인쇄 회로 기판(PCB)은 스마트폰에서 노트북, 비디오 게임 콘솔에 이르기까지 거의 모든 유형의 소비자 전자 기기에서 발견되며, 소비자 PCB 조립은 제조 공정의 중요한 부분입니다. 소비자 PCB가 소비자 전자 산업에 왜 그렇게 중요한지 간략히 살펴보고, 소비자 전자 PCB 조립 공정이 어떻게 수행되는지 알아보겠습니다.
소비자 전자제품에서 인쇄 회로 기판의 중요성
작동을 위해 PCB가 필요한 소비자 전자 제품의 예
소비자 전자 제품의 세계 시장은 엄청나며, Statista Market Research에 따르면 2022년에 이러한 기기에 약 5,000억 달러 이상이 지출된 것으로 추정됩니다. 가장 인기 있는 소비자 전자 기기는 휴대폰이며, 그 다음으로 노트북 및 데스크톱 컴퓨터, 태블릿 기기, 스마트워치 및 손목 밴드, 게임 콘솔, 텔레비전 및 기타 스마트 홈 기기입니다. 이러한 기기를 작동하게 만드는 것은 그 핵심에 있는 소비자 전자 PCB입니다.
현대 회로 기판은 기기 제조사가 다양한 전자 부품을 엄격하게 제어되고 표준화된 방식으로 연결하는 데 사용하는 매체를 제공합니다. 이는 전 세계의 여러 공장, 여러 조립 라인에서 이러한 전자 기기의 대량 생산을 가능하게 합니다.
세계 기술 소비자 지출 (2020-2022)
막대한 수요 외에도 가상 현실 고글, 웨어러블 기술, 스마트 홈 가전, 스마트 차량 기술 등 새로운 유형의 소비자 전자 제품도 있습니다. 이는 소비자 전자 산업이 증가하는 수요를 충족하기 위해 PCB 조립 서비스 제공업체로부터 고품질 PCB의 안정적인 공급을 받아야 함을 의미합니다.
또한 PCB 조립 서비스 제공업체는 내일의 소비자 전자 기기의 최신 트렌드를 구동하는 프리미엄 품질의 보드를 생산하기 위해 고급 기술 장비와 더 효율적인 PCB 조립 방법을 개발해야 합니다. 회로 기판의 역사와 소비자 전자 제품 제조에 사용되는 이유에 대해 자세히 알아보려면 소비자 PCB와 그 응용을 참조하십시오.
소비자 전자 PCB란?
소비자 전자 PCB
일반적인 소비자 전자 PCB는 유리 에폭시 수지 복합재로 만들어진 절연 기판과 기판에 라미네이션된 전도성 구리 층의 샌드위치 구조를 가지고 있습니다. 구리 층은 회로 패턴(소비자 전자 PCB 조립 업계에서 일반적으로 ‘아트워크’라고 함)을 형성합니다. 이러한 구리 층은 본질적으로 PCB 부품 간에 전기 신호를 전달하는 와이어입니다.
회로 기판은 외부 층에 전도성 패드를 가지고 있어 PCB에 장착될 부품의 단자를 수용할 수 있습니다. 이러한 부품은 트랜지스터, LED, 저항기, 스위치, 센서, 변압기 및 내부에 수백만 개의 미세한 반도체 소자를 포함하는 집적 회로(마이크로칩)까지 포함할 수 있습니다. 반도체 소자에 대해 자세히 알아보려면 집적 회로를 위한 최신 반도체 소자를 참조하십시오.
소비자 전자 PCB 조립 공정
PCB 조립 분야는 전자 설계 자동화(EDA) 도구라는 소프트웨어를 사용하여 PCB 제조 단계 전에 인쇄 회로 기판 레이아웃을 설계합니다. 설계 후 EDA 도구는 시뮬레이션을 실행하여 PCB 부품이 기기 제조사가 지정한 복잡한 회로 기판 요구 사항을 충족하도록 연결되었는지 확인할 수도 있습니다. EDA 도구에 대해 자세히 알아보려면 첨단 칩 설계 방법을 읽어보십시오. 소비자 전자 PCB의 설계가 최종 승인되면 PCB 조립 공정은 다음 단계로 진행됩니다.
기판 제조
소비자 전자 PCB 조립 공정은 기판 재료 제조로 시작됩니다. 직조 유리 섬유를 에폭시 수지에 담그거나 분사하여 포화시킵니다. 유리 섬유가 포화되면 롤러를 통과시켜 기판 보드를 원하는 두께로 설정하고 과잉 침전물을 제거합니다.
다음으로, 포화된 유리 섬유를 오븐에 넣고 가열하여 재료의 강도를 높입니다. 그 후 경화된 재료를 큰 패널로 절단합니다. 다음으로, 이 패널을 접착제가 있는 구리 호일을 사이에 두고 여러 층으로 배열한 다음 함께 압착합니다. 마지막으로, 약 170°C, 1500psi 압력에서 1시간 이상 재료를 구워 각 구리 층을 기판에 결합시킵니다.
드릴링 및 홀 도금
완성된 PCB에는 LED 및 집적 회로와 같은 다양한 회로 부품을 장착하기 위한 구멍이 필요합니다. 정밀 모션 제어 기계가 지정된 패턴에 따라 구멍 드릴링을 처리합니다. 여러 기판 패널을 쌓아서 위치시키고 이 장치에 로드하여 동시에 처리할 수 있습니다. 드릴링이 완료되면 기판 패널에 남아 있는 과잉 재료를 제거하기 위한 디버링 공정이 진행됩니다.
구멍은 부품의 단자가 PCB의 회로 패턴에 연결되는 곳입니다. 즉, 전도성 재료로 만들어져야 합니다. 구멍 표면에 구리 코팅을 적용하여 전도성을 만듭니다. 비전도성 구멍이 필요한 경우 도금 공정 중에 막히거나 PCB 조립 공정의 후반 단계에서 드릴링됩니다.
기판에 회로 패턴 생성
PCB의 회로 패턴
소비자 전자 PCB 조립 공정의 다음 단계는 기판 표면에 회로 패턴을 만드는 것입니다. 이는 원하는 패턴으로 기판에 구리를 코팅하는 추가 공정이나, 전체 기판에 구리를 도금한 다음 불필요한 영역을 에칭하는 제거 공정으로 수행될 수 있습니다.
제거 방법에서는 진공 챔버에서 구리 코팅 패널 표면에 포토레지스트 재료 층을 적용합니다. 진공은 구리 호일과 포토레지스트 사이에 기포가 갇히지 않도록 보장합니다. 다음으로, 원하는 인쇄 회로 기판과 동일한 회로 패턴을 가진 마스크를 통해 패널을 자외선에 노출시킵니다.
패턴 마스크를 제거하고 패널 표면에 알칼리 용액을 분사하여 회로 패턴에 따라 UV 조사된 포토레지스트를 용해시킵니다. 이제 노출된 구리 호일 영역은 음극으로 작용할 수 있는 반면, 포토레지스트로 여전히 덮인 영역은 음극으로 작용할 수 없습니다. 이를 통해 원하는 회로 패턴에 따라 구리를 전해 도금할 수 있습니다. 이 구리 도금의 두께는 0.025-0.050mm 범위입니다.
그 후 구리 산화를 방지하기 위해 구리 도금 위에 주석-납 차폐 코팅이 적용됩니다. 이 주석-납 코팅은 소비자 전자 PCB 조립 공정의 다음 단계에서 저항기 역할도 합니다.
그런 다음 용제로 포토레지스트를 제거하고 산 용액을 분사하여 원치 않는 구리 호일을 제거합니다. 회로 패턴의 구리 도금은 주석-납 코팅으로 보호됩니다. 이 주석-납 코팅 자체는 매우 쉽게 산화됩니다. 패널을 오븐을 통과시켜 이 코팅을 광택 있는 표면으로 융합합니다. 이 공정을 ‘리플로우’라고 합니다.
회로 기판 밀봉, 스텐실 및 절단
이 단계에서 각 패널은 조립 공정의 후속 단계에서 회로 패턴이 손상되지 않도록 에폭시 수지를 사용하여 밀봉됩니다. 표시 및 지침이 스텐실된 후 패널이 최종적으로 개별 회로 기판으로 절단됩니다.
부품 장착 및 포장
PCB에 장착되는 표면 실장 부품
PCB가 절단되고 가장자리가 매끄러워지면 LED, 스위치, 집적 회로와 같은 전자 부품을 장착할 준비가 됩니다. 표면 실장 부품의 경우 보드는 각 부품의 각 접촉점에 약간의 솔더 페이스트를 적용하는 자동화 기계를 통과합니다.
가장 작은 회로 부품은 ‘칩 슈터’라는 장치를 사용하여 매우 정밀하고 빠르게 배치됩니다. 너무 크거나 모양이 특이한 부품은 수동으로 배치됩니다. 다음으로 부품을 납땜하여 제자리에 고정합니다. 표면 실장 부품의 경우 납땜은 또 다른 리플로우 공정을 통해 수행되어 솔더 페이스트가 녹습니다.
물 및/또는 용제를 사용하여 납땜 공정에서 남은 과잉 잔여물을 세척합니다. 다음으로 조립된 PCB는 이를 사용하여 제품을 구축할 소비자 전자 기기 제조사로 배송되기 전에 포장됩니다.
품질 관리
소비자 전자 PCB 조립 공정의 여러 단계에서 품질 관리가 수행됩니다. 한 가지 방법은 자동 광학 검사(AOI)로, 카메라가 보드를 스캔하여 누락된 부품, 불량 납땜 접점과 같은 결함을 찾습니다. 조립된 회로 기판은 자동 테스트 장비(ATE)를 통해 기능을 테스트할 수 있습니다. ATE는 프로브를 삽입하여 보드에 접촉하고 테스트 전기 신호를 적용한 다음 출력을 사양과 비교하여 편차가 있는지 확인합니다. ATE에 대해 자세히 알아보려면 반도체 칩 테스트를 참조하십시오.
미래 소비자 PCB 조립 트렌드
소비자 전자 산업이 더 발전된 제품으로 이동함에 따라 PCB 조립 서비스 제공업체는 기기 제조사의 끊임없이 증가하는 수요를 공급하기 위해 자체적으로 많은 혁신을 도입해야 했습니다. 고밀도 상호 연결 PCB는 인공 지능 기반 시스템과 같은 고성능 컴퓨팅 응용 분야에 필요한 더욱 밀집된 보드를 가능하게 합니다.
스마트워치와 같은 웨어러블 기술을 지원하기 위해 PCB의 크기와 무게도 줄어들었습니다. 수지 코팅 구리를 개선한 첨단 재료도 개발되고 있으며, 정전기 방전(ESD) 보호 기능이 기판에 내장되고 있습니다. 폴더블 스마트폰이 생산됨에 따라 경질-연성 PCB도 매우 인기를 얻고 있습니다.
마지막으로, 자연 환경에 대한 우려가 증가함에 따라 납, 수은, 카드뮴과 같은 유해 물질 사용을 줄이기 위한 지속 가능한 PCB 제조가 연구되고 있습니다. 인쇄 회로 기판, 집적 회로 또는 반도체 부품에 대해 자세히 알아보려면 Inquivix Technologies 블로그를 방문하십시오!
FAQ
PCB 조립 공정이란 무엇인가요?
유리 섬유 에폭시 수지 기판이 생성되고, 구리 회로 패턴이 에칭되며, 회로 부품이 장착 및 납땜되어 작동하는 인쇄 회로 기판을 생산하는 제조 공정입니다.
다양한 유형의 PCB 조립에는 무엇이 있나요?
단면, 양면, 다층, 경질, 연성 및 경질-연성 PCB와 같은 다양한 유형의 소비자 전자 PCB 조립이 있습니다.