HDI PCB에 대한 포괄적인 가이드: 설계, 장점 및 응용 프로그램

고밀도 상호 연결(HDI) 인쇄 회로 기판(PCB)은 기존 PCB보다 단위 면적당 배선 밀도가 높은 회로 기판입니다. HDI PCB는 더 조밀한 상호 연결 및 구성 요소, 더 미세한 선 및 공간, 더 높은 연결 패드 밀도를 가지고 있습니다. 또한 더 작은 비아 및 트레이스와 더 높은 레이어 수를 가지고 있습니다. 단일 HDI 보드는 이전에 장치에서 사용된 여러 보드의 기능을 수용할 수 있습니다. HDI PCB는 고층 및 고가의 적층 보드에 선호되는 선택입니다. HDI PCB는 일반적인 회로 기판과 다른 제조 및 조립 공정이 필요합니다. 이러한 회로 기판은 더 높은 제조 비용 , 더 어려운 설계, 더 복잡한 재작업 및 수리, 제조 가능성 문제가 있습니다.

HDI PCB 설계 팁

1- 프로세스 복잡성을 최소화하기 위해 비아 유형을 선택하십시오.

적절한 유형의 비아를 선택하는 것은 필수 장비, 제조 단계, 처리 시간 및 추가 비용을 결정하기 때문에 매우 중요합니다. 마이크로 비아, 블라인드 비아 또는 묻힌 비아를 선택하면 레이어 수와 재료 비용을 줄일 수 있습니다. 그러나 스루홀 비아, 도그본 비아 또는 비아인패드 비아 중에서 선택하면 전체 프로세스 복잡성에 영향을 미칩니다.

2- HDI 애플리케이션을 위한 최소 구성 요소 수를 선택하세요

구성 요소 선택은 항상 필수적이지만, 특히 HDI 보드의 경우 더욱 중요합니다. HDI 설계를 위해 선택한 구성 요소는 라우팅 폭, 배치, 유형 및 드릴 구멍의 크기, 그리고 전반적인 스택업을 결정합니다. 성능이 여전히 가장 중요한 관심사이지만, 패키징, 추적성 및 가용성도 고려해야 합니다. 구성 요소를 교체하거나 레이아웃을 재설계하면 제조 시간과 재료 비용이 크게 증가할 수 있습니다.

3- 부품을 배치할 때 응력과 EMI를 최소화합니다.

비대칭 비아 배치는 불균일한 응력과 회로 기판의 잠재적인 휘어짐을 유발하여 수율을 감소시킬 수 있습니다. 밀집된 구성 요소 간격과 고전력 신호는 EMI를 유발하여 신호 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 근처 핀이나 패드의 기생 커패시턴스나 인덕턴스도 신호 무결성에 영향을 미쳐 설계 단계에서 EMI 모델링이 필수적입니다.

4- 라우팅 최적화를 통해 신호 무결성 문제 최소화

HDI의 주요 장점은 신호 전파를 위해 더 좁은 트레이스를 사용하여 크기를 줄일 수 있다는 것입니다. 그러나 트레이스 폭은 최적의 신호 무결성을 보장하도록 설계해야 하며, 여기에는 가능한 가장 짧은 트레이스 길이, 일관된 임피던스 경로, 적절한 접지 평면, 디지털, 아날로그 및 전력 신호의 적절한 격리가 포함됩니다.

5- 재료 비용을 최소화하기 위해 스택업을 선택하세요

비아 선택 외에도 PCB 스택업 선택은 HDI PCB 전자 제품의 제조 비용에 상당한 영향을 미칩니다. 재료 유형과 층 수는 필요한 적층 및 드릴링 주기에 직접적인 영향을 미칩니다. 비용은 이러한 결정을 내릴 때 결정적인 요소 중 하나가 되어야 합니다.

HDI PCB의 장점

향상된 신뢰성: 마이크로비아는 종횡비가 작기 때문에 일반적인 관통홀 비아에 비해 더 나은 신뢰성을 제공합니다. 마이크로비아는 관통홀보다 더 견고하고 우수한 소재와 구성 요소를 사용하여 HDI(고밀도 상호 연결) ​​기술에 대한 뛰어난 성능을 제공합니다.

향상된 신호 무결성: HDI 기술은 via-in-pad 및 blind-via 기술을 통합합니다. 이러한 기술은 구성 요소를 서로 더 가깝게 만들어 신호 경로의 길이를 줄이는 데 도움이 됩니다. HDI 기술은 관통 구멍으로 인한 스터브를 제거하여 신호 반사를 줄이고 신호 품질을 개선합니다. 따라서 신호 경로가 짧을수록 신호 무결성이 크게 향상됩니다.

비용 효율성: 적절한 계획을 통해 HDI 기술은 표준 PCB에 비해 전체 비용을 줄일 수 있습니다. 이는 더 적은 레이어, 더 작은 치수, 더 적은 PCB가 필요하기 때문입니다.

컴팩트한 디자인: 블라인드 비아와 묻힌 비아의 조합으로 회로 기판의 공간 요구 사항이 줄어듭니다.

전반적으로 HDI 기술을 사용함으로써 설계자는 이제 원시 PCB의 양쪽에 더 많은 구성 요소를 배치할 수 있는 옵션이 생겼습니다. 패드 및 블라인드 비아 기술을 포함한 여러 비아 프로세스를 통해 설계자는 더 작은 구성 요소를 더욱 가까이 배치할 수 있는 PCB 공간을 더 많이 확보할 수 있습니다. 구성 요소 크기와 피치가 감소하여 더 작은 지오메트리에서 더 많은 I/O를 사용할 수 있습니다. 즉, 신호 전송이 더 빨라지고 신호 손실과 교차 지연이 상당히 줄어듭니다.

HDI PCB의 다양한 유형의 비아

비아는 HDI PCB의 여러 층을 연결하는 작은 전도성 구멍으로, 신호가 그 사이를 통과할 수 있도록 합니다. HDI PCB에 사용되는 비아에는 네 가지 유형이 있습니다.

● 관통홀 비아: 이 비아는 PCB의 상단에서 하단 레이어까지 확장됩니다.

● 블라인드 비아: 이 비아는 PCB의 내부 레이어를 표면 레이어에 연결합니다.

● 매립형 비아: 이 비아는 PCB의 두 개의 내부 레이어를 연결합니다.

● 마이크로비아: 이 비아는 스루홀 비아보다 작으며 종종 HDI PCB에서 보드 크기를 늘리지 않고 여러 층을 연결하는 데 사용됩니다.

HDI PCB 재료 선택

재료의 선택과 구조는 HDI(High-Density Interconnect) PCB의 설계 및 제조에 핵심적입니다. HDI 상호연결을 설계하는 과정에는 유리 강화 유전체 재료를 지정하는 것과 관련된 잠재적인 과제에 대한 이해가 필요 합니다.

● 구리 클래드 라미네이트(CCL): 구리 클래드 라미네이트 재료는 경화된(C-단계) 유전체의 한 면 또는 양면에 구리 호일을 적층하는 것을 포함합니다. 단단한 CCL은 FR4, FR-5 또는 특정 PTFE 유형으로 분류될 수 있습니다. 일반적인 응용 프로그램은 구리 클래드가 외부 층으로 사용되고 C-단계가 하위 복합재에 접합되는 단일 면 클래드 라미네이트 재료를 사용합니다.

● 수지 코팅 구리(RCC): 수지 코팅 구리 재료는 수지 유전체 재료로 코팅된 구리 호일로 구성되며, 이는 하위 복합재에 직접 접합될 수 있습니다. 이들은 습한 환경에서 가공성이 있거나 없는 것으로 구별됩니다. 습하지 않은 가공 가능한 코팅 구리 재료의 경우, 마이크로비아는 플라즈마 또는 레이저 드릴링 기술을 사용하여 생성됩니다.

● PP(프리프레그): 종종 B-스테이지, 본딩 시트 또는 간단히 프리프레그라고 불리는 프리프레그는 수지로 함침된 유리 섬유 패브릭으로 구성되어 있습니다. 프리프레그 코팅 작업 중에 수지는 경화되지 않고 부분적으로 경화됩니다. 프레스 공정에서 PCB 스택업의 가열 단계 중에 PP의 수지는 흐르고, 접착되고, PCB 코어를 구리 호일 또는 다른 재료와 결합합니다.

HDI PCB의 설계 고려 사항

HDI PCB 생산에 관련된 프로세스는 다른 PCB 유형에서 사용되는 프로세스와 종종 다릅니다. HDI 보드 생산에 대해 알아야 할 사항과 생산 프로세스 전반에 걸쳐 염두에 두어야 할 몇 가지 설계 고려 사항은 다음과 같습니다.

순차적 적층: 적층 공정에서 PCB 코어 또는 코어는 열과 압력을 가함으로써 구리와 결합되고, 다층 PCB의 경우 프리프레그 층도 결합됩니다. 필요한 열과 압력의 양은 보드마다 다릅니다. 적층 단계가 완료되면 PCB 제조업체는 비아를 드릴링합니다. 다른 유형의 PCB와 달리 HDI 보드는 이 공정을 여러 번 거칩니다. 이러한 순차적 적층은 드릴링 중에 이동 및 파손을 방지하는 데 도움이 됩니다.

비아 필 유형: 비아 필 유형은 항상 귀하의 특정 애플리케이션 및 PCB 요구 사항과 일치해야 합니다. 우리가 정기적으로 작업하는 비아 필 재료에는 전기화학 도금, 은 충전, 구리 충전, 전도성 에폭시 및 비전도성 에폭시가 포함됩니다 . 가장 일반적인 비아 필 유형은 비전도성 에폭시입니다.

비아인패드 공정: 비아인패드 생산 공정을 통해 비아를 도금하고 다양한 충전 유형 중 하나로 채우고 캡핑한 다음 마지막으로 도금하여 PCB의 플랫 랜드 표면에 비아를 배치할 수 있습니다. 비아인패드는 일반적으로 특수 장비와 숙련된 기술자가 필요한 10~12단계 공정입니다.

레이저 드릴 기술: 모든 층 HDI 설계는 종종 레이저 마이크로비아를 필요로 하며, 최대 20마이크론 직경의 레이저를 생성할 수 있는 레이저 드릴을 사용하여 금속과 유리를 정밀 절단하여 미세하지만 깨끗한 구멍을 만듭니다. 유전율이 낮은 균일한 유리와 같은 재료를 사용하면 구멍 치수를 더욱 줄일 수 있습니다.

HDI PCB 제조 공정

HDI PCB의 설계는 성공적인 제조에 매우 중요합니다. HDI PCB 설계는 다음 요소를 신중하게 고려해야 합니다.

● 선 폭 및 간격: HDI PCB는 일반적으로 1밀 이하의 선 폭과 간격을 갖습니다. 이를 위해서는 트레이스가 적절하게 형성되고 트레이스 사이에 전기 간섭이 없는지 확인하기 위해 정밀한 설계 및 제조 기술이 필요합니다.

● 비아 크기 및 배치: HDI PCB는 종종 마이크로비아를 사용합니다. 마이크로비아는 직경이 6밀 이하인 비아입니다. 마이크로비아는 기존 비아보다 드릴링 및 도금이 더 어렵기 때문에 PCB에 조심스럽게 배치해야 합니다.

● 스택업: HDI PCB는 종종 여러 층의 구리와 유전체로 복잡한 스택업을 갖습니다. 스택업은 PCB가 전기적, 기계적으로 건전하도록 신중하게 설계해야 합니다.

PCB 제조 공정 에 대한 전체 기사는 여기에서 볼 수 있습니다.

비용 효율적인 HDI

일부 소비자 제품은 크기가 줄어들지만, 품질은 가격 다음으로 소비자에게 가장 중요한 요소입니다. 설계 중에 HDI 기술을 사용하면 8층 스루홀 PCB를 4층 HDI 마이크로비아 기술로 패킹된 PCB로 줄일 수 있습니다 . 잘 설계된 HDI 4 층 PCB의 배선 기능은 표준 8층 PCB와 동일하거나 더 나은 기능을 달성할 수 있습니다. 마이크로비아 공정은 HDI PCB의 비용을 증가시키지만, 적절한 설계와 층 수 감소는 재료 제곱인치 비용과 층 수를 훨씬 더 크게 줄입니다.

HDI PCB 비용을 효과적으로 관리하려면 다음 요소를 고려하세요.

1) 비아와 홀: 더 작은 비아는 더 정밀해야 하며 비용이 더 많이 듭니다. 비아가 많을수록 비용도 증가합니다.

2) 스택업과 계층: 복잡한 스택 업과 계층이 추가되면 비용이 증가합니다. 가장 효율적인 숫자를 목표로 하세요.

3) 재료: 핵심 재료(FR4, 금속 등)와 표면 마감재(ENIG 등)의 선택은 비용에 영향을 미칩니다.

4) 적층: 적층 수가 많을수록 성능은 향상되지만 비용과 처리 시간이 늘어납니다.

5) 적층형 대 계단형: 적층형 비아는 추가 재료와 필요한 시간으로 인해 비용이 더 많이 듭니다.

6) 패드 크기: 비용 절감을 위해 패드 크기를 일찍 최적화하세요.

7) 처리 시간: 긴급 주문은 비용이 더 많이 들 수 있으니, 미리 계획을 세워 비용을 절감하세요.

8) 공급업체: 향후 비용을 피하기 위해 경쟁력 있는 가격으로 고품질 제품을 제공하는 공급업체를 선택하세요.

HDI PCB 산업 및 응용 분야

HDI 기술은 현대 전자 제품에 필수적이며, 성능을 저하시키지 않고 더 작고 비용 효율적인 장치를 구현할 수 있습니다. HDI PCB를 사용하는 주요 산업은 다음과 같습니다.

소비자용 전자 제품: HDI PCB는 스마트폰, 노트북, 웨어러블 기기, 스마트 홈 기기, IoT 기기에 사용되어 소형화되면서도 강력한 소비자 기술을 구현할 수 있습니다.

통신: 라우터, 스위치, 반도체와 같은 장치에 필수적인 HDI 보드는 전자 통신, 디지털 미디어, 네트워크 인프라를 지원합니다.

자동차 및 항공우주: HDI PCB는 자동차 및 항공기용 소형, 경량 구성 요소를 구현하여 WiFi, GPS, 카메라, 센서와 같은 기능을 지원하여 보다 효율적인 운영에 기여합니다.

의료 기기: HDI 기술은 고급 모니터링, 영상 및 수술 장비에 사용되며 성능을 향상시키고 기기 크기를 줄입니다.

산업용 애플리케이션: HDI 보드는 제조, 창고 및 산업 운영에서 IoT 장치와 스마트 센서에 전원을 공급하여 성능과 연결성을 최적화합니다.