전자부품 제조 기초

단면·양면·다층 PCB의 구조, 동박·프리프레그·솔더레지스트의 역할을 학습합니다.

원판을 안 만드는데 왜 구조를 배우나

부울경 전자 업체 대부분은 PCB 원판(베어보드)을 직접 만들지 않아요. 경기·인천이나 중국에서 받아 부품을 얹는 일(PCBA) 을 합니다. 창원·김해의 자동차 전장(ECU·센서·모터 드라이버), 부산·양산의 산업기계 제어반, 조선기자재 제어카드가 대표적이에요.

그래도 구조를 알아야 하는 이유가 있습니다.

보드가 휘거나 층이 뜨면 원판 문제인지 우리 공정 문제인지 가려야 클레임이 정리됩니다.
리플로우 온도를 정할 때 두께와 층 수가 열용량을 결정합니다. 같은 프로파일이 4층에서는 맞고 8층에서는 냉납이 나요.
"이 패드는 왜 납이 안 붙나"의 답은 대부분 솔더마스크와 표면처리에 있습니다.

PCB는 무엇으로 만들어졌나

구성	재료	역할
동박(Copper foil)	구리	전기가 흐르는 길(패턴)
코어(Core)	경화된 FR-4 판 + 양면 동박	다층의 뼈대
프리프레그(Prepreg)	유리섬유에 수지를 반경화시킨 시트	층과 층을 붙이면서 절연. 압착·가열하면 녹아 굳음
솔더마스크(솔더레지스트)	감광성 잉크(보통 녹색)	납이 붙으면 안 되는 곳을 덮음. 산화·단락 방지
실크스크린	흰색 잉크	부품 번호(R1, C3), 극성 표시, 회사 마크
표면처리	HASL / ENIG / OSP 등	노출된 패드의 구리 산화를 막고 납땜성 확보

FR-4가 표준입니다

FR-4 = Flame Retardant type 4, 유리섬유 직물에 에폭시 수지를 먹인 난연 소재예요. 일반 표준 두께는 1.6mm이고, 얇은 보드는 0.8~1.2mm를 씁니다.

중요한 숫자가 Tg(유리전이온도) 입니다. 이 온도를 넘으면 판이 물러져요.

등급	Tg 대략	쓰는 곳
일반 FR-4	130~140도	소비재, 저층 보드
중 Tg	150~160도	다층, 무연 리플로우
고 Tg	170도 이상	자동차 전장, 다층, 엔진룸 주변

> 무연 납으로 바뀌면서 리플로우 피크가 245도 안팎까지 올라갔습니다. 저 Tg 자재에 무연 프로파일을 태우면 층간 박리(delamination)와 휨이 납니다. 자재 사양서에서 Tg를 먼저 확인하세요.

동박 두께는 oz로 말합니다

1 oz   = 1제곱피트에 구리 1온스를 편 두께 = 약 35um
0.5 oz = 약 18um   내층 신호층에 흔함
2 oz   = 약 70um   대전류 패턴, 전원부, 모터 드라이버

동박이 두꺼우면 전류를 많이 흘리지만 패턴 간격을 좁히기 어렵고 에칭 정밀도가 떨어집니다. 그래서 아무 데나 두껍게 하지 않아요.

단면·양면·다층

구분	층 수	특징	현장 예시
단면(Single)	1	한쪽 면에만 패턴. 점퍼선으로 교차 해결	단순 LED 보드, 가전 조작판
양면(Double)	2	앞뒤 패턴 + 스루홀 비아로 연결	일반 제어보드, 전원보드
다층(Multi)	4·6·8·10…	내층에 그라운드·전원 플레인 확보	자동차 ECU, 통신 모듈, 고속 회로

층이 늘어나는 이유는 배선 공간 때문만이 아닙니다. 통짜 그라운드 층(GND Plane) 을 넣으면 노이즈가 줄고 임피던스가 안정돼요. 그래서 고속·고주파 회로는 층 수가 늘어납니다.

스택업 읽기

4층 1.6mm 보드 스택업 예

  L1  Top       동박 35um (1oz)      부품·신호
  ------ 프리프레그 0.2mm ------
  L2  GND       동박 18um            통짜 그라운드
  ------ 코어 1.1mm ------
  L3  POWER     동박 18um            전원 플레인
  ------ 프리프레그 0.2mm ------
  L4  Bottom    동박 35um            신호·일부 부품

  절연층 합계   = 0.2 + 1.1 + 0.2 = 1.5mm
  동박·도금 합계 = 35 + 18 + 18 + 35 um = 106um = 약 0.1mm
  총 두께       = 약 1.6mm

층 번호는 언제나 위(부품면)부터 셉니다. 도면에 L1이라고 적혀 있으면 Top이에요. 원판 업체에 층을 뒤집어 발주하면 전량 폐기입니다.

비아 — 층과 층을 잇는 구멍

종류	구조	특징
관통 비아(PTH)	위에서 아래까지 뚫음	가장 싸고 흔함. 모든 층 공간을 잡아먹음
블라인드 비아	표층에서 내층까지	한쪽에서만 보임. 비쌈
베리드 비아	내층끼리만	겉에서 안 보임. 고밀도 보드
비아 인 패드	패드 한가운데 비아	공간 절약. 반드시 수지 충전 + 도금 덮기. 안 막으면 납이 구멍으로 빨려 들어가 냉납
서멀 비아	발열 부품 밑에 여러 개	열을 반대면으로 뺌

구멍의 종횡비(Aspect Ratio)에도 한계가 있어요.

드릴 지름 0.3mm, 보드 두께 1.6mm
  종횡비 = 1.6 / 0.3 = 5.3 : 1

일반 양산 한계는 대략 8:1 ~ 10:1
  넘어가면 구멍 속 도금이 얇아져 크랙·단선

> 비아 인 패드를 막지 않은 도면이 신입 설계에서 가장 흔한 사고입니다. SMT 라인에 올리면 페이스트가 구멍으로 빠져 그 부품만 전부 냉납이 나요.

패드와 솔더마스크

패드 주변을 솔더마스크가 어떻게 덮느냐로 두 가지가 나뉩니다.

방식	구조	특징
NSMD (마스크가 패드보다 큼)	구리 옆면까지 납이 감쌈	접합 강도 좋음. BGA에 표준
SMD (마스크가 패드 위를 덮음)	마스크가 패드 경계를 정함	구리 박리에 강함. 대신 마스크 경계에 응력 집중

인접 패드 사이에 남는 가는 마스크 띠를 솔더마스크 댐이라고 해요. 파인 피치에서 이 댐이 너무 얇으면 인쇄·리플로우 때 무너져 브릿지로 이어집니다.

표면처리 — 납이 붙느냐를 결정합니다

방식	표면	장점	주의
HASL (유연/무연)	납 도금, 은색	싸고 납땜성 좋음, 보관성 우수	표면이 울퉁불퉁해서 파인 피치·BGA에 불리
ENIG (무전해 니켈 + 침금)	금색, 평탄	평탄도 최고, BGA·파인 피치 표준	비쌈. 공정 이상 시 블랙패드(취성 파단)
OSP	구리 위 유기막, 구리색	저렴, 평탄	막이 얇아 유효기간 짧음. 재리플로우 반복에 약함
침은 / 침주석	은색	평탄, 중간 가격	보관 중 변색·확산 관리 필요

> OSP 보드를 창고에 오래 두면 납이 안 붙습니다. 유효기간(보통 개봉 후 수개월, 사양서 확인)을 라벨로 관리하세요. "재고니까 그냥 쓰자"가 라인 전체 냉납으로 돌아옵니다.

취급 — 여기서 불량이 만들어집니다

맨손으로 패드를 만지지 않습니다. 지문의 염분·유분이 납땜을 막고, 시간이 지나면 부식합니다. 장갑(ESD 장갑) 또는 보드 가장자리만 잡기.
보드를 겹쳐 쌓지 않습니다. 상판의 부품이 아래 보드 패드를 긁어요. 매거진 랙이나 슬립시트를 씁니다.
보드는 습기를 먹습니다. 진공 포장이 뜯긴 채 오래 방치된 보드는 리플로우에서 층간 박리·부풀음이 납니다. 다층·두꺼운 보드일수록 심해요.
정전기 관리 대상입니다. 베어보드 자체는 괜찮지만 부품이 실장된 보드(PCBA)는 ESD 민감 제품이에요.

첫 주 체크리스트

우리 라인에서 가장 많이 도는 보드의 층 수·두께·Tg 등급
그 보드의 표면처리 종류와 유효기간 관리 방법
베어보드 보관 장소와 포장 상태(진공 포장 개봉 여부)
보드를 잡는 올바른 방법(가장자리 파지)을 직접 해봤다
도면에서 L1이 어느 면인지 확인했다

🎯 학습 목표

📚 신입 학습 콘텐츠