직접제작 또는 외주?

RF 회로기판으로 널리 사용되는 Microstrip의 제작법은, Layout source를 이용하는 방법에 따라 print file이용법과 CAD file 이용법의 2가지로 분류할 수 있다. 이것은 결국 외주를 주어서 제작하느냐 직접 제작하느냐의 문제와 직결된다. 대부분의 학교/대학원에서는 자체적인 암실에서 제작하지만, 업체의 경우는 업우효율상 외주를 주는 경우가 많은 편이다. CAD file을 이용하여 외주제작을 주로 하는 개발자라 하더라도 Microstrip의 제작법을 알아둔다고 해서 손해볼 일은 없을 것이다. 여기서는 대량생산 장비말고, 실험실이나 연구실에서 sample이나 prototype을 제작할 때 사용하는 제작법을 중점으로 설명한다.

CAD file을 이용한 외주제작

RF circuit tool들은 기본적으로 혹은 옵션사항으로 2D CAD file로 export가 가능하다. 그중에서 가장 범용으로 쓰이는 것이라면 AutoCAD 기반의 DXF 파일과 rs274 기반의 gerber 파일이다.

AutoCAD는 업계 표준의 CAD tool로서 3D 기반의 DWG 파일과 2D 기반의 DXF파일을 주로 사용한다. 이중 Microstrip을 위해서는 DXF파일을 주로 사용한다. 현 단계에서는 AutoCAD R14버전의 파일이 주로 이용되고 있으나 파일 호환성문제로 R13이나 이전버전을 사용하려는 업체도 간혹 있으니 참고해야 한다. Rf tool에서는 Layout을 간단히 DXF로 export하면 된다.

Gerber는 그림파일에 가까운 DXF와 달리 철저하게 공정을 위한 파일이다. 그림형상 자체가 저장되는 것이 아니라, 기판 인쇄장비의 커터나 드릴 등이 어떤 위치에서 어떻게 동작해야 하는지를 기록되어 있다고 보면 된다. 이러한 Photo printer 등의 기판 인쇄장비에 gerber 파일을 입력시키면 자동화 공정으로 패턴은 물론 스루홀과 비아홀까지 작성해준다. 하지만 업계표준이라 불리우는 gerber도 내부적인 버전의 문제로 비호환적인 경우도 종종 발생하기 때문에, 각 업체가 가진 기판인쇄장비와의 호환성을 잘 고려해서 저장해야 한다. 만약 해당 RF tool에서 별도의 gerber 파일 control이 안된다면 gerber edit 전용 S/W등을 이용하여 장비에 맞게 내부 명령어들을 세팅해야 한다.

둘 다 일장일단이 있지만, 아직까진 몇가지 이유로 업계에서는 gerber쪽이 주로 응용되고 있는데, 이는 저주파 기반의 기판제조업자들의 장비가 gerber를 기준으로 하고 있기 때문이다. 고주파용 microstrip은 저주파전자회로보다 좀더 높의 정밀도가 요구되므로, 기계적인 인쇄장비보다는 에칭인쇄장비쪽에 더 적합하다고 볼 수 있다.

Print 도면을 이용한 에칭

많은 RF관련 대학원생들과 몇몇 업체들은 직접 제작을 선호하고 있다. 직접 제작할 수 있는 시스템을 갖추는 데는 그리 큰 비용이 들지 않으며, 신속하게 샘플을 만들어 볼 수 있기 때문이다. Microstrip 제작에는 전형적인 급속피막 에칭법이 주로 사용된다. 그러기 위해서는 Layout을 print하여 negative film으로 제작할 필요가 있다.

RF circuit tool은 기본적으로 자체적인 print utility를 가지고 있으며, 보통 Layout을 print할 때는 2~5배 이상의 배율로 찍는 것이 보통이다. 크게 인쇄한 후에는 현상소에서 negative film으로 인쇄할 때 역으로 배율을 줄여서 만들면 된다. 이렇게 만들어야 해상도가 좋아져서 더 정확한 회로 패턴을 에칭해낼 수 있다. 만약 Layout tool없이 만드려면 모눈종이 같은 곳에 확대하여 그린다음 현상소에 갖다주면 negative film 으로 만든다.

Layout을 프린트할 때는 보통 positive print, 즉 회로금속 패턴을 검게 칠해서 찍게 되는데, 굳이 내부를 검게 칠하지 않아도 되는 경우도 많다. 필름 현상소에 따라 outline pattern만으로도 negative film을 만들어주므로, 자주 가는 현상소에 확인해볼 필요가 있다. 대부분 레이저 프린터를 이용하여 print할텐데, 이렇게 outline만 인쇄하면 프린터토너를 크게 절약할 수 있다. 대부분의 Layout tool에는 print option에 outline만 찍는 기능이 있으므로 잘 찾아보기 바란다.

자동 에칭 장비를 이용한 제작

시중에보면 에칭을 어느정도 자동화 시켜줄 수 있는 장비들이 나와있다. 에칭과정 전체를 자동화하는 장비와 각 과정을 단계별로 따로따로 분리하여 자동화하는 장비로 나눌 수 있다. 그런데 이러한 자동화 에칭장비는 대량생산을 위한 고가의 상업용장비 말고도 비교적 저렴한 가격에 portable로 쉽게 사용할 수 있는 것들이 있다.

 에칭의 특성상, 숙련된 사람이 직접하는 편이 아무래도 정확도면에서 유리하긴 하다. 아무리 기계가 정교해도 사람의 눈이나 감각만큼은 못하기 때문이다. 그래서 위의 여러 단계별 자동화장비중에서 에칭기보다는 노광기같은 것이 더 많이 사용된다.

Portable 기판 제작기를 이용한 sample 제작

지저분한 에칭이 싫다면 기계로 깎아내는 방법이 있다. 시중에 나온 portable 기판 제작기를 사용하면 컴퓨터와의 인터페이스를 통해 완전자동으로 만들어낼 수 있다. 그러나 원래 이러한 장비는 저주파 전자회로에 더 적합하다고 할 수 있다. 초고주파 Microstrip을 만들기에는 정밀도가 약간 떨어지며, 무엇보다 에칭으로 만든 회로보다 금속의 경계면이 덜 깔끔하고 유전체에 패인자국이 많이 남기 때문이다. 대신에 모든 작업을 완전히 자동으로 할 수 있다는 점이 큰 매력이기 때문에, 적당한 고주파 회로 혹은 간단한 prototype 작업을 하는데 무리는 없다. 제품에 따라서는 레이저나 초정밀 드릴을 사용하여 고주파 회로 설계 전용으로 출시된 것이 있는데, RF에서 사용하려면 최소한 그런 전용 머신을 사용해야 할 것이다. 아래에는 시중에서 많이 사용되는 Quick circuit 제품과 LPKF 제품의 사진이다.

이 기계를 사용하기 전에 미리 알아두어야 할 것이라면, 자동화 기계라고 해서 제작시간이 그리 짧아지진 않는다. 물론 기계자체의 성능과 회로기판의 복잡도와 상관있지만, 경우에 따라서는 숙련자가 에칭하는 것보다 더 오랫동안 기계가 작업하는 경우도 있다. 그리고 대체로 소음이 상당히 심하며, 회로가 깎여나갈 때 금속쪼가리들이 연구실 내에 마구 날아다니지 않도록 공업용 진공청소기와 투명케이스 등을 잘 배치할 필요가 있다. 어쨌든 잘만 사용하면 사람손을 크게 덜 수 있는 유용한 장비임엔 틀림없다.

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