반도체 공학자도 알아야 할 PCB에 대해서 설명을 해드리고자 합니다.
학사 신분으로 반도체 회사를 취업하려면 8대 공정과 MOSFET, RAM 등 소자의 이해가 가장 중요합니다.
하지만 '석사, 박사'등 반도체를 깊이 공부 및 연구를 하시려면 '전자공학과'의 핵심 과목을 이해하셔야 합니다.
그래서 전자공학과 커리큘럼에 '반도체' 과목이 있는 것이겠죠.
오늘은 '전자공학자'가 되어보고자 PCB에 대해서 같이 공부하는 시간을 갖고자 합니다!
PCB의 정의
PCB란 무엇일까요?
정식 명칭은 Printed Circuit Board입니다.
기판(Board) 위에 Circuit(전기가 흐르는 회로)을 Print(인쇄) 한 것이라고 이해하시면 됩니다.
사실 제 닌텐도를 분해하려다가 공구가 없어서.. 구글 이미지를 따왔습니다.
모든 가전제품들은 PCB가 있습니다.
원하는 기능이 회로를 통해 구동 되니까요.
만약 PCB가 없었으면 어떻게 되었을까요?
PCB가 없는 과거 TV는 전선이 너무 많아 정리가 제대로 되지 않았으며, 부품 고정이 되지 않아 고장도 많이 났습니다.
전선을 금속 선으로 바꾼 PCB가 생긴 후에야 확실히 깔끔해졌고 고장도 잘 안 나게 되었습니다.
앞의 내용을 표로 말끔히 정리해 드리겠습니다.
| 전선 방식 회로 | PCB 방식 회로 | |
| 부품 | 고정 x | 고정 o |
| 부품과의 전기적 연결 | 전선 | 금속 선 |
| 부식 | 부식 방지 x | 부식 방지 o(초록색 판) |
PCB 구조 및 원리
PCB는 다음과 같이 구리 부분(전기가 통하는 부분)과 절연체 부분으로 나뉘어 있습니다.
만약 전기를 다 통하게 만들어 버리면, 그저 아무런 역할도 못하는 금속 덩어리일 뿐입니다...
만약 전기를 다 통하지 않게 만들어 버리면, 그저 아무런 역할도 못하는 절연체 덩어리일 뿐입니다...
암튼, photo mask 공정을 통해 구리 부분과 절연체 부분을 구분합니다.
Photo mask 공정과정
1. Dry film을 전면에 증착시킵니다.
2. Mask를 이용하여 빛을 쪼여줍니다.
3. 알칼리성 물질로 부식을 시켜줍니다
4. 빛을 안 받은 부분이 사라지게 됩니다.)
흡사 photo 공정을 진행 후 윗 모습입니다. (참고로 구멍은 나중에 뚫는데, 뚫고 시작하겠습니다.)
부품 설치 방법에 따른 분류
회로 기판에 설치되는 전자 부품은 '표면 설치'와 '기판 관통 설치(쓰루홀)' 방법이 기본입니다.
패드(표면 설치) : 부품을 설치하는 부분 --> 납땜을 통해 부품 설치
쓰루홀(기판 관통 설치) : 부품을 설치하는 부분 --> 구멍에 넣는 방식
비아홀(기판 관통 설치) : 위의 회로와 아래 회로를 전기적으로 연결시켜주는 구멍(양면 PCB일 때)
옛날에는 '쓰루홀' 방식(THM) 만을 사용하였다가 '패드'방식(SMT) 방식이 개발된 후 THM 방식이 점점 쓰이지 않게 되며 없어질 것이라고 예상을 했습니다.
하지만 납땜을 통해 고정하는 패드와 달리, 구멍을 관통하여 소자를 단단하게 고정 시키기 때문에 환경 스트레스를 정말 잘 견딥니다.
이러한 장점 때문에 고신뢰성 소자 부분에서는 THM을 사용한다고 합니다.
보다 작은 부품을 사용할 수 있어 고밀도의 회로 설계가 가능하며, 구멍을 뚫을 필요가 없는 SMT 방식은 대부분 전자 소자에서 많이 사용된다고 합니다.
Passivation
전자 부품을 설치할 수 있게 '패드', '홀'을 만든 뒤에 하는 일입니다.
전선, PCB 표면이 녹이 슬지 않게 Passivation을 시켜줍니다. + 안정성 증가 (패드, 홀은 안 합니다!)
PCB 기판이 초록색으로 되어 있는 이유는, 육안으로 불량을 확인할 때 눈의 피로도가 적으며 잘 찾아지기 때문입니다.
이러한 홀과 패드 위에 저항, 트랜지스터, 커패시터, 인덕터, 다이오드, 집적 회로 등을 설치할 수 있습니다.
이 PCB의 이해를 더 제대로 하시고 싶으시면, https://www.youtube.com/watch?v=olp0y881c7s
이 유튜브 꼭 보시길 바랍니다. 정말 대박 퀄리티입니다.
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