인쇄 회로 기판이란?
인쇄기판은 전기공작에 없어서는 안될 필수적인 부품입니다.
절연체(플라스틱) 표면의 주로 구리 배선 패턴에 트랜지스터, 저항 등의 부품을 배치하고 납땜을 하여 전자회로를 제작할 수 있습니다. 거의 모든 전자기기(휴대폰, 스마트폰, 가전제품)에 인쇄기판이 사용되고 있으며, 기기에 내장된 전자회로는 인쇄기판에 의해 작동되고 있습니다.
일본에서는 1936년경 세계 최초로 특허를 취득하며 기술 개발이 진행되었다. 그래서 1990년경에는 일본이 생산액 기준으로 세계 1위였습니다. 최근에는 중국, 아시아로 전자기기 생산이 옮겨가고 있으며, 중국, 아시아에서 대량 생산되고 있습니다.
인쇄기판의 사용 용도
인쇄기판은 전자 공작은 물론, 컴퓨터, TV, 전기기기의 배선 기판으로 활용되고 있습니다.
이러한 특히 정밀한 전기기기의 인쇄기판에는 기판 자체에 이미 필요한 회로 패턴이 형성되어 있어 부품을 올려놓기만 하면 전자 회로가 완성됩니다. 또한, 보다 고밀도에 대응하기 위해 한 장의 기판 안에 여러 층의 회로를 겹겹이 쌓아 올린 다층 기판도 있으며, 스마트폰, 마트폰 등의 전자기기에 사용되고 있습니다.
또한 용도에 따라 다양한 종류의 재료가 있으며, 그 종류는 수백 가지에 달한다. 일반적으로는 딱딱한 소재가 주를 이루지만, 최근 스마트폰 등 모바일용으로는 부드러운 플렉시블 기판이 많이 사용되고 있으며, 유연한 소재(필름)의 사용도 증가하고 있습니다.
인쇄 회로 기판의 제조 방법
인쇄기판은 절연성 판에 작은 구멍을 뚫고 그 구멍에 구리 등으로 도금을 합니다 (이를 스루홀, 비아홀이라고 합니다). 작은 구멍에 전자 부품과 전선을 납땜하여 전기가 흐르게 함으로써 회로를 구성할 수 있습니다. 다층 기판의 경우 스루홀, 비아홀을 통해 내부의 신호가 다른 층과 연결됩니다.
인쇄 회로 기판에는 단면, 양면, 다층 기판이 있으며, 다층일수록 회로를 많이 넣을 수 있어 공간 절약이 가능합니다.
사용되는 재료
인쇄기판의 기판은 가전제품(냉장고, 세탁기)에서는 종이에 페놀수지를 함침시킨 종이 페놀 기판이 주류를 이루고 있습니다. 스마트폰, 자동차, 측정기기 등 신뢰성이 필요한 것은 유리 에폭시 기판(유리 천에 에폭시 수지를 함침시킨 것)을 사용하며, 방열성이 요구되는 것은 유리 에폭시 기판(유리 천에 에폭시 수지를 함침시킨 것)을 사용합니다.
또한 방열성이 요구되는 곳에서는 방열성이 좋은 알루미늄 기판을 사용하기도 합니다. 요즘은 자동차의 경량화에 따라 대전류화가 진행되고 있어 수요가 증가하고 있습니다.
또한, 얇은 폴리이미드나 폴리에스테르 필름을 기판으로 하는 플렉시블 기판도 등장했습니다. 플렉시블 기판은 기계적 강도가 약한 반면, 유연성이 있어 구부릴 수 있습니다. 이러한 기판의 소재는 난연성(불이 붙어도 잘 타지 않는 성질)이 요구된다. 따라서 할로겐계 물질이 사용되고 있으며, 환경을 위해 할로겐 프리를 요구하는 고객사도 있어 이에 대한 대응이 요구되고 있습니다.
최근에는 회로의 패턴 형성 방법도 자동화되어 소형화, 고밀도화에 대응하는 제품 개발이 진행되고 있습니다.
인쇄기판의 구조
인쇄기판은 목적에 따라 몇 가지 종류가 있으며, 각각 구조, 재질 등이 다릅니다.
단면 기판
패턴면에만 동박이 있는 기판을 말합니다. 비교적 간단한 패턴만 구현할 수 있습니다. 인쇄회로기판의 제조비용이 가장 저렴하여 자작 인쇄회로기판에 가장 많이 사용되는 유형입니다.
양면 기판
인쇄기판의 앞면과 뒷면 양면에 동박이 있는 기판을 말합니다. 앞면과 뒷면에 각각 패턴을 그릴 수 있어 단면 기판보다 복잡한 패턴을 구현할 수 있습니다. 조금 고도의 기술이 필요하지만 자체 제작도 가능합니다. 앞면과 뒷면의 패턴이 어긋나지 않도록 주의해야 한다. 또한 베타 어스 패턴 기판은 스루홀도 필요합니다.
다층 기판
양면 기판으로 구현할 수 없는 복잡한 패턴(컴퓨터 보드 등)이나 기판 크기의 제약으로 패턴을 겹쳐야 하는 경우(휴대폰, 휴대용 오디오 기기 등) 등에 사용됩니다. ～최대 8층까지 다층 기판이 사용되고 있습니다. 대량 생산이 요구되는 기판의 경우, 월 생산량 수십만 장 등 제조할 경우 1대당 수억 원에 달하는 장비를 조합하여 제조해야 하므로 설비산업으로 자리 잡고 있습니다.
인쇄기판의 재료
인쇄기판의 재질은 아래와 같이 몇 가지 종류가 있으며, 각각 성질이 다릅니다. 목적에 맞는 것을 선택하여야 합니다.
종이 페놀 기판
기판에 종이를 사용하고, 접착 수지는 페놀 수지입니다. 베이크 기판, 베이클라이트라고도 합니다. 오래전부터 사용되어 왔습니다. 가격이 저렴하고 가공성이 높지만 기판이 휘어지기 쉽고 내열성, 흡습성이 좋지 않습니다. 또한 절연 저항, 고주파 특성이 나쁘고 설홀을 형성할 수 없습니다.
종이 에폭시 기판
종이를 기판으로 사용하고 에폭시 수지를 접착제로 사용하는 기판입니다. 종이 페놀 기판과 유리 에폭시 기판의 중간 특성입니다. 단면 기판으로 만들어집니다. 종이 페놀 기판에 비해 내열성, 흡습성, 전기적 특성이 우수하지만 유리 에폭시 기판보다 열등합니다.
유리 에폭시 기판
유리섬유에 에폭시 수지를 함유하여 제조한 인쇄회로기판입니다. 현재 가장 많이 사용되는 다층 기판은 대부분 유리 에폭시 기판이며, 0.2mm의 얇은 것부터 전력기기용, 마더보드 등 2.4mm까지의 판 두께 등 폭넓게 사용되고 있습니다. 치수 변화가 적고 내구성이 우수합니다. 동시에 전기적 특성, 기계적 특성이 우수합니다. 단, 가공성이 좋지 않아 전용 공구가 필요합니다. 비용은 높아지지만 기능성은 향상됩니다.
이처럼 인쇄 회로 기판에는 다양한 종류가 있고, 다양한 재료를 사용합니다. 인쇄 회로 기판의 종류에 따라 설계 규칙도 크게 다르므로, 고민이 있을 때는 전문 제조업체에 문의해 보시기 바랍니다.