클린 엣지의 메커니즘: 신뢰할 수 있는 캐스텔레이션 가이드

기능 모듈과 폐기된 프로토타입의 차이는 종종 기판의 미세한 가장자리에서 비롯됩니다. 딸기보드가 도착하면, 첫 번째 검사 단계는 연속성 테스트가 아니라 30x 루페 아래에서의 육안 검사여야 합니다. 가장자리에 도금이 무딘 동물에 물어뜯긴 것처럼 보인다면, 이미 기판이 손상된 상태입니다. 이 맥락에서의 '버'는 단순히 외관상의 문제가 아닙니다. 구조적 위험 요소이며, 기판에서 찢어진 구리 조각으로 재유리 직물에 거의 붙여진 구리 박판이 솔더 리플로우 과정에서 두 패드를 연결하거나 완전히 들어올릴 것을 기다리고 있는 상태입니다.

이 실패 원인은 거의 항상 '운이 나쁘거나' '불량한 배치'의 라미네이트 때문이 아닙니다. 거의 항상 기하학적 설계나 지시의 실패입니다. 설계자는 종종 Altium, KiCad 또는 Eagle과 같은 CAD 도구에서 보드 윤곽선에 비아를 배치하는 것만으로도 성형 주조를 생성할 수 있다고 가정합니다. 하지만 그렇지 않습니다. CAD 화면은 완벽한 반원처럼 보이지만, 공장 현장 현실은 고속 강철 라우터 비트가 구리 박판 위에 거의 붙어 있지 않은 얇은 구리 포일에 상당한 토크를 가하는 모습입니다. 그 구리가 기계적으로 고정되지 않거나 비트가 잘못된 각도로 들어가면 도금이 찢어집니다.

이 찢김은 조립 중에 솔더 브리징을 유발합니다. 가장자리가 울퉁불퉁하면, 솔더 페이스트가 이동할 수 있는 길을 만들어 인접한 패드를 연결하며, 이는 절연되어야 하는 패드를 연결할 수 있습니다. 기계적 절단을 해결하면 전기적 단락도 해결됩니다.

눈물의 물리학

견고한 성형을 설계하려면 도구 경로를 상상해야 합니다. 표준 PCB 라우터 비트는 흔히 2.0mm 또는 2.4mm 지름으로 회전하며, 약 40,000 RPM으로 회전합니다. 이 비트가 패널 가장자리를 따라 움직여서 보드를 느슨하게 자를 때, 에폭시, 유리 섬유, 구리의 복합체를 가공합니다. 회전 방향은 매우 중요합니다.

만약 라우터 비트가 시계 방향으로 회전하고, 도구 경로가 절단날이 적층판과 만나는 방향으로 움직인다면 전에 구리, 뒷받침 재료가 포일을 지지합니다. 커터는 구리를 절단하여 FR-4의 견고한 벽에 맞서 절단합니다. 그러나 경로가 반대 방향이면, 또는 비트가 구멍 내부에서 외부로 밀며 성형을 돌파한다면, 도금 뒤에 지지대가 없습니다. 비트가 립을 잡아당기며 찢어집니다. 구리 포일과 FR-4의 접착력이 유한하기 때문에 (일반 재료의 경우 대략 1.4 N/mm), 회전력은 접착 강도를 쉽게 초과합니다. 그 결과, 패어지는 패드가 바람에 날리거나, 기판 측면에 압축된 버가 생깁니다.

이 특수 취급 때문에 제작소에서는 '성형 부가금'을 부과합니다. 이들은 일부러 가격을 인상하는 것이 아니라, 종종 완전히 별도의 CNC 루틴을 수행합니다. 연속적인 표준 프로파일 컷 대신, 각각의 구멍에 대해 '플런지 그리고 컷' 시퀀스 또는 특정 입/출 전략을 사용하여 비트가 항상 구리를 밀어내도록 해야 합니다. 내부로 보드에서 벗어나지 않도록. 그 부가금이 없는 견적서가 오면 의심해보세요. 이는 보통 표준 프로파일 패스를 수행하려는 의도이며, 그 결과는 너덜너덜한 상태가 될 것입니다.

닻의 필수 요소

구리 호일의 화학적 결합에만 의존하는 것은 전문가 엔지니어가 감수해서는 안 되는 도박입니다. 구리와 유전체 사이의 접착층은 스택업에서 가장 약한 연결고리입니다. 패드가 들리지 않도록 하려면, 설계에 기계적 잠금장치인 앵커를 도입해야 합니다.

가장 효과적인 방법은 PCB 자체의 수직 구조를 이용하는 것 입니다. 캐스텔레이션 패드는 상하 구리만으로 구성되어서는 안 되며, 전용 비아로 함께 고정되어야 합니다. 패드의 내부 가장자리 근처(0.3mm는 표준 기계 드릴 크기) — 효과적으로 ‘절단 라인 뒤’에 작은 비아 하나 또는 두 개를 배치하여 — 상하층이 코어를 통해 리벳처럼 결합됩니다. 라우터 비트가 충분한 힘을 가해 가장자리의 패드를 분리하더라도, 이 앵커 비아를 넘지 못하고 파괴되지 않습니다. 구리는 기계적으로 내부 구조에 잠금됩니다.

이 앵커 비아는 이중 기능을 수행합니다. 2차 리플로우 시 — 모듈이 메인보드에 납땜될 때 — 가장자리 패드에 가해지는 온도 스트레스는 매우 크며, 앵커 없이 열 팽창 불일치로 인해 패드가 떠오르거나 벗겨질 수 있습니다, 특히 수작업 재작업 시 더 그렇습니다. 앵커 비아는 히트 싱크와 리벳 역할을 겸합니다. 일부 초고밀도 설계는 이러한 앵커를 적합하게 배치하는 데 어려움을 겪을 수 있지만, 이를 생략하면 현장 실패를 초래할 수 있습니다. 패드가 들리면 수리할 방법이 없으며, 모듈은 폐기됩니다.

표면 마감은 평탄도 변수입니다

절단 형상의 정밀도는 절반의 전투입니다; 패드의 지형은 나머지 절반입니다. 모듈이 캐리어 보드 위에 배치될 때, 완벽하게 평평하게 자리 잡아야 합니다. 어느 정도라도 차이가 있으면 모듈이 시소와 같아져 한쪽은 개방된 조인트, 다른 쪽은 분쇄된 페이스트가 됩니다.

핫 에어 솔더 레벨링(HASL)은 캐스텔레이션 가장자리에는 본질적으로 적합하지 않습니다. HASL 공정은 패널을 용융 솔더에 담갔다가 뜨거운 공기 칼로 불어서 제거하는 과정입니다. 반절 구멍에서는 가장자리보다 부푼, 불규칙한 솔더 덩어리를 남기는 경향이 있습니다. 나중에 라우터로 보드를 절단할 때, 이 연한 주석/납(또는 무연 합금) 덩어리는 단단한 구리와 다르게 늘어지고 찢어집니다. 더 중요한 것은 비평면 표면을 만들어낸다는 점입니다.

무전처리 니켈 침지 금(ENIG)은 이러한 적용 분야에서 필수 표준입니다. 니켈 장벽층은 연성 솔더보다 깔끔하게 절단되는 더 단단한 표면을 제공하며, 침지 금은 SMT 공정에 완벽하게 평평하고 일관된 표면을 유지시켜줍니다. HASL은 비용이 저렴하지만, 형상 불량과 라우터의 연마 문제로 인한 불량률이 즉시 절감 효과를 상쇄합니다.

의도를 전달하기: Fab Note 방화벽

캐스텔레이션 설계에서 가장 흔한 오류는 침묵입니다. Gerber 파일에 캐패시티가 들어간 보드 외곽선이 포함되어 있지만 제작 지침이 없다면, 공장 내 CAM 엔지니어는 추측해야 합니다. 대량 생산이 이루어지는 Tier 1 공장에서는 자동 스크립트가 이를 감지할 수 있지만, 빠른 프로토타입 공장에서는 운영자가 실수라고 가정하거나, 더 나쁘게는 표준 프로파일 루틴을 바로 실행할 수도 있습니다.

이 문제에 대한 유일한 방화벽은 제작 레이어에 대한 구체적 지시입니다. 명확해야 하며, 예를 들어 다음과 같이 기술할 수 있습니다: “J1 및 J2에 가장자리 도금(캐스텔레이션)이 존재합니다. 벤더는 버림과 구리 상승을 방지하기 위해 적절한 라우터 입구/출구 경로를 사용해야 하며, IPC-6012 Class 3 적합성 기준을 준수해야 합니다.” 이것은 CAM 엔지니어가 그 특징을 인정하게 하여, 설계자의 생략에서 제조사의 공정 책임으로 변경하게 합니다.

‘치터(속임수)’ 캐스텔레이션

일반적으로 취미 사용자층에서 돌고 있는 지속적인 전설은, 보드 외곽선에 비아 열을 놓고 그 정보를 제작사에 전달하지 않음으로써 부과금을 피하는 방법으로, 캐스텔레이션을 만들 수 있다는 것입니다. 이는 ‘속임수’에 해당하며, 기계적으로 타당하지 않습니다.

일반 라우터 경로가 특별한 입구/출구 고려 없이 표준 비아를 파고들면, 도금 벽은 거의 확실히 붕괴하거나 찢어질 것입니다. 도금된 구멍의 구조적 완전성은 연속된 실린더에 의존하며, 이 실린더를 무심코 절단하면 나머지 반 신쉘은 후크 강도를 잃게 됩니다. 그 벽을 지지하는 특정 공정 절차 없이, ‘속임수’ 캐스텔레이션은 깨지기 쉬운, 날카로운 가장자리를 만들어 내며, 이는 심지어 납땜조차 어렵게 만들 수 있습니다. 이는 허위 경제입니다.

신뢰할 수 있는 하드웨어는 기계가 물리 법칙을 무시하는 것을 바라는 것이 아니라, 설계로 견딥니다. 패드를 고정하고, 마감 처리를 지정하며, 노트를 작성하세요. 라우터 비트는 기한을 신경 쓰지 않지만, 당신의 형상을 존중할 것입니다.