Top 16 Pcb 제조 공정 The 53 New Answer

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4차 산업을 선도하는 회사, 티엘비

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[제조방법]PCB 기판 제조공정 : 네이버 블로그

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[제조 길잡이] PCB는 어떻게 제작할까?

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[제조 길잡이] PCB는 어떻게 제작할까

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pcb 제조 공정

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pcb 제조 공정

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[제조방법]PCB 기판 제조공정

1. HASL (땜납 도포)

고온의 땜납 용융 Tank에 기판을 침적한 후, 고온, 고압의 열풍으로 불어줌으로써, Solder Mask(땜납방지막)가 코팅되지 않은

부위(주로, Hole 주변과 내벽 및 부품 실장용 Pad)에 균일한 두께로 땜납을 입혀주는 공정.

이는 땜납 방지막이 미 도포된 즉, 동으로 노출된 부위의 회로 를 보호하고, 부품 실장 시 납땜이 잘 되도록 해주기 위함이다.

2. Gold Plating (금 도금)

전기적 접속부위나 빈번한 착탈로 높은 전기적 특성이 요구 되는 부위에 고객의 요구에 따라 Connector에 삽입되는 PCB의 Contact Finger Area에만 부분적으로 실시하는 도금. 전기적 석출방법으로 니켈과 금을 도금해 주는 공정으로 단자금도금과 접점금도금 또는 전면금도금 등으로 구분된다.

3. OSP (Organic Solderable Preservatives = Preflux, 프리프럭스)

열로 부터 동의 산화를 방지하기 위해 실시하는 내열 표면 처리의 일종으로, 현재까지는 HASL 방식이 주로 사용되고 있으나, 고밀도 SMT용 PCB의 경우는 Solder Bridge, Solder Wetting, Uneveness 등의 문제로 인해 유기용제나 수용성 Type의 Preflux 코팅방식이 사용되기 시작했다.

PCB의 Through Hole, Land 등의 동에만 방청제를 화학 반응시켜 0.2-0.5 미크론 정도의 얇고 균일한 보호피막을 형성하는 공정이다.

* 수용성 Type Preflux 의 장점

1) 환경오염의 원인인 유기용제를 사용하지 않는다.

2) 동에만 선택적으로 보호피막을 형성한다.

3) 보호피막이 얇아 무잔사 Post Flux, 수용성 Post Flux 등에 모두 적용이 가능하다.

4) 보호피막을 0.2∼0.5㎛의 균일한 두께를 형성할 수 있다.

[제조 길잡이] PCB는 어떻게 제작할까?

부품을 실장하기 전 PCB 기판의 모습은 이렇습니다. (출처 : 셔터스톡)

앞서 [제조 길잡이] PCB 설계는 어떻게 이뤄지나요? 를 통해 PCB를 설계하는 과정에 대해 설명했습니다. 이를 토대로 PCB(Printed Circuit Board) 설계도가 준비됐다면 이제는 본격적으로 PCB를 제작할 차례입니다.

PCB는 언뜻 보기에는 단순히 ‘초록색 판’으로 보이지만 자세히 뜯어보면 미세한 배선들이 새겨져 층층이 압축돼있는 복잡한 부품들로 구성돼 있다는 것을 알 수 있습니다. 초록색 기판 위에 어떤 작업을 해놓았기에 전기가 통하고 기기를 작동시킬 수 있는 것일까요? 이번엔 PCB를 실제로 제작하는 과정에 대해 한 번 알아보겠습니다.

층수에 따라 제작방식 조금씩 달라져

PCB 제작 과정은 레이어(층) 수에 따라 조금씩 다릅니다. 우선 단면 PCB 제작 과정부터 알아볼까요.

① 단면 PCB

재단, 면취 → 정면(세정) → 화상형성공정 → 배선의 형성 → 스크린 인쇄 → 솔더레지스트 형성 → 심벌마크 인쇄 → 표면처리 → 단자도금 → 외형가공

재단

재단(Shearing)이란 CCL(Copper Clad Laminate : 절연판에 동박*을 입힌 얇은 적층판)을 고객의 주문에 맞게 적당한 크기로 자르는 것을 말합니다. 애초에 고객의 주문을 받고 특정 사이즈의 CCL을 제조사가 주문하기는 하지만, 고객의 의뢰에 따라 세밀하게 사이즈를 조정하기 위해서는 추가적인 재단 공정이 필요합니다. CCL뿐만 아니라 동박이나 알루미늄 호일, 프리프레그(PCB 기판에서 절연층의 역할을 하는 유전물질) 등 원자재와 부자재를 원하는 크기별로 자르는 작업 역시 재단 공정의 부분입니다.

*동박(銅箔): 동 같은 것을 이용해 표면에 아주 얇은 층을 만든 것

면취 ( 모따기 )

재단만 한다고 해서 CCL과 원자재, 부자재들을 바로 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 재단기는 톱날을 사용하는 작업이라, 절단된 면이 깨끗하지 않은 경우가 다반사입니다. 때로는 면이 늘어나 있거나 돌출돼 있어서 그대로 PCB를 제조하면 배선이 손상되는 등 불량이 발생하기 쉽습니다.

이러한 문제를 방지하기 위해 면취(Bevelling) 공정이 필요합니다. 튀어나온 모서리를 다듬거나, PCB 단자를 다른 장치에 삽입하기 쉽게 칼날 모양으로 가공하는 등 면을 깎는 작업이라고 이해할 수 있습니다.

(출처 : 비피에스)

정면 ( 세정 )

정면은 패널의 표면을 깨끗하게 세정하는 작업을 말합니다. 패널의 표면에 지문이나 기름, 먼지 등이 묻어있게 되면 핀홀(Pin Hole) 불량의 원인이 됩니다. 패널의 표면이 깨끗하지 않으면 도금 공정에서 도금 피막의 두께가 달라져 도금 두께가 얇은 쪽은 ‘단선(Open) 불량'(PCB 회로나 홀(hole) 속이 끊어져 전기가 흐르지 않는 것)’이 발생할 수 있습니다.

반대로 도금 두께가 두꺼운 쪽은 배선이 연결되는 ‘단락(Short) 불량'(PCB를 구성하는 회로나 홀 속에서 전기가 원치 않는 방향으로 흐르는 것)이 발생할 수 있죠. 정면을 하면, 표면이 깨끗해짐은 물론 동박에 거칠기(Roughness)가 만들어집니다. 거칠기는 다음 공정인 화상형성공정에 사용되는 드라이 필름(Dry Film : 감광용 필름)의 밀착력을 높이는 역할도 하죠.

화상형성 공정

배선 패턴을 비롯한 각종 패턴을 만드는 공정을 말합니다. 크게 세 가지 단계로 ‘감광층의 형성 → 노광 → 현상’ 과정을 거칩니다. 빛에 반응하는 감광재를 이용해 감광층을 만들고, 노광(Explosure) 단계에서 감광층을 빛에 노출시킵니다. 배선 위치를 제외한 부분에 마스터 필름을 부착해서 자외선이 통과되지 못하게 하고, 배선 위치만 노광되게 합니다. 현상(Development) 단계에서는 배선을 제외한 나머지 부분을 녹여서 제거합니다.

배선의 형성

현상(Development) 공정까지 마치면, 배선의 영역에는 동박과 부식 레지스트 2층 구조가 형성되고, 배선 이외의 영역에는 동박만으로 1층 구조가 형성됩니다. 배선의 영역에만 전류가 흐르게 하려면, 배선 이외 영역의 동박을 제거하고, 배선의 영역을 추가로 덮고 있는 부식 레지스트 층을 제거해야 합니다. 부식액(염화제2철 부식액, 염화제2동 부식액, 알칼리 부식액 등)으로 배선 이외의 영역에 있는 동박을 제거하고, 박리액(수산화나트륨, 수산화칼륨 등)으로 부식 레지스트를 걷어내고 나면, 배선의 영역에만 동박층이 형성됩니다.

스크린 인쇄

PCB가 개발된 초기에는 스크린 인쇄 공정에서 배선을 그렸습니다. 하지만 이후 화상형성 공정을 통해 배선을 형성하는 것이 일반화되었고, 스크린 인쇄 공정에은 솔더레지스트나 심벌마크를 인쇄하는 데에 주로 활용됩니다.

솔더레지스트 형성

솔더 레지스트(=솔더 마스크)는 PCB의 구리 트레이스를 보호하고 전기 단락을 방지하기 위한 코팅입니다. PCB 기판 위 면적을 보통 가장 많이 차지하는 초록색 면이 바로 솔더 레지스트인데요. 솔더 레지스트 면을 형성해서 배선의 손상으로부터 보호하는 역할을 하는 층입니다. 아래 사진을 보면 비아 홀 안 쪽으로 동박이 형성돼있는 모습을 보실 수 있는데요, 위 아래로 초록색의 솔더 레지스트가 깔려 있는 모양을 확인할 수 있습니다.

(출처 : screamingcircuits.typepad.com)

심벌마크 인쇄

심벌마크(Symbol Mark)는 PCB 표면에 부품명이나 용량 등을 표기하는 문자나 심벌을 말합니다. 심벌마크는 보통 흰색 잉크를 사용합니다.

(출처 : 셔터스톡)

표면처리

솔더 레지스트로 덮이지 않은 부분의 표면을 처리하는 작업입니다. 주로 홀 주위에 도금된 부분인 ‘랜드(Land)’와 부품 실장용 패드와 같이 금속으로 이뤄진 부분의 표면을 처리합니다. 표면처리 공정의 목적은 노출된 동박의 산화를 막고, 부품의 납땜성과 전도성을 높이기 위함입니다.

랜드는 홀 주위에 도금된 부분을 말합니다. 구멍만 뚫려있으면 전기가 통하지 않지만, 금속으로 싸여있으면 홀 속으로 전류가 흐를 수 있습니다. [출처: www.wikiwand.com] 부품 실장 패드(빨간 원)는 회로 기판 위에 금속이 노출된 부분입니다. 패드를 통해 전류가 흘러 부품으로 전달됩니다. [출처 : resources.altium.com] 또 다른 패드 [출처 : www.allpcb.com]

단자도금

PCB는 부품만 실장한다고 작동하지 않습니다. PCB 기판 자체에 전력을 공급하고 외부 장치와 신호도 주고 받을 수 있어야 하죠. 전력 공급 및 신호 교환을 위해 PCB가 연결되는 부분을 ‘단자(Terminal)’이라고 합니다. 단자는 탈부착이 많이 이뤄지고, 외부와 전기적으로 연결돼야 하기 때문에 경도와 전도성이 높은 금속으로 도금하는데, 이를 ‘단자도금’이라고 합니다.

단자도금으로는 경도를 높인 하드 골드(Hard Gold)가 주로 사용되는데, 하드 골드의 경도는 160~210HV(경도의 단위) 수준입니다.

PCB 단자는 PCB를 소켓에 연결하기 위한 부분을 말합니다. 단자를 통해 PCB 기판에 전력이 공급됩니다. (출처 : http://hsdgt.com/ )

외형가공

PCB를 양산하는 경우 한 공정 당 하나의 완성품을 만들지 않고, 대형 패널에 여러 개의 회로 기판을 합쳐둔 형태로 만듭니다. 이때 본래 PCB 기판의 사이즈별로, 낱개 제품별로 외형을 잘라내는 작업이 필요합니다. 이러한 PCB의 외형을 만드는 작업이 ‘외형가공’입니다. 외형 가공의 종류에는 라우터 가공, 프레스 가공, V-cut 가공 등이 있습니다.

라우터 가공은 CNC, 레이저 등을 이용해 PCB 외곽 모양을 가공하는 작업을 말합니다. PCB 외형을 만드는 작업은 프레스 가공으로도 가능합니다. 라우터 가공과 프레스 가공은 모두 PCB의 외형을 가공하는 것이지만, 라우터 가공은 기계로 하나하나 정교하게 작업하기 때문에 다품종 소량생산에 적합한 반면, 프레스 가공은 소품종 대량생산에 유리합니다.

레이저 라우터 가공. (출처 : blog.daum.net/chanpark/13409056 )

V-cut 가공은 여러 개의 PCB가 조립된 상태에서 각각을 분리하기 쉽게 파놓은 V자 홈을 만드는 가공 방식입니다.

② 양면 PCB

양면 PCB의 제작 공정은 아래와 같습니다. 아래 공정 중 단면 PCB 공정과 중복되는 단계는 제외하고, 새롭게 추가되는 ‘드릴링’ ‘홀 도금’ ‘배선 그리기’ 공정에 대해 살펴보겠습니다.

재단, 면취 > 정면(세정) > 드릴링(비아홀 가공) > 홀 도금 > 배선 그리기(패턴도금법, 패널도금법) > 솔더레지스트 형성 >심벌마크 인쇄 > 표면처리 > 단자도금 > 외형 가공

드릴링 ( 비아홀 가공 )

PCB 기판의 윗면과 아랫면이 서로 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 비아홀을 만드는 작업입니다. PCB 기판에 구멍을 뚫는 드릴링 공정은 CNC 드릴을 이용합니다.

홀 도금

드릴링 공정에서 구멍을 뚫는다고 해서 바로 전기적으로 연결되는 것은 아니겠죠. 전류가 흐를 수 있도록 구멍의 내벽을 동(copper)으로 도금해야합니다.

[출처: 기술랩]

배선 그리기

양면 PCB에서 배선을 그리는 방법에는 두 가지가 있습니다. ‘패널도금법’과 ‘패턴도금법’입니다.

패널도금법은 이미 가공된 홀 내벽의 도금을 보호하면서 배선을 그리는 방법입니다. 홀 매립(Hole Plugging)법과 텐팅(Tenting)법이 패널도금법의 유형입니다.

먼저 홀 매립법은 홀의 내벽을 매립용 잉크로 채워서 홀 도금을 보호하는 방법입니다. 홀 속을 매립용 잉크로 채운 뒤에, 화상형성공정으로 거쳐 배선을 형성합니다.

텐팅법은 부식레지스트 층이 텐트처럼 홀까지 덮어서 홀을 보호하는 방법입니다. 단면 PCB 제조 공정에서 배선을 형성할 때, 배선이 형성되는 부분 위에 부식 레지스트 층을 만들어서 부식액으로부터 보호합니다. 배선 이외의 영역에 존재하는 동박을 부식액으로 제거한 뒤, 부식레지스트를 제거하면 배선 영역에만 동박이 남게 됩니다. 부식레지스트 층을 홀(hole)을 덮게 해서, 부식액으로부터 홀도 함께 보호하는 방법이 텐팅법입니다.

패턴도금법은 솔더도금을 활용한 배선 형성 방법입니다. 솔더도금은 땜납도금이라고도 하는데, 패널도금법보다는 덜 활용되는 배선형성 방식입니다.

③ MLB(Multi-Layer Board) 공정

MLB는 다층(多層) PCB입니다. 다층 PCB는 3층 이상의 회로층을 갖고있는 PCB를 말합니다. 적층 공정은 아래의 단계를 거쳐 이뤄집니다.

A. 1차 적층

내층과 프리프레그(층 사이의 절연과 접착을 위해 끼워넣는 층)를 쌓는 것입니다.

B. 2차 적층

1차 적층된 면에 동박면을 추가하는 것입니다. 작업에는 경면판*과 쿠션패드**를 이용합니다.

*경면판: 가장 위쪽에서 열을 기판 전체에 고르게 전달하는 역할을 함(Top plate라고도 함).

**쿠션 패드: 약간의 쿠션을 제공하면서 압력이 고르게 전달되도록 하고, 열의 급격한 변화도 방지함. 주로 크래프트지가 사용됨.

***적층 프레스: PCB 기판을 적층할 때는 일정량의 열이 필요한데, 내층과 프리프레그들을 완전히 경화시키기 위해서는 170도 내외의 온도에서 최소 20분 이상 압착해야 함. 이 때 PCB가 휘거나 손상되지 않도록, 초반 5~10분은 낮은 압력을 가하고 이후에는 최대 압력을 가하는 방식으로 작업이 진행됨.

C. 트리밍

2차 적층까지 마쳤다고 해서 PCB 기판이 완성되는 것이 아닙니다. 압착하는 과정에서 층 사이사이로 수지와 동박 찌꺼기들이 흘러나올 수 있습니다. 이를 제거하는 작업이 바로 트리밍입니다.

PCB 제작 의뢰, ‘거버파일’을 이용하세요

지금까지 PCB 제작이 어떤 방식으로 이뤄지는 지에 대해 살펴봤습니다. PCB 제작을 의뢰하는 고객이 이 모든 과정을 상세히 알아야 할 필요는 없습니다. 그보다는 자신에게 필요한 PCB를 제조업체가 제대로 제조할 수 있도록 자신의 요구사항을 정확히 전달하는 것이 중요합니다.

이처럼 PCB 제작을 의뢰하려면 먼저 거버파일이 필요합니다. 거버파일은 쉽게 말해 PCB 설계도의 다른 이름입니다. CNC 제품을 의뢰할 때 CNC 제품 설계도면이 필요한 것과 같은 개념입니다. <거버파일에 대해 더 자세히 알아보고 싶다면 링크를 클릭해보세요.>

거버파일의 확장자는 매우 다양합니다. 마치 <아래 사진>에서처럼 사진 등을 볼 수 있는 이미지 파일의 확장자가 다양한 것과 마찬가지입니다.

즉, 거버파일 역시 PCB 설계도면을 보여주는 동일한 기능을 가지고 있어도, 파일의 종류는 다양할 수 있는 것입니다.

이미지를 열 수 있는 파일이라는 동일한 기능이 있지만, 파일의 유형(확장자)은 다를 수 있습니다. 왼쪽 사진에서 볼 수 있듯이 굉장히 다양한 종류의 거버 파일이 실제 제조 현장에서 사용되고 있습니다.

이러한 파일들은 큰 틀에서 봤을 때 PCB의 세부 구성요소별로 구분되고 있습니다. G1, G2는 중간 레이어 층의 설계 구조를 내용으로 담고 있고, GBL은 마지막 레이어 층, GTL은 맨 위 레이어 층의 설계 구조를 담는 식이죠.

이처럼 거버파일의 확장자가 다양하지만, 사실 기준이 되는 ‘표준 확장자’는 딱 두 가지입니다. 바로 ‘.GBR’과 ‘.gbr’입니다.

하지만 실제 PCB 제조 현장에서는 이 두 가지 확장자를 포함해 다양한 확장자가 사용되고 있다 보니 종종 혼란이 생기기도 합니다. 이 때문에 표준 확장자를 중심으로 확장자를 정리하려는 움직임도 있습니다.

거버파일을 처음 발명한 조셉 거버의 ‘Gerber Scientific’사를 인수함으로써 거버 파일의 정통성을 이어오고 있는 Ucamco사가 그러한 움직임을 주도하고 있습니다. 실제로 이 회사는 올해 2월에도 공식 문서를 통해 “Please use “.gbr” or “.GBR” as file extension for all your Gerber files.(제발 “.gbr” 과 “.GBR” 을 모든 거버파일의 확장자로 사용해주세요)”라고 밝히기도 했습니다.

다양한 거버파일, 압축 파일로 한번에 전달

PCB 제작을 의뢰 하기 위해서는 PCB를 구성하는 모든 거버파일을 파트너 제조업체에 전달해야 합니다. 앞서 살펴본 것처럼 거버파일은 종류가 다양합니다. 레이어별로, 마스크 종류별(페이스트 마스크, 솔더 마스크 등)로 나뉘어있죠.

PCB 제작을 의뢰할 때는 보통 각각의 거버파일들을 하나로 묶어서 전달하는 것이 일반적입니다. 여러가지 파일을 하나로 묶어서 압축하기 위해 ‘zip’ 파일과 ‘rar’ 파일의 형식을 사용합니다. rar(Roshal Archive Compressed) 파일도 zip 파일과 마찬가지로 여러 파일을 하나로 묶어주는 역할을 합니다. 제조업체 매칭플랫폼 카파(CAPA)에서 PCB 제작을 의뢰할 때 zip 파일과 rar 파일을 모두 사용할 수 있습니다.

zip파일(좌)과 rar파일(우) 예시.

제작의뢰시 두께도 고려해야…. 왜?

이 외에도 PCB 제작 의뢰시엔 ‘두께’도 결정해야 합니다. PCB 두께가 전류량에 영향을 주기 때문입니다. PCB에 전류가 흐르게 되면 열이 발생하는데, 동박 두께에 따라 허용할 수 있는 전류량에 차이가 있습니다. 따라서 어느 정도의 전류량까지 허용해야 하는 제품인지를 고려하면서 PCB 두께를 결정해야 합니다.

(출처 : slidesplayer.org)

동박의 두께는 저항에도 영향을 줍니다. 저항을 계산하는 식을 간단히 살펴볼까요.

R = 0.017 * L / W * t

(R : 저항값, L : 패턴 길이 mm, W : 패턴 폭 mm, t : 동박 두께)

동박의 두께가 두꺼워질수록 저항값은 커지게 될 것입니다. 이 때문에 PCB의 두께는 PCB가 삽입될 제품의 형태뿐 아니라, PCB 기능에 직접적으로 영향을 주는 전류량, 저항 등을 고려하여 설정해야 합니다. 특히 공작기계와 같이 대형 기계 제품들은 360V의 전압까지도 사용합니다. 고전압이 필요한 제품의 경우 PCB 두께가 두꺼워지는 이유입니다.

레인메이커 김성회 대표는 “일반적으로 PCB 두께를 고려하는 상황은 제품 디자인이나 설계 상의 이유”라며 “보통 좁은 면적에 PCB를 넣기 위한 목적으로 PCB 두께를 고려하는 경우가 많다”고 말했습니다. 또 “소형 제품 같은 경우에는 220V 전압을 많이 사용하는데, 이 경우 단면 레이어 1.5t(1.5mm)를 많이 쓴다”고 말했습니다.

비용 산출시 고려해야 할 사항들

마지막으로 PCB 제작 시 어떤 요인들이 비용에 영향을 미치는지 살펴보겠습니다. 비용을 결정하는 요인들에 대한 기본적인 이해만으로도 제품의 단가를 크게 낮출 수 있습니다.

PCB 크기와 집적도

PCB의 크기와 집적도는 가격에 영향을 미치는 대표적인 요인입니다. 일반적으로 만들고자 하는 장치에 필요한 회로 수가 많을수록 PCB 기판의 크기가 커지고 가격도 비싸지게 됩니다. 디지털 시계처럼 작고 단순한 제품은 노트북과 같은 복잡한 제품보다 PCB 생산비용이 낮습니다. 하지만 장치가 복잡한데 제품의 크기가 작다면 좁은 면적에 회로를 구성해야하기 때문에 비용은 더욱 비싸집니다.

레이어 수

단면 PCB보다 MLB가 제작에 더 많은 비용이 듭니다. 레이어 수가 많아지면 PCB 자체를 제작하는 공정이 여러 단계 추가되기 때문입니다. 또한 층과 층 사이의 적층이 제대로 되지 않으면, 전기적인 연결이 잘 이뤄지지 않을 수 있어 더욱 세심한 주의가 필요합니다.

동박 두께

동박의 두께가 두꺼울수록 비용이 증가합니다. 이는 구리가 없는 부분을 메우기 위해 프로프레그가 더 많이 필요하기 때문입니다.

배선 폭과 이격거리

배선의 폭, 이격거리가 좁을수록 고도의 제작 기술이 필요합니다. 이 또한 비용 상승의 요인이 됩니다.

Hole의 크기와 개수

다층 PCB를 제작할 때 구멍을 많이 뚫을수록 비용이 높아집니다. 구멍을 뚫는 드릴 비트 자체가 소모품이기 때문입니다. 구멍의 크기는 작을수록 비용이 높습니다. 크기가 작으면 더 작은 드릴 비트를 사용해야하는데, 크기가 작은 드릴 비트일수록 사용 수명이 짧기 때문입니다. 드릴 비트로도 구멍을 뚫기 어려운 크기라면 레이저로 구멍을 내야합니다. 이 경우 비용은 더욱 비싸집니다.

에칭(etching)

표면에서 원하지 않는 물질을 제거하는 방법. PCB 제작 시 동박 면에서 회로 이외의 영역을 제거해 회로를 그리는데 이 과정에서 에칭 공법을 사용합니다.

비아홀(VIA hole)

층(레이어) 간에 회로를 연결할 수 있는 홀. 동박으로 내벽이 감싸져있습니다.

솔더레지스트

인쇄회로기판의 특정영역에 도포시키는 재료로써 납땜작업 시 부분 납땜이 가능하며 납땜이 불필요한 부분의 회로도 보호합니다.

동박(copper foil)

동박은 10㎛(1㎛=100만분의 1m)이하의 얇은 구리 박(薄)을 가리킵니다.

에디티브법(additive process)

절연판에다 도전성 재료를 이용해서 필요한 도체회로를 직접 형성시키는 인쇄회로기판의 제조공법입니다.

서브트랙티브법(subtractive process)

원자재인 동박적층판 혹은 금속적층판에서 필요한 도체의 회로 부분을 제외한 불필요한 부분의 동 또는 금속을 제거시켜서 필요한 도체회로를 형성하는 인쇄회로기판의 제조공법입니다.

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제조업체 매칭플랫폼 카파(CAPA)가 2022년 5월부터 PCB 서비스를 시작합니다. 카파에서는 PCB를 비롯해 다양한 제조 분야에서 최고의 전문성을 갖춘 제조업 파트너들을 만나실 수 있습니다.

PCB & FPCB의 제조공정도와 종류

PCB & FPCB의 제조공정도와 종류에 대하여 알아보겠습니다.

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1. PCB & FPCB 란?

FPCB는 Flexible Printed Circuit Board의 약자로 연성인쇄회로 기판이라고 합니다. PCB는 F를 제외한 Hard PCB라고 생각하시면 됩니다. 우리가 흔히 보는 컴퓨터 보드 또는 가전제품 내부에 보면 녹색 기판을 PCB라고 합니다.

FPCB는 유연한 기판이고, 경박단소(가볍고, 얇고, 짧은, 작은) 한 특성이 있어 휴대폰 및 Tablet PC에 적합한 부품으로 가장 많이 사용되고 있습니다. 원자재 특성상 내열성, 내 굴곡성, 내약품성 등이 우수하며, 열 변형률이 적어 의료장비 또는 자동차(전장) 분야로 확대 적용되고 있습니다.

FPCB + PCB를 결합한 형태를 Rigid Flexible이라고 합니다. 부품을 실장하는 부분은 Prepreg를 이용하여 단단하게 만듭니다. Flexible 구간은 Prepreg를 타발가공하여 유연하게 하여 구부리거나 접을 수 있습니다. (아래 사진 Camera Module이 좋은 예시입니다.)

일반 PCB 사진

RFPCB 카메라 모듈 사진

FPCB가 왜 필요할까요?

대표적인 제품이 휴대폰 입니다. 애플, 삼성, LG, 샤오미, 노키아, 화웨이, 구글, 소니, 레노버, 오포, SK, KT등 수많은 회사들이 휴대전화를 생산하고 있습니다.

휴대폰은 손에 들고 다니기도 편하고 , 작은 가방속이나 주머니에 넣고 다니기도 편리 합니다. 휴대폰 처럼 얇고 가볍게 만들기 위해서는 이와 상응하는 부품이 필수적으로 필요한데 PCB는 원자재 부터 크고 무겁기 때문에 FPCB부품을(가볍고, 얇음) 사용 하고 있습니다.

백색가전(냉장고, 세탁기, 공기청정기, 에어컨등)에도 PCB의 디자인적 한계가 있는 부분은 FPCB로 구현하기도 합니다. 한 예로 에어컨 디자인이 원기둥처럼 둥근 형태라고 가정해 봅시다. PCB로는 원자재가 Hard하기때문에 둥근형태의 LED를 사용하기 어렵습니다. 이때 유연성이 좋은 FPCB를 사용하면 쉽게 해결 되지요. 현재 PCB가 대중적이고 일반적으로 널리 알려져 있습니다. 하지만 아이디어가 필요한 상품에는 FPCB를 채택합니다. 디자인, 공간의 활용도를 넓히려는 시도가 늘고 있는 추세입니다.

사진 출처 : 삼성 갤럭시 Z 플립 수리비용 및 부품가격

2. FPCB의 제품공정도

사양검토 & CAM 작업

고객으로부터 접수된 Gerber Data와 도면을 이용하여 이상유무를 검토합니다. (사양검토 잘하는 방법 참조)

제품을 투입하기전에 Cam 작업을 통해 Array 및 공정 Process를 작성합니다. 공정에 맞는 Tool 을 설계 하는 공정으로 매우 중요도가 높은 공정입니다. 휴먼에러로인해 대량 불량으로 이어질 수 있기때문에 여러가지 방법으로 Cross Check 및 Check Sheet를 통해 관리하는 공정입니다.

CAM 350이라는 Program을 많이 사용하고 있으며, 제네시스 및 유캠등을 사용하여 작업을 하고 있습니다.

2. 재단 : 원자재 및 부자재를 Work Size에 맞게 재단하는 공정입니다.

3. 드릴 : 양면 또는 멀티 제품에 층간 통전을 위해 Drill 장비를 이용하여 홀을 가공하는 공정입니다.

WET 공정 입니다. (약품을 이용한 공정)

4. 동도금 : 가공된 홀과 표면에 전처리(디스미어-스미어 제거) 후에 화학동도금 후 전기동도금을 하여 상하 도통을 목적으로 하는 공정입니다.

5. 정면 : Dry Film의 밀착력을 향상시키고, Drill시 발생한 Burr 를 물리적으로 제거하기 위해 Brush연마를 하는 공정입니다.

6. Dry Film 밀착 : Laminator 장비를 이용하여 Top, Bot면에 감광성 Film을 밀착 시켜주는 공정 입니다.

7. 노광 : Dry Film 이 밀착된 제품을 노광기 및 Film을 이용하여 UV를 조사해 주는 공정입니다.

8. D.E.S : Developing(현상) 노광 후 Dry Film을 현상액으로 용해하여 회로가 될부분만 남겨 놓습니다. Etching(부식) 은 현상공정에서 Dry Film이 제거된 부분을 부식시켜 회로를 형성시켜주는 공정입니다. Strip(박리)는 남은 Dry Film을 알칼리 박리액을 이용하여 제거 시키는 공정입니다.

9. Coverlay 가접(PSR) : 회로형성이 완료된 기판을 보호하기 위해 열압착기 또는 다리미를 이용하여 가부착해 주는 공정입니다.

DRY 공정 입니다.(약품이 들어가지 않습니다)

10. Hot Press : 가 접합된 Coverlay를 장비를 이용하여 열과 압력으로 완전 밀착을 해 주는 공정입니다.

WET 공정 입니다. (약품을 이용한 공정)

11. 금도금 : Coverlay가 노출된 영역 Cu 표면을 Ni도금 및 금도금을 통하여 산화를 방지하고 부품을 실장할 수 있도록 하는 공정입니다.

12. 인쇄 : SMT시 부품의 위치 및 번호를 인쇄 해 주는 공정입니다.

13. 홀가공 : 외형가공 및 BBT작업 시 사용되는 Guide 를 가공하는 공정입니다.

신뢰성 공정 입니다. (OPEN & SHORT 검사)

14. BBT : Bear Board Test 의 약자로써 제품에 전류를 인가하여 Open 또는 Short를 검출하는 공정입니다.

15. 외형가공 : Panel 로 제조된 제품을 금형 Tool을 이용하여 단PCS로 타발하는 공정입니다. (Hard PCB는 Router 장비를 이용하여 Router Bit로 외형을 가공하거나 “V-Cut”을 하기도 합니다.)

16. 최종검사 : 낱개 단위로 제품 표면을 사람이 현미경을 이용하여 검사하는 공정입니다.

SMT 부품 실장 공정입니다.

17. SMD : 완성된 제품의 표면에 SMT장비를 이용하여 LED, Chip, 커넥터등의 부품을 실장하는 공정입니다.

18. 출하검사 : 부품 실장 및 검사가 완료된 제품을 3차원 측정기를 이용하여 치수 및 외관 이상유무를 점검하는 공정입니다.

19. 포장 : 고객에서 요청한 규격에 맞춰 Tray 또는 일반 포장을 하는 공정입니다.

20. 출하 : 고객에서 요청한 수량에 맞춰 배송하는 공정입니다.

3. FPCB 종류

단면 : 단면 Base를 이용하여 제작된 원자를 이용하여 한쪽면만 회로를 형성하여 만든 제품입니다. Applications : 단면Cable, 단면 Connector 등

양면 : 양면 Base를 이용하여 제작된 원자를 이용하여 드릴 및 동도금 공정을 거쳐 상, 하 도통이 가능한 제품입니다. Applications : LCD, Antenna, Cable, Touch, Camera 등

멀티 : 단면 또는 양면을 Build Up방식으로 쌓아 올린 제품을 말하여, 양면대비 고 성능을 발휘합니다. Applications : LCD, Antenna, Touch, Camera, SubPBA 등

RFPCB : FPCB와 Hard Pcb가 결합된 상태이며, 부품이 실장되고 단단함을 요하는 부위와 유연함을 원하는 디자인이 결합한 제품을 말합니다. Applications : LCD, Antenna, 진동센서, 지문인식, Touch, Camera, SubPBA 등

4. FPCB 업체

FPCB 선두 주자인 비에치, 인터플렉스, 영풍전자, 대덕GDS, SI FLEX, 뉴프렉스등 규모가 있는 회사들 뿐아니라 소규모 회사도 앞다투어 베트남에 라인을 증설 또는 신규 투자 계획을 세우고 있습니다.

PCB에 비해 자동화가 어렵고 사람인력이 대규모로 필요한 공정이 많아 인건비가 저렴한 베트남으로 생산기지를 이전하고 있습니다. FPCB 고객사인 삼성, LG전자가 베트남 공장에 대대적인 투자가 이루어지다 보니 자연스레 베트남으로 이전하고 있는 실정입니다.

국내는 정부의 정책으로 임금상승과 52시간 근무제 도입으로 납기 및 인건비가 감당이 안되는 부분도 반영되었습니다.

회사내 부서별 전망

부서별 전망을 보면 다음과 같습니다.

영업부 : 현재 국내 영업담당자들은 고객사가 사무실형태로 국내에 갖추고 있기 때문에 국내에서 오더 확인 및 고객사에 물량 공급 업무를 진행 할 것으로 예상됩니다.

기술부 : 베트남에 라인 및 설비가 많이 이관되었기 때문에 아무래도 주제원 또는 로테이션 출장 업무 형태로 기술지원이 이루어지다 보니 출장 업무가 증가할 것으로 생각 됩니다.

품질부 : 먼저 CS(고객대응팀)의 경우 영업부와 마찬가지로 국내에서 품질 담당 맨투맨 대응을 진행할 것이며, 공정품질의 경우 베트남 지원 업무가 많아 주제원 또는 출장 형태로 업무가 지원될 예정입니다.

생산부 : 베트남에서 생산이 주로 이루어지기 때문에 주제원 또는 출장 형태로 업무가 지원 될 예정입니다.

설계부 : 베트남에 소수인원으로 주제원 및 출장자가 있으나, 대부분 국내에서 CAM, CAD가 가능 하므로 국내에서 대응하게 됩니다.

기관 관련 부서에서 베트남 주제원 및 출장 형태로 업무가 이루어 질 것으로 예상됩니다.

고객사의 동향을 보면 애플과 삼성의 물량은 더욱 폭발적으로 늘어날 것으로 예상됨에 따라 베트남에 대대적 투자와 공정 안정화를 가속화 되고 있습니다.

5. FPCB 국내 업체의 경쟁력

국내 FPCB 중소업체는 시장 경쟁력을 잃어 가고 있는게 현실입니다. 인건비 상승, 물량감소, 원자재 비용상승, 경기둔화등 여러가지 요소로 인해 문을 닫는 기업이 많아 지는게 현실입니다.

다품종 소량 생산 맞춤형 생산 방식으로 체질 개선이 필요하며, 연구 개발비용을 적극적으로 투자하여 고부가가치 제품을 생산하는 방향으로 나아가야하며, PCB -> Rigid PCB로 Design 변경을 통한 창의 영업 또한 하나의 방법입니다.

핸드폰에 국한된 시장이 아닌 여러가지 제품을 개발하여 FPCB 시장을 넒고 다양하게 개척해 나아가는 자세가 중요하다고 생각합니다.

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