컴퓨터 내부나 각종 전자제품을 뜯어본 경험이 있는가?
내부에는 다양한 부품 및 전선이 녹색 기판 위에 붙어있는 것을 볼 수 있다.
이 녹색 기판이 바로 PCB인데, 이에 대해 자세히 알아보겠다.
PCB란?
PCB는 Printed Circuit Board의 약자로 한국어로는 인쇄 회로 기판이라고 한다.
전자기기 내부에서 각종 부품들이 신호를 교환하며 통신할 수 있도록 물리적인 연결성을 제공하는 역할을 한다.
각 소자의 핀들을 유기적으로 연결하여 신호를 보내어 전자의 길을 제공해 주는, 인간에게 지도와 같은 존재이다.
그렇다면 왜 이런 기판을 이용할까?
PCB 개발 이전에는 전자 부품들을 연결하는 과정이 수작업으로 진행되었다.
여러 개의 소자들을 연결하는 과정에서 오류도 많고 물리적인 안정성도 매우 떨어졌었다.
이를 해결하기 위해 1936년, 오스트리아인 폴 아이슬러(Paul Eisler)가 고안해 낸 것이 PCB이다.
절연된 기판 위에 금속 도체를 적층하여 만든 것이 최초의 PCB였다.
기판과 소자의 물리적 결합을 더불어 배선 과정을 통해 신호 라인을 구성할 수 있었다.
당시보다 기술적 발전이 많이 진행된 현대에 와서는 PCB가 어떻게 구성되어 있을까?
PCB의 구성 요소
현대의 PCB는 양면으로 구성되는데, 2-layer (2층) PCB 기준 단면도와 각 구성은 다음과 같다.
절연층
절연층은 전기가 통하지 않는 영역이다.
상하로 도포된 구리를 통해 전기가 흐를 때 그 사이를 전기적/물리적으로 이격시키는 역할을 한다.
우리가 아는 딱딱한 리지드 PCB에서는 주로 FR-4라는 소재를 절연층으로 사용한다.
이는 유리 섬유와 에폭시 레진을 사용하여 만든다.
내구도와 절연성이 우수하여 대부분의 PCB에서 절연층으로 사용하는 소재이다.
후술 할 FPCB 등에서는 고분자 필름을 사용하기도 한다.
구리 (동박, Copper)
전기가 흐르는 도체 영역으로 전도성이 높고 가격이 싼 구리를 많이 이용한다.
구리 영역에서 전기적 신호들이 교환되고, 회로도의 브랜치 역할을 담당한다.
여러 전기 배선들이 물리적인 형태를 띠며 특정한 무늬를 형성하는 것처럼 보여 이 배선을 패턴이라고도 한다.
또한 노출된 구리면에서 전자 부품과 PCB를 납땜을 통해 물리적으로 연결하기도 한다.
솔더 마스크 (Solder Mask)
PCB의 표면 코팅 레이어이다.
구리가 외부에 노출되어 산화/부식되지 않도록 차단하는 역할을 하며 절연성을 띤다.
땜납(Solder)를 가리는(Mask) 역할을 하여 붙여진 명칭이다.
솔더 마스크는 고분자 수지를 주성분으로 하는 PSR (Photoimageable Solder Resist) 잉크로 주로 만들어진다.
이는 PCB 표면에 후, 자외선에 노출되면 경화되는 특징을 이용하여 레이어를 생성하는데 이 PSR 잉크의 색깔이 주로 녹색이다. (이 때문에 대부분의 기판이 녹색을 띤다.)
또한 부품 실장을 위해 의도적으로 구리가 노출되어야 하는 부분에는 솔더 마스크를 제거하여 납땜이 가능하게 해야 한다.
실크 스크린 (Silk Screen)
전기적인 역할은 없는 실크 스크린 층은 사용자 편의를 위해 제공되는 레이어이다.
설계자나 사용자가 육안으로 부품 참조 번호 및 회로와 관련된 정보를 얻기 위해 기판 위에 적은 메모라고 생각하면 된다.
비아 (Via)
비아는 신호 전달을 위해 구리 층과 층 사이를 연결하는 원통형 도체 구멍이다.
예를 들어 아래쪽 구리의 신호를 탑 쪽 구리로 이동해야 하는 경우 그 사이가 절연층으로 막혀있다.
따라서 기판 위에 작은 구멍을 내고 전기가 흐를 수 있도록 금속을 도포하여 생성한다.
엘리베이터를 통해 건물 내부에서 사람이 다른 층으로 이동하듯, 전하를 다른 층의 구리판으로 이동시키는 것이다.
PCB의 종류
PCB의 종류는 크게 층수와 절연층의 재질로 분류할 수 있다.
| 층수 | 단면PCB | 기판의 한쪽 면에만 회로가 있는 형태로, 단순한 회로에 사용된다. 비용이 저렴하고 제작이 용이하다. |
| 양면 PCB | 기판의 양쪽에 회로가 배치된다. 2개의 구리층으로 구성되어 있다. 양 면에 부품 배치가 가능하여 단면에 비해 복잡한 회로 설계가 가능하다. |
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| 다층 PCB | 여러 개의 구리층이 쌓인 구조의 PCB. 고밀도 데이터 처리 및 소형화가 필요한 기기 설계에 사용된다. 원재자 특성상 짝수 개의 층을 지니고 층수에 비례하여 가격이 비싸진다. |
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| 절연층 재질 | 리지드 PCB (Rigid PCB) |
FR-4를 절연층으로 사용한 딱딱한 기판이다. 열 저항성이 우수하고 구조적으로 단단하다. |
| 플렉시블 PCB (Flexible PCB, FPCB) |
폴리이미드(Polyimide) 또는 폴리에스터(Polyester) 필름을 절연층으로 사용한다. 유연하고 기판이 자유롭게 휘어질 수 있어 웨어러블 또는 의료기기 등으로 사용된다. |
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| RF PCB (Rigid-Flex PCB) |
Rigid PCB와 FPCB를 결합한 형태로 복잡한 전자기기에서 사용된다. 공관 활용, 내구성 및 유연함을 동시에 확보할 수 있다. |
삼성전기의 RFPCB 제품을 재질별로 나눠보면 아래 사진과 같다.
이번 포스팅에선 PCB와 기본적인 적층 요소 및 종류를 살펴보았다.
자세한 내용을 다루기에는 포스팅이 길어질 것 같으므로 오늘은 여기까지 !
추후 더 많은 내용을 담을 수 있도록 해보겠다 ~
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