1. Via Hole 정의
Via Hole는 PCB에서 여러 층(layer)을 연결하는 데 사용되는 구멍입니다. MLB(다층 PCB)에서는 각 층이 서로 다른 회로가 존재하는데, 각 층 사이에 전기적으로 연결이 필요할 때 Via hole을 사용합니다.
2. Via Hole의 종류
via hole은 각 용도와 모양에 따라 구별이 되는데, 크게 7가지로 나누어서 살펴보겠습니다.
A. Micro Via Hole(MVH)
Micro via hole은 레이저로 가공된 홀로써, 일반적으로 지름이 0.15mm 이하로 가공된 작은 홀을 말합니다. 최 외층에 위치하며 한쪽만 hole이 열려있고, 나머지 면은 막혀있습니다. 주로 HDI PCB에서 많이 사용되는데, 지름이 작아 공간을 절약함과 동시에 신호 무결성을 높여줄 수 있습니다. 다만 구멍이 매우 작은 만큼, 제조 공정이 복잡하고 비용이 다소 높다는 단점이 있습니다.
B, Blind Via Hole(BVH)
Blind Via Hole도 레이저로 가공된 홀이나, 한쪽 외부 표면과 내부층 사이를 연결하는 홀을 말합니다. 즉 제품 내부에 형성된 레이저 홀을 일컫는데, 이 역시도 공간 절약이 가능하나 제조 공정이 복잡하고 비용이 높다는 단점을 갖고 있습니다.
C. Inner Via Hole(IVH)
Inner Via hole은 CNC drill로 가공된 홀 중 제품 내부에 형성되어 외부에서는 보이지 않는 홀을 말하며, BVH(Burid via hole)이라고도 불립니다. 표면 공간을 사용하지 않음으로써, 효율적인 관리가 가능하다는 장점을 갖고 있습니다. Blind via와 구별할 수 있는 가장 큰 특징은 외층 표면에 노출이 되어있지 않다는 점과 blind via가 완성된 MLB에서 외부 표면에서 내부층으로 레이저 드릴을 했다면, Buried via는 내부 층끼리 연결을 위해 개별 층별로 제조 및 cnc 드릴 공정과정을 거친 후 다시 적층을 한다는 점입니다.
D. Stacked Via hole
Stacked Via hole은 레이저로 가공되었으며 여러 개의 Microvia를 쌓아 올려 만든 홀을 말합니다. HDI(고밀도) PCB에서 층간 신호를 연결할 때 사용되는 만큼 고밀도 연결이 가능합니다.
E. Staggered Via
Staggerd via hole은 서로 다른 층에 위치한 Microvia가 겹치지 않게 배치된 홀을 말하며 일반적으로 그림처럼 계단 형태로 형성되었습니다. 이 역시도 HDI PCB에서 사용되며 신호 무결성을 유지할 수 있다는 장점을 갖고 있습니다.
G. Skip Via hole
Skip Via Hole이란 레이저로 가공된 홀로써, 한 층을 skip 하고 그다음 층과 연결된 홀을 말합니다. 특정 설계에서 층간 연결을 줄이고자 할 때 사용되는데, 특정 요구에 맞춰 최적화된 설계가 가능하지만, 그만큼 제조가 다소 복잡하단 단점도 갖고 있습니다.
F. PTH(Plated Through Hole)
Plated trough hole은 PCB 최 상단 레이어부터 최 하단 레이어를 관통하는 홀을 말합니다. 레이저 드릴보다는 CNC와 같은 기계적 드릴을 사용하는 경우가 많으며 캐패시터, 트랜지스터 등의 전통적인 THT(Through-Hole Technology) 부품에서 주로 사용됩니다. 제조가 비교적 쉽고 비용이 저렴하단 점 역시 장점이지만, 공간을 많이 차지하기 때문에 고밀도 설계에는 다소 적합하지 않다고 볼 수 있습니다.
3 Via Hole의 역할
그렇다면 via hole을 왜 만드는 걸까요? 먼저 MLB에서는 각 층마다 회로를 포함하고 있는데 이 층들을 전기적으로 연결해 하나의 통합된 회로를 형성하게 하고, 표면에서 받은 다양한 신호들을 Via hole을 통해 여러 층에 전달하기 위한 것이 가장 주된 역할입니다. via hole은 특히 고밀도 회로 설계에서는 더 작은 공간에 더 많은 회로를 배치할 수 있으며, 전력 소모가 큰 부품 주변에 위치한 via hole은 열을 분산시키는 역할도 하며 PCB의 과열을 방지합니다.
4. Drilling(CNC, Laser drill)
Via hole을 드릴링하는 방법으로는 대표적으로 CNC 드릴과 레이저 드릴이 있는데 두 가지를 비교해서 살펴보겠습니다.
CNC 드릴 (Computer Numerical Control Drill)
CNC 드릴은 컴퓨터로 제어되는 기계식 드릴링 장비로, PCB에 정확하고 정밀한 구멍을 뚫는 데 사용됩니다. 고속 회전하는 드릴 비트를 사용하여 구멍을 뚫으며, 컴퓨터를 활용해 제어가 되기 때문에 정확한 위치와 깊이로 드릴링이 가능합니다. 일반적으로 0.1mm 이하의 오차 범위로 드릴링이 가능하며, 수십 밀리미터에서 수 백 마이크론 단위까지 다양한 직경의 구멍을 뚫을 수 있습니다. 주로 대량 생산을 하거나, 동일 디자인의 PCB를 반복적으로 드릴링할 때 유리하며 PTH, blind via, buried via 등 다양한 비아에서 사용됩니다.
다만 드릴 비트가 마모될 수 있어 정기적으로 교체를 해야 하며 기계적 방식으로 드릴을 하는 만큼 마찰열이 발생해 재료에 손상을 줄 수 있어 고밀도(HDI) 작업에는 적합하지 않다는 단점이 있습니다.
레이저 드릴 (Laser Drill)
레이저 드릴은 고출력 레이저를 사용하여 PCB에 구멍을 뚫는 방법으로, PCB 표면을 국부적으로 가열해 재료를 기화시키거나 태워 구멍을 만드는 작업입니다. 기계적 접촉이 없기 때문에 마모가 없고, CNC드릴에 비해 micro via처럼 매우 작은 직경의 구멍도 뚫을 수 있어 정밀 작업에 적합하고, HDI(고밀도 상호연결) PCB에서 자주 사용됩니다.
다만 레이저 장비의 설치 비용이 높고 CNC 드릴보다 드릴링 속도가 느려 대량 생산에는 적합하지 않으며 금속이 포함되지 않은 특정 재료에만 효과적으로 사용할 수 있다는 단점이 있습니다.
CNC 드릴과 Laser 드릴을 비교하면 다음과 같습니다.
| 작동 원리 | CNC Drill | Laser Drill |
| 정밀도 | 0.1mm 이하 오차 | 마이크론 단위의 초고정밀 |
| 구멍 직경 | 수십 밀리미터에서 수백 마이크론 단위 | 수 마이크론 단위 |
| 응용 | 대규모 생산, 다층 PCB | 고밀도 상호연결(HDI) PCB, 초소형 비아 |
| 장점 | 다양한 재질 적용, 높은 생산성 | 초소형 비아, 재료 손상 최소화 |
| 단점 | 기계적 마모, 열 발생 | 초기 비용 높음, 드릴링 속도 느림 |