PCB 비아 설계하는 법: 전문가 인터뷰로 본 신뢰성 가이드

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시제품은 정상 작동했는데 온도 사이클 시험이나 양산 단계에서 간헐적인 단선이 나타난다면 어디부터 확인해야 할까요? 회로도에 문제가 없다면 PCB 비아 설계와 제조 조건의 불일치를 의심할 필요가 있습니다. 비아는 층과 층을 잇는 작은 구조지만, 완성된 회로기판의 전류 용량과 신호 품질, 조립 수율을 함께 좌우합니다.

이번 글은 2026년 PCB 제조 현장에서 다층기판을 검토하는 가상의 제조기술 전문가 ‘최 엔지니어’와의 Q&A 형식으로 구성했습니다. 관통 비아부터 블라인드 비아, 마이크로비아, 비아 인 패드까지 실제 발주자가 자주 놓치는 기준을 깊이 있게 짚습니다.

비아 종류는 어떤 기준으로 선택해야 하나요?

Q. 관통 비아와 블라인드 비아의 차이는 단순히 크기인가요?

최 엔지니어: 그렇지 않습니다. 관통 비아는 PCB의 최상층부터 최하층까지 드릴로 가공한 뒤 도금해 여러 층을 연결합니다. 공정이 비교적 단순하고 제조사 선택의 폭도 넓어 일반 산업용 제어기판, 전원보드, 중저밀도 전자부품 설계에 유리합니다. 반면 블라인드 비아는 외층과 특정 내층만 연결하고, 베리드 비아는 외부에 노출되지 않은 내층끼리 연결합니다.

부품 피치가 좁고 배선 공간이 부족하면 블라인드 비아나 레이저 가공 마이크로비아가 효과적입니다. 하지만 비아 종류가 늘면 적층과 압착, 드릴, 도금 공정의 조합도 복잡해집니다. 단순히 ‘작은 비아가 고급’이라고 판단하기보다 필요한 배선 밀도와 제조 리스크를 함께 계산해야 합니다.

• 관통 비아: 제조성이 좋고 비용 부담이 상대적으로 낮지만 사용하지 않는 층에도 스텁이 생길 수 있습니다.
• 블라인드 비아: 외층에서 내층으로 짧게 연결해 배선 공간과 고속 신호 품질을 개선할 수 있습니다.
• 베리드 비아: 내층 공간을 효율적으로 쓰지만 적층 공정이 추가되어 리드타임과 검사 난도가 증가합니다.
• 마이크로비아: 미세 피치 BGA 팬아웃에 유리하나 깊이, 직경, 적층 방식에 제조사별 제한이 있습니다.

PCB의 기본 구조와 역할이 낯설다면 네이버 지식백과의 PCB 용어 설명을 먼저 확인하면 층간 연결 개념을 이해하기 쉽습니다. 이후 실제 설계에서는 제조사가 제공하는 스택업과 최소 가공 규격을 우선 적용해야 합니다.

“비아는 라이브러리에서 습관적으로 복사할 대상이 아닙니다. 신호가 어느 층에서 어느 층으로 이동하는지 먼저 표시한 뒤 가장 단순한 구조를 선택하세요.”

드릴 크기와 애뉴럴 링은 어떻게 결정하나요?

Q. 제조사의 최소 비아 규격을 그대로 쓰면 공간을 가장 절약할 수 있지 않나요?

최 엔지니어: 제작 가능한 최소값과 안정적으로 양산할 수 있는 권장값은 다릅니다. 기계 드릴은 공구 마모와 위치 편차가 있고, 도금 후 완성 홀은 원래 드릴 직경보다 작아집니다. 최소값을 보드 전체에 적용하면 작은 위치 오차만으로도 애뉴럴 링이 줄어들거나 끊어져 단선 위험과 검사 부담이 커질 수 있습니다.

예를 들어 완성 홀 지름만 보고 패드 크기를 정하면 도금 두께와 드릴 공차가 빠지기 쉽습니다. 제조사에 드릴 지름, 완성 홀 지름, 최소 애뉴럴 링, 패드 직경을 각각 확인하세요. 같은 ‘0.2mm 비아’라는 표현도 업체에 따라 드릴 기준인지 완성 홀 기준인지 달라질 수 있으므로 발주 문서에 기준을 명시해야 합니다.

1. 연결할 신호의 전류와 층 이동 목적을 먼저 분류합니다.
2. PCB 제조사의 표준 드릴 차트에서 양산 권장값을 확인합니다.
3. 도금 후 완성 홀과 드릴 지름을 구분해 라이브러리에 기록합니다.
4. 내층 패드까지 포함해 최소 애뉴럴 링이 유지되는지 DFM으로 검사합니다.
5. 홀과 동박, 솔더마스크, 보드 외곽 사이의 간격 규칙을 별도로 검증합니다.

Q. 전원 비아도 신호 비아와 같은 크기로 통일해도 될까요?

최 엔지니어: 라이브러리를 단순화하는 장점은 있지만 전류가 큰 경로에는 불리할 수 있습니다. 비아의 전류 용량은 홀 크기 하나가 아니라 도금 두께, 비아 길이, 허용 온도 상승, 구리 면적의 영향을 함께 받습니다. 큰 비아 하나가 어렵다면 작은 비아 여러 개를 병렬로 배치해 전류와 열을 분산할 수 있습니다.

다만 여러 비아가 구리면의 목을 지나치게 좁히면 오히려 병목이 생깁니다. 전원 패드 주변에 비아를 촘촘히 넣었더라도 각 비아까지 이어지는 동박 폭과 플레인 연결 상태를 함께 확인해야 합니다. 열 relief가 적용된 패드라면 스포크 수와 폭도 전류 조건에 맞춰 검토하세요.

미세 피치 BGA에서는 어떤 비아 구조가 유리한가요?

Q. 0.5mm 이하 피치 BGA라면 무조건 비아 인 패드를 써야 하나요?

최 엔지니어: 반드시 그런 것은 아닙니다. BGA 패드 사이로 배선을 빼는 dog-bone 팬아웃이 가능하다면 일반 비아가 비용과 수율 면에서 유리할 수 있습니다. 그러나 핀 수가 많거나 전원·접지 핀이 조밀하고 신호층이 부족하면 비아 인 패드가 현실적인 선택이 됩니다. 패드 바로 아래에서 층을 전환하므로 탈출 배선 길이를 줄이고 배선 채널을 확보할 수 있기 때문입니다.

주의할 점은 개방된 비아를 패드 안에 단순 배치해서는 안 된다는 것입니다. 리플로 과정에서 솔더가 비아로 빨려 들어가면 접합부의 솔더 양이 부족해지고 BGA 볼 높이가 불균일해질 수 있습니다. 일반적으로 비아 충전, 평탄화, 표면 도금까지 포함한 VIPPO 계열 공정을 제조사와 협의합니다.

• BGA 피치와 패드 직경에 맞는 레이저 비아 가공 가능 여부
• 비아 충전 재료와 충전 후 함몰 또는 돌출 허용 기준
• 평탄화 후 동도금 및 최종 표면처리 조건
• 마이크로비아의 종횡비와 목표 연결 층
• 스택드 비아 또는 스태거드 비아의 승인 여부와 신뢰성 자료

Q. 적층 마이크로비아를 여러 층 쌓으면 공간을 더 절약할 수 있지 않나요?

최 엔지니어: 공간은 절약되지만 계면이 연속으로 생기기 때문에 열과 기계적 응력에 민감해질 수 있습니다. 특히 여러 단계로 쌓은 구조는 압착과 도금 조건이 적절하지 않으면 접합 계면에서 균열 위험이 커집니다. 가능하다면 스태거드 구조, 코어 관통 구조 또는 배선층 재배치로 적층 수를 줄이는 대안을 먼저 비교하는 편이 좋습니다.

고밀도 PCB 설계를 처음 진행한다면 제조사의 표준 HDI 빌드업을 받아 그 안에서 층 전환을 설계하세요. 독자적인 적층을 먼저 완성한 뒤 제작 가능 여부를 묻는 방식은 수정 범위가 커질 수 있습니다. 패드와 비아 라이브러리를 체계적으로 만드는 과정은 PADS 기반 PCB 설계 실무 관련 서적도 참고 자료로 활용할 수 있습니다.

고속 신호와 열 설계에서 비아는 어떻게 배치하나요?

Q. 고속 신호 비아 옆에는 왜 접지 비아가 필요한가요?

최 엔지니어: 신호가 층을 바꾸면 기준면과 귀환 전류 경로도 달라질 수 있습니다. 가까운 곳에 접지 스티칭 비아가 없으면 귀환 전류가 우회하면서 루프 면적이 커지고, 임피던스 불연속과 전자파 방사의 원인이 됩니다. 특히 차동쌍은 두 신호 비아의 구조와 주변 환경을 대칭으로 유지하고, 접지 비아도 균형 있게 배치하는 것이 중요합니다.

관통 비아에서 실제 신호가 일부 층만 사용하면 나머지 구간은 스텁으로 남습니다. 데이터 속도와 상승 시간이 빠를수록 이 스텁이 공진과 반사를 유발할 가능성이 커집니다. 블라인드 비아로 전환하거나, 관통 비아를 사용한 뒤 불필요한 구간을 제거하는 백드릴을 검토할 수 있지만 공정 비용과 잔여 스텁 허용치를 제조사와 합의해야 합니다.

• 신호층 전환 전후의 기준면이 무엇인지 스택업에서 확인합니다.
• 차동 비아의 패드, 안티패드, 길이와 간격을 가능한 한 대칭으로 설계합니다.
• 커넥터나 BGA 전환부 가까이에 접지 귀환 비아를 배치합니다.
• 고속 직렬 링크에는 비아 스텁 길이와 백드릴 공차를 시뮬레이션 조건에 반영합니다.
• 안티패드를 지나치게 키워 인접 전원면의 전류 경로를 훼손하지 않았는지 확인합니다.

Q. 방열 비아는 많을수록 좋은가요?

최 엔지니어: 전력 반도체의 노출 패드 아래에 배치하는 열 비아는 접합부 열을 내층과 반대면 구리로 전달하는 데 유용합니다. 그러나 개방 홀을 과도하게 넣으면 솔더가 빠져나가거나 페이스트가 고르게 녹지 않을 수 있습니다. 홀 크기와 간격, 텐팅·충전 방식, 스텐실 개구 분할을 하나의 조립 조건으로 검토해야 합니다.

열 비아가 연결되는 내층 구리면이 작거나 중간에 좁은 neck이 있다면 비아 수를 늘려도 효과가 제한됩니다. 반대로 큰 구리면과 여러 층을 연결하면 열 확산에는 유리하지만 리플로 때 해당 부위의 열용량이 커질 수 있습니다. PCB 제조뿐 아니라 SMT 조립업체와도 솔더 보이드 기준과 예열 프로파일을 함께 논의하세요.

“방열 비아 개수만 세지 말고 열이 최종적으로 퍼질 구리면까지 따라가 보세요. 출구가 막혀 있으면 비아를 추가해도 기대한 온도 저감이 나오지 않습니다.”

비아 텐팅과 충전은 언제 지정해야 하나요?

Q. 솔더마스크로 비아를 덮으면 모두 같은 텐팅 처리인가요?

최 엔지니어: 발주 문서에서 가장 자주 생기는 오해입니다. 텐팅은 솔더마스크로 비아 입구를 덮는 방식이고, 플러깅이나 필링은 홀 내부를 재료로 채우는 방식입니다. 겉으로 막혀 보인다고 해도 내부 상태와 평탄도, 기포 허용 수준은 서로 다릅니다. 한쪽만 덮을지 양쪽을 덮을지, 충전 후 도금할지까지 구체적으로 표기해야 합니다.

BGA 아래 작은 비아를 텐팅하면 솔더 브리지와 오염을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 하지만 비아 크기가 크면 솔더마스크가 홀 위에서 끊어지거나 내부에 공정액이 남을 수 있습니다. 테스트 포인트로 사용할 비아는 마스크를 열어야 하므로 회로 기능과 검사 방식에 따라 동일한 네트 안에서도 처리 조건이 달라질 수 있습니다.

1. 노출: 프로브 접촉이나 납땜이 필요한 테스트 비아에 적용합니다.
2. 텐팅: 작은 비아의 솔더 유입과 우발적 접촉을 줄일 때 검토합니다.
3. 수지 충전: 비아 인 패드처럼 평탄한 실장면이 필요할 때 사용합니다.
4. 전도성 충전: 목적과 신뢰성 검증 없이 열전달 효과만 기대해 선택하지 않습니다.
5. 캡 도금: 충전된 비아 위에 균일한 패드를 형성해야 하는 경우 지정합니다.

회로기판의 구성과 전자부품 실장 관계를 더 살펴보고 싶다면 PCB 지식백과 항목을 함께 참고할 수 있습니다. 다만 실제 텐팅과 충전 가능 규격은 해당 PCB 제조사의 공정 능력표가 최우선 기준입니다.

발주 전에 어떤 자료를 제조사와 맞춰야 하나요?

Q. 거버 파일만 전달하면 제조사가 적절히 보정해 주지 않나요?

최 엔지니어: 거버와 드릴 파일은 기본이지만 비아의 의도를 모두 전달하기에는 부족할 수 있습니다. 제조사는 가공성을 위해 패드나 솔더마스크를 보정할 수 있어도, 어떤 비아가 고속 신호용인지 열전달용인지 임의로 판단할 수 없습니다. 설계자가 의도한 완성 홀, 허용 공차, 충전 방식과 백드릴 깊이를 제작 사양서에 기록해야 합니다.

특히 블라인드 비아와 마이크로비아는 NC 드릴 파일의 도구 번호만으로 구분하지 말고 연결 층 쌍과 가공 방식을 표로 제공하는 것이 안전합니다. 2026년에는 온라인 즉시견적과 자동 DFM 서비스가 널리 활용되지만, 자동 검사를 통과했다는 사실이 전기적·열적 신뢰성을 보증하는 것은 아닙니다. 시제품 승인 전에는 단면 분석이나 쿠폰 측정이 필요한지 품질 담당자와 결정하세요.

• 스택업 도면에 각 비아가 연결하는 시작층과 종료층을 표시했는가?
• 드릴 지름과 도금 후 완성 홀 지름을 구분했는가?
• 비아 인 패드의 충전, 평탄화, 캡 도금 요구사항이 있는가?
• 백드릴 대상 네트와 가공 방향, 목표 잔여 스텁을 명시했는가?
• 전원 비아의 개수와 도금 조건이 목표 전류 및 온도 상승에 적합한가?
• BGA 아래 비아의 텐팅 방향과 SMT 스텐실 조건을 조립업체와 확인했는가?
• 양산 전 열충격, 도통, 단면검사 등 필요한 신뢰성 검증을 합의했는가?

Q. 견적이 예상보다 높다면 무엇부터 조정해야 하나요?

최 엔지니어: 먼저 최소 비아 규격을 보드 전체에 적용했는지 살펴보세요. 일부 BGA 영역에만 마이크로비아가 필요하다면 나머지 구간은 표준 관통 비아로 분리할 수 있습니다. 다음으로 불필요한 블라인드 비아 층 조합과 과도한 적층 마이크로비아를 줄이고, 제조사의 표준 스택업 안에서 배선층을 재배치해 보세요.

단가를 낮추기 위해 필요한 충전이나 백드릴을 무조건 삭제하면 조립 불량과 신호 오류 비용이 더 커질 수 있습니다. 견적 항목을 기본 기판 공정, HDI 추가 공정, 충전·평탄화, 백드릴, 검사 비용으로 나누어 요청하면 설계 변경의 효과를 비교하기 쉽습니다. 마지막으로 양산 수량뿐 아니라 시제품에서 양산으로 전환될 때 동일한 비아 구조와 검사 기준을 유지할 수 있는지도 확인하세요.

가장 실용적인 기준은 ‘제작 가능한가’가 아니라 ‘목표 수량을 반복 생산해도 수율과 신뢰성이 유지되는가’입니다. 비아 테이블, 스택업, 조립 조건을 한 문서에서 교차 검토하면 작은 층간 연결 구조가 전체 PCB 품질을 흔드는 일을 크게 줄일 수 있습니다.