비아(Vias) 101 파트 1

이 첫 번째 "Vias 101" 기사에서는 PCB 설계에서의 비아의 기본적인 특성, 어떤 표준 비아를 설계에 사용해야 하는지, 그리고 간단히 전류 처리 능력에 대해 다룰 것입니다. 다음 파트에서는 비아의 적절한 배치와 전송 및 스티칭 비아와 같은 특수 사용 사례를 검토할 것입니다.

PCB 설계에서 비아에 관한 매개변수와 세부 사항이 이 짧은 기사에서 다룰 수 있는 것보다 훨씬 더 많다는 점을 기억하세요. 그러나 이 기사는 초보 PCB 설계 엔지니어들이 주제에 대해 더 깊이 파고들 수 있는 좋은 출발점을 제공할 것입니다. 시작해봅시다!

기초

비아 기초부터 시작해 보겠습니다. 트레이스는 단일 X-Y 평면에서 연결되며, 한 층의 한 지점에서 시작하여 같은 층의 다른 지점에서 끝납니다. 그러나, 예를 들어 멀티 레이어 PCB에서 첫 번째 레이어를 세 번째 레이어와 연결하고자 할 때, 우리는 비아라고 불리는 것을 사용해야 합니다. 본질적으로, 비아는 세 번째(Z) 차원에서의 전도성 수직 연결이며, 한 레이어의 트레이스가 PCB 내의 하나 또는 여러 레이어로 점프할 수 있게 해주는 레이어 간 연결에 사용됩니다.

비아를 생각하는 또 다른 방법은 그것을 소형 도금 관통 홀로 간주하는 것입니다.

특정 레이어와 비아로 연결하지 않는 경우, 해당 레이어에 공극을 만들게 됩니다. 이는 나중에 보게 될 문제를 일으킬 수 있습니다. 아래 이미지는 우리가 통과하는 레이어에 안티 패드가 있는 공극을 보여줍니다.

파라미터

비아에 대해 이야기할 때, 우리는 그것들을 정의하는 몇 가지 주요 파라미터를 가지고 있습니다. 아래 이미지는 패드 크기 P(전체 비아 직경)와 드릴 크기 D로 정의된 전형적인 스루-비아를 보여줍니다.

드릴 크기는 항상 패드 크기보다 작아야 하며, PCB 두께 대비 드릴 크기의 비율인 종횡비에 의해 제한됩니다. 이것은 제조 문제이며, 보드 두께에 따라 달라집니다. - 보드가 두꺼울수록 일반적으로 더 큰 드릴 크기가 필요합니다.

또한, 패드 크기 P에서 드릴 직경 D를 빼고 그 숫자를 2로 나누면, 링의 크기를 얻을 수 있습니다. 드릴 크기와 링 크기 모두 중요한 제조 파라미터입니다.

일반적으로 추가 비용 없이 최소 드릴 크기는 0.25mm이고 최소 링은 0.15mm입니다. 하지만, 가능하다면 최소값에서 벗어나는 것이 중요합니다. PCB 제조업체의 경우, 많은 업체들이 더 고급 기능을 제공할 것입니다. 예를 들어 0.1mm 드릴(보통 레이저)입니다. 이것은 비용을 추가한다는 것을 기억하세요.

비아 크기를 결정할 때, 드릴 크기, 패드 크기, 링크 링 외에도 비아를 구성하는 많은 다른 매개변수가 있습니다. 예를 들어: 

• 텐팅: 비아를 솔더 마스크로 덮는 것. 일반적으로 추가 비용이 없습니다.
• 충전: 수지 또는 전도성 재료로 채우는 것으로, 비아 인 패드 기술에 유용할 수 있습니다. 이것은 추가 비용이 될 것입니다.
• 유형: 이 글에서는 가장 쉽게 생산할 수 있고 가장 일반적인 스루 비아를 살펴보고 있습니다. 그러나 마이크로, 블라인드, 매립 등 몇 가지 다른 유형이 있습니다. 이들은 향후 기사의 주제입니다.

권장 매개변수

비아 매개변수에 대한 일반적인 권장 사항을 제공하는 것은 어렵습니다. 궁극적으로 디자인에서 사용해야 하는 매개변수는 시나리오에 크게 의존합니다. 예를 들어, 매우 미세한 피치의 BGA를 라우팅하는 경우, 비아의 필요성은 오디오 스루홀 전용 구성 요소 보드를 라우팅하는 것과 완전히 다를 것입니다.

비용 측면에서, 작은 드릴 크기(일반적으로 0.2 mm 미만)는 일반적으로 PCB 제조 비용을 증가시키고 수율을 낮출 것입니다. 수율이란 제조된 PCB의 약 90%는 작동하고, 10%는 불량일 것이라는 의미입니다.

작은 각도 링(약 0.1 mm 주변)에 대해서도 마찬가지입니다. 다시 말해, PCB 제조 비용이 증가하고 수율이 감소할 것입니다.

“어떤 크기의 비아를 사용해야 하나요?”라는 질문을 많이 받습니다. 일반적인 용도의 비아로 다음 크기를 추천할 수 있습니다:

• 대형: 0.7 mm 패드, 0.3 mm 드릴
• 중형: 0.6 mm 패드, 0.25 mm 드릴
• 소형: 0.5 mm 패드, 0.2 mm 드릴

다시 말하지만, 이것은 일반적인 지침이며, 실제 비아 크기는 주어진 상황에 따라 달라질 것입니다.

전류 처리 능력

비아에 대해 논의할 때, 트레이스와 마찬가지로 전류 처리 능력에 대해서도 생각해야 합니다. 트레이스는 주어진 온도 상승에 대해 일정량의 전류를 처리할 수 있으며, 비아도 마찬가지입니다.

경험칙에 따르면, 일반적인 "표준 크기"의 비아는 20도 섭씨 온도 상승에 대해 약 1.5A를 견딜 수 있습니다. 예를 들어 ESC의 모터 드라이버에서 그 이상의 전류가 필요한 경우, 우리는 단순히 같은 크기의 병렬 비아를 사용해야 합니다. 반면, 트레이스의 경우에는 트레이스를 넓히기만 하면 됩니다. 그러나 비아의 드릴 및 패드 크기를 증가시키는 것은 전류 처리 능력을 약간만 향상시킬 뿐이지만, 비아를 병렬로 연결하는 것은 인덕턴스를 줄이고 열 성능을 개선하는 데 도움이 됩니다.

이 기사에서는 비아의 기본적인 사항들을 다루었습니다. 다음 시간에는, 비아의 배치, 전달 및 스티칭 비아에 대해 살펴볼 것입니다.