[논문]다층 PCB의 두께 예측을 위한 실험식 도출 연구

김남훈; 한관희; 이민수; 김현호; 신광복

doi:10.7234/composres.2022.35.3.182

[국내논문] 다층 PCB의 두께 예측을 위한 실험식 도출 연구
An Empirical Formulation for Predicting the Thickness of Multilayer PCB 원문보기

Composites research = 복합재료, v.35 no.3, 2022년, pp.182 - 187

김남훈 (Department of Mechanical Engineering, Hanbat National University) , 한관희 (Department of Mechanical Engineering, Hanbat National University) , 이민수 (Korea Packaging Integration Association) , 김현호 (Korea Packaging Integration Association) , 신광복 (Department of Mechanical Engineering, Hanbat National University)

초록
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본 논문은 다층 PCB에 사용되는 프리프레그의 물성을 파악하여 제시한 두께 실험식을 통해 PCB의 두께를 예측하기 위한 연구를 수행하였다. 프리프레그는 물성과 동박 잔존율에 의해서 PCB 제작시 두께가 감소하기 때문에 두께 실험식을 통한 정확한 PCB의 두께 예측이 필요하다. 두께 실험식에 사용되는 프리프레그의 밀도를 파악하기 위해 질량 및 두께를 측정하여 밀도를 도출하였다. 이후 CCL을 제작하기 위해 프리프레그와 동박을 적층하여 핫 프레스기를 사용하였고 광학현미경과 마이크로미터를 사용하여 두께를 측정하였다. 또한 동박 잔존율에 따른 두께 변화를 측정하기 위해 회로밀도를 다르게 구성하여 8층 PCB를 설계하였고 두께 측정 결과와 두께 실험식으로 도출된 두께를 비교하여 두께 실험식을 검증하였다. 비교 결과 CCL의 경우 2.56%, 다층 PCB의 경우 4.48%의 오차를 보였고 이를 통해 두께실험식의 신뢰성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the thickness of a multilayer PCB was predicted through an empirical formulation based on the physical properties of the prepreg used in multilayer PCB. Since the thickness of prepreg reduction when manufacturing a PCB due to the physical properties and copper foil residual rate, it is necessary to accurately predict the thickness of the PCB through the thickness empirical formulation. To determine the density of the prepreg, the mass and thickness of the prepreg were measured. To manufacture the CCL, the prepreg and copper foil were laminated using a hot press machine, and the thickness was measured using a microscope and micrometer. An 8-layerd PCB was designed with different circuit densities to measure the change in the thickness with the copper foil residual ratio, and the proposed empirical formulation was verified by comparing the measured thickness with the value obtained using the empirical formulation. As a result, the errors for the CCL and multilayer PCB were 2.56% and 4.48%, respectively, which demonstrated the reliability of the empirical formulation.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Glass/Epoxy prepreg
표 Table 1. Physical properties of prepreg
그림 Fig. 2. Manufacturing processes for copper clad laminate
그림 Fig. 3. Curing cycles of copper clad laminate
그림 Fig. 4. Cross section of copper clad laminate
그림 Fig. 5. Layer thicknesses of the manufactured CCL
표 Table 2. Comparison of prepreg thicknesses
그림 Fig. 6. Layer structure for 8-layerd PCB
그림 Fig. 7. Cross section of 8-layerd PCB
그림 Fig. 8. Measured layer thicknesses of 8-layerd PCB
표 Table 3. Layer thicknesses of CCL predicted by empirical formulation
표 Table 4. Layer thicknesses of 8-layerd PCB predicted by empirical formulation

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 다층 PCB에 사용되는 유리섬유/에폭시 프리프레그(Glass/Epoxy Prepreg)의 밀도와 동박 잔존율을 고려한 두께 예측 실험식을 이용하여 다층 PCB의 두께를 예측하기 위한 연구를 수행하였다. 프리프레그의 물성을 파악하기 위해 질량 및 두께를 측정하였고 밀도를 도출하였다.
본 연구에서는 다층 PCB의 정확한 두께 설계를 위해 두께 실험식을 제시하였고 다층 PCB에 사용되는 유리섬유/에폭시 프리프레그의 밀도와 동박 잔존율을 파악하여 두께를 예측하는 연구를 수행하였다. 다층 PCB에 사용되는 소재의 물성을 파악하기위해 유리섬유/에폭시 프리프레그의 질량과 두께를 측정하였고 측정된 소재를 사용하여 CCL을 제작하였다.

제안 방법

(1) CCL의 두께 설계를 진행하기 위해 총 6종류의 유리 섬유/에폭시 프리프레그의 밀도, 질량 그리고 두께를 측정하였으며, 측정된 소재를 활용하여 CCL을 제작하였다. 제작된 CCL의 건전성을 확인하기 위해 총 8개의 지점을 선택하여 두께를 측정하였고 편차가 3.
(2) 동박 잔존율에 따른 프리프레그의 두께 변화를 확인하기 위해 0%, 25%, 50%, 100%로 동박 잔존율을 구성하여 8층 PCB를 설계 및 제작하였고 현미경을 사용해 층별 두께를 측정하였다. 측정 결과 Core 부분을 제외한 프리프레그의 두께가 119.
다층 PCB의 층별 두께를 측정하기위해 현미경을 사용하여 단면을 촬영하였다. 두께 측정 결과, 이미 경화가 되어 고체 상태인 Core 부분은 두께가 변화하지 않기 때문에 2-3, 4-5, 6-7 프리프레그를 제외한 나머지 프리프레그의 두께가 119.
동박 잔존율에 따른 프리프레그의 두께 변화를 측정하기 위해 동박 잔존율을 0%, 25%, 50%, 100%로 각 층별로 차이를 주어 8층 PCB를 제작하였다. Fig.
두께 실험식에서 동박 잔존율에 따른 프리프레그의 두께 변화를 적용하였고 이를 확인하기 위해 현미경으로 측정한 8층 PCB의 층별 두께와 실험식을 통해 계산된 두께를 비교하였다. 측정값과 실험식을 통한 두께 예측값의 최대 오차는 4.
제작된 CCL의 두께를 측정하기 위해 광학현미경과 마이크로미터를 사용하였다. 또한 동박 잔존율에 따른 두께 변화를 측정하기 위해 층별로 동박 잔존율이 다른 8층 PCB를 제작하여 층별 두께를 측정하였다. 제시한 두께실험식을 검증하기 위해 두께실험식으로 도출된 두께와 CCL 및 다층 PCB의 측정 두께를 비교하여 두께실험식의 신뢰성을 확인하였다.
다층 PCB에 사용되는 소재의 물성을 파악하기위해 유리섬유/에폭시 프리프레그의 질량과 두께를 측정하였고 측정된 소재를 사용하여 CCL을 제작하였다. 또한 동박 잔존율에 따른 두께 변화를 확인하기 위해 다층 PCB를 설계 및 제작하였고 두께를 측정하였으며, 측정된 결과와 두께실험식을 통해 예측된 결과를 비교하여 두께실험식을 검증하였다.
05% 이내로 제작 공정이 잘 이루어진 것을 확인하였다. 층별 두께를 측정하기 위하여 CCL을 재단하여 샘플을 제작하였고 광학 현미경을 사용하여 측정을 진행했다. Fig.
본 논문은 다층 PCB에 사용되는 유리섬유/에폭시 프리프레그(Glass/Epoxy Prepreg)의 밀도와 동박 잔존율을 고려한 두께 예측 실험식을 이용하여 다층 PCB의 두께를 예측하기 위한 연구를 수행하였다. 프리프레그의 물성을 파악하기 위해 질량 및 두께를 측정하였고 밀도를 도출하였다. 프리프레그와 동박을 적층하여 CCL(Copper Clad Laminate)을 제작하였고 제작 장비로 핫 프레스기를 사용하였다.

대상 데이터

CCL 제작에는 6종류의 유리섬유/에폭시 프리프레그와 1/2 oz 동박이 사용되었으며, 사용된 프리프레그의 종류는 106_75%, 1080_62%, 1080_63%, 1080_67%, 2116_54% 7628_45%이다. 프리프레그 종류의 앞의 번호는 사용된 유리섬유 직물의 종류를 나타내며, 번호가 높을수록 더 촘촘하게 직조된 형태를 가진다.
본 연구에서는 다층 PCB의 정확한 두께 설계를 위해 두께 실험식을 제시하였고 다층 PCB에 사용되는 유리섬유/에폭시 프리프레그의 밀도와 동박 잔존율을 파악하여 두께를 예측하는 연구를 수행하였다. 다층 PCB에 사용되는 소재의 물성을 파악하기위해 유리섬유/에폭시 프리프레그의 질량과 두께를 측정하였고 측정된 소재를 사용하여 CCL을 제작하였다. 또한 동박 잔존율에 따른 두께 변화를 확인하기 위해 다층 PCB를 설계 및 제작하였고 두께를 측정하였으며, 측정된 결과와 두께실험식을 통해 예측된 결과를 비교하여 두께실험식을 검증하였다.
프리프레그의 물성을 파악하기 위해 질량 및 두께를 측정하였고 밀도를 도출하였다. 프리프레그와 동박을 적층하여 CCL(Copper Clad Laminate)을 제작하였고 제작 장비로 핫 프레스기를 사용하였다. 제작된 CCL의 두께를 측정하기 위해 광학현미경과 마이크로미터를 사용하였다.

데이터처리

(3) 두께 실험식 검증을 위해 CCL과 8층 PCB의 단면 두께 측정 결과와 예측된 두께 결과를 비교하였다. CCL의 경우 최대 2.
또한 동박 잔존율에 따른 두께 변화를 측정하기 위해 층별로 동박 잔존율이 다른 8층 PCB를 제작하여 층별 두께를 측정하였다. 제시한 두께실험식을 검증하기 위해 두께실험식으로 도출된 두께와 CCL 및 다층 PCB의 측정 두께를 비교하여 두께실험식의 신뢰성을 확인하였다.

성능/효과

(4) 8층 PCB의 전체 두께는 기존에 설계했던 두께보다 약 20 µm 감소하였고 이는 전체 두께로 보았을 때 미비할 수 있지만 8층이 아닌 더 많은 층으로 구성되고 더 적은 회로 밀도로 구성된 다층 PCB의 경우 두께 변화가 더 크게 일어날 수 있기 때문에 두께 실험식을 통해 두께가 감소되는 것을 고려하여 설계하는 과정이 필요하며, 두께 실험식으로 예측된 두께를 기준으로 정확한 기판의 내구성 및 성능을 파악할 수 있을 것으로 판단된다.
56%의 오차를 가지며 동박 잔존율이 100%이기 때문에 두께 실험식과 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 8층 PCB의 경우 최대 4.48%의 오차를 확인하였으며, 이것은 하나의 프리프레그 층에 대한 오차이고 산업용 다층 PCB의 경우 전체 두께 오차가 5~10% 이내이기 때문에 잘 예측되었다고 판단된다.
(3) 두께 실험식 검증을 위해 CCL과 8층 PCB의 단면 두께 측정 결과와 예측된 두께 결과를 비교하였다. CCL의 경우 최대 2.56%의 오차를 가지며 동박 잔존율이 100%이기 때문에 두께 실험식과 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 8층 PCB의 경우 최대 4.
광학 현미경을 통해 CCL의 각 층에 따른 단면 두께를 측정한 결과 동박의 두께는 17~18 µm로 일정한 것을 확인하였고 프리프레그의 두께는 Table 2와 같이 CCL 제작 전과 후의 두께 차이가 미비하거나 없는 것을 확인하였다
두께 측정 결과, 이미 경화가 되어 고체 상태인 Core 부분은 두께가 변화하지 않기 때문에 2-3, 4-5, 6-7 프리프레그를 제외한 나머지 프리프레그의 두께가 119.13~123.47 µm를 확인하였고 기존에 설계된 129 µm 보다 감소된 것을 확인하였다
47 µm로 측정되었고 기존 설계한 129 µm 두께 보다 최대 약 10 µm 감소한 것을 확인하였다. 또한 동박 잔존율이 낮을수록 두께 감소가 더 큰 것을 확인하였다.
47 µm를 확인하였고 기존에 설계된 129 µm 보다 감소된 것을 확인하였다. 또한 동박 잔존율이 낮을수록 프리프레그의 두께가 더 많이 감소되는 것을 확인하였다. Fig.
앞서 제작된 CCL의 건전성을 확인하기 위해 8개의 지점을 선정하여 두께를 측정한 결과를 비교하였고 두께 편차가 최대 3.05% 이내로 제작 공정이 잘 이루어진 것을 확인하였다. 층별 두께를 측정하기 위하여 CCL을 재단하여 샘플을 제작하였고 광학 현미경을 사용하여 측정을 진행했다.
(1) CCL의 두께 설계를 진행하기 위해 총 6종류의 유리 섬유/에폭시 프리프레그의 밀도, 질량 그리고 두께를 측정하였으며, 측정된 소재를 활용하여 CCL을 제작하였다. 제작된 CCL의 건전성을 확인하기 위해 총 8개의 지점을 선택하여 두께를 측정하였고 편차가 3.05%의 이내로 제작 공정이 잘 이루어진 것을 확인하였다. 층별 두께 측정결과 기존 프리프레그의 두께와 공정 후 두께의 변화가 없는 것을 확인하였다.
측정 결과 Core 부분을 제외한 프리프레그의 두께가 119.13~123.47 µm로 측정되었고 기존 설계한 129 µm 두께 보다 최대 약 10 µm 감소한 것을 확인하였다
두께 실험식에서 동박 잔존율에 따른 프리프레그의 두께 변화를 적용하였고 이를 확인하기 위해 현미경으로 측정한 8층 PCB의 층별 두께와 실험식을 통해 계산된 두께를 비교하였다. 측정값과 실험식을 통한 두께 예측값의 최대 오차는 4.48%로 확인하였으며, 실험식과 잘 일치하는 것을 확인하였다. 측정된 8층 PCB의 전체 두께는 설계된 두께보다 약 20 µm 감소하였으며, 실험식을 토대로 계산된 8층 PCB의 두께와는 약 11 µm 차이나는 것을 확인할 수 있다.
측정된 8층 PCB의 전체 두께는 설계된 두께보다 약 20 µm 감소하였으며, 실험식을 토대로 계산된 8층 PCB의 두께와는 약 11 µm 차이나는 것을 확인할 수 있다
05%의 이내로 제작 공정이 잘 이루어진 것을 확인하였다. 층별 두께 측정결과 기존 프리프레그의 두께와 공정 후 두께의 변화가 없는 것을 확인하였다.

참고문헌 (10)

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Cho, S.H., Jang, J.Y., Kim, J.C., Kang, S.W., Sung, I., and Bae, K.Y., "A Study on Heat Transfer Characteristics of PCBs with a Carbon CCL," Journal of the Microelectronics and Packaging Society, Vol. 22, No. 4, 2015, pp. 37-46.
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상세보기
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Yoon, D.H., Cho, M.G., and Lin, C.H., "Implementation of Multi-layer PCB Design Simulator for Controlled Impedance," Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, Vol. 48, No. 12, 2011, pp. 73-81.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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