비용이 들 수 있습니다.

질문: PCB 제조 결함이 생기는 원인은 무엇이며 어떻게 방지 할 수 있습니까?
A: 일반적인 결함 들 은 디 라미네이션 (기반물 의 습기), 단회로 (부적절 한 에치), 그리고 부적절 한 층 (부적절 한 등록) 이다. 예방 은 엄격 한 공정 통제 를 포함 한다.수분을 제거하기 위한 조리 전 기판, 자동화된 에칭 모니터링, 그리고 정밀 정렬 시스템.

Q: PCB는 재활용될 수 있나요?
A: 예. PCB 는 구리 (15~20% 가량), 금 (면면 완화) 과 유리 섬유 같은 귀중 한 재료 를 포함 합니다.특성화 된 재활용업체 들 은 이 물질 들 을 재활용 하기 위해 기계적 인 분쇄 와 화학적 인 과정 을 사용 한다, 폐기물과 원자재 수요를 줄입니다.

Q: PCB의 최대 계층 수는 얼마입니까?
A: 상용 PCB는 일반적으로 1 ∼ 40 층으로 다양합니다. 전문 응용 프로그램 (예를 들어, 슈퍼 컴퓨터, 항공 우주) 은 60 + 층을 사용합니다.비록 이들은 신뢰성을 유지하기 위해 고급 라미네이션과 드릴링 기술을 필요로.

Q: 환경 요인은 PCB 제조에 어떻게 영향을 미치나요?
A: 온도 및 습도 조절은 매우 중요합니다. 광 저항 적용 중 높은 습도는 코팅 결함을 유발할 수 있으며, 라미네이션 중 온도 변동은 불균형한 완화로 이어질 수 있습니다.제조업체는 기후 조절 청정실 (20~25°C) 을 유지합니다.이 문제들을 피하기 위해.

Q: PCB 제조에서 자동화의 역할은 무엇입니까?
A: 자동화는 단계 간 정확성과 일관성을 향상시킵니다. AOI 시스템은 ±0.01mm 정확도로 흔적을 검사합니다. 로봇 핸들러는 인간 접촉을 줄여줍니다 (오염을 최소화합니다).그리고 인공지능에 기반한 소프트웨어는 도구 마모를 줄이기 위해 드릴 경로를 최적화합니다.자동화는 또한 24/7 생산을 가능하게 하며 생산량을 증가시킵니다.

Q: 유연 PCB는 딱딱 PCB와 어떻게 다르게 제조됩니까?
A: 유연 PCB는 FR-4 대신 폴리아미드 기판을 사용하며 유연성을 유지하기 위해 특수 접착제와 라미네이션 프로세스가 필요합니다. 또한 두꺼운 구리 평면과 같은 딱딱한 특징을 피합니다.그리고 그 표면 장식 (e예를 들어, 침수 틴) 은 반복적인 구부러짐에 견딜 수 있도록 선택됩니다.

질문: 안전에 중요한 애플리케이션 (예: 의료기기) 에서 사용되는 PCB에 대해 어떤 검사가 요구됩니까?
A: 안전에 중요한 PCB는 다음과 같은 강화된 테스트를 거칩니다.
1-40°C에서 85°C까지 1000~000회 이상 사용하며 장기적인 사용을 시뮬레이션합니다.
2진동 테스트: 10~2,000Hz 진동으로 용접제와 부품이 손상되지 않은 상태로 유지됩니다.
3엑스레이 검사: 다층 보드에서 품질 및 계층 정렬을 통해 확인합니다.
4인증: IPC-6012 (직한 PCB) 및 ISO 13485 (의료기기) 와 같은 표준을 준수합니다.

결론
PCB 제조 과정은 정밀 엔지니어링의 기적입니다. 화학 과정, 기계적 작업,디지털 디자인을 기능적인 회로판으로 변환하는 고급 자동화기판 준비에서 최종 테스트까지 각 단계는 PCB가 전기, 기계 및 환경 요구 사항을 충족하는지 확인하는 데 중요한 역할을합니다.
이러한 단계를 이해하는 것은 엔지니어, 구매자, 취미가 모두 필수적입니다. 이는 디자인 타협, 재료 선택 및 비용 관리에 대한 정보에 기반한 결정을 가능하게 하기 때문입니다.전자제품이 계속 발전하면서 점점 작아지고 있습니다., 더 빠르고 더 복잡한 PCB 제조는 재료, 프로세스 및 자동화에 대한 혁신으로 인해 적응합니다.
핵심 요점: PCB 제조는 정확성과 품질 통제가 가장 중요한 매우 조율된 과정입니다. 설계 검증에서 최종 포장까지 모든 단계,보드의 목적 적용을 안정적으로 수행하는 데 기여합니다.산업 표준을 준수하고 신흥 기술을 수용함으로써 제조업체는 현대 전자 장치의 요구를 충족시키는 PCB를 지속적으로 생산 할 수 있습니다.