PCB 비아는 왜 필요하고 종류는 어떻게 골라야 할까요?

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회로도를 PCB로 옮기다 보면 배선이 서로 막혀 더 이상 선을 그을 수 없는 순간이 찾아옵니다. 이때 초보자가 가장 먼저 만나는 해결책이 PCB 비아입니다. 작은 구멍 하나처럼 보이지만, 종류와 크기를 잘못 선택하면 제조비가 오르거나 납땜 불량과 단선이 생길 수 있습니다.

특히 2층 회로기판을 처음 설계한다면 비아를 많이 배치하는 것보다 왜 필요한지, 어떤 전류가 흐르는지, 제조사가 만들 수 있는 규격인지부터 판단해야 합니다. 아래에서는 스루 비아의 기본 구조부터 전원·신호·방열용 비아를 고르는 방법까지 차근차근 설명합니다.

PCB 비아는 단순한 구멍과 무엇이 다를까요?

층과 층 사이를 전기적으로 연결하는 통로

PCB 비아는 회로기판에 구멍을 뚫고 그 안쪽 벽에 구리를 입혀 서로 다른 구리층을 연결한 구조입니다. 드릴로 뚫기만 한 일반 홀과 달리 전기가 흐를 수 있는 도금층이 있다는 점이 핵심입니다. PCB의 기본 개념이 낯설다면 인쇄회로기판의 용어 정의를 함께 확인하면 층, 패턴, 기판의 관계를 이해하기 쉽습니다.

가장 흔한 예는 앞면의 신호선을 뒷면으로 넘기는 경우입니다. 앞면 배선이 부품 패드나 다른 신호에 막혔을 때 비아를 놓고 뒷면에서 배선을 이어 가면 교차 없이 연결할 수 있습니다. 다층 PCB에서는 전원층과 접지층을 부품 주변에 연결하거나, 고속 신호의 귀환 경로를 짧게 만드는 역할도 맡습니다.

• 완성 홀 지름: 도금이 끝난 뒤 실제로 남는 구멍의 지름입니다.
• 패드 지름: 비아 주변을 감싸는 원형 구리 영역의 전체 크기입니다.
• 애뉴럴 링: 홀 가장자리부터 패드 바깥쪽까지 남는 구리 폭입니다.
• 종횡비: 기판 두께를 드릴 지름으로 나눈 값으로, 도금 난이도에 영향을 줍니다.

예를 들어 완성 홀 0.3mm, 패드 0.6mm인 비아는 한쪽 기준으로 약 0.15mm의 고리 폭을 갖습니다. 다만 제조 과정에서는 드릴 위치가 미세하게 흔들릴 수 있으므로 계산상 딱 맞는 규격보다 제조사의 최소 애뉴럴 링 조건에 여유를 두는 편이 안전합니다.

초보 설계에서는 가장 작은 비아를 찾기보다, 이용할 PCB 제조사의 기본 공정에 포함되는 비아 규격을 먼저 확인하는 것이 비용과 수율 면에서 유리합니다.

스루 비아와 블라인드 비아는 언제 구분해서 쓸까요?

시제품에는 스루 비아가 가장 현실적입니다

스루 비아는 기판의 위쪽부터 아래쪽까지 관통하며 모든 층을 지나갑니다. 2층 PCB에서는 사실상 기본 선택이고, 일반적인 다층 기판에서도 널리 사용됩니다. 제작 공정이 비교적 단순하고 업체 선택 폭이 넓어 센서 보드, 아두이노 확장 보드, 전원 모듈 같은 첫 시제품에 잘 맞습니다.

반면 블라인드 비아는 바깥층에서 특정 내부층까지만 연결되고, 베리드 비아는 외부에서 보이지 않은 채 내부층끼리 이어집니다. 공간을 아낄 수 있지만 적층과 드릴 공정이 복잡해지므로 별도 견적이나 추가 비용이 붙을 가능성이 큽니다. 단순히 보드 크기를 조금 줄이기 위해 선택하기보다는 고밀도 BGA 배선처럼 명확한 필요가 있을 때 검토해야 합니다.

레이저 마이크로비아와 비아 인 패드

마이크로비아는 보통 기계 드릴보다 작은 구멍을 레이저로 가공해 인접한 층을 연결하는 데 사용됩니다. 핀 간격이 촘촘한 BGA 아래에서 배선을 빼내는 HDI 기판에 유용하지만, 모든 제조사가 같은 최소 크기와 적층 구조를 지원하는 것은 아닙니다. 0.1mm처럼 작은 숫자를 CAD에 입력할 수 있다는 사실과 실제 양산 가능성은 별개입니다.

비아 인 패드는 부품 패드 안에 비아를 배치하는 방식입니다. 공간은 절약되지만 열린 비아가 솔더 페이스트를 빨아들이면 접합부의 납이 부족해질 수 있습니다. BGA나 QFN의 열 패드에 적용할 때는 비아 충진, 도금 덮기, 평탄화 여부를 제조사와 확인해야 하며, 단순 텐팅만으로 같은 효과가 난다고 생각해서는 안 됩니다.

1. 2층 보드라면 우선 스루 비아로 배선 가능한지 확인합니다.
2. BGA 탈출 배선이 막힐 때 부품 피치와 제조 한계를 함께 검토합니다.
3. 블라인드·마이크로비아가 필요하면 PCB 적층 구조를 먼저 확정합니다.
4. 비아 인 패드를 사용한다면 PCB 제조와 SMT 조립 업체 양쪽에 사양을 전달합니다.

크기와 개수는 전류·신호·열에 맞춰 어떻게 정할까요?

첫 설계에서 적용하기 쉬운 선택 순서

비아 크기는 회로 성능뿐 아니라 기판 두께, 구리 도금 두께, 드릴 공정과 연결됩니다. 제조사 규칙을 아직 받지 못한 1.6mm 두께의 일반 시제품이라면 무조건 미세한 비아를 쓰지 말고, 예를 들어 완성 홀 0.3mm 안팎과 패드 0.6mm 안팎처럼 비교적 여유 있는 후보에서 검토를 시작할 수 있습니다. 이 숫자는 보편적인 보장값이 아니라 업체의 최소 홀·패드·간격 규격과 대조하기 위한 출발점입니다.

신호용 비아에는 큰 전류가 흐르지 않더라도 기생 인덕턴스와 정전용량이 생깁니다. 저속 GPIO나 LED 제어선에서는 비아 한두 개가 큰 문제가 되지 않는 경우가 많지만, USB·고속 메모리·RF 신호에서는 비아 위치와 스텁, 기준면의 연속성이 중요해집니다. 차동 신호의 두 선에는 가능한 한 대칭적으로 비아를 배치하고, 층을 바꿀 때 근처에 접지 비아를 두어 귀환 전류가 멀리 돌아가지 않게 합니다.

전원선은 신호선과 접근 방식이 다릅니다. 한 개의 작은 비아에 큰 전류를 몰아주기보다 여러 개를 병렬로 배치하면 전류가 분산되고 전기 저항과 국부 발열을 낮추는 데 도움이 됩니다. 그러나 비아 개수를 두 배로 늘렸다고 허용 전류가 언제나 정확히 두 배가 되는 것은 아닙니다. 비아 사이 간격, 연결된 구리 면적, 내부 도금 두께와 주변 온도가 함께 작용하기 때문입니다.

• 일반 저속 신호: 배선이 짧고 제조 규칙을 통과하는 표준 비아를 우선합니다.
• 전원과 접지: 한 개에 의존하지 말고 전류 경로 가까이에 복수 비아를 검토합니다.
• 고속 차동 신호: 비아 수, 패드 크기, 배치 대칭과 귀환 경로를 함께 관리합니다.
• 방열 목적: 발열 부품의 노출 패드 아래에서 구리층으로 열을 분산하되 납 유실을 점검합니다.

써멀 비아는 많을수록 좋다는 오해

레귤레이터나 전력 반도체의 노출 패드 아래에는 여러 개의 써멀 비아를 배열해 열을 반대면이나 내부 구리층으로 전달할 수 있습니다. 이때 비아가 너무 크거나 열려 있으면 리플로우 과정에서 납이 아래로 빠져 부품이 기울거나 접합 면적이 줄 수 있습니다. 작은 비아를 적절한 간격으로 나누고, 스텐실 개구율과 충진 사양까지 함께 보는 이유입니다.

저항, 커패시터, 다이오드처럼 보드에 올라가는 요소의 역할부터 헷갈린다면 전자 부품의 모양과 쓰임새를 먼저 살펴보는 것도 좋습니다. 부품이 소비하거나 전달하는 전력과 신호를 알아야 그 아래 비아가 단순 배선용인지 방열용인지 구분할 수 있습니다.

열 문제가 의심될 때는 비아 개수만 늘리지 말고 데이터시트의 권장 랜드 패턴, 노출 패드 면적, 구리 면적과 예상 소비전력을 한 묶음으로 검토해야 합니다.

1. 부품 데이터시트에서 권장 PCB 패턴을 찾습니다.
2. 비아를 통과할 신호 종류와 최대 전류를 구분합니다.
3. 제조사의 최소 드릴, 패드, 간격과 종횡비 조건을 적용합니다.
4. 전원·방열 비아는 복수 배치한 뒤 납 흡수 가능성을 확인합니다.
5. 설계 규칙 검사에서 홀 간격과 구리 간격 오류를 다시 점검합니다.

비아가 예상대로 작동하지 않는 경우는 어디까지일까요?

처음 발주할 때 자주 생기는 질문

Q. 비아 위를 솔더마스크로 덮으면 방수가 되나요?
일반적인 텐티드 비아는 솔더마스크로 입구를 덮어 납이 묻거나 이물질이 들어갈 가능성을 줄이는 방식입니다. 하지만 완전한 밀봉이나 방수를 보장하지 않습니다. 습기, 세척액, 진공 환경이 중요한 제품이라면 충진 재료와 검사 기준을 별도로 협의해야 합니다.

Q. 비아에 부품 리드를 꽂아 납땜해도 되나요?
비아와 스루홀 부품용 패드는 목적이 다릅니다. 부품 홀은 리드 지름, 공차, 패드 크기와 납땜성을 고려해야 하므로 일반 비아를 그대로 대체재로 쓰면 조립이 불편하거나 패드가 약해질 수 있습니다. 커넥터처럼 기계적 힘을 받는 부품은 제조사 권장 홀과 충분한 구리 고리를 적용해야 합니다.

Q. 사용하지 않는 비아를 남겨도 되나요?
전기적으로 연결되지 않은 불필요한 비아는 제거하는 편이 깔끔합니다. 다만 접지 스티칭 비아처럼 회로도상 눈에 띄지 않아도 EMI 억제, 귀환 경로 단축, 차폐 구조 연결을 위해 의도적으로 반복 배치하는 경우가 있습니다. 무작정 삭제하기 전에 넷 이름과 설계 목적을 확인해야 합니다.

• 거버 뷰어에서 비아 드릴과 패드가 같은 위치에 표시되는지 봅니다.
• 드릴 파일의 도금 홀과 비도금 홀 구분이 올바른지 확인합니다.
• 보드 외곽, 슬롯, 나사 홀 주변의 최소 이격 거리를 점검합니다.
• 테스트 포인트로 사용할 비아는 프로브 접촉면이 마스크에 가려지지 않게 설정합니다.
• 고전압 영역에서는 신호 PCB의 일반 간격이 아니라 요구 절연거리와 안전 규격을 적용합니다.

표준 규칙만으로 판단할 수 없는 경계

비아 설계에는 모든 제품에 통하는 단일 정답이 없습니다. 수십 MHz 수준이라도 상승 시간이 빠르면 고속 신호처럼 다뤄야 할 수 있고, 평균 전류가 작아도 펄스 전류가 크면 전원 비아의 온도 상승을 다시 계산해야 합니다. 자동차, 의료, 항공, 고전압 전원처럼 신뢰성과 안전이 중요한 분야에서는 일반 시제품 업체의 기본 규격만으로 승인 여부를 결정할 수 없습니다.

또한 PCB 소재, 기판 두께, 구리 중량, 층수와 표면처리가 달라지면 같은 비아 치수도 결과가 달라집니다. 회로기판 구조에 대한 다른 설명은 PCB 관련 지식백과 항목에서도 참고할 수 있지만, 실제 제작 가능 여부는 발주할 제조사의 최신 공정 능력표와 DFM 회신을 기준으로 판단해야 합니다.

이 글에서 제시한 크기 예시는 일반적인 입문 설계를 위한 출발점이며 특정 전류, 임피던스, 온도 상승이나 제품 인증을 보증하지 않습니다. 미세 피치 BGA, RF 회로, 고전압 절연, 고전류 전력 보드, 반복 굽힘이 있는 플렉시블 PCB는 재료 특성과 적층 구조까지 포함한 계산이 필요합니다. 이런 예외에 해당한다면 비아를 배치하기 전에 제조사와 조립 업체, 필요할 경우 신호·열·안전 분야 전문가에게 설계 조건을 함께 전달하는 것이 안전합니다.