PCB 산업 이해하기[1] : Via Hole, Via Fill, Multi Layer PCB

※ 철저히 주식쟁이의 관점에서 작성한 글입니다!

PCB 산업에 관련해 공부하다 보면 Via Hole, Via Fill과 같은 단어들이 종종 등장합니다. 사실 용어를 처음 접하는 사람의 입장에서는 이 것들이 무엇을 의미하는지 알기 어려운데요. 이 단어들을 이해하기 위해서는 먼저 Multilayer PCB, 다층 PCB에 대한 대략적인 이해가 필요합니다. 

# Multi Layer PCB, 다중적층기판이란?

일반 PCB는 다들 많이 보셨을거라고 생각합니다. 컴퓨터 뚜껑을 열어보면 있는 메인보드와 같은 녹색, 혹은 빨간색 판이 PCB입니다. 다양한 부품이 실장되는 그 기판이 PCB인데요. 

흔히 볼 수 있는 PCB의 모습입니다.  

이 PCB에는 필요한 전자부품을 적절하게 이어주는 회로가 복잡하게 그려져 있습니다. 각 부품들이 원하는 순서와 조합으로 연결되어야 컴퓨터가 정상 작동하는데요, 워낙 부품의 수가 많고, 각 부품마다 연결해야 하는 경로도 다양해 PCB에는 아주 미세한 회로가 빼곡하게 그려져 있습니다. 

일반 데스크탑의 메인보드는 작은 노트 한권 정도의 크기인데요, 핸드폰이나 태블릿, 노트북같은 모바일 기기는 사정이 좀 다릅니다. 분명 같은 컴퓨터라 부품의 수나 회로의 복잡성은 똑같은데, 그 크기가 훨씬 작아지게 됩니다. 부품을 꽂는 것 자체도 어렵지만, 부품과 부품을 서로 연결하는데 공간적인 제약이 아주 커집니다! 

보신다면 도선이 교차하거나 겹치는 모습을 거의 찾아볼 수 없습니다. 

일반적으로 전자 회로의 도선들은 서로 교차하거나 겹치지 않습니다. 위 사진과 같은 복잡한 회로를 손바닥보다 작은 평면 위에 늘어놓는다고 생각하시면, 선을 겹치지 않고서는 도저히 설계가 불가능한 경우가 발생합니다. 이런 문제를 해결하기 위해 등장한 방식이 바로 Multi Layer PCB, 다중적층기판 입니다. Multi Layer PCB는 여러 겹의 기판을 압축하고, 기판과 기판 사이의 중간 층에 구리 도선을 배열해 제품을 연결합니다. 평면상에 배열이 불가능한 도선도 여러 겹의 평면에 배열한다면 충분히 가능하죠. 

Multi Layer PCB의 단면도

Multi Layer PCB는 지하도라고 생각하시면 됩니다. 한정된 면적의 땅에서 더이상 길을 늘릴 수 없으니, 땅을 파서 도로를 늘리는 방식이죠. 위 사진의 단면도를 보시면 이해가 되실거라고 생각합니다. 

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# Via Hole, Via Fill이란? 

Multi Layer PCB는 위에서 보신바와 같이, 여러 층의 기판을 적층해 회로를 배열합니다. VIA는 여러 층의 기판을 이어주는 통로입니다. 영어로는 Vertical Interconnect Access: VIA 입니다. 수직으로 기판을 연결한다는 뜻인데요, 아래 사진에서 붉은 원이 VIA입니다. 층과 층을 연결하는 모습을 보실 수 있습니다. 지하도와 지상을 이어주는 엘리베이터라고 생각하시면 됩니다. 

붉은 원이 층과 층을 이어주는 VIA

Via Hole은 구멍이 뻥 뚫린 VIA 입니다. 기판과 기판 사이를 속이 빈 구리 파이프로 연결하는 방식입니다. 기판에 뚫린 구멍의 안쪽을 구리로 도금해 기판과 기판을 이어주는 방식이죠. 이 구멍이 뻥 뚫려있는 경우 Via Hole이라고 하고, 이 구멍의 내부를 채워주는 소재가 Via Fill 입니다. 

(좌) 붉은 화살표가 Via Hole (우) Via Hole의 단면도

이런 Via Hole을 그대로 놔 두게 되면, 내부 구멍에 수분이 들어가거나, 구멍 안에 먼지 등이 들어가 제품의 불량을 발생시킬 수 있습니다. 그런 이유로 Via Fill을 사용하여 내부를 채우는 것인데요. 구멍을 전도성 물질로 채우느냐, 전기가 통하지 않는 물질로 채우느냐 두 가지 선택지가 또 존재합니다. (Conductive / Non-Conductive Via Fill)

내부를 구리와 같은 물질로 채우는 경우, 열전도율이 높아져 기판의 열 방출이 더 용이해집니다. 그러나 주변 기판과 구리 부분의 열팽창계수가 달라, 온도변화로 인한 불량을 발생시킬 수도 있습니다. 이러한 장단점을 바탕으로 Via Fill의 종류를 결정한다고 합니다. [링크]