임베디드 PCB

인쇄회로기판 PCB의 개념 및 정의:

일반적으로 PCB 또는 PWB 두 가지를 혼용해서 사용하고 있다.

PCB - PRINTED CIRCUIT BOARD (인쇄회로기판), PWB- PRINTED WIRING BOARD (인쇄배선기판) 이다.

 

PCB 란?

1) 회로설계를 근거로 회로부품을 접속하는 전기배선을 배선도형으로 표현하고, 이에 합당한 방법으로 절연물 상에 전기도체를 재현하는것,

2) 회로설계에 따라 부품을 접속하기 위하여, 도체회로를 절연기판의 표면 또는 내부에 형성하는 기판,

3) 여러개의 부품을 장착해서 연속하여 동작할 수 있게 동박 선으로 회로를 만들어 개별 부품끼리 연결시켜 놓는것,

4) 별개의 전자부품들을 배치하고 지지시키는 바탕이 됨은 물론 부품들을 서로 전기적으로 연결해 주는 역할을 하는것.

5) 전기부품을 탑재하고 이들을 회로적으로 연결하는 배선을 형성하여 놓은 회로판

6) COMPUTER 등 전자제품의 내부에서 흔히 볼 수 있는 부품들이 꽂혀 있는 녹색의 회로판

7) 부품의 전기적 연결기능과, 별도로 부품들을 기계적으로 고정시켜주는 역할도 함 

 

 

EMBEDDED PCB

1) Embedded PCB의 정의
- 기존 표면 실장 기술로 기판 표면 위에 접합시키던 Capacitor, register, inductor 등의 수동 부품을 PCB 내층에 삽입시켜 PCB 내부 자체에서 이와 같은 역할을 수행할 수 있도록 고안된 것.
- BC(buried capacitance)의 경우 EDC(Embedded Decoupling Capacitance) 재료를 사용해 BC층을 구성, PCB 내부에서 커패시터 역할을 하도록 제작된 PCB.

2) Embedded PCB의 장점
- PCB 기판 위에 수동 소자가 차지하던 면적을 줄일 수 있어 상대적으로 많은 양의 칩을 실장할 수 있다.
- Capacitor 어셈블리의 불필요에 의해 pad 및 via가 필요없고, PCB 크기를 축소할 수 있다.
- 제품의 고부가가치로 효용성 증대와 원가 절감을 꾀할 수 있다.
- 능동 소자와 수동 소자간의 접속 길이가 짧아져 인덕턴스 성분의 감소에 따른 전기적 성능 향상을 기할 수 있다.
- 납땜수의 감소에 의해 PCB 기판 실장 신뢰성의 향상 기대
- 전자 제품의 고속화와 초소형화, 다기능화를 가능하게 함.

3) Embedded PCB의 주요 기술
① 전도성 Paste를 사용해 printing 기법으로 저항을 형성하는 방법
② sheet type(Cu 전극 사이에 유전성 물질 또는 저항성 물질의 sheet 삽입)의 재료를 일반적인 etching 공정을 통해 형성하는 방법
③ 전기 도금을 이용하는 방법
④ ink-jet printing 방법

4) Embedded PCB의 일반 다층 MLB와의 차별성
① EDC의 내부 커패시턴스 보호 기술 등 PCB 설계 디자인의 특수성
② EDC 자재 자체의 약한 성질 및 박판으로 인한 조작과 취급의 문제 극복 필요.
③ EDC 자재의 유전체 파괴 전압 측정 및 단락 검출을 위한 Hi-pot-test의 필요.

5) Embedded PCB의 수동 소자 재료 연구의 필요 증대
- 수동 소자 중 그 쓰임과 수가 많은 Capacitor에 임베디드 기술의 적용이 가장 활발하며 register 재료 기술도 진행되고 있으나 상대적으로 inductor는 개발이 더딘 상태다.
① capacitor
- 미국 산미나의 경우 [ZBC-2000]이라는 Laminate 사용시 가장 손쉽게 적용 가능(but, 라이센스 취득해야만 가능)
- copper foil 위에 screen print법으로 ceramic paste를 적용해 형성하는 기술(but, 상용화 단계까지는 어려움이 있음)
- 3M(C-Ply), dupont(Hik), sanmina(EmCap)：아직 재료의 안정성과 공정의 적합성이 떨어지는 실정.

 

 

임베디드 커페시터

② Register
- 박막(Tin film)을 이용하는 방법
- 도금 방법
- Ceramic paste를 이용하는 방법
- ohmega, Electra, Minco：그라파이트 epoxy 후막 용액, Ni-P 막 등의 상용화 제품이 출시돼 있지만 안정성이 매우 불량해 이의 개선 활동이 활발하다.
③ Inductor
- PCB 기판 위에 금속 층을 나선으로 구현하는 기술(알려진 기술)
- 다층 나선 inductor 내부에 페라이트 core를 삽입해 Q(자기에너지 저장 정도)값을 높이는 연구가 한창임.
- 개수가 많지 않을 뿐 아니라, PCB 상에 구현하기가 Capacitor, register에 비해 어려워 개발이 가장 미흡한 상태.

6) Embedded PCB의 상용화 전망
- 향후 제품 크기의 축소 한계 및 개별 부품의 SMT 실장의 기술적 한계 부딪혀 임베디드의 도입은 불가피하다.
- 임베디드 PCB가 지닌 여러 가지 장점 때문에 세계적으로 이에 대한 연구가 활발하다.
- 96년에 미국에서 선보인 기술이며 최근 2000년 본격화되어 다시 이슈화 되고 있다. 최근 네트워크를 비롯한 IT 기술의 발전으로 개발 속도가 빨라지고 있고, 재료 회사, 장비 회사 및 PCB 제조 업체 등이 컨소시엄을 구성해 개발 진행 중(죠지아 공대, 코넬대 등을 중심으로 관련 재료, 공정, 전기적 성능 측정, 신뢰성에 대한 연구가 본격화)

EMBEDDED PCB (PCB/SMT/PACKAGE/DIGITAL 용어 해설집, 2010)

 

임베디드 PCB의 상용화, 휴대폰 중심으로 빠르게 확산

부품을 내장한 임베디드 PCB가 소비자용 전자제품에 적용되기 시작했다. 모토로라는 이미 자사의 GSM 휴대폰에 임베디드 PCB를 사용하고 있다고 밝혔다. 이 기술을 이용하면 표면실장 보다 약 40% 보드 공간을 줄일 수 있다. 현재는 수동부품을 내장한 PCB 개발이 주류를 이루고 있지만 내년에는 IC를 내장한 PCB가 선보일 것으로 기대된다.

휴대형 전자제품 제조업체의 한 엔지니어는 “우리는 임베디드 PCB를 먼 미래의 기술이라고 여겨왔지만 이 기술을 현재 사용할 수만 있다면 우리는 분명 무언가를 해낼 수 있을 것”이라고 말한다.
최근 PCB(Printed Circuit Board) 내에 다양한 부품을 내장시키는 임베디드 PCB가 제조업체들의 제품개발로 새로운 전환점을 맞고 있다. 일본 CMK 신사업개발실에서 패키지 기판 영업부를 맡고 있는 노부유키 카게야마(Nobuyuki Kageyama) 이사는 “부품 내장 기술이 떠오르면서 관련업계의 선두다툼도 더욱 치열해지고 있다.”고 밝혔다.
부품을 내장시키는 기술은 이미 상당한 수준에 올라서 장비 제조업체들이 실제 샘플을 평가할 수 있는 단계에 이르렀다. 일본의 DT 서킷 테크놀로지(DT Circuit Technology)는 관심을 보인 제조업체들에게 부품이 내장된 샘플 PCB를 보냈고 또 다른 일본기업인 클로버 전자(Clover Electronics)는 늦어도 2/4분기 중으로 샘플을 출시할 예정이다. 다른 PCB 제조업체들도 시제품 개발을 완료하고 2003년이나 2004년에 샘플을 선보일 계획이다.
임베디드 PCB에 대한 산업계의 관심이 증대됨에 따라 표준화 작업도 급류를 타기 시작했다. 일본에서는 JEITA(Japan Electronics and Information Technology Industries Association)가 지난 1월부터 임베디드 부품의 크기 등 여러 사양에 대한 표준화 작업을 시작했다.
미국의 NIST (National Institute of Standards and Technology)는 이보다 훨씬 전인1999년부터 ‘Advanced Embedded Passive Technology’ 프로젝트를 추진, 제품 상용화를 위해 관련업계와 협력하고 있다. 마이크로 재료 및 전자기술 관련 시장개발 전문가인 듀퐁의 토모아키 호우죠지(Tomoaki Houzouji)는 “재료에 대한 평가와 방법은 2003년에 완성될 것이며, 그 결과는 투명하게 공개될 것”이라고 밝혔다.

부품 내장
IC와 패키지는 각각 SoC(System-on-Chip)와 SiP(System-in-Package)의 형태로 여러 부품과 기능을 하나의 유닛에 통합한다. 하지만 부품 내장형 PCB는 개발 시간도 매우 짧고 서로 다른 모델을 위한 다양한 기능을 구현하기 쉬우며, 제품 사양의 잦은 변경에 따른 부품수요에 간단히 대응할 수 있다.
현재 표면실장되는 IC와 수동부품을 보드 내부에 내장시킬 수 있다면 보드의 표면적을 줄일 수 있다. 그렇게 되면 기존의 SMT(Surface-Mount Technology)에 비해 설계의 유연성을 높이고 부품 사이의 트레이스 길이를 최적화하여 고주파수 반응과 다른 특성을 향상시킬 수 있다.
이미 시장에는 임베디드 부품을 이용한 몇몇 LTCC(Low-Temperature Cofired Ceramic) 보드가 출시되었지만 무겁고 부러지기 쉬우며, 큰 보드로 사용하기 어렵고 고온 처리가 필요해 IC를 내장할 수 없어 고전하고 있다.
일본 도시바 디지털 미디어 네트워크사 산하 디지털 미디어 개발센터의 패키징 기술개발센터 그룹1을 맡고 있는 쿠니아키 타카하시(Kuniaki Takahashi) 수석위원은 “LTCC 보드는 제한된 기능을 갖는 제한된 개수의 모듈에만 사용될 수 있으며, 단순히 다른 형태의 부품으로만 인식되고 있다.”고 말한다.
현재 합성수지로 제조된 PCB 내부에 부품을 내장하기 위한 기술이 개발되고 있다. 합성수지는 LTCC 보드와는 달리 보드 크기에 제한이 없으며, IC 내장도 가능하다. 임베디드 부품을 이용한 PCB는 다른 장비의 마더보드로도 사용할 수 있다.

선두에 나선 모토로라
최근까지 업계에서는 SMT 기술의 진보를 통해 부품을 내장하지 않고도 장비크기를 최소화할 수 있다고 믿었고 부품 내장형 PCB는 먼 미래의 기술일 뿐이라고 생각했다. 미국에서는 서버와 같이 개발비가 많이 투자되는 개발분야에서 부품 내장형 PCB가 사용되고 있지만 가격이 너무 높아 소비자용 전자제품에는 이용할 수 없었다.
예를 들어 미국의 샌미나-SCI(Sanmina-SCI)는 구리층 사이에 커패시터 필름(유전체 시트)을 넣은 ‘매설 커패시턴스’를 사용하여 PCB를 제조, 판매했다. 커패시터 필름은 두께가 50μm밖에 되지 않으며, 보드는 주로 바이패스 커패시터로 사용된다. 일본에서 이 제품을 판매하는 일본 SIC에 의하면 가격은 기존 보드에 비해 약 20% 정도 높다고 한다.
하지만 모토로라가 제품 선적을 시작하면서 상황은 급변했다. 모토로라는 지난 2002년 3월 개최된 ‘IPC 프린티드 서킷 엑스포 2002’의 기술 회의에서 ‘RF 애플리케이션에 임베디드 수동부품 기술 구현’이라는 논문 발표를 통해 휴대폰의 RF 모듈에 부품 내장형 PCB를 사용했음을 공개적으로 밝혔다.(그림 1) 이 보드는 1999년 4/4분기부터 적용되었으며, 지금까지 수천만 개의 제품이 선적된 것으로 보고됐다.
이 발표는 많은 패키징 관련 엔지니어들에게 지대한 영향을 미쳤다. 특성 및 가격과 같이 풀리지 않은 많은 문제를 내포하고 있는 것으로 생각됐던 부품 내장형 PCB를 이용해 간단하고 실용적인 애플리케이션 설계가 가능함을 보여줬기 때문이다.
모토로라의 발표에서는 문제 해결을 위한 실질적인 방법이 존재한다는 것을 보여주었으며, 2002년부터 장비와 보드 제조업체들로부터 많은 주문이 쏟아졌다. 현재 많은 장비 제조업체들과 PCB 제조업체들이 개발에 참여하고 있으며, 실제 장비에 이 기술이 채택될 것으로 예상하고 있다.

40%의 보드공간 절감
모토로라는 이 기술이 보다 강력한 경쟁력을 가질 것으로 예상하고 기존의 SMT 대신 임베디드 PCB를 채택한 첫번째 업체였다. 실제 부품 내장형 보드는 많은 장점을 제공한다. 이 기술을 이용하면 보드의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 RF 특성을 향상시킬 수 있고 개발 시간을 줄이며, 장비의 성능도 높일 수 있다.(그림 2)
장비 제조업체들은 특히 보드의 크기를 줄일 수 있다는 점에 관심을 보인다. 한 휴대용 오디오 플레이어 설계 엔지니어는 “우리는 기획부에서 어떤 종류의 제품을 구상하고 있는지 알 수 없다. 우리는 스마트 카드에도 적용할 수 있는 작고 평평한 보드가 필요한 제품에 적합한 부품 내장형 PCB에 많은 관심을 갖고 있다.”고 말했다. PDA(Personal Digital Assistants)를 개발중인 다른 엔지니어는 “기존 SMT는 이미 한계에 도달했다. 이제 우리에게는 새로운 종류의 장비를 개발할 수 있는 새로운 기술이 필요하다.”고 지적했다.
모토로라는 휴대폰용으로 개발된 임베디드 부품을 이용한 자사의 PCB 시제품이 기존 SMT를 이용한 보드에 비해 크기가 40% 작다고 말한다. 일본 마쯔시타 전기의 한 관계자도 특정 애플리케이션의 경우 보드의 크기를 최대 75%까지 줄일 수 있다고 말한다. 하지만 마쯔시타 디바이스 개발센터 내 패키징 기술그룹의 야스히로 수가야(Yasuhiro Sugaya) 엔지니어에 따르면 휴대폰의 경우 최신 기술을 사용하더라도 50%가 한계라고 한다.
보드크기를 줄일 수 있으면 작은 보드를 추가해 빈 영역을 다른 기능을 구현하는 데 사용할 수 있기 때문에 설계의 자유도가 높아진다. 장비의 외관도 상당히 변화시킬 수 있다. 예를 들면 목걸이나 팔찌 모양과 같은 착용형 장비를 개발하기가 훨씬 쉬워질 수 있다.(그림 3)
1999년부터 2년마다 출판되는 JEITA 패키징 기술 로드맵에도 임베디드 부품을 이용한 PCB가 소개되어 있다. 1999년의 초판에서는 이 기술이 키워드로 소개되어 있으며, 2001년 판에는 구체적인 내용이 기술되어 있다. 2003년 판에는 실제 애플리케이션에 영향을 미칠 수 있는 많은 문제들이 조사, 토의되었다.
장비 워킹그룹의 회원이자 이 로드맵 작성에 참여한 도시바의 타카하시는 JEITA가 장비 제조업체에 보낸 질의서에 대한 한 응답내용을 소개하면서 “가격이 충분히 낮아진다면 2006년에는 이 기술이 사용될 것이며, 그 시간이 더 빨라진다면 그에 따라 계획을 수정할 것”이라고 말했다.

1달러 이상의 비용 절감
임베디드 부품을 이용한 PCB는 제조비용과 설계부담의 감소와 같은 장점도 제공할 것이다. 비용절감 부분은 이미 실제 모토로라의 제품에서 입증되었다.
기존의 휴대폰은 RF 모듈에 내장된 부품을 이용한 LTCC를 사용하여 설계되었지만 이 부분은 임베디드 부품을 이용한 PCB로 대체되었다. 모토로라는 이 같은 방법으로 전체 제조비용 중 1달러 이상을 줄였다고 말한다. 결과적으로 모토로라는 2년 내에 기술개발 비용을 회수할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
마쯔시타 전기는 표면실장 보드를 부품 내장형 PCB로 대체하면 설계 부담을 줄일 수 있다고 말한다. SMT를 이용한 AV(Audio-Visual) 제품의 경우 시제품으로 원하는 동작을 수행할 수 있을 때까지 부품 배치 및 배선에 소요되는 상당한 시간을 낭비하면서 몇 번이고 반복해야만 했다.
부품 내장형 PCB를 이용해 같은 회로의 시제품을 만들면 모든 기능을 첫번째 제품에서 제대로 동작시킬 수 있다. 차이는 후자의 경우 트레이스 길이를 줄여 노이즈를 줄일 수 있다는 것이다. 마찬가지로 패키지의 보드에 실장된 IC가 하나의 칩처럼 보드 내부에 내장될 수 있다면 마이크로프로세서와 메모리 사이의 와이어 길이가 10% 이하로 줄어들 수 있다.
기존의 보드는 표면 영역이 50mm2지만 새로운 기술에서는 이를 12mm2로 줄일 수 있다. 와이어 길이를 줄일 수 있으면 커패시턴스와 같은 특성 값이 좋지 못한 부품으로도 제품의 사양을 충족시킬 수 있다. 값싼 부품을 사용하고 개수를 줄이면 제품 가격을 낮출 수 있다.
보드의 노이즈를 줄이면 장비 특성을 향상시킬 수 있다. 일본 카시오 컴퓨터(Casio Computer) 개발센터의 마사미 유야마(Masami Yuyama) 매니저는 “예를 들어 디지털 카메라에서 커패시터를 IC 바로 밑에 놓으면 노이즈와 화질을 높일 수 있다.”고 말한다. 컴팩트 디지털 카메라는 보통 멀티칩 패키지와 모듈을 사용하기 때문에 디바이스 커패시터를 IC 바로 아래 놓기가 어렵다.

다중 임베디드 기술
현재 PCB에 부품을 내장하기 위한 많은 기술들이 개발되고 있다. 각각의 방법은 나름대로의 장단점을 갖고 있으며, 서로 다른 상용화 계획을 가지고 있다. 업체들은 결정을 내리기 전에 가능한 기술들의 모든 특성을 꼼꼼히 따져 보아야 할 것이다.
수동부품과 IC는 대부분 내장되고 있는 추세다.(그림 4) 수동부품의 경우 개발이 상당한 수준으로 진행된 상태며, 샘플도 제조되었다. 임베디드 IC를 이용한 보드는 2003년 하반기까지는 기다려야 할 것으로 보인다. 가장 중요한 문제는 이 기술을 이용하면 작은 보드에 IC를 내장할 수 있지만 테스트와 검증 방법이 아직 확정되어 있지 않다는 것이다.
기술이 실제 애플리케이션에 가깝게 개발되면서 부품 내장형 보드의 역할은 기능을 구현하는 모듈에서 디바이스의 메인보드로 바뀌고 있다. 현재 메인보드에 임베디드 부품을 이용해 모듈을 실장하고 있는 모토로라도 마찬가지이다. 모토로라 종합기술개발센터의 아룬 턴게어(Aroon Tungare) 매니저는 “모듈과 메인보드의 차이는 사라지게 될 것이며, 2004년 말이나 2005년까지 휴대폰의 메인보드에도 임베디드 부품이 이용될 것”이라고 전망했다.

수동부품을 내장하는 3가지 방법
일반적으로 수동부품을 내장시키기 위해서는 (1) 기존의 수동부품 내장 (2) 특별하게 제작된 얇은 수동부품 내장 (3) 인쇄나 다른 공정으로 필름 디바이스를 제작하는 3가지 방법이 사용된다.
기존 수동부품을 내장하는 방법(1)의 경우 처리할 수 있는 부품 종류에 대한 제약은 없으며, 장비 제조업체들은 자신이 원하는 저항이나 커패시턴스를 얻을 수 있다.
기존의 부품을 사용하기 때문에 기존의 제조 장비도 이용할 수 있다. 한 가지 단점은 보드가 선택된 부품을 수용할 수 있도록 두꺼워진다는 점이다. 또한 부품을 부착하기 위해 보드에 구멍을 뚫는 등의 표면실장 공정 이외에 부품 내장을 위한 별도의 공정이 추가되기 때문에 비용을 절감하기가 어려워진다.
특별히 제작된 얇은 부품을 이용하는 두번째 방법은 두께를 100μm 이하로 줄일 수 있기 때문에 첫번째 방법에 비해 보드의 두께를 대폭 줄일 수 있다. 이렇게 얇은 부품에 보드 레이어를 덮으면 보드에 구멍을 뚫을 필요가 없어진다. 같은 두께를 갖는 방법(3)에 비해 이 방법이 갖는 장점은 패키지 전에 결함이 있는 부품을 골라낼 수 있다는 것이다. 하지만 어떤 경우에도 이 방법을 이용하려면 부품 패키지 단계가 반드시 필요하다.
인쇄 과정을 통해 필름 디바이스를 형성하는 세번째 방법을 이용하면 필름 디바이스를 한번에 만들 수 있기 때문에 패키지 공정 개수와 비용을 줄일 수 있다. 본딩 안정성이 향상되어 솔더 본드의 개수가 줄어 제품이 가벼워지며, 환경 부담도 줄일 수 있다.
일본 후지쯔 인터커넥트 테크놀로지스의 영업개발그룹을 맡고 있는 케이지 아라이(Keiji Arai) 그룹 매니저는 “장비가 가벼워지면서 허용가능한 회로 보드도 줄어들고 있으며, 솔더의 양은 합성수지에 비해 특히 무겁기 때문에 솔더의 양을 줄이는 것은 매우 중요하다.”고 설명한다. 아사히 케미컬 리서치 랩(Asahi Chemical Research Laboratory)의 이사오 모루카(Isao Morooka) 디렉터도 “모든 사람들이 무연 기술에 관심을 갖고 있지만 솔더가 없는 제품도 가능하다.”고 덧붙였다.
DT 서킷 테크놀로지 기술부의 슈지 사가라(Shuji Sagara) 이사는 많은 제조업체들이 궁극적으로 임베디드 필름 디바이스를 추구할 것이라고 지적한다. 하지만 현재 이 같은 필름 디바이스에는 몇 가지 특성 제한이 있어 임베디드 부품 사용에 제한이 되고 있다. 별도의 처리를 하면 특성을 보다 향상시킬 수 있지만 그렇게 되면 비용이 증가한다.

보다 얇은 수동부품
기존의 수동부품을 내장한 보드의 샘플 선적은 이미 시작되었다.(표 1) DT 서킷 테크놀로지의 경우 장비 제조업체의 수요를 충족시킬 수 있는 2개의 임베디드 커패시터와 1개의 임베디드 저항을 이용한 보드 시제품을 만들었다. 이것은 원래 휴대폰 내의 오실레이터용 보드로 제작되었지만 아직 양산되지는 않고 있다.
현재 DT 서킷 테크놀로지는 SAW (Surface Acoustic Wave) 필터와 다른 기능, 수동부품을 포함한 보드를 준비하고 있다. 임베디드 부품을 이용한 보드의 경우 매달 약 100,000 개의 생산 수준으로도 이익을 얻을 수 있을 것으로 DT는 추산하고 있다. 결과적으로 임베디드 PCB는 보다 작은 크기와 빠른 출시, 저렴한 가격을 필요로 하는 자동차와 의료기기, 측정장비 등 이와 비슷한 제품에서 수요를 창출할 것으로 예상된다.
많은 제조업체들은 기존 수동부품 내장 접근법의 주요 단점을 제거한 얇은 수동부품 샘플도 제작하고 있다. 한 PCB 제조업체가 지적한 대로 ‘가격이 더욱 높아지더라도’ 이 같은 새로운 설계가 시장에서 자리를 쉽게 빼앗기지는 않을 것이다.
이러한 얇은 수동부품을 PCB에 내장하는 기술을 개발하는 업체 중 하나인 일본의 후지쓰 인터커넥트 테크놀로지스는 자체적으로 얇은 부품을 개발하고 있다. 이 부품은 50μm 두께로 10kW의 저항과 400pF/mm2의 커패시터를 이용한 시트 레지스터이다.
후지쓰는 일본의 마쯔시타 전기 컴포넌츠와 협력하여 ALIVH(Any Layer Interstitial Via Holes)라는 배치 다중계층 보드 기술을 지난 1월에 발표했다. 얇은 부품은 각 보드 계층에 놓이고 모든 부품은 하나의 공정으로 한번에 내장된다. 후지쓰의 PCB 보드 계층 두께는 60에서 100μm 사이이며, 구리 연결선의 두께는 약 18에서 35μm이다. 얇은 수동부품 계층의 전체 목표 두께는 50μm 이하이다.
유전체의 강도는 아직 너무 낮아서 상업적으로 사용할 수 없다. 엔지니어들은 이것을 최소 16V까지 올리고자 하지만 유전체의 강도가 높아지면 부품의 특성이 떨어지게 된다. 몇몇 제조업체들은 2004년에 장비에 이 보드를 사용할 계획이며, 따라서 얇은 수동부품을 내장시키기 위한 기술 개발도 2003년 가을에는 완성될 예정이다.

필름 디바이스를 이용한 비용 절감
인쇄나 다른 공정을 이용해 형성된 필름 디바이스는 이미 실용 제품에 사용되고 있다. 모토로라는 이 방법을 사용해 자사의 휴대폰을 제조했으며, 일본의 아이비든(Ibiden)과 대만의 한 업체, 유럽의 한 업체에 라이센스를 제공하고 있다.
유럽의 업체는 모토로라의 휴대폰 뿐만 아니라 다른 벤더의 장비용 부품 내장형 보드도 제작하고 있다고 한다. 듀퐁과 협력하고 있는 클로버 전자도 2003년 봄에 임베디드 레지스터를 이용한 샘플 보드를 선적할 예정이다.
카시오의 유야마에 의하면 장비 제조업체들은 최대 1MW의 수동 저항과 최대 0.01mF의 커패시턴스를 원한다고 한다. 모토로라의 기술은 저항에 대한 수요는 충족시키고 있지만 커패시터는 가장 큰 것이 500pF 밖에 되지 않는다. 모토로라는 부품 내장형 보드에 아사히 케미컬 리서치 랩의 레지스터와 스위스 반티코(Vantico)의 커패시터를 사용하고 있다.
필름 디바이스의 특성은 2년 내에 대부분의 장비 제조업체 수요를 충족시킬 수 있을 정도로 발전할 것이다. 모토로라에서는 2005년을 목표로 0.01에서 0.1mF의 캐패시턴스를 갖는 새로운 커패시터를 개발하고 있다. 필름 디바이스로 구현할 수 있는 특성이 다양해지면 내장시킬 수 있는 수동부품도 늘어나고 제조 비용을 더욱 낮출 수 있다.

임베디드 IC의 기술 장벽 해소
IC는 2003년 말이나 2004년부터 내장될 것이다. 일본의 카시오 컴퓨터와 마쯔시타 전기, 소니를 포함한 여러 업체들이 개발을 진행하고 있다.
카시오 컴퓨터와 CMK는 공동으로 400μm 두께의 IC를 내장한 600μm 두께의 보드 시제품을 제작했으며, 2003년 말에는 장비에 이것을 사용할 예정이다. 목표는 기존 컴팩트 기어에 사용되는 다양한 모듈을 대체하는 것이다.
예를 들어 카시오 컴퓨터의 EXLIM 디지털 카메라는 2mm 두께로 4개의 IC가 집적된 MCM(Multi-Chip Module)을 사용하여 케이스 두께를 11mm로 줄였다.(그림 5) MCM의 크기는 21mm2이다. 현재 개발중인 보드에서는 1mm 두께로 만들 수 있도록 IC를 내장하여 보다 얇은 디지털 카메라를 준비하고 있다.
두 업체는 임베디드 IC와 관련된 많은 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 보통 임베디드 IC는 베어칩이기 때문에 임베디드 이전에 테스트가 쉽지 않고 보드 제작에 클린룸이 필요하다. 두 업체는 웨이퍼 레벨의 CSP(Chip-Scale Package)로 패키징해 이러한 문제를 해결했다. 웨이퍼 레벨 CSP 핀은 테스트가 가능하며, 칩이 밀봉되기 때문에 클린룸이 필요없다.
일본의 마쯔시타 전기와 덴소(Denso)는 각각 같은 보드에 IC와 수동부품을 내장하기 위한 기술을 개발하고 있다. 마쯔시타 전기는 2004년 자사의 제품에 이 보드를 사용할 계획이며, 2006년에는 얇은 수동부품과 필름 디바이스, 얇은 IC를 내장할 예정이다. 실제 기능을 내장하기 위한 테스트는 이미 시작되었다.

시행착오
하지만 임베디드 부품의 잠재력을 완전히 구현하기 위해서는 상당한 시행착오를 겪어야 할 것이다. 대부분의 경우 SMT 보드의 노하우는 적용되지 못하고 새로운 문제들이 발생하여 장비 제조업체들과 보드 제조업체들이 함께 해결해야 한다. 예를 들어 두 그룹 사이의 협력 관계도 분명하게 정의되어야 하며, 설계와 테스트 방법도 수립되어야 한다.
PCB 용으로 개발된 다양한 EDA (Electric Design Automation) 툴은 임베디드 부품에서 애플리케이션을 찾고 있지만 어떤 제품도 최적의 부품 레이아웃을 결정하는 것과 같은 기능을 제공하지 못한다. 마쯔시타 전기는 임베디드 기술 뿐만 아니라 보드 설계 및 테스트에도 관심을 기울이고 있으며, 이를 위해 설계 툴을 위한 기본 데이터를 수집하고 있다.
글/모토노부 카와이(Motonobu Kawai)

웹사이트:
Asahi Chemical Research Laboratory: www.asahi-kagaku.co.jp
Casio Computer: world.casio.com
CMK: www.cmk-corp.com
DT Circuit Technology: www.dtct.co.jp
Fujitsu Interconnect Technologies: www.fict.fujitsu.com (일본어만 제공)
Japan Electronics and Information Technology Industries Association: www.jeita.or.jp
Matsushita Electric Industrial: www.panasonic.co.jp
Motorola: www.motorola.com
National Institute of Standards and
Technology: www.nist.gov
Sanmina-SCI: www.sci.com
Toshiba: www.toshiba.co.jp

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