고밀도 인터커넥트(HDI) PCB 기술: 유형, 이점, 과제 및 응용 분야

HDI PCB 기술은 전자 설계를 혁신하여 더 작고 강력한 장치를 만들 수 있게 해줍니다. 이 기술을 통해 회로의 밀도를 높이고 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이 문서에서는 HDI PCB의 유형, 이점, 과제 및 응용 분야에 대해 살펴봅니다.

고밀도 인터커넥트(HDI) PCB 기술이란?

고밀도 인터커넥트(HDI) PCB 기술은 기존 PCB에 비해 단위 면적당 배선 밀도가 더 높은 인쇄 회로 기판 설계를 말합니다. 이 첨단 기술을 통해 회로 기판의 가용 공간 활용을 극대화하여 더욱 컴팩트하고 정교한 전자 장치를 만들 수 있습니다.

HDI PCB의 주요 특성

HDI PCB는 기존 PCB와 차별화되는 몇 가지 특징이 있습니다. HDI PCB는 100μm 이하의 선과 공백이 있어 전기 연결을 더 조밀하게 라우팅할 수 있습니다. 마이크로 비아는 레이저로 드릴링하여 레이어 간 연결을 만듭니다. 이러한 비아는 150μm보다 작고 직경이 400μm 미만인 캡처 패드를 지원합니다. HDI 보드의 연결 패드 밀도는 20 패드/cm² 이상입니다. HDI PCB는 블라인드 및 매립형 비아 스루홀 비아를 사용하여 라우팅 및 레이어 연결에 더 큰 유연성을 제공합니다.

기존 PCB와의 구조적 차이점

HDI PCB의 구조는 기존의 단일 레이어 PCB와 크게 다릅니다:

1. 다중 레이어: HDI PCB는 일반적으로 2개에서 5개까지 여러 개의 레이어로 구성되며, 3개 및 4개 레이어 보드가 가장 일반적입니다.
2. 레이어 기능: HDI PCB의 각 레이어는 특정 용도로 사용됩니다:

• 레이어 1(구리 레이어): 신호 추적 및 전원/접지 연결을 위한 기본 레이어입니다. 또한 레이어 간 연결을 위한 비아가 있습니다.
• 레이어 2(접지면): 열 방출을 돕고 신호 간섭을 방지하는 장벽을 제공하는 단면 구리 층입니다.
• 레이어 3(신호 레이어): 이 레이어에는 일반적으로 컴포넌트 핀당 한 행, 컴포넌트당 8개 또는 10개 핀으로 배열된 신호 트레이스가 포함됩니다.
• 레이어 4(컴포넌트 패드): 이 레이어에는 컴포넌트 연결을 위한 패드가 포함되어 있으며, 각 패드는 다른 레이어의 해당 비아 및 신호 트레이스에 연결됩니다.

1. 고급 상호 연결 방법: HDI PCB는 스택형 및 스태거형 마이크로비아를 비롯한 정교한 상호 연결 기술을 사용하여 보드의 전반적인 기능과 소형화를 향상시킵니다.

IPC 2226에 따른 HDI PCB의 유형

국제 인쇄 회로 협회(IPC)는 IPC-2226 표준에서 HDI PCB에 대한 분류 시스템을 확립했습니다. 이 분류를 통해 설계자와 제조업체는 다양한 HDI PCB 설계의 복잡성과 기능에 대해 효과적으로 소통할 수 있습니다.

IPC 2226에 따른 HDI PCB의 유형

IPC-2226은 용도 및 복잡성에 따라 HDI PCB를 유형 I~VI로 구분합니다. 그러나 유형 I, II, III이 업계에서 가장 일반적으로 사용됩니다. 각 유형은 특정 레이어 구조와 구성을 통해 정의됩니다.

유형 I HDI PCB

유형 I HDI PCB는 다음과 같은 특징이 있습니다:

1. 단일 마이크로비아 레이어: 이 보드는 코어의 한쪽 또는 양쪽에 단일 마이크로비아 레이어가 있습니다.
2. 비아 기술: 상호 연결을 위해 도금 스루홀(PTH)과 도금 마이크로비아 기술을 모두 활용합니다.
3. 비아 유형: 유형 I 보드에는 블라인드 비아가 있지만 매립형 비아는 포함되지 않습니다.

타입 I HDI PCB는 가장 단순한 형태의 HDI 기술이며, 기존 PCB보다 밀도를 적당히 높여야 하는 애플리케이션에 주로 사용됩니다.

타입 II HDI PCB

타입 II HDI PCB는 타입 I과 일부 유사점을 공유하지만 추가 기능을 제공합니다:

1. 단일 마이크로비아 레이어: 유형 I과 마찬가지로 이 보드는 코어의 한쪽 또는 양쪽에 단일 마이크로비아 레이어가 있습니다.
2. 비아 기술: 상호 연결을 위해 도금 스루홀(PTH) 및 도금 마이크로비아 기술을 모두 사용합니다.
3. 비아 유형: 유형 I과 달리 유형 II 보드에는 블라인드 및 매립형 비아가 모두 포함됩니다.

타입 II HDI PCB에 매립형 비아를 포함하면 타입 I에 비해 더 복잡한 라우팅 옵션과 고밀도 설계가 가능합니다.

유형 III HDI PCB

타입 III HDI PCB는 복잡성과 밀도가 크게 향상되었습니다:

1. 다중 마이크로비아 레이어: 이 보드는 코어의 한쪽 또는 양쪽에 최소 두 개의 마이크로비아 레이어가 있습니다.
2. 비아 기술: 도금 스루홀(PTH) 및 도금 마이크로비아 연결을 활용합니다.
3. 비아 유형: 유형 III 보드에는 블라인드 및 매립형 비아가 모두 통합되어 있습니다.

타입 III HDI PCB의 다중 레이어 마이크로비아는 라우팅 밀도와 설계 유연성을 더욱 높여주므로 가장 복잡하고 컴팩트한 전자 장치에 적합합니다.

건설 용어

HDI PCB의 레이어 구조를 설명하기 위해 특정 용어가 사용됩니다:

• 1+N+1: 코어의 각 측면에 하나의 마이크로비아 층이 있음을 나타냅니다. "N"은 코어 레이어의 수를 나타냅니다.
• 2+N+2: 이 구조는 코어의 각 측면에 두 개의 마이크로비아 층이 있습니다.
• 3+N+3: 이 고급 구조는 코어의 각 측면에 3개의 마이크로비아 층이 있는 것이 특징입니다.

1+N+1에서 3+N+3 구조로 이동함에 따라 HDI PCB의 복잡성과 밀도가 증가하여 더 정교한 설계가 가능하지만 더 고급 제조 공정도 필요합니다.

고밀도 인터커넥트 PCB의 장점

HDI PCB는 기존 PCB에 비해 상당한 이점을 제공하여 다양한 산업 분야에서 인기를 얻고 있습니다. 다양한 산업 분야에서 인기를 얻고 있는 이유는 무엇일까요? 이러한 장점은 고유한 설계 특징과 첨단 제조 공정에서 비롯됩니다.

크기 및 무게 감소

HDI PCB의 주요 장점 중 하나는 전자 기기의 크기와 무게를 크게 줄일 수 있다는 점입니다. HDI 기술을 사용하면 보드의 양쪽에 더 많은 구성 요소를 배치할 수 있으므로 사용 가능한 공간 활용을 극대화할 수 있습니다. 더 미세한 선과 공간(일반적으로 100μm 이하)을 통해 전기 연결을 더욱 컴팩트하게 라우팅할 수 있습니다. 작은 레이저 드릴 비아를 사용하면 기존의 스루홀 비아만큼 많은 공간을 차지하지 않고도 레이어 간 연결을 보다 효율적으로 수행할 수 있습니다. 이러한 기능이 결합되어 기존 제품보다 더 작고 가벼운 PCB를 만들 수 있습니다. HDI PCB는 종종 크기와 무게의 일부로 기존 PCB와 동일한 기능을 달성할 수 있습니다. 이는 스마트폰, 웨어러블 기기, 항공 우주 장비와 같이 공간이 제한된 애플리케이션에서 특히 중요합니다.

비용 절감

HDI PCB의 초기 제조 비용은 기존 PCB보다 높을 수 있지만 장기적으로는 전반적인 비용 절감 효과를 가져올 수 있습니다. 컴팩트한 디자인으로 인해 원자재 사용량이 줄어들어 재료비도 절감할 수 있습니다. 많은 경우 HDI 기술을 통해 설계자는 기존 PCB에 필요한 것보다 더 적은 수의 레이어로 동일한 기능을 구현할 수 있습니다. 밀도가 높아지면 설계자가 여러 개의 보드를 단일 HDI 보드로 통합하여 전체 시스템 복잡성과 비용을 줄일 수 있습니다. 고급 제조 공정은 수율을 높이고 결함을 줄여 잠재적으로 폐기물 및 재작업 비용을 줄일 수 있습니다. 초기 비용이 더 높아 보일 수 있지만 제품의 전체 수명 주기를 고려할 때 HDI PCB는 비용 이점을 제공할 수 있습니다.

향상된 성능 및 안정성

물론 HDI PCB는 크기와 비용적인 이점뿐만 아니라 성능과 신뢰성에서도 상당한 개선을 제공합니다. 트레이스 길이가 짧아지고 비아 크기가 줄어들면 신호 손실이 줄어들고 누화가 감소하며 신호 반사 문제가 줄어듭니다. 컴팩트한 설계로 신호 경로가 짧아져 더 빠른 속도로 작동할 수 있습니다. 여러 개의 얇은 레이어를 사용하면 보다 효과적인 전력 및 접지 분배가 가능하므로 노이즈가 감소하고 전반적인 시스템 성능이 향상됩니다. 구성 요소를 여러 층에 분산하면 열 방출에 도움이 되어 장치의 열 성능을 향상시킬 수 있습니다. 가로 세로 비율이 더 작은 마이크로비아는 더 안정적인 연결과 전반적인 보드 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 이는 까다로운 애플리케이션에서 매우 중요한 요소입니다. 이러한 성능 향상으로 HDI PCB는 의료 장비 및 항공 우주 시스템과 같이 높은 신뢰성이 요구되는 고주파 애플리케이션 및 장치에 적합합니다.

생산 효율성

HDI PCB 기술은 생산 효율성 측면에서 여러 가지 이점을 제공합니다. 설계 효율성은 개발 주기를 단축하고 신제품 출시 기간을 단축할 수 있습니다. 부품 밀도가 높고 라우팅 기능이 개선되어 전체 조립 공정이 간소화됩니다. 고급 HDI 설계에는 종종 테스트를 더 쉽고 포괄적으로 수행할 수 있는 기능이 통합되어 있어 현장에서의 문제를 잠재적으로 줄일 수 있습니다. 일부 HDI 설계의 모듈식 특성 덕분에 전체 기판을 재설계하지 않고도 설계 변경이나 업데이트를 쉽게 구현할 수 있습니다. 이러한 생산 효율성은 제품 주기가 빠르거나 빠른 시장 출시가 핵심 경쟁 우위인 산업에서 특히 유용할 수 있습니다.

고밀도 인터커넥트 PCB의 주요 특징

HDI PCB는 뛰어난 성능과 컴팩트한 디자인을 가능하게 하는 몇 가지 특징이 있습니다.

기술을 통해

HDI PCB의 두드러진 특징은 기술을 통한 발전입니다. 비아는 PCB의 여러 레이어를 연결하는 작은 구멍으로, HDI 기술은 비아를 새로운 차원으로 끌어올렸습니다. 마이크로 비아는 매우 작은 비아입니다. 레이저 드릴링 기술을 사용하여 정밀하고 작은 직경의 구멍을 뚫을 수 있습니다. 마이크로 비아를 사용하면 더 조밀한 라우팅과 더 효율적인 보드 공간 사용이 가능합니다. 블라인드 비아는 외부 레이어를 하나 이상의 내부 레이어에 연결하지만 전체 기판을 통해 확장되지는 않습니다. 보다 유연한 라우팅 옵션을 허용하고 보드의 전체 두께를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 매립형 비아는 PCB의 내부 레이어를 연결하지만 외부 레이어까지 확장되지는 않습니다. 추가적인 라우팅 유연성을 제공하고 신호 경로의 길이를 줄여 신호 무결성을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. HDI PCB는 복잡한 상호 연결 구조를 만들기 위해 스택형 비아(여러 레이어를 통해 서로 바로 위에 배치된 비아)와 스태거형 비아(서로 오프셋된 비아)의 조합을 사용하는 경우가 많습니다. 이러한 첨단 비아 기술을 통해 HDI PCB는 기존 PCB보다 훨씬 높은 연결 밀도를 달성할 수 있어 더 작은 면적에 더 복잡한 회로를 구현할 수 있습니다.

구성 및 레이어링

HDI PCB는 정교한 구조와 레이어링 기술을 사용하여 밀도와 성능을 극대화합니다. 더 많은 수의 더 얇은 레이어를 사용하여 동일한 보드 두께에서 더 많은 라우팅 레이어를 사용할 수 있습니다. 순차적 빌드업은 PCB를 한 층씩 쌓아 올리는 건설 방법으로, 여러 층의 마이크로비아로 복잡한 구조를 만들 수 있습니다. 일부 고급 HDI 설계는 코어로 시작하지 않고 중앙에서 바깥쪽으로 PCB를 구축하는 코어리스 구조를 사용합니다. 이를 통해 더 얇은 보드와 더 유연한 설계가 가능합니다. HDI PCB는 종종 기존 FR-4 소재보다 전기적 및 열적 특성이 더 우수한 고급 라미네이트 소재를 사용합니다. 이러한 소재는 신호 무결성을 개선하고 조밀하게 포장된 부품에서 발생하는 열을 관리하는 데 도움이 될 수 있습니다.

트레이스 너비 및 간격

HDI PCB는 기존 PCB보다 훨씬 미세한 트레이스와 공간을 생성할 수 있다는 점에서 주목할 만합니다. HDI PCB는 일반적으로 트레이스 폭이 100µm 이하이며, 일부 고급 설계는 50µm 또는 25µm의 작은 폭을 달성합니다. 트레이스 사이의 공간은 트레이스 폭만큼 작을 수 있으므로 매우 조밀하게 라우팅할 수 있습니다. HDI PCB는 종종 비아의 종횡비(직경에 대한 구멍 깊이의 비율)가 낮아 신뢰성과 제조 가능성을 향상시킵니다. 이러한 미세한 트레이스와 좁은 간격은 주어진 영역에서 더 많은 신호를 라우팅할 수 있도록 하여 HDI 설계의 전반적인 밀도 증가에 기여합니다.

더 많은 수의 상호 연결

첨단 기술, 정교한 레이어링 기술, 미세한 트레이스 기능을 통해 HDI PCB는 단위 면적당 훨씬 더 많은 수의 상호 연결을 달성할 수 있습니다. HDI PCB는 기존 PCB보다 더 높은 20 패드/cm² 이상의 패드 밀도를 달성할 수 있습니다. 마이크로비아와 미세 트레이스를 사용할 수 있어 주어진 회로 복잡성에 필요한 레이어 수를 줄임으로써 신호를 보다 효율적으로 라우팅할 수 있습니다. 라우팅 밀도가 높아지면 구성 요소를 서로 더 가깝게 배치할 수 있어 보드의 전체 밀도가 높아집니다.

다양한 산업에서 HDI PCB의 일반적인 응용 분야

HDI PCB 기술은 고유한 기능으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 컴팩트한 크기, 향상된 성능 및 신뢰성 덕분에 공간이 제한적이고 고성능이 필수적인 다양한 애플리케이션에 이상적입니다.

소비자 가전

소비자 가전 산업은 아마도 HDI PCB 기술의 혜택을 가장 많이 받은 분야일 것입니다. 더 작고, 더 가볍고, 더 강력한 장치를 위한 끊임없는 노력은 HDI PCB의 성능과 완벽하게 일치합니다.

1. 스마트폰 및 태블릿: HDI 기술은 이러한 디바이스의 소형화와 기능 향상을 가능하게 합니다. 더 작은 공간에 더 많은 구성 요소를 넣을 수 있기 때문에 더 많은 기능을 갖춘 더 얇은 디바이스를 만들 수 있습니다.
2. 웨어러블 기기: 스마트워치, 피트니스 트래커 및 기타 웨어러블 기기는 작고 가벼운 설계를 위해 HDI PCB에 크게 의존합니다. 이러한 기기의 소형 폼 팩터에는 필요한 모든 부품을 장착하기 위해 HDI 기술을 사용해야 합니다.
3. 노트북 및 디지털 카메라: HDI PCB를 사용하면 더 작고 강력한 노트북과 카메라를 만들 수 있습니다. 라우팅 밀도가 높아져 제조업체는 디바이스 크기를 유지하거나 줄이면서 더 많은 기능을 추가할 수 있습니다.

군사/항공우주

군사 및 항공우주 분야에서는 소형일 뿐만 아니라 신뢰성이 높고 혹독한 환경을 견딜 수 있는 전자 제품이 필요합니다. HDI PCB는 이러한 까다로운 요구 사항을 충족합니다.

1. 항공 전자 공학 및 스마트 군수품: HDI PCB는 작은 패키지로 고성능을 제공할 수 있기 때문에 다양한 항공 장비와 스마트 무기 시스템에 사용됩니다.
2. 인공위성 및 우주 장비: HDI PCB가 제공하는 무게 감소는 1그램이 중요한 우주 애플리케이션에서 특히 유용합니다.
3. 군사 통신 시스템: HDI PCB의 향상된 신호 무결성은 군용 애플리케이션에 사용되는 고주파 통신 시스템에 이상적입니다.

고전력 애플리케이션

HDI PCB는 작은 크기에도 불구하고 효율적인 방열 기능으로 인해 고전력 애플리케이션에도 사용됩니다.

1. 전원 공급 장치: HDI PCB는 높은 신뢰성과 컴팩트한 폼 팩터에서 고전력을 처리할 수 있는 능력으로 전원 공급 장치에 사용됩니다.
2. 모터 제어: 전력 및 제어 신호를 효율적으로 라우팅하는 기능 덕분에 HDI PCB는 정교한 모터 제어 시스템에 적합합니다.

의료 기기

의료 산업은 특히 이식형 및 휴대용 장치에서 HDI PCB의 컴팩트한 크기와 높은 신뢰성의 이점을 누리고 있습니다.

1. 의료 이미징 시스템: X-레이 기계, MRI 스캐너 및 기타 이미징 장치는 정밀도와 신뢰성을 위해 HDI PCB를 사용합니다.
2. 이식형 기기: 심장박동기, 제세동기 및 기타 이식형 의료 기기는 높은 기능을 유지하면서 이식에 필요한 작은 크기를 달성하기 위해 HDI PCB를 사용합니다.
3. 휴대용 의료 장비: 혈액 분석기, 휴대용 초음파 기기 및 기타 모바일 의료 장비는 HDI PCB의 컴팩트한 크기와 고성능의 이점을 누릴 수 있습니다.

통신

통신 업계는 더 빠르고 컴팩트한 통신 장비에 대한 증가하는 수요를 충족하기 위해 HDI PCB에 크게 의존하고 있습니다.

1. 라우터 및 스위치: HDI PCB는 라우터 및 스위치와 같은 통신 장비에 사용되어 컴팩트한 폼 팩터에 고성능을 제공합니다.
2. 5G 인프라: HDI PCB의 고주파 기능 덕분에 5G 네트워크 장비에서 중요한 구성 요소로 사용됩니다.
3. 광섬유 통신: HDI PCB는 고속 신호를 최소한의 손실로 처리할 수 있기 때문에 다양한 광섬유 통신 장치에 사용됩니다.

산업 자동화

산업 부문에서는 작은 공간에 복잡한 기능을 담을 수 있는 안정성과 능력 때문에 HDI PCB를 활용합니다.

1. 제어 패널 및 자동화 시스템: HDI PCB는 신뢰성과 열악한 환경에서도 작동할 수 있는 능력으로 산업용 제어 패널 및 자동화 시스템에 사용됩니다.
2. IoT 장치: 산업용 IoT(사물 인터넷) 장치는 소형 폼 팩터에서 필요한 기능을 구현하기 위해 HDI PCB를 사용하는 경우가 많습니다.
3. 로봇 공학: HDI PCB의 컴팩트한 크기와 고성능은 공간이 협소한 로봇 시스템에 사용하기에 이상적입니다.

자동차 전자 제품

자동차 산업은 차량이 전자적으로 더욱 정교해짐에 따라 HDI PCB에 대한 의존도가 점점 더 높아지고 있습니다.

1. 엔진 제어 장치(ECU): HDI PCB는 엔진 관리, 변속기 제어, 브레이크 시스템과 같은 다양한 기능을 제어하기 위해 ECU에 사용됩니다.
2. 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS): 어댑티브 크루즈 컨트롤, 차선 이탈 경고, 자동 긴급 제동과 같은 기능에 필요한 복잡한 회로는 종종 HDI PCB에 의존합니다.
3. 인포테인먼트 시스템: 컴팩트한 크기와 고성능의 HDI PCB를 통해 정교한 차량용 엔터테인먼트 및 정보 시스템을 제작할 수 있습니다.

HDI 및 울트라 HDI 기술 구현의 과제

HDI 및 울트라 HDI 기술에는 여러 가지 과제가 있습니다. 이러한 과제는 기술적 복잡성부터 조직적 장애물, 제조상의 제약에 이르기까지 다양합니다. 이를 성공적으로 구현하려면 어떤 장애물을 극복해야 할까요? HDI 기술을 성공적으로 도입하려면 이러한 과제를 이해하는 것이 중요합니다.

기술적 복잡성

HDI 기술에는 몇 가지 기술적 과제가 있습니다. 한 가지 주요 과제는 필요한 초미세 라인과 공간 치수를 달성하고 유지하는 것입니다. 이는 종종 현재 제조 능력의 한계를 넘어서며 생산 공정 전반에 걸쳐 정밀한 제어가 필요합니다. 신호 속도가 증가하고 트레이스 폭이 감소함에 따라 적절한 임피던스 제어가 더욱 어려워집니다. 고속 애플리케이션에서 신호 무결성을 유지하는 것은 매우 중요합니다. 구성 요소의 밀도가 높으면 열 방출에 상당한 문제가 발생할 수 있습니다. 과열을 방지하고 안정적인 작동을 보장하려면 효과적인 열 관리 솔루션을 구현해야 합니다. 이는 타협할 수 없는 문제입니다. 고속 신호는 크로스토크, 전자파 간섭(EMI), 신호 반사 등의 문제가 발생하기 쉽습니다. 이러한 문제는 밀도가 증가할수록 더욱 두드러지므로 적절한 설계 기술을 통해 관리해야 합니다.

조직의 장애물

HDI 기술을 구현하려면 조직 내에서 상당한 변화가 필요한 경우가 많습니다. 기업은 고착화된 워크플로우와 위험 회피로 인해 새로운 기술 도입에 대한 저항에 직면할 수 있습니다. 이러한 저항을 극복하려면 기술 도입을 비즈니스 목표에 맞출 수 있는 효과적인 커뮤니케이션과 리더십이 필요합니다. HDI 기술을 구현하려면 기존 설계 및 제조 워크플로우를 변경해야 하는 경우가 많습니다. 이는 어려울 수 있으며 직원 재교육과 프로세스 재구성이 필요할 수 있습니다. HDI 기술에는 종종 특수 장비와 소프트웨어 도구가 필요하기 때문에 기업에게는 상당한 투자가 될 수 있습니다.

패브리케이터와의 협업

HDI 기술을 구현하려면 디자이너와 제작자 간의 긴밀한 협력이 필요합니다. 설계자는 설계 프로세스 초기에 제작업체와 긴밀히 협력하여 제조 가능성 문제를 해결하고 생산에 맞게 설계를 최적화해야 합니다. 협업을 통해 잠재적인 제조 문제를 파악하고 해결하면 비용이 많이 드는 재작업이나 지연으로 이어지기 전에 문제를 해결할 수 있습니다. 이는 HDI 제조와 관련된 엄격한 허용 오차를 고려할 때 특히 중요합니다. 설계자와 제작자는 설계의 성능 요구 사항을 충족하면서 제조 가능성을 보장하는 설계 규칙을 수립하고 준수하기 위해 협력해야 합니다.

교육 및 훈련

HDI 기술에는 지속적인 교육과 훈련이 필요합니다. 디자이너는 HDI 및 울트라 HDI 기술을 효과적으로 마스터하기 위해 종합적인 교육 프로그램이 필요합니다. 여기에는 새로운 설계 규칙, 제조 프로세스 및 시뮬레이션 기술에 대한 이해가 포함됩니다. 새로운 트렌드와 표준을 최신 상태로 유지하려면 지속적인 학습과 전문성 개발이 필요합니다. 이는 빠르게 변화하는 업계 환경에서는 쉽지 않은 일입니다. 효과적인 HDI 설계에는 전기 공학, 재료 과학, 제조 공정 등 여러 분야를 아우르는 지식이 필요한 경우가 많습니다.

제조 제약 조건

실제로 HDI 제조는 현재 제조 기술의 한계를 뛰어넘습니다. 특히 울트라 HDI 설계에 필요한 정밀도는 현재 제조 기술의 한계를 뛰어넘을 수 있습니다. 피처 크기가 작아지고 복잡성이 증가함에 따라 높은 제조 수율을 유지하는 것이 더욱 어려워지고 있습니다. 이는 비용과 생산 일정에 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 고급 HDI 설계에는 조달하거나 작업하기 어려운 특수 재료가 필요할 수 있습니다. 모든 PCB 제조업체가 고급 HDI 제조에 필요한 전문 장비를 갖추고 있는 것은 아니기 때문에 생산 옵션이 제한될 수 있습니다.

고밀도 인터커넥트 PCB를 위한 설계 고려 사항

HDI PCB를 설계하려면 최적의 성능, 신뢰성 및 제조 가능성을 보장하기 위해 다양한 요소를 신중하게 고려해야 합니다. 설계자가 해결해야 하는 새로운 설계 과제와 기회가 소개됩니다.

디자인 및 배치를 통해

비아 설계와 배치는 HDI PCB 설계의 중요한 측면입니다:

1. 비아 커패시턴스 및 지연: 설계자는 특히 고속 설계에서 비아에 의해 발생하는 커패시턴스 및 지연을 고려해야 합니다. 비아 커패시턴스 및 지연에 대한 특정 값은 제약 조건 준수 및 시뮬레이션 정확도에 중요합니다.
2. 마이크로비아 설계: 마이크로비아를 활용하여 여러 레이어를 효율적으로 연결하여 전체 크기를 줄이고 신호 무결성을 개선하세요. 마이크로비아의 종횡비는 0.75:1 이하로 유지하여 안정적인 도금과 강력한 전기 연결을 보장해야 합니다.
3. 스택형 및 스태거형 비아: 스택형 비아와 스태거형 비아의 차이점을 이해하고 설계 요구 사항과 비용 고려 사항에 따라 적절한 유형을 선택하세요. 스택형 비아는 여러 레이어를 통해 직접 연결할 수 있는 반면, 스태거형 비아는 라우팅에 더 많은 유연성을 제공할 수 있습니다.
4. 패드 내 비아: 부품 패드 내부에 비아를 배치하여 밀도를 높이고 라우팅 효율을 개선할 수 있습니다. 이 기술은 PCB 풋프린트를 크게 줄일 수 있지만 제조 역량을 신중하게 고려해야 합니다.

라우팅 전략

효과적인 라우팅은 HDI 기술의 이점을 극대화하는 데 매우 중요합니다:

1. 현지화된 규칙: 트레이스 너비, 간격, 비아 크기에 대한 현지화된 규칙을 정의하여 고밀도 핀에서 라우팅하는 데 필요한 밀도를 달성할 수 있습니다. 이를 통해 보드의 중요한 영역에서 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있습니다.
2. 45도 각도: 진정한 45도 각도로 라우팅하면 고밀도 패드 영역에서 이스케이프 경로를 생성하여 제조 가능성과 신호 무결성을 개선합니다.
3. 레이어 스택업: 신호 무결성 및 전력 분배 요구 사항을 충족하면서 레이어 수를 최소화할 수 있도록 레이어 스택업을 신중하게 계획하세요. 특정 설계 요구 사항에 맞게 최적화하려면 적절한 경우 비대칭 스택업 사용을 고려하세요.
4. 차동 페어 라우팅: 고속 신호의 경우 차동 페어 라우팅에 특히 주의하세요. 신호 무결성을 보장하기 위해 일관된 간격과 길이 매칭을 유지하세요.

재료 선택

올바른 소재를 선택하는 것은 HDI PCB 성능에 매우 중요합니다:

1. 유전체 재료: 유전율, 손실 계수 및 열적 특성에 따라 적절한 유전체 재료를 선택합니다. 고주파 애플리케이션에는 손실이 적은 소재가 선호되는 경우가 많습니다.
2. 구리 호일: 미세한 흔적을 정밀하게 에칭하고 결함의 위험을 최소화하려면 적절한 두께의 고품질 구리 호일을 선택합니다. 미세한 트레이스 폭을 위해서는 초박형 동박이 필요할 수 있습니다.
3. 열 관리 재료: 열 비아 또는 임베디드 방열판과 같은 열 관리 재료 또는 구조물을 통합하여 밀집된 구성 요소의 열 방출 문제를 해결하는 것을 고려하세요.

제조 가능성을 위한 설계(DFM)

성공적인 HDI PCB 생산을 위해서는 제조 가능성을 보장하는 것이 중요합니다:

1. 제조업체와의 초기 협업: 설계 프로세스 초기에 제조업체와 협력하여 잠재적인 제조 문제를 해결하고 제조 가능성을 위해 설계를 최적화하세요. 이렇게 하면 나중에 비용이 많이 드는 재설계를 피할 수 있습니다.
2. 화면비: 마이크로비아의 종횡비를 0.75:1 이하로 유지하여 안정적인 도금과 견고한 전기 연결을 보장합니다. 이는 스택형 마이크로비아의 경우 특히 중요합니다.
3. 신호 무결성: 신호 무결성을 유지하기 위해 적절한 접지 기술을 구현하고 임피던스 제어를 관리하세요. 여기에는 접지면 사용, 신중한 스택업 설계, 임피던스 라우팅 제어 등이 포함될 수 있습니다.
4. 열 관리: 열 비아를 사용하고 재료의 열 특성을 고려하여 열 방출을 효과적으로 관리하세요. 이는 고전력 부품이나 밀집된 영역이 있는 디자인에서 특히 중요합니다.
5. 테스트 가능성: 테스트 가능성을 염두에 두고 설계하고, 테스트 포인트를 통합하고, 제조 중 및 제조 후 기판을 테스트하는 방법을 고려하세요. 이를 통해 수율을 개선하고 보드 결함과 관련된 비용을 줄일 수 있습니다.

고급 CAD 도구

효율적인 HDI PCB 설계를 위해서는 고급 CAD 툴을 활용하는 것이 필수적입니다:

1. 3D 모델링: 3D 모델링 기능을 활용하여 HDI 설계의 복잡한 구조를 시각화하고 설계 프로세스 초기에 잠재적인 문제를 파악할 수 있습니다.
2. 신호 무결성 분석: 고급 신호 무결성 분석 도구를 사용하여 고속 신호 경로를 시뮬레이션하고 최적화하여 설계가 성능 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.
3. 자동화된 마이크로비아 배치: 자동화된 마이크로비아 배치를 제공하는 도구를 활용하여 디자인 프로세스의 속도를 높이고 최적의 비아 배치를 보장하세요.
4. 임피던스 계산: 내장된 임피던스 계산 도구를 사용하여 트레이스 폭과 간격이 원하는 임피던스 값에 맞는지 확인합니다.
5. 디자인 규칙 검사: 포괄적인 디자인 규칙 검사를 구현하여 디자인 프로세스 초기에 잠재적인 문제를 포착하세요. 여기에는 마이크로비아 종횡비, 스택 비아 구조와 같은 HDI 관련 규칙이 포함되어야 합니다.

고밀도 인터커넥트 PCB를 위한 제조 공정

고밀도 인터커넥트(HDI) PCB 제조에는 필요한 정밀도와 신뢰성을 달성하기 위해 고급 공정과 특수 장비가 필요합니다. 이러한 공정은 HDI 기술의 정교한 특성을 반영하여 기존 PCB에 사용되는 공정보다 훨씬 더 복잡합니다. HDI PCB의 주요 제조 공정을 살펴보겠습니다.

형성을 통해

비아 형성은 여러 가지 고급 기술을 포함하는 HDI PCB 제조의 중요한 단계입니다:

1. 마이크로비아 드릴링: 레이저 드릴링은 HDI PCB에서 마이크로비아를 생성하는 주요 방법입니다. 이 공정은 고에너지 레이저를 사용하여 재료를 정밀하게 제거하여 일반적으로 직경 150µm 미만의 구멍을 만듭니다. 레이저 드릴링 마이크로비아의 정확성과 작은 크기 덕분에 더 조밀하게 라우팅하고 보드 공간을 더 효율적으로 사용할 수 있습니다.
2. 비아 인 패드 프로세스: 이 고급 기술을 사용하면 컴포넌트 패드 표면 내에 비아를 배치할 수 있습니다. 이 프로세스에는 비아를 드릴링하고 도금한 다음 전도성 또는 비전도성 에폭시로 채우는 작업이 포함됩니다. 그런 다음 채워진 비아를 캡으로 덮고 도금하여 부품 배치를 위한 평평한 표면을 만듭니다. 이 공정을 통해 부품 밀도를 더욱 높이고 신호 무결성을 개선할 수 있습니다.
3. 비아 충전: HDI PCB의 비아는 종종 후속 레이어를 위한 평평한 표면을 만들거나 열 성능을 개선하기 위해 채워집니다. 일반적인 충전재로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 비전도성 에폭시: 비아를 통한 전기 전도성이 필요하지 않을 때 사용합니다.
• 전도성 에폭시: 평평한 표면을 만들면서 전기적 연결성을 제공합니다.
• 구리: 최고의 전기 및 열 성능을 제공하지만 구현하기가 더 어렵습니다.
• 은: 전도성이 우수하고 구리보다 가공이 용이합니다.

충전재의 선택은 전기적 성능, 열 관리 요구 사항, 비용 고려 사항 등 설계의 특정 요구 사항에 따라 달라집니다.

순차적 빌드업(SBU) 라미네이션

순차적 빌드업(SBU)은 복잡한 다층 구조를 생성할 수 있는 HDI PCB의 핵심 제조 공정입니다:

1. 코어 구성: 프로세스는 일반적으로 양면 또는 다층 기판일 수 있는 코어 PCB로 시작됩니다.
2. 레이저 드릴링: 레이저 드릴은 레이어 간의 상호 연결을 위해 코어에 구멍을 만드는 데 사용됩니다.
3. 도금 및 충전: 드릴링된 구멍은 구리로 도금되며 디자인에 따라 필요한 경우 채워질 수 있습니다.
4. 레이어 추가: 추가 레이어는 코어에 순차적으로 추가됩니다. 각각의 새로운 레이어는 일반적으로 유전체 재료와 구리 호일로 구성됩니다.
5. 이미징 및 에칭: 각 새 레이어의 구리를 이미징하고 에칭하여 필요한 회로 패턴을 생성합니다.
6. 반복: 전체 레이어 스택이 완성될 때까지 추가 레이어 쌍마다 2~5단계를 반복합니다.

이 순차적 공정을 통해 여러 층의 마이크로비아로 구성된 복잡한 HDI 구조를 만들 수 있으므로 기존 PCB 제조 방법으로는 불가능했던 고밀도 설계가 가능합니다.

첨단 제조 기술

HDI PCB 제조에는 필요한 정밀도와 성능을 달성하기 위해 몇 가지 고급 기술이 사용됩니다:

1. 레이저 직접 이미징(LDI): 이 기술은 레이저를 사용하여 회로 패턴을 PCB에 직접 이미지화하므로 포토마스크가 필요하지 않습니다. LDI는 기존 포토리소그래피보다 높은 정밀도를 제공하므로 HDI 설계에 필요한 미세한 선과 공간에 이상적입니다.
2. 클린룸 환경: 많은 HDI 제조 공정은 클린룸 환경에서 수행되며, 종종 반도체 산업 표준(클래스 100 이상)에 따라 수행됩니다. 이는 입자 오염으로 인한 결함을 최소화하는 데 도움이 되며, 이는 HDI PCB의 미세한 기능으로 작업할 때 매우 중요합니다.
3. 고급 도금 기술: HDI PCB는 고종횡비 비아에서 안정적인 연결을 달성하고 초박형 구리 층을 생성하기 위해 고급 도금 기술이 필요한 경우가 많습니다. 펄스 도금 및 역펄스 도금과 같은 기술을 사용하여 도금 균일성과 신뢰성을 개선할 수 있습니다.
4. 얇은 재료 취급: HDI PCB는 종종 매우 얇은 소재를 사용하기 때문에 제조 과정에서 다루기가 어려울 수 있습니다. 이러한 얇은 소재를 손상 없이 처리하려면 특수 장비와 기술이 필요합니다.

품질 관리 및 테스트

HDI PCB의 복잡한 특성으로 인해 엄격한 품질 관리 및 테스트 프로세스가 필요합니다:

1. 자동 광학 검사(AOI): 고급 AOI 시스템은 개방 회로, 단락, 잘못된 피처 크기와 같은 결함이 있는지 HDI PCB를 검사하는 데 사용됩니다. 이러한 시스템은 육안으로 확인하기 어렵거나 불가능한 문제를 감지할 수 있습니다.
2. 엑스레이 검사: X-레이 시스템은 HDI PCB의 내부 특징, 특히 매립형 및 블라인드 비아를 검사하는 데 사용됩니다. 이 비파괴 검사 방법은 복잡한 비아 구조의 무결성을 보장하는 데 매우 중요합니다.
3. 전기 테스트: 정교한 전기 테스트 장비는 HDI PCB의 연결성과 전기적 성능을 검증하는 데 사용됩니다. 여기에는 플라잉 프로브 테스트, 베드 오브 네일 고정 장치 및 임피던스 테스트가 포함될 수 있습니다.
4. 단면 검사: 파괴적이지만, 횡단면은 종종 품질 관리에 사용되어 제조업체가 HDI PCB의 내부 구조를 검사하고 도금 두께 및 비아 형성과 같은 측면을 확인할 수 있습니다.
5. 열 스트레스 테스트: HDI PCB의 복잡한 구조를 고려할 때 다양한 온도 조건에서 신뢰성을 보장하기 위해 열 스트레스 테스트가 종종 수행됩니다.

HDI PCB와 기존 PCB 비교

고밀도 인터커넥트(HDI) PCB 기술의 장점과 과제를 완전히 이해하려면 기존 PCB 기술과 직접 비교하는 것이 도움이 됩니다. 이 비교에서는 두 접근 방식 간의 설계, 제조 및 성능 특성의 주요 차이점을 강조합니다.

비교 표

기능	기존 PCB	HDI PCB
크기 및 무게	더 크고 무거워진	더 작고 가벼워짐
구성 요소 밀도	Lower	더 높음
기술을 통해	스루홀, 블라인드 및 매립형 비아	블라인드, 매립형 및 마이크로비아
화면 비율	더 높음	Lower
핀 수가 많은 장치와의 호환성	호환될 수도 있고 호환되지 않을 수도 있습니다.	호환성
소형 피치 장치와의 호환성	호환될 수도 있고 호환되지 않을 수도 있습니다.	호환성
레이어 수	자세히 보기	더 적은
드릴링 기술	기계식 드릴링	레이저 드릴링

상세 비교

1. 크기와 무게:
   HDI PCB는 기존 PCB보다 훨씬 더 작고 가벼우도록 설계되었습니다. 이는 더 미세한 선과 공간, 더 작은 비아, 더 효율적인 라우팅 기술을 사용하여 달성할 수 있습니다. HDI PCB는 크기와 무게가 줄어들어 특히 크기와 무게를 최소화하는 것이 중요한 소비자 가전 및 항공 우주와 같은 산업에서 소형 전자 기기에 이상적입니다.
2. 컴포넌트 밀도:
   HDI PCB는 기존 PCB에 비해 훨씬 더 높은 부품 밀도를 제공합니다. 이는 여러 가지 요인에 의해 가능합니다:

• 선과 공백이 미세하면 주어진 영역에 더 많은 흔적을 남길 수 있습니다.
• 비아가 작을수록 보드 공간을 덜 차지합니다.
• 비아 인 패드 기술을 사용하면 컴포넌트 패드를 비아 위에 직접 배치할 수 있어 공간을 절약할 수 있습니다.
• 더 미세한 피치 기능으로 더 작은 컴포넌트 패키지를 사용할 수 있습니다.
  이렇게 밀도가 높아지면 더 작은 보드 면적에 더 많은 기능을 집적할 수 있어 전자 기기의 소형화를 촉진할 수 있습니다.

1. 기술을 통해:
   기존 PCB는 주로 스루홀 비아에 의존하고 일부 설계에는 블라인드 및 매립형 비아를 통합하는 반면, HDI PCB는 비아 기술을 한 단계 발전시켰습니다:

• 마이크로 비아: 이 작은 레이저 드릴 비아(일반적으로 직경 150µm 미만)는 HDI 기술의 특징입니다. 이를 통해 보다 효율적인 레이어 간 연결이 가능합니다.
• 스택형 및 스태거형 비아: HDI 설계는 스택형 마이크로비아(여러 레이어를 통해 서로 바로 위에 배치된 마이크로비아) 및 스태거형 마이크로비아(오프셋 마이크로비아) 등 복잡한 비아 구조를 사용하여 보다 유연하고 밀집된 라우팅 옵션을 지원합니다.
  이러한 고급 비아 기술은 설계 유연성을 높이고 보드 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있도록 해줍니다.

1. 종횡비:
   HDI PCB는 일반적으로 기존 PCB에 비해 비아의 종횡비가 낮습니다. 화면비는 비아 깊이와 지름의 비율입니다. 종횡비가 낮을수록 일반적으로 안정적으로 제조하기가 쉽고 전기적 성능이 향상됩니다. 이는 안정적인 도금과 강력한 전기 연결을 위해 낮은 종횡비(일반적으로 0.75:1 이하)를 유지하는 것이 중요한 마이크로 비아의 경우 특히 중요합니다.
2. 높은 핀 수 및 작은 피치 장치와의 호환성:
   HDI PCB는 선과 공간이 더 미세하기 때문에 본질적으로 핀 수가 많고 피치가 작은 장치와 더 잘 호환됩니다. 따라서 HDI 기술은 기존 PCB 기술로는 사용하기 어렵거나 불가능한 고급 집적 회로 및 부품 패키지와 함께 사용하기에 이상적입니다.
3. 레이어 수:
   흥미롭게도 HDI PCB는 동일한 기능을 달성하기 위해 기존 PCB보다 더 적은 수의 레이어가 필요한 경우가 많습니다. 이는 HDI 설계에서 라우팅 밀도가 증가하고 공간을 더 효율적으로 사용하기 때문에 더 적은 수의 레이어에 더 많은 연결을 할 수 있기 때문입니다. 그러나 총 레이어 수는 더 적을 수 있지만 HDI PCB는 빌드업 레이어와 마이크로비아를 사용하기 때문에 레이어 스택이 더 복잡한 경우가 많다는 점에 유의할 필요가 있습니다.
4. 드릴링 기술:
   기존 PCB는 비아와 구멍을 만들기 위해 주로 기계식 드릴링에 의존합니다. 이와는 대조적으로, HDI PCB는 특히 마이크로 비아를 생성할 때 레이저 드릴링을 광범위하게 사용합니다. 레이저 드릴링은 여러 가지 장점을 제공합니다:

• 더 작은 직경의 구멍을 만드는 기능
• 더 높은 정밀도와 정확도
• 블라인드 비아를 비용 효율적으로 드릴링하는 기능
• 드릴링 프로세스 중 기판에 가해지는 기계적 스트레스 감소

1. 제조 복잡성:
   표에는 나와 있지 않지만, HDI PCB는 일반적으로 기존 PCB에 비해 제조 공정이 더 복잡하다는 점에 유의해야 합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 더욱 정교한 이미징 및 에칭 프로세스를 통해 더 미세한 선과 공간 만들기
• 안정적인 마이크로비아 형성을 위한 고급 도금 기술
• 빌드업 레이어를 위한 순차적 라미네이션 프로세스
• 더욱 엄격한 품질 관리 및 테스트 요건

1. 비용 고려 사항:
   처음에 HDI PCB는 더 많은 고급 공정과 장비가 필요하기 때문에 기존 PCB보다 제조 비용이 더 많이 드는 경우가 많습니다. 그러나 총 시스템 비용을 고려할 때 HDI는 다음과 같은 이유로 더 비용 효율적일 수 있습니다:

• 보드 크기 감소로 재료비 절감 가능
• 레이어 수를 줄여 전반적인 복잡성을 줄일 수 있습니다.
• 일부 구성 요소에 더 작고 저렴한 패키지를 사용할 수 있습니다.
• 여러 보드를 단일 HDI 보드로 결합하여 시스템 복잡성을 줄일 수 있는 가능성

1. 성능:
   HDI PCB는 일반적으로 특히 고속 및 고주파 애플리케이션에서 기존 PCB에 비해 우수한 전기적 성능을 제공합니다. 그 이유는 다음과 같습니다:

• 신호 경로가 짧아져 신호 저하가 줄어듭니다.
• 보다 일관된 제조 공정으로 임피던스 제어 향상
• 더 작은 비아와 더 효율적인 라우팅으로 신호 무결성 향상