전자부품 내장 PCB가 차세대 회로기판의 표준이 될까?

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보드 면적은 더 줄여야 하는데 전자부품 수와 처리해야 할 데이터는 계속 늘어납니다. 표면의 작은 부품을 더 촘촘히 배치하는 방식만으로는 배선 길이, 전원 무결성, 조립 수율까지 동시에 개선하기 어렵다는 목소리가 커지고 있습니다.

이 한계를 넘기 위해 주목받는 기술이 전자부품 내장 PCB입니다. 저항이나 커패시터뿐 아니라 얇은 반도체 다이를 회로기판 내부에 넣어, 기판 자체를 입체적인 전자 시스템으로 바꾸는 접근입니다. 다만 모든 제품에 곧바로 적용할 만능 기술은 아니며, 설계 초기부터 제조사와 공정 조건을 맞춰야 경제성이 생깁니다.

전자부품을 PCB 안에 넣으려는 이유는 무엇일까?

표면적 경쟁에서 배선 길이 경쟁으로

기존 PCB는 부품을 표면에 올리고 솔더 접합으로 연결합니다. 이 방식은 부품 교체와 검사에 유리하지만, 소형 제품에서는 랜드와 부품 간격이 상당한 면적을 차지합니다. PCB의 기본 구조와 역할을 먼저 살펴보면, 도체 패턴과 절연층이 이미 여러 층에 걸쳐 기능을 나누고 있다는 점을 이해하기 쉽습니다.

내장 기술은 사용하지 못했던 절연층 내부 공간에 부품을 배치합니다. 전원 IC 가까이에 디커플링 커패시터를 넣거나, 센서 신호 경로에 필요한 수동소자를 매립하면 연결 길이가 짧아집니다. 기생 인덕턴스와 루프 면적 감소는 고주파 노이즈와 전압 변동을 억제하는 데 유리하며, 표면에는 안테나나 커넥터처럼 외부와 직접 맞닿아야 하는 부품을 위한 공간을 남길 수 있습니다.

웨어러블 기기, 의료 센서, 카메라 모듈, 통신 모듈처럼 두께와 면적이 제품 경쟁력으로 이어지는 분야에서 이런 장점은 분명합니다. 단순히 보드를 작게 만드는 기술이 아니라 신호·전원 경로를 짧게 설계하는 패키징 전략으로 보는 편이 정확합니다.

• 면적 절감: 표면의 저항, 커패시터 또는 얇은 다이를 내부로 이동합니다.
• 전기적 성능: 짧은 연결로 기생 성분과 방사 노이즈를 줄일 여지가 생깁니다.
• 조립 단순화: 표면 실장 부품 수와 솔더 접합부 수를 줄일 수 있습니다.
• 기능 집적: PCB와 반도체 패키지의 경계가 가까워져 모듈화가 쉬워집니다.

내장할 부품은 ‘자리를 많이 차지하는 부품’보다 ‘배선이 짧아졌을 때 성능 이득이 큰 부품’부터 찾는 것이 좋습니다.

수동소자 내장과 반도체 다이 내장은 어떻게 다를까?

형성형·삽입형·다이 내장형의 차이

전자부품 내장 PCB는 하나의 공법만을 뜻하지 않습니다. 저항성 잉크나 박막 재료로 기판 내부에 저항 기능을 직접 만드는 형성형, 매우 얇은 칩 부품을 캐비티에 넣는 삽입형, 패키지되지 않은 반도체 다이를 매립하는 능동소자 내장형으로 나눠 볼 수 있습니다. 전자부품의 일반적인 분류는 전자 부품 용어 자료와 함께 보면 이해가 빠릅니다.

형성형 저항은 부품 실장 공정을 덜 수 있지만 재료 편차, 패턴 치수, 경화 조건에 따라 저항값이 달라질 수 있습니다. 정밀도가 중요한 회로라면 레이저 트리밍이나 설계 보정이 필요합니다. 얇은 수동소자를 삽입하는 방식은 기존 부품의 특성값을 활용하기 쉽지만, 부품 두께 공차와 적층 압력 때문에 수지 충전 및 평탄도 관리가 중요합니다.

반도체 다이 내장은 가장 큰 집적 효과를 기대할 수 있는 대신 난도가 높습니다. 다이 위치 정밀도, 구리 마이크로비아 연결, 열팽창계수 차이, 수분 관리와 검사 방법을 함께 설계해야 합니다. 패키지를 제거하면 작아지지만 패키지가 담당하던 보호와 응력 완충까지 PCB 제조 공정이 떠안게 되는 셈입니다.

• 저항은 허용오차와 온도계수를 함께 지정합니다.
• 커패시터는 정전용량뿐 아니라 바이어스 특성과 사용 주파수를 확인합니다.
• 다이는 웨이퍼 단계의 전기검사 결과와 추적성 확보 방법을 정합니다.
• 내장층 위아래의 동박 잔존율을 조정해 적층 뒤 휨을 억제합니다.

최신 PCB 시장은 왜 내장 기술을 다시 주목할까?

AI·전장·웨어러블이 요구하는 입체 집적

전자부품 내장은 오래전부터 연구된 기술이지만, 최근의 변화는 적용 목적에 있습니다. 과거에는 작은 소비자 기기의 면적 절감이 중심이었다면, 현재는 고속 연산 장치의 전원 공급, 전기차 전력변환 장치의 낮은 손실, 의료·웨어러블 기기의 박형화처럼 성능과 폼팩터를 동시에 개선하는 수단으로 평가받습니다.

AI 가속기와 고성능 프로세서는 낮은 전압에서 큰 전류를 빠르게 요구합니다. 커패시터가 칩에서 멀어질수록 배선과 비아의 인덕턴스가 순간 전류 공급을 방해하므로, 패키지 기판 또는 PCB 내부의 가까운 위치에 수동소자를 배치하려는 흐름이 강해집니다. 반면 전력 모듈에서는 반도체와 구리 연결부를 짧고 넓게 구성해 저항성 손실을 줄이고 열이 빠져나갈 경로를 확보하려는 목적이 큽니다.

2026년의 흐름을 실무적으로 해석하면 모든 범용 PCB가 내장형으로 바뀐다는 뜻은 아닙니다. 고밀도 인터커넥트, 시스템 인 패키지, 패널 레벨 패키징 등 인접 기술과 역할이 섞이면서 PCB 제조사도 패키징 수준의 공정 관리와 추적성을 요구받는 방향에 가깝습니다. 기판과 패키지의 구분이 흐려질수록 설계자는 회로도 작성 뒤 제조 데이터를 넘기는 역할을 넘어 재료와 공정 구조까지 결정해야 합니다.

1. 고성능 연산: 프로세서 가까이에 전원 부품을 배치해 전원 전달망의 고주파 응답을 개선합니다.
2. 자동차 전장: 진동과 열 사이클에 노출되는 표면 솔더 접합부를 줄일 가능성이 있습니다.
3. 웨어러블·의료: 제한된 외형 안에 센서, 무선 통신, 전원 기능을 통합합니다.
4. 산업용 센서: 외부 오염이나 기계적 접촉으로부터 민감한 소자를 보호하는 구조를 검토합니다.
5. RF 모듈: 신호 경로를 짧게 유지하고 내부 금속층을 차폐 구조로 활용할 수 있습니다.

시장 전망보다 먼저 확인할 것은 자사 제품의 병목입니다. 면적, 높이, 전원 노이즈, 방열 가운데 내장 기술이 실제로 해결할 항목을 수치로 정의해야 합니다.

양산 전에 반드시 풀어야 할 제조 난제는 무엇일까?

수율과 검사 비용이 단가를 결정한다

일반 PCB는 조립 뒤 불량 부품을 확인하고 재작업할 수 있지만, 적층 내부에 들어간 부품은 접근하기 어렵습니다. 내장 부품 하나의 불량이 완성된 다층 기판 전체의 폐기로 이어질 수 있으므로 알려진 양품 부품과 다이를 투입하는 체계가 필요합니다. 부품 입고검사, 공정 중 전기검사, 적층 후 검사 시점을 설계 단계에서 정해야 하는 이유입니다.

내장 부품 주변에 수지가 충분히 흐르지 않으면 보이드가 생기고, 캐비티와 부품 사이의 높이 차가 크면 적층 압력이 국부적으로 집중될 수 있습니다. 열을 내는 다이의 경우에는 단순히 구리 면적을 늘리는 것으로 끝나지 않습니다. 열이 어느 방향으로 이동하는지, 마이크로비아가 전류와 열을 동시에 감당하는지, 외부 히트스프레더까지 연결되는지를 열해석과 단면 구조로 확인해야 합니다.

비용도 표면 부품 몇 개를 뺀 금액만으로 계산하면 오판하기 쉽습니다. 전용 캐비티 가공, 얇은 부품 선별, 정밀 배치, 추가 적층, X-ray 또는 단면 분석, 전기검사 지그 비용이 더해집니다. 소량 시제품은 표준 다층 PCB보다 견적 차이가 크게 나타날 수 있고 제조사별 설비와 최소 주문 조건도 달라 일률적인 가격표를 만들기 어렵습니다. 대신 보드 축소로 줄어드는 외함 비용, 커넥터 수, 조립 공정, 완제품 불량 비용까지 총소유비용으로 비교해야 합니다.

제조사에 전달할 데이터의 수준

거버 파일과 부품 목록만 전달해서는 부족합니다. 내장 부품의 본체 치수와 공차, 단자 금속, 허용 적층 온도와 압력, 방향 표시, 목표 임피던스, 검사 패드와 불량 판정 기준을 포함한 제조 패키지가 필요합니다. 회로기판의 여러 쓰임과 구조는 회로기판 관련 지식백과도 참고할 수 있지만, 실제 설계 규칙은 선택한 제조사의 공정 능력표를 우선해야 합니다.

• DFM 확인: 캐비티 크기, 부품 가장자리 여유, 최소 유전체 두께를 승인받습니다.
• 재료 확인: 적층 수지의 흐름성, 유리전이온도, 열팽창계수를 비교합니다.
• 정렬 확인: 다이 패드와 레이저 비아의 위치 공차를 누적 계산합니다.
• 검사 설계: 적층 전후에 접근 가능한 테스트 노드와 기준 샘플을 준비합니다.
• 고장 분석: 불량 발생 시 X-ray, 초음파, 단면 분석 중 무엇을 사용할지 정합니다.
• 공급망 관리: 단종 가능성이 낮고 두께 편차 자료를 제공하는 부품을 선정합니다.

내장 PCB를 택할 사람과 기다릴 사람은 누구일까?

시제품에서 확인할 세 가지 숫자

적용 여부를 결정하기 전에 현재 보드의 문제를 수치로 기록해 보세요. 첫째는 내장으로 줄어드는 면적과 두께, 둘째는 전원 또는 신호 경로의 인덕턴스와 손실, 셋째는 예상 양산 수율입니다. 이 세 값이 없으면 작아 보이는 시제품을 얻을 수는 있어도 사업성이 있는 제조 구조인지는 판단하기 어렵습니다.

처음부터 여러 종류의 능동·수동 부품을 모두 넣기보다 영향이 큰 한두 개 부품으로 평가 쿠폰을 만드는 방법이 현실적입니다. 데이지체인 패턴을 이용해 비아 접속 안정성을 측정하고, 열 사이클 전후의 저항 변화를 기록하며, 기준 PCB와 전원 노이즈 및 표면 온도를 같은 조건에서 비교합니다. 양산 제조사를 늦게 고르면 설계를 다시 해야 할 가능성이 높으므로 후보 업체의 적층 구조와 최소 선폭, 정렬 공차를 회로 배치 전에 받아야 합니다.

초소형 의료 센서나 고집적 통신 모듈을 설계하는 독자라면 내장형 수동소자부터 공동설계 시제품을 시작할 가치가 큽니다. 공간 절감과 짧은 배선이 제품 사양을 직접 개선하고, 예상 생산량이 충분하다면 초기 공정개발비를 분산할 수 있기 때문입니다. 반대로 부품 변경이 잦은 산업용 제어보드나 다품종 소량 장비를 만드는 독자라면 표면실장 구조를 유지하는 편이 안전합니다. 이 경우에는 작은 패키지, 양면 실장, 모듈화로 먼저 공간을 줄이고 공급망과 회로가 안정된 기능 블록만 차기 버전의 내장 후보로 남겨 두는 선택을 권합니다.

1. 현재 보드와 내장형 평가 보드에 동일한 부하 프로파일을 적용합니다.
2. 전압 변동, 신호 손실, 최고 온도, 소비전력을 같은 장비로 측정합니다.
3. 리플로우 및 열 사이클 뒤 접속 저항의 변화를 비교합니다.
4. 양품률을 반영한 보드 1장당 실질 원가를 계산합니다.
5. 불량 분석 시간과 부품 변경 시 재설계 비용까지 의사결정표에 포함합니다.