비아란?

참고

이 문서의 층위 — 입문. 비아(via)가 무엇이고 어떤 종류가 있는지까지 다룬다. 수식과 파라미터 목록은 담지 않는다 — 구조 값은 구조와 제조 한계가, 전기적 성질은 등가 모델이 소유한다.

1. 비아가 하는 일

PCB 는 동박(copper) 층이 절연층을 사이에 두고 여러 겹 쌓인 구조다. 한 층에 배선한 트랙(track)은 그 층 안에서만 이어진다. 다른 층으로 넘어가려면 층과 층을 잇는 통로가 있어야 한다. 그 통로가 비아다.

비아는 기판에 홀(hole)을 뚫고 홀 벽에 동을 도금해서 만든다. 도금된 동이 위층의 동박과 아래층의 동박을 잇는다. 그래서 비아는 부품이 아니라 기판 자체의 구조다.

비아가 있어서 가능한 것
한 층에서 막힌 배선을 다른 층으로 넘겨 잇는다
부품 실장면의 좁은 지점을 빠져나와 안쪽 층에서 배선한다
전원과 접지를 여러 층의 동판(copper pour)에 함께 잇는다
부품이 낸 열을 안쪽 동판으로 옮긴다

2. 비아의 구성 요소

비아 하나는 이름이 붙은 몇 개의 부분으로 이루어진다.

부분	무엇
드릴 홀	기판을 뚫은 홀 자체. 지름이 곧 드릴 지름이다
배럴	홀 벽에 도금된 동의 원통. 실제로 전류가 지나는 지점이다
랜드	배럴이 각 층의 동박과 만나는 자리에 두는 동박 원판
애뉼러 링	랜드에서 홀을 뺀 고리 모양의 남은 동박 폭
안티패드	비아가 지나가지만 잇지는 않는 층에서, 비아 둘레의 동박을 지운 영역

안티패드가 왜 필요한지만 짚어 둔다. 비아는 여러 층을 관통하는데, 그 층 전부에 이어지면 안 된다. 전원 층을 지나가는 신호 비아가 전원 동판에 닿으면 단락(short)이다. 그래서 잇지 않을 층에서는 둘레의 동박을 미리 지워 비아가 그 층을 지나가되 닿지 않게 한다.

3. 네 가지 종류

비아는 어디서 시작해 어디서 끝나는가로 갈린다.

종류	잇는 범위	성질
관통 비아	기판을 위에서 아래까지 관통한다	가장 널리 쓰이고 제조가 쉽다
블라인드 비아	바깥 층에서 안쪽 층까지만 간다	한쪽에서만 보인다
베리드 비아	안쪽 층끼리만 잇는다	바깥에서는 보이지 않는다
마이크로비아	인접한 두 층을 잇는 아주 작은 비아	기계 드릴이 아니라 레이저로 만든다

관통 비아를 기본으로 두는 이유는 한 번의 드릴 공정으로 전부 뚫기 때문이다. 블라인드와 베리드는 층을 나눠 적층하면서 중간에 드릴과 도금을 넣어야 하므로 공정이 늘고 비용이 올라간다.

참고

세 종류는 배타적이지 않다. 한 기판이 관통 비아와 블라인드 비아를 함께 가질 수 있다. 다만 그 조합이 늘어날수록 적층 순서가 복잡해지므로 제조사와 미리 합의한다.

4. 비아를 보는 두 가지 관점

같은 비아를 두 가지로 볼 수 있고, 어느 쪽이 맞는지는 신호가 정한다.

	연결점으로 보는 관점	구조물로 보는 관점
비아는	층을 잇는 도선이다	3차원 전이 구조다
따지는 것	이어졌는가 · 전류를 견디는가	반사 · 공진 · 결합
설계에서 정하는 값	드릴 지름 · 랜드 · 개수	위의 것 전부 + 안티패드 · 스터브 · 둘레 접지 비아
성립하는 곳	저속 디지털 · 전원 · 열	고속 디지털 · RF

연결점으로 보는 관점이 틀린 것은 아니다. 저속 회로에서 비아의 저항과 기생 성분은 회로의 다른 요소에 묻힌다. 그러나 신호가 빨라지면 그 기생 성분이 파형에 나타나고, 그때부터 비아는 배선의 연장이 아니라 별도의 소자가 된다.

경계가 어디서 갈리는지는 고속과 고주파의 구분에 있다.

5. 이어지는 문서

문서	층위	다루는 것
구조와 제조 한계	기본 이론	드릴 · 애뉼러 링 · 종횡비 · 도금 · 충전
전기적 등가 모델	기본 이론	저항 · 인덕턴스 · 커패시턴스 · 리턴 경로
고주파 거동	심화 이론	스터브 공진 · 임피던스 불연속 · 모드 변환
고속 설계의 비아 처리	적용	층 전환 절차 · 백드릴 · 리턴 비아
전원 비아와 써멀 비아	적용	병렬 배치 · 전류 용량 · 열 전달