A 관통 구멍 은 인쇄 회로 기판(PCB)의 한쪽 면에서 반대쪽 면까지 완전히 뚫린 개구부입니다. 전기적 연결을 위해 전도성 구리로 도금하거나 기계적 용도로 도금하지 않을 수 있습니다. 관통 구멍은 일반적으로 부품 리드, 커넥터, 비아, 장착 하드웨어, 정렬 핀 및 슬롯에 사용됩니다.
이 용어는 물리적인 구멍, 도금된 전기적 구조 또는 관통 구멍 기술(THT)이라고 하는 부품 실장 공정을 가리킬 수 있어 혼동을 일으킬 수 있습니다. 이 차이를 이해하면 설계자가 정확한 풋프린트를 만들고 제조 오류를 방지하며 적절한 조립 방식을 선택하는 데 도움이 됩니다.
핵심 요점
- 관통 구멍은 PCB 전체 두께를 관통합니다.
- 도금 관통 구멍(PTH)에는 전도성 배럴이 있지만, 비도금 관통 구멍(NPTH)에는 없습니다.
- 관통 구멍 부품은 리드를 PCB 구멍에 삽입한 다음 납땜하거나 압입합니다.
- 관통 비아도 보드를 관통하지만, 주된 목적은 부품 리드를 고정하는 것이 아니라 구리 층을 연결하는 것입니다.
- 구멍 크기, 환형 링, 종횡비, 공차 및 도금 요구사항은 PCB 제조업체와 확인해야 합니다.
PCB 설계에서 관통 구멍은 무엇을 의미하나요?
의 경우 PCB 설계, 관통 구멍은 보드 전체 두께를 가로지르는 드릴 가공 또는 라우팅 가공 개구부입니다. 구조와 용도에 따라 신호를 전달하거나, 부품 핀을 삽입하거나, 하드웨어를 지지하거나, 단순히 여유 공간을 확보하는 역할을 합니다.
일반적인 도금 관통 구멍 구조에는 다음이 포함됩니다.
- PCB 라미네이트를 관통하는 완성 구멍
- 구멍 벽의 구리 도금. 이를 배럴
- 선택된 층에서 구멍 둘레를 감싸는 구리 패드 또는 랜드
- 하나의 환형 링, 구멍 가장자리와 패드 가장자리 사이에 보이는 구리 폭
- 구멍이 구리 평면을 관통하되 그 평면에 연결되지 않도록 하는 이격 공간. 흔히 안티패드라고 합니다.
- 납땜이 필요한 경우 한쪽 또는 양쪽 외층에 형성하는 솔더 마스크 개구부
전기적 구멍과 기계적 구멍의 구분은 기본적으로 중요합니다. 현재 KiCad PCB 편집기 문서 에서는 관통 구멍 패드를 전기적으로 연결되고 도금된 것으로 분류하는 반면, NPTH 기계 패드는 전기적으로 연결되지 않는 것으로 분류합니다.
도금 관통 구멍과 비도금 관통 구멍 비교
PCB 관통 구멍의 주요 유형은 PTH와 NPTH입니다.
| 특징 | 도금 관통 구멍(PTH) | 비도금 관통 구멍(NPTH) |
|---|---|---|
| 구멍 벽 표면 처리 | 전도성 구리 도금 | 전도성 도금 없음 |
| 전기적 기능 | 리드선 또는 여러 구리층을 전기적으로 연결할 수 있음 | 일반적으로 없음 |
| 일반적인 용도 | 부품 리드선, 커넥터, 압입 핀, 관통 비아 | 나사, 공구용 핀, 위치 결정용 구조물, 기계적 간격 확보 |
| 구리 패드 | 필요한 층에 일반적으로 존재함 | 일반적으로 없으며, 절연이 필요한 경우 구리 배제 영역을 둠 |
| 제조 데이터 | 도금된 것으로 지정됨 | 비도금으로 지정됨 |
| 주요 위험 | 배럴 결함, 불충분한 환형 링, 불량한 솔더 충전 | 의도치 않은 구리 노출 또는 잘못된 제조 분류 |
도금 관통 구멍이란?
A 도금 관통 구멍은 내벽에 구리가 증착되고 도금된 구멍입니다. 이 구리 배럴은 바깥층이나 내부층 또는 양쪽의 패드와 트레이스를 연결할 수 있습니다. 관통 구멍 부품에 사용할 때는 리드를 구멍에 삽입한 다음 납땜으로 배럴과 패드에 접합합니다. 일부 PTH는 납땜 없이 압입 접점을 연결하도록 설계됩니다.
구멍이 전기적 연속성을 제공하거나 전기적·기계적 접합의 일부가 되어야 할 때 PTH를 사용합니다. 일반적인 예로 핀 헤더, 터미널 블록, 변압기, 릴레이, 스위치, 대형 전해 커패시터, 전력 반도체가 있습니다.
비도금 관통 구멍이란?
A 비도금 관통 구멍은 벽면에 전도성 물질이 없는 상태로 기판을 관통하는 구멍입니다. 설계자는 장착 나사, 플라스틱 기둥, 가이드 핀, 제조용 공구 등 기계적 용도로 NPTH를 사용합니다.
모든 장착 구멍을 비도금으로 해야 한다고 단정하지 마세요. 섀시 접지용 장착 지점은 의도적으로 도금하고 구리 패드를 둘 수 있습니다. 반면 전기적으로 절연되어야 하는 나사 구멍에는 일반적으로 NPTH와 적절한 구리 및 부품 간격이 필요합니다. 적절한 선택은 전기적, 안전 및 기계적 요구 사항에 따라 달라집니다.
관통 구멍 부품 및 관통 구멍 기술
관통 구멍 기술또는 THT는 부품 리드를 PCB의 구멍에 통과시키는 조립 방식입니다. 그런 다음 필요한 연결을 만들기 위해 리드를 납땜하거나 압입하거나 다른 방식으로 종단 처리합니다.
일반적인 관통 구멍 부품 유형
관통 구멍 부품의 리드 배열은 일반적으로 다음 중 하나입니다:
- 축형 리드: 부품 양 끝에서 각각 하나의 리드가 나옵니다. 저항기와 일부 다이오드가 대표적인 예입니다.
- 방사형 리드: 부품 본체의 같은 쪽에서 여러 리드가 나옵니다. 여러 종류의 커패시터, LED, 인덕터가 그 예입니다.
- 다핀 패키지: DIP, 핀 헤더, 소켓, 릴레이 및 일부 커넥터는 일정한 행이나 배열 형태의 리드를 사용합니다.
- 전력 패키지: 일부 TO형 트랜지스터와 레귤레이터 같은 장치는 방열판이나 기계식 고정 장치와 함께 관통 구멍 리드를 사용할 수 있습니다.
관통 구멍 부품의 조립 방법
간략한 THT 조립 공정은 다음과 같습니다:
- 부품 사양과 공정에서 요구하는 경우 리드를 성형합니다.
- 리드를 지정된 도금 구멍에 삽입합니다.
- 요구되는 높이와 방향으로 부품을 고정합니다.
- 수작업 납땜, 웨이브 납땜, 선택적 납땜 또는 승인된 핀 인 페이스트 공정으로 접합부를 납땜합니다.
- 조립 공정에서 요구하는 경우 리드를 잘라냅니다.
- 접합부의 젖음, 충전 상태, 브리지, 손상 및 기타 합격 기준을 검사합니다.
구체적인 공정은 부품 구조, 생산량, 열용량, 신뢰성 등급, 그리고 기판에 SMT와 THT를 혼합한 조립 방식이 사용되는지에 따라 달라집니다.
관통 구멍은 비아와 같은 것인가요?
정확히 같지는 않습니다. 관통 비아는 도금 구멍의 한 종류이지만, 일반적으로 PCB 층 사이의 전기적 연결을 배선하는 데 사용됩니다. 부품용 관통 구멍은 부품 리드, 커넥터 핀 또는 단자를 끼우도록 설계됩니다.
| 특징 | 부품용 관통 구멍 | 관통 비아 |
|---|---|---|
| 주요 목적 | 리드 또는 핀을 장착하거나 종단하기 | 층간에 구리를 연결하기 |
| 부품 삽입 | 일반적으로 | 아니요 |
| 일반적인 상대적 크기 | 대개 더 큼 | 대개 더 작음 |
| 솔더와의 상호작용 | 일반적으로 부품 접합부를 형성함 | 텐팅, 개방, 플러그 충전 또는 충전 처리될 수 있음 |
| 풋프린트와의 관계 | 부품 풋프린트의 일부 | 일반적으로 배선의 일부 |
두 기능 모두 PCB의 모든 층을 관통할 수 있으며 도금된 배럴을 사용합니다. 설계 규칙, 문서화 및 제조 목적이 서로 다르므로 서로 바꿔 사용할 수 있는 것으로 취급해서는 안 됩니다.
관통 비아는 블라인드 비아 및 매립 비아와도 다릅니다. 블라인드 비아는 보드 전체를 관통하지 않고 외층을 하나 이상의 내층에 연결하며, 매립 비아는 내층끼리만 연결합니다.
도금 관통홀은 어떻게 제조되나요?
정확한 PCB 제조 순서는 다를 수 있지만 기본 공정은 간단합니다.
- 보드 적층: 동박, 코어 및 프리프레그를 접합하여 필요한 적층 구조를 만듭니다.
- 홀 드릴링: CNC 드릴링으로 원형 홀을 만들며, 슬롯이나 더 큰 형상에는 라우팅을 사용할 수 있습니다.
- 홀 벽 세척 및 준비: 구리가 안정적으로 접합될 수 있도록 잔해와 수지 스미어를 제거합니다.
- 홀의 도전성 확보: 비전도성 홀 벽에 얇은 도전층을 증착합니다.
- 구리 배럴 형성: 전기도금으로 구리 두께를 늘리고 필요한 층의 패드를 연결합니다.
- 외층 공정 완료: 제조업체의 공정에 따라 외부 회로를 노광하고 도금한 뒤 식각합니다.
- 솔더 마스크 및 표면 마감 처리: 노출된 패드에 지정된 표면 마감을 적용하고, 보드를 검사한 뒤 전기적으로 테스트합니다.
이 공정 순서는 완성 홀 크기 가 반드시 드릴 공구의 직경과 같지는 않은 이유를 보여 줍니다. 도금하면 PTH의 개구 직경이 줄어들기 때문에, 제조업체는 도면에 지정된 완성 크기를 맞추기 위해 일반적으로 더 큰 생산용 드릴을 선택합니다.
관통홀 기술과 표면 실장 기술 비교
SMT는 부품의 단자를 PCB 표면 패드에 장착하는 반면, THT는 리드를 보드에 삽입합니다. 어느 방식이 반드시 더 낫다고 할 수는 없으며, 많은 제품에서 두 방식을 함께 사용합니다.
| 설계 요소 | 관통홀 기술 | 표면 실장 기술 |
|---|---|---|
| 기계적 하중 전달 경로 | 리드가 보드를 관통함 | 단자가 표면에 부착됨 |
| 부품 밀도 | 대부분의 레이아웃에서 낮음 | 대부분의 레이아웃에서 높음 |
| 배선 공간 | 홀이 여러 층에 영향을 줌 | 대개 더 적은 층에 영향을 줌 |
| 자동 조립 | 가능하지만 별도의 공정이 필요할 수 있음 | 고속 실장 및 리플로에 적합 |
| 시제품 제작 및 수작업 | 대형 부품에 더 편리한 경우가 많음 | 적절한 도구와 경험이 있으면 효율적 |
| 일반적인 적용 분야 | 커넥터, 변압기, 대형 또는 응력이 가해지는 부품, 일부 전력 소자 | IC, 소형 수동 부품, 고밀도 디지털 및 RF 어셈블리 |
스루홀 기술의 장점
- PCB를 관통하는 리드는 유용한 기계적 하중 경로를 제공할 수 있습니다.
- 부품 본체와 피치가 크면 수작업 시제품 제작과 수리가 더 쉬워질 수 있습니다.
- THT는 다양한 고전력, 고전압, 전기기계식 및 레거시 부품 패키지를 지원합니다.
- 삽입, 분리 또는 취급 시 힘이 가해지는 커넥터와 제어 부품에 여전히 실용적입니다.
- 프레스핏 스루홀 커넥터는 설계와 공정이 지원하는 경우 무납땜 단자를 제공할 수 있습니다.
스루홀 기술의 한계
- 드릴 가공과 도금으로 제조 공정과 비용이 추가됩니다.
- 홀은 여러 층의 배선 영역을 차지합니다.
- THT는 일반적으로 SMT보다 실장 밀도가 낮습니다.
- 혼합 기술 기판에는 리플로 외에 웨이브 또는 선택적 납땜이 필요할 수 있습니다.
- 긴 리드와 도금 배럴은 기생 인덕턴스와 정전용량을 증가시킬 수 있으며, 이는 고속 또는 고주파 회로에서 중요합니다.
- 열과 기계적 힘을 적절히 제어하지 않으면 재작업 중 패드나 배럴이 손상될 수 있습니다.
스루홀 PCB 풋프린트 설계 방법
신뢰할 수 있는 풋프린트는 부품 도면과 PCB 제조업체의 제작 역량을 바탕으로 합니다. 공차를 확인하지 않은 채 일반적인 표에서 홀 크기를 선택하지 마세요.
1. 최대 리드 크기부터 확인하기
공칭값만 사용하지 말고 부품 제조업체가 제시한 최대 리드 폭 또는 직경을 사용하세요. 직사각형 또는 불규칙한 리드의 경우 대각선을 계산하거나 공급업체가 권장하는 PCB 홀 치수를 사용하세요. 그런 다음 삽입 여유, 위치 공차, 도금 편차 및 조립 공정을 고려해 충분한 간격을 추가하세요.
홀이 너무 작으면 도금 후 부품이 들어가지 않거나 작업자가 리드를 손상시켜야 할 수 있습니다. 홀이 너무 크면 납땜 관리와 기계적 지지력이 저하될 수 있습니다. 자동 삽입, 수작업 배치 또는 핀인페이스트 공정으로 인해 추가 제약이 있는지 조립업체에 문의하세요.
2. 완성 홀 크기와 드릴 크기 구분하기
도면 치수가 완성 홀 또는 생산 공구 중 어느 쪽을 의미하는지 명확히 표시하세요. PTH 형상에는 요구되는 완성 직경을 지정하는 것이 일반적으로 가장 명확합니다. 도금 보정과 드릴 선택은 PCB 제조업체가 관리하기 때문입니다.
3. 충분한 환형 링 확보하기
드릴 가공, 도금 및 층간 정합 공차를 고려한 후에도 환형 링이 남아 있어야 합니다. 구리 폭이 너무 좁으면 패드가 뚫리거나 랜드와 배럴의 연결이 약해지거나 해당 수용 기준을 충족하지 못할 수 있습니다.
IPC-2221은 스루홀 접합, 랜드, 환형 링, 도금 홀, 홀 간격 및 종횡비를 다루는 널리 사용되는 설계 참고 자료입니다. 공개된 목차는 이러한 매개변수를 개별 치수로 따로 다루기보다 함께 고려해야 하는 이유를 보여 줍니다. 계약에 명시된 개정판과 성능 요구사항을 적용하고 제조업체의 제작 역량을 확인하세요.
4. 홀 종횡비 확인하기
기계식 드릴로 가공한 스루홀의 종횡비는 일반적으로 다음과 같이 나타냅니다.
종횡비 = PCB 두께 ÷ 완성 홀 직경
기판이 두꺼워지거나 홀이 작아지면 종횡비가 커져 세척과 균일한 구리 도금이 더 어려워집니다. 모든 공급업체, 재료, 신뢰성 등급 및 도금 공정에 공통으로 적용되는 단일 최대값은 없습니다. 제조업체가 공개한 한계를 따르고 생산 편차를 고려한 여유를 두세요.
5. 평면층 연결과 써멀 릴리프 관리하기
대형 구리 평면에 직접 연결된 PTH는 납땜 접합부의 열을 빼앗을 수 있습니다. 써멀 릴리프 스포크를 사용하면 특히 수작업 또는 웨이브 납땜 시 납땜성을 개선할 수 있습니다. 그러나 높은 전류, 열 전달 또는 기계적 이유로 솔리드 연결이 더 적합할 수도 있습니다. 최종 선택에서는 전기적 성능, 열 특성 및 조립 역량의 균형을 고려해야 합니다.
6. 기계 가공용 홀과 슬롯을 명확히 지정하기
각 홀이나 슬롯이 도금 처리인지 비도금 처리인지 표시하세요. 하드웨어용 형상에는 완성 크기, 공차, 구리 배제 영역, 가장자리 간격 및 접지 요건을 포함하세요. 도금 슬롯과 비도금 슬롯도 제조 노트나 데이터에서 구분해야 합니다.
7. 모호하지 않은 제조 데이터 생성하기
완전한 Gerber 및 NC 드릴 데이터를 제공하거나 IPC-2581 또는 ODB++와 같은 승인된 지능형 형식을 사용하세요. PTH 및 NPTH 형상, 완성 치수, 공차 및 특별 요구사항을 식별하는 제조 도면이나 드릴 표를 포함하세요.
EDA 도구는 도금 및 비도금 드릴 출력을 별도로 생성하는 경우가 많습니다. 예를 들어, KiCad의 드릴 파일 안내에 따르면 PTH 및 NPTH 형상은 기본적으로 서로 다른 Excellon 파일에 저장되며, 제조업체가 요청하는 경우에만 하나로 병합해야 합니다.
일반적인 스루홀 PCB 문제
잘못된 완성 홀 크기
공칭 리드 크기, 완성 홀 크기 및 드릴 공구 크기를 혼동하면 맞물림 불량이나 조립 실패가 발생할 수 있습니다. 부품 공차를 확인하고 요구되는 완성 치수를 명확히 전달하세요.
불충분한 환형 링
패드가 작거나 드릴 위치가 부정확하거나 층 정합이 어긋나면 홀 주변의 구리가 너무 적게 남을 수 있습니다. 이로 인해 연결 신뢰성이 낮아지고 수용 기준 미달 결함이 발생할 수 있습니다.
배럴 내부의 빈 공간 또는 균열
벽면 준비가 부실하거나 도금 상태가 좋지 않으면 보이드가 생길 수 있습니다. 열 순환과 Z축 방향의 팽창은 배럴에 응력을 가할 수 있으며, 두꺼운 기판이나 종횡비가 높은 홀에서 특히 그렇습니다. 용도에 맞는 재료, 형상, 도금 요건 및 적격성 시험을 선택하세요.
솔더 충전 불량 또는 젖음성 불량
넓은 구리 평면, 산화된 표면, 부적절한 플럭스, 부족한 열 또는 리드와 홀의 부적절한 관계로 인해 솔더가 접합부를 제대로 채우거나 적시지 못할 수 있습니다. 공정을 통제하며 개발하는 과정에서 열 릴리프, 예열, 플럭스, 온도 프로파일 및 유지 시간을 조정하세요.
PTH/NPTH의 우발적 전환
제조 데이터에서 도금 홀과 비도금 홀을 명확히 구분하지 않으면 장착 홀이 도금되거나 부품 홀이 비도금 상태로 남을 수 있습니다. 드릴 데이터를 분리하고 명확한 드릴 차트를 작성하면 이러한 위험을 줄일 수 있습니다.
재작업 중 손상
열이나 힘을 과도하게 가하면 랜드가 들뜨거나 배럴이 손상되거나 내부 연결부가 분리될 수 있습니다. 온도 제어가 가능한 공구를 사용하고, 열용량이 큰 접합부는 충분히 예열하며, 검증된 제거 공정을 따르세요.
스루홀은 언제 사용해야 하나요?
설계에 다음 항목 중 하나 이상이 필요할 때 스루홀 기능을 선택하세요.
- SMT 패키지로 제공되지 않거나 해당 패키지가 적합하지 않은 리드형 부품
- 반복적인 기계적 힘을 받는 커넥터, 스위치 또는 단자
- 리드가 크거나 질량이 상당한 변압기, 릴레이, 인덕터, 커패시터 또는 전력 소자
- 압입식 커넥터 또는 컴플라이언트 핀
- 장착, 위치 결정, 공구 정렬 또는 간격 확보를 위한 기능
- 단순하고 접근하기 쉬운 프로토타입 또는 교육용 조립품
단지 더 튼튼해 보인다는 이유만으로 THT를 선택하지 마세요. 커넥터에는 고정 탭, 나사, 스테이킹 또는 인클로저 지지도 필요할 수 있습니다. 마찬가지로 SMT 부품도 풋프린트, 재료, 조립 공정 및 작동 환경을 적절히 설계하면 높은 신뢰성을 확보할 수 있습니다.
스루홀 관련 자주 묻는 질문
모든 PCB 관통 구멍은 도금되어 있나요?
아니요. 도금된 관통 구멍은 전기적 기능을 제공하는 반면, 도금되지 않은 관통 구멍은 일반적으로 기계적 용도로 사용됩니다. 제작 데이터에는 필요한 구멍 유형을 명시해야 합니다.
PTH와 THT의 차이는 무엇인가요?
PTH는 도금 관통 구멍은 PCB 내의 구멍을 의미합니다. THT는 스루홀 기술, 즉 기판을 관통해 부품을 장착하거나 단자를 연결하는 방식을 의미합니다. THT 부품은 일반적으로 PTH 패드를 사용하지만, 두 용어의 의미는 같지 않습니다.
관통 구멍 부품은 구식인가요?
아니요. 소형화된 대량 조립에서는 SMT가 널리 쓰이지만, 커넥터, 전력 부품, 변압기, 제어 장치, 압입식 시스템 및 기계적 요구가 까다로운 응용 분야에서는 여전히 THT가 중요합니다.
관통 구멍 부품을 리플로우 납땜할 수 있나요?
일부 부품은 가능합니다. 침투형 리플로우라고도 하는 핀인페이스트 방식은 부품을 삽입하기 전에 관통 구멍 패드에 솔더 페이스트를 도포한 뒤 리플로우합니다. 부품, 보드 표면 처리, 페이스트 양, 개구 설계 및 열 프로파일이 모두 이 공정에 적합해야 합니다.
관통 구멍의 크기는 어느 정도여야 하나요?
적절한 완성 홀 크기는 부품 리드의 최대 치수, 삽입 방식, 도금, 공차, 납땜 공정, 기판 두께 및 제조업체의 생산 역량에 따라 달라집니다. 하나의 보편적인 여유 치수에 의존하지 말고 부품 도면을 참고한 뒤 DFM 검토를 받으세요.
도금된 관통 구멍으로 큰 전류를 흘릴 수 있나요?
전류를 흘릴 수 있지만, 허용 전류는 완성 구멍 지름, 구리 두께, 배럴 품질, 온도 상승, 각 층의 연결 상태 및 해당 신뢰성 요구사항에 따라 달라집니다. 고전류 경로에는 여러 개의 PTH, 더 큰 구멍, 두꺼운 구리 또는 분석과 시험을 통해 검증된 대체 상호 연결 방식이 필요할 수 있습니다.
결론
스루홀은 단순히 뚫린 구멍이 아닙니다. 도금, 패드, 간격, 치수 및 제조 데이터에 따라 신뢰성 있는 전기적 상호 연결부, 부품 접합부 또는 기계적 기능이 될 수 있습니다.
전기적 연속성이나 부품 단자 연결이 필요한 경우 PTH를 사용하고, 홀이 기계적 용도로만 사용되며 전기적으로 절연되어야 하는 경우 NPTH를 사용하세요. 제조 가능한 스루홀 PCB를 설계하려면 완성 치수를 명확히 정의하고, 적절한 환형 링을 확보하며, 종횡비와 열적 특성을 확인하고, 중요한 모든 값을 부품 공급업체와 PCB 제조업체 양쪽에 확인하세요.
