PCB에서의 도금 도둑이란 무엇이며 왜 하는 걸까요?

저희 고속 설계 과정에서는 학생들이 수업에서 설명하는 내용의 물리적 표현을 볼 수 있도록 샘플 PCB를 돌려봅니다. 자주 받는 질문 중 하나는 도둑질(thieving)과 그것이 제공하는 이점에 관한 것입니다. 이 글에서는 도둑질(때로는 구리 도둑질이라고도 함)에 대해 설명하고, 보드의 어떤 부분에 적용되는지, 제작 과정의 어느 시점에 수행되는지, 도금 작업과 어떤 관련이 있는지, 외부 레이어 아트워크에 도둑질을 추가하는 것이 누구의 책임인지, 그리고 그 단점과 이점은 무엇인지에 대해 설명합니다.

설명과 묘사

도둑질과 관련하여 제기되는 질문들은 다음과 같습니다:

• 도둑질이란 무엇인가?
• 왜 외부 레이어에 추가되는가?
• 도둑질 점의 크기가 왜 다양한가?
• PCB 외부 레이어 아트워크에 점을 누가 추가하는가?

이 질문들에 대한 답변은 다음 해설에서 제공됩니다. 먼저, 도둑질은 표면 전체에 "더미" 패드를 추가하고, 외부 레이어에 설계된 특징과 함께 도금하는 것입니다. 이 과정의 목적은 외부 레이어 전체에 구리를 균일하게 분포시켜 도금 전류와 구멍 속 도금을 더 균일하게 만드는 것입니다. 이러한 더미 패드는 PCB 스택업에 적층된 외부 레이어 구리와 함께 도금될 모든 다른 특징들과 연결됩니다. 도금 후, 더미 패드 사이의 구리는 제거되어, 표면 레이어의 다른 특징들과 함께 서로 분리됩니다.

그림 1과 2는 구리 도둑질의 두 가지 예를 보여줍니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이, BGA 주변에 둥근 점들이 있습니다. 여기서, 도둑질은 보드와 구성 요소 전체에 걸쳐 구리 높이를 동일하게 만들기 위해 수행되어야 합니다. 그림 2는 프레스핏 커넥터 주변의 도둑질을 보여줍니다. 이는 구멍 속 도금이 두께면에서 균일하게 되도록 보장합니다.

PCB 동도금 도둑질을 더 잘 이해하기 위해서는 아래에 설명된 도금 작업을 검토하는 것이 유용합니다. 참고: 도둑질은 내부 층에서는 필요하지 않습니다. 내부 층은 에칭에만 노출되며 도금이 필요하지 않기 때문입니다.

도금 작업

외부 층 도금

외부 층 도금은 비아와 구성 요소 리드 홀에 동을 증착하여 PCB의 한쪽에서 다른 쪽으로 연결이 형성되도록 하기 위해 수행됩니다. 또한 내부 층의 신호와 평면에 연결을 만들기 위해 수행됩니다. PCB의 두 외부 층은 구멍에 동을 도금하기 위해 필요한 도금 전류의 경로를 제공하기 위해 드릴링 및 도금 과정이 완료될 때까지 고체 동으로 유지됩니다.

패널 도금

PCB 제조 초기에는 PCB가 형성된 전체 패널이 구멍이 뚫린 후 그리고 부스러기와 파편이 제거된 후 도금 목욕에 담겼습니다. 이를 패널 도금이라고 합니다. 패널 도금의 도전 과제는 에칭 과정 후에 트레이스나 패드가 배치되지 않을 영역까지도 표면 전체에 동이 도금된다는 것입니다. 이로 인해 두 가지 문제가 발생합니다:

• 원하지 않는 구리의 식각은 외부 표면에 도금된 구리뿐만 아니라 외층의 원래 구리를 통과해야 합니다. 이 과정은 더 많은 화학 물질을 사용하고 더 많은 시간이 걸립니다.
• 식각이 구리를 통해 내려가면서 구리를 옆으로도 식각하여 트레이스 폭 제어의 정확성이 떨어집니다. 이로 인해 아래에 설명된 패턴 도금 공정이 도입되었습니다.

패턴 도금

패턴 도금은 외부 층이 최종적으로 식각된 후 남게 될 특징들에만 구리를 도금하는 공정입니다. 보통, 포함되는 특징들은 모든 도금된 관통 홀, 트레이스 및 구성 요소 장착 패드입니다. 이 과정은 드릴링이 완료된 후 두 외부 층에 도금 저항제를 적용함으로써 이루어집니다. 이 도금 저항제는 광감성이 있으며 도금되지 않을 부분을 제외하고 광을 조사하여 저항제를 굳힙니다. 노출되지 않은 저항제는 씻겨 나가고, 도금되어야 할 영역이 노출됩니다. 그 다음 단계는 도금입니다.

패턴 도금의 문제점은 외부 층의 특징이 표면 전체에 고르게 분포되지 않는 경우입니다. 도금 전류도 고르게 분포되지 않아 비아나 커넥터 홀과 같은 일부 특징은 다른 것들보다 덜 무겁게 또는 균일하게 도금됩니다. 이것들은 서로 더 멀리 떨어져 있습니다. 프레스 핏 커넥터의 홀과 같이 매우 균일한 도금이 필요한 경우, 도금 전류를 전체 표면에 고르게 분포시키기 위해 무언가를 해야 합니다. 이때 구리 도둑질이 사용됩니다.

외부 레이어 아트워크에 구리 도둑질을 추가하는 사람은 누구이며 점의 모양과 크기가 왜 다른가요?

각 제조업체는 고객이 제공한 아트워크에서 구리 분포를 검토하는 알고리즘을 가지고 있습니다. 제조업체의 제조 공학 스태프는 균일한 도금을 달성하기 위해 추가해야 할 구리의 양을 결정합니다. 이 추가 구리는 점이나 정사각형의 형태로 추가됩니다. 이 기사에 포함된 그림에서 볼 수 있듯이, 각 제조업체는 PCB 구리 도둑질 특징의 다른 모양과 크기를 가지고 있습니다.

구리 도둑질에 대한 주의사항

구리 도둑질이 추가된 바로 아래 층에 트레이스가 있는 경우, 도둑질이 그 위에 적용되면 이러한 트레이스의 임피던스가 부정적으로 영향을 받을 수 있습니다. 이러한 상황이 발생하지 않도록 하기 위해, 도둑질이 허용되는지와 허용되는 위치를 지시하는 메모를 제작 도면에 추가해야 합니다. 다음은 제작 도면에 이를 지정하는 한 가지 방법입니다:

• “외부 층에서 균일한 도금을 보장하기 위해 도둑질이 허용됩니다. 도둑질은 외부 층의 다른 구리 특성으로부터 0.100”(2.5 mm) 이상 떨어져 있어야 합니다. 이는 외부 층 아래 첫 번째 매립 신호 층의 트레이스로부터 0.100”(2.5 mm) 이내에 있어서는 안 됩니다. 도둑질 패턴은 공급업체의 재량에 맡기며, 고체 구리로 구성되어서는 안 됩니다.”

외부 층에 도둑질을 추가하지 않는 결과

PCB의 외부 층에 구리 도둑질이 추가되지 않았고 제어 임피던스 트레이스, 프레스핏 커넥터용 홀, 구성 요소 장착 패드와 같이 도금될 특성의 분포가 불균일한 경우, 밀집된 특성보다 고립된 특성이 훨씬 더 많은 구리로 도금됩니다.

PCB의 외부 층을 도금하는 데 있어 제어하는 주요 변수는 비아(vias)와 구성 요소 장착 구멍에 충분한 구리가 도금되어 견고한 연결을 보장하는 것입니다. 대부분의 경우, 가장 중요한 구멍은 커넥터의 프레스-핏 핀이 들어갈 구멍입니다. 이러한 구멍에 대한 제어는 보통 +/- 2 mils 또는 0.05 mm입니다. 도금업자는 이 사양이 충족될 때까지 도금을 계속할 것입니다. 도둑질(thieving)이 없으면, 대부분의 다른 특징들은 과도한 양의 구리로 도금되어 완성된 구멍 크기가 너무 작거나 트레이스 임피던스에 영향을 미칩니다.

요약

도둑질은 PCB를 관통하는 구멍에 구리를 균일하게 도금하기 위해 제작자가 사용하는 방법입니다. 이를 위해 도금 전류를 PCB 외부 층 표면에 균일하게 분배해야 합니다. 도둑질은 도금될 구멍의 분포가 균일하지 않을 때 구리가 고르게 분산되도록 보장합니다.

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