PCB 제조업체들은 점점 더 작은 인쇄 회로 기판을 설계하는 데 주력하고 있습니다. 모코테크놀로지 제외되지 않습니다. 우리는 더 많은 표면 실장 기술을 통합하는 동시에 더 적은 관통 구멍 구성 요소를 통합합니다.SMT). 큰 도금 관통홀의 경우, 기판 공간을 줄여야 합니다. 도금 관통홀 대신 SMT 부품을 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 모든 PCB는 비아를 사용하도록 설계되었습니다.
비아는 PCB에서 발견되는 도금 관통 구멍을 말하며, 기판 표면층에서 내부 및 다른 층까지 트레이스를 추적하는 데 사용됩니다. PCB 비아는 도금을 통해 전기적 연결을 형성할 수 있으며, 기계적으로 드릴링할 수도 있습니다.
비아는 다층 PCB 기판에 필수적이지만, 설계 및 생산이 까다롭습니다. 비아는 기판의 여러 층 사이에 열 전류와 전기 흐름 경로를 형성합니다. 비아는 본질적으로 종류와 크기가 서로 다른 채널입니다.
PCB의 종류
PCB via 유형에는 5가지가 있습니다.
1. 블라인드 비아 - 블라인드 비아는 한 층에서 다음 층으로만 이동하는 레이저입니다.
2. 매립형 비아 - 이 유형의 비아는 내부 층 사이에 있으며 순차적 또는 다중 적층 프로젝트가 있는 경우 필요합니다.
3. 관통 비아 – 관통 비아는 위에서 아래로 드릴링하여 두 개의 바깥쪽 레이어를 연결합니다.
4. 마이크로비아 - 마이크로비아는 기계적으로 드릴링하는 대신 레이저를 사용하여 드릴링하므로 0.006인치 미만이 허용됩니다.
5. 비아인패드(Via-in-pad) – 이 비아는 표면 실장 부품의 패드 내부에 위치합니다.
블라인드 비아 vs. 베리드 비아
매립형 비아와 블라인드 비아는 PCB의 여러 층을 연결하는 데 사용됩니다. 매립형 비아는 기판이 PCB 외부 환경으로부터 완전히 가려져 내부층 상호 연결을 제공합니다. 동시에 블라인드 비아는 하나 이상의 내부 PCB 층과 외부층 상호 연결을 제공합니다. 이 두 가지 비아는 기판 크기 증가 또는 PCB 기판 층 증가로 인해 이상적인 밀도가 저하되기 때문에 HDI PCB에서 유용합니다.
PCB 마이크로비아
마이크로비아는 관통홀 비아보다 직경이 작기 때문에 레이저를 사용하여 드릴링할 수 있습니다. 마이크로비아 내부에 구리를 도금하기 어렵기 때문에 두 층 미만의 깊이만 필요합니다. 따라서 비아의 직경이 작을수록 코팅조의 도포 용량이 커져 무전해 구리 코팅이 형성됩니다.
보드 층의 위치에 따라 마이크로비아는 스택형 스킵 또는 스태거형으로 분류됩니다.
• 적층형 비아 - 서로 다른 층으로 쌓아서 만들 수 있습니다.
• 계단형 비아 - 이러한 비아는 여러 층으로 분산될 수 있지만 비용이 많이 듭니다.
• 스킵 비아는 레이어를 통과하여 레이어에 전기적 접촉이 없도록 할 수 있습니다. 따라서 스킵된 레이어는 비아와 전기적 연결을 형성할 수 없습니다.
PCB 비아인패드
비아-인-패드 방식은 PCB 부품의 높은 신호 속도와 두께 및 밀도 때문에 개발되었습니다. 표준 비아 구조와 VIPPO를 사용하면 신호의 라우팅 성능과 무결성을 향상시킬 수 있습니다.
표준 비아의 신호 트레이스는 솔더 코팅이 비아로 누출되는 것을 방지하기 위해 제조업체에서 패드에서 비아까지 추적합니다. 비아-인-패드는 외부 마운트 부품의 패드에 배치됩니다.
이 작업은 PCB 제조업체의 요구 사항에 따라 먼저 비전도성 에폭시를 사용하여 비아를 채운 후, 비아를 덮고 코팅하여 랜드 공간을 확보하는 방식으로 진행됩니다. 이를 통해 신호 경로가 확장되어 기회성 인덕턴스 및 커패시턴스 효과를 제거합니다.
더 중요한 것은, 비아-인-패드(via-in-pad)가 PCB 보드 크기를 줄이고 작은 접지면의 크기를 수용한다는 것입니다. 이 방법은 다음 부품에 가장 적합합니다. BGA 풋프린트. 좋은 결과를 얻으려면 비아-인-패드를 사용하여 백 드릴링 공정을 구현하는 것이 필수적입니다. 비아의 나머지 부분에서 발견되는 신호 에코는 백 드릴링을 통해 제거됩니다.
PCB의 구성 요소를 통해
a) 배럴- 침투된 구멍을 채우는 데 사용되는 전도성 파이프입니다.
b) 패드- 배럴의 모든 끝을 트레이스에 연결합니다.
c) 안티패드- 이것은 비연결층과 배럴을 분리하는 데 사용되는 클리어런스 구멍입니다.
PCB 설계에서 비아의 일반적인 사용
• 신호 라우팅 – 많은 PCB 보드가 신호 라우팅을 위해 관통 비아를 사용합니다. 그러나 두꺼운 보드는 매립형 또는 블라인드 비아를 사용하는 반면, 가벼운 보드는 마이크로 비아만 사용합니다.
• 전원 라우팅 – 대부분 PCB 보드의 비아는 전원 및 접지 네트 라우팅을 위해 넓은 관통 구멍 비아를 사용하여 제한되지만 블라인드 비아도 사용할 수 있습니다.
• 이스케이프 라우팅 – 대형 표면 실장(SMT) 부품은 대부분 이스케이프 라우팅을 위해 스루홀 비아를 사용합니다. 마이크로 비아 또는 블라인드 비아가 이스케이프 라우팅에 가장 일반적으로 사용되지만, 핀 수가 많은 BGA와 같은 솔리드 패키지에는 비아-인-패드를 사용할 수 있습니다.
• 스티칭 – 스루홀 또는 블라인드 비아는 평면에 여러 연결을 제공하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 비아가 스티칭된 금속 스트립은 회로 민감 영역을 감싸 EMI 보호를 위해 접지면과 연결합니다.
• 열 전도 – 비아는 부품에서 연결된 내부 평면층을 통해 열을 외부로 전도하는 데 사용될 수 있습니다. 일반적으로 열 비아는 고밀도 블라인드 비아 또는 관통홀 비아를 필요로 하며, 이러한 비아는 해당 소자의 패드에 위치해야 합니다.
PCB 설계 시 비아의 중요성
간단한 회로 기판에서는 비아가 필요하지 않습니다. 하지만 다층 기판을 다룰 때만 비아가 필요합니다. PCB 기판을 설계할 때 비아는 필수적입니다.
• 다층 보드에서 뛰어난 밀도의 구성 요소를 만드는 데 도움이 됩니다.
• 다층 기판은 다양한 방향으로 위아래로 배치될 수 있으므로 트레이스 밀도가 높아집니다. 비아는 서로 다른 트레이스를 연결할 수 있도록 하여 수직 연결 요소로 작용합니다.
• Via가 라우팅 프로세스와 통합되지 않은 경우 다층 PCB, 구성 요소들이 컴팩트하게 배치됩니다.
• 레이어 간 전력 및 신호 전송을 용이하게 합니다. 비아를 사용하지 않으려는 경우 PCB 부품은 단일 평면에 배선해야 합니다. 더 중요한 것은 다층 PCB의 표면 실장 부품으로 인해 부품들을 단일 평면에 배선하기 어렵다는 것입니다.
비아를 위한 PCB 설계 팁
PCB에서 비아를 사용할 때 아래 팁을 고려하는 것이 필수적입니다.
• PCB를 설계할 때는 최대한의 비아 구조를 활용하는 것이 필요합니다.
• 엇갈린 비아와 스택형 비아 사이에 스태킹을 할 때, 스택형 비아는 채워야 하므로 엇갈린 비아를 고려하세요.
• 뛰어난 신호 효율과 전기적 성능을 확보하기 위해 종횡비를 최대한 줄이십시오. 또한, EMI, 노이즈, 크로스토크를 최소화하십시오.
더 작은 비아를 사용하는 것이 좋습니다.
• 스트레이의 인덕턴스와 커패시턴스를 줄여 고품질 HDI 보드를 구축할 수 있습니다.
• 열 패드 내부에 있는 경우를 제외하고 항상 비아인패드를 채우십시오.
• BGA가 고정되는 패드 매트릭스에는 블라인드 또는 스루홀 비아가 있을 수 있다는 점을 항상 기억하십시오. 이 점을 염두에 두고 비아를 평탄화하고 채워 솔더 접합부 손상을 방지하십시오.
• PCB를 설계할 때 비아가 바의 솔더 조인트를 고정하고 열이 세트를 막는 것을 방지하는 데 도움이 된다는 것을 아는 것이 중요합니다. 열이 세트를 막으면 QFN 조인트 내부에 우수한 솔더 조인트가 형성되는 것을 방해합니다.
• 열 패드를 다룰 때는 관통 구멍 대신 조립 공장을 사용하십시오. 이는 패드 위 솔더 코팅 스텐실 내부에 창유리 디자인의 개구부를 삽입하여 구현할 수 있습니다. 이렇게 하면 설계 과정에서 가스 방출 및 솔더 융합 현상이 발생하지 않습니다.
• BGA 패키지의 위치를 사용하여 항상 비아 클리어런스와 라우팅된 구성 요소의 최소 흔적을 살펴보세요.
• 항상 비아인패드 조립체를 채우세요.
• 도그본을 조립할 때 미리 결정된 짧은 트레이스를 사용하여 비아와 패드를 분리합니다.
• PCB 문서에는 모든 구멍과 기능 코드에 대한 XY 포인트가 있는 드릴 템플릿이 필요합니다.
치료를 통해
PCB 제조업체는 PCB의 열 성능 향상을 위해 비아(Via)에 추가 처리를 합니다. 이러한 추가 처리는 충진, 피복, 플러깅, 전도성 충진 등 여러 조립 문제를 해결하는 데에도 도움이 됩니다. 비아에 적합한 처리는 비용이 많이 드는 문제 해결 작업을 줄이는 데 필수적입니다.
A) 피복 -. 제조업체에서 솔더 마스크를 건조 필름으로 덮는 일반적인 공정입니다. 건조 필름의 두께는 4mm로, 큰 구멍도 효과적으로 덮기에 충분합니다.
B) 충진 – 제조업체는 비전도성 에폭시 페이스트를 사용하여 일반 비아 또는 침식된 비아를 충진합니다. 이렇게 충진된 비아는 솔더 마스크가 패드에 닿지 않도록 몇 밀리미터 두께로 되어 있습니다. 이 기술은 솔더 마스크가 패드와 비아 사이의 솔더 브리징 가능성을 최소화하므로 중간 밀도의 PCB에 사용하기에 매우 적합합니다.
C) 플러깅 – 이 처리는 납땜 공정 중 솔더가 흘러내리거나 위킹되는 것을 방지하기 위해 비전도성 에폭시 페이스트로 비아 끝부분을 막는 것입니다. 에폭시가 구멍을 효과적으로 뚫으려면 비아 직경이 20mm 미만이어야 합니다. 제조업체는 솔더 마스크를 사용하여 막힌 비아를 덮습니다.
D) 전도성 충진 – PCB 제조업체는 순수 구리 또는 구리가 함유된 에폭시 수지를 사용하여 전도성 페이스트로 마이크로비아를 충진하여 PCB의 전도성을 향상시킵니다. 전도성 충진 기술은 모든 유형의 비아에 사용할 수 있습니다.
전도성 vs. 비전도성 비아 필
PCB 제조업체는 비아 필(Via Fill)이라는 독특한 제조 방식을 사용하여 에폭시를 사용하여 비아 홀을 완전히 막습니다. 비아 필링의 주요 이점은 다음과 같습니다.
• 조립 수율을 높입니다.
• 표면 마운트가 더욱 안정적이 됩니다.
• 공기나 액체가 끼는 가능성을 최소화하여 일관성을 향상시킵니다.
비전도성 비아 필링은 구리 도금 비아를 사용하여 전력과 열을 전달합니다. 특수 저수축 에폭시를 사용하여 비아를 채웁니다. 반면, 전도성 비아 필링은 에폭시 전체에 분산된 은 또는 구리 입자를 사용하여 추가적인 전기 및 열 전도성을 제공합니다.
비전도성 충전재의 열전도도는 0.25 W/mK인 반면, 전도성 충전재의 열전도도는 3.5~15 W/mK입니다. 반면, 전기도금 구리의 열전도도는 250W/mK 이상입니다.
일부 응용 분야에서는 전도성 비아 충진재가 필요한 전도성을 제공하는 경우가 많지만, 비전도성 페이스트를 사용하여 비아를 추가하는 것도 여전히 가능합니다. 뛰어난 열 및 전기 전도성은 비용 부담을 줄여줍니다.
비아 유형과 비아 직경의 차이점
아래 표에서는 다양한 비아 유형의 비아 직경 차이를 설명합니다. 또한 정확한 비아 패드, 최소 비아 직경, 그리고 환형 링에 대해서도 명확하게 설명합니다. PCB 디자인 응용 분야에 따라 비아를 사용하는 레이아웃입니다. 또한, 이 표는 PCB 구현에 필수적인 다양한 치수에 대한 세부 정보를 보여줍니다. 각 비아 유형의 종횡비도 함께 제공됩니다.
올바른 via를 선택할 때 고려해야 할 요소
모든 PCB 프로젝트에 적합한 비아를 선택하려면 제조 가능성 설계를 이해하는 것이 필수적입니다. PCB 프로젝트를 진행할 때는 항상 아래 요소들을 고려하십시오.
1) 비아 유형 - 프로젝트에 가장 적합한 비아 유형을 결정하십시오. 비아 충진이나 기술 없이 라미네이션이 하나만 제공되는 경우, 큰 구멍이 있을 수 있습니다.
2) 비아 크기 – 표준 PCB 비아 크기는 10mm이며, PCB 비아 도금 후에는 7mm입니다. 이 경우 기판 두께에 따라 비아 크기가 결정됩니다. 기계식 및 레이저 드릴 마이크로 비아 모두 4mm 구멍을 사용합니다.
3) 비아 허용 오차 – 대부분 PCB 공급업체가 사내 가이드라인을 제공하지만 비아의 구멍 크기 허용 오차를 명시하는 것이 필수적입니다.
4) 가장 적합한 기술 지원 - 묻힌 비아나 블라인드 비아가 필요한 경우 항상 PCB 공급업체에 해당 기술을 지원하는 스택업을 만들어 달라고 요청하세요.
5) IPC 지침 – PCB 제조업체의 지시에 따라 비아 간 거리를 설정하는 것처럼 관련 기술에 대한 IPC 지침을 엄격히 준수하는 것이 필수적입니다. 군용, 클래스 2, 클래스 3, 클래스 3DS에 대한 IPC 조립 지침은 약간씩 다르므로 이를 반드시 고려해야 합니다.
6) 환형 링 - 비아 패드의 크기가 매우 중요하므로 드릴링 후 비아에 충분히 큰 환형 링이 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 기계식 드릴은 드릴링 시 약간 흔들리기 때문에, 브레이크아웃 드릴은 환형 링이 충분하지 않으면 비아에 손상을 줄 수 있습니다.
