HDI PCB란?

HDI 보드는 고밀도 상호 연결 인쇄 회로 기판입니다. 마이크로 블라인드 및 매립형 비아를 사용합니다. 이 보드는 라인 밀도가 높습니다. 내부 레이어 트레이스와 외부 레이어 트레이스가 있습니다. 또한 드릴 구멍과 도금 구멍을 사용하여 레이어 간 트레이스를 연결합니다. 전자 제품이 점점 더 작아지고 정밀해짐에 따라 제조업체는 더 밀도가 높은 PCB를 요구하고 있습니다. PCB 밀도를 높이는 가장 좋은 방법은 스루홀의 수를 줄이고 블라인드 및 매립형 비아를 적절히 배치하는 것입니다. 이러한 요구가 HDI 보드로 이어졌습니다.

IPC 정의

IPC-2226 는 블라인드 및 매립형 비아에 대한 명확한 규칙을 제공합니다:

• 직경 0.15mm(0.00591인치) 이하의 비아 또는 매립형 비아.

• 환형 링 직경 ≤ 0.35mm(0.0138인치).

• 이러한 비아는 레이저 또는 기계식 드릴링, 건식/습식 에칭 또는 패턴 전사 방식으로 만들 수 있습니다. 그런 다음 전도성 도금으로 구멍을 덮습니다.
  참고: 구멍 직경이 0.15mm(0.00591인치)를 초과하는 경우 동일한 기준에 따라 관통 구멍으로 취급합니다.

HDI용 일반적인 드릴링 크기

HDI의 일반적인 비아 크기는 3~5밀리미터입니다. 디자이너는 설계 및 생산에 4밀리미터를 중간값으로 가장 많이 사용합니다.

HDI에 사용되는 일반적인 IPC 표준

HDI 작업에 대한 일반적인 IPC 표준은 다음과 같습니다:

1. IPC/JPCA-2315 - 고밀도 상호 연결 구조 및 마이크로비아 설계를 위한 가이드입니다.

2. IPC-2226 - 고밀도 인터커넥트(HDI) 인쇄 회로 기판의 설계 표준입니다.

3. IPC/JPCA-4104 - HDI 구조의 유전체 재료 검증 및 성능에 대한 사양입니다.

4. IPC-6016 - HDI 구조의 자격 및 성능에 대한 사양입니다.

HDI 라우팅: 과제와 팁

HDI 라우팅의 의미

HDI 라우팅은 최신 설계 아이디어와 제조 방법을 사용하여 회로 기능을 변경하지 않고 더 조밀한 레이아웃을 만드는 것을 의미합니다. 간단히 말해 HDI는 더 많은 라우팅 레이어, 더 작은 트레이스, 더 작은 비아, 더 작은 패드, 더 얇은 코어를 사용합니다. 이를 통해 이전에는 불가능했던 복잡하고 종종 고속 회로를 공간에 맞출 수 있습니다.

제조 방법이 개선됨에 따라 많은 디자인에 HDI 라우팅이 등장하고 있습니다. 마더보드, 그래픽 카드, 휴대폰 및 공간이 거의 없는 기타 장치에서 HDI를 찾을 수 있습니다. HDI를 올바르게 수행하면 보드 크기를 줄이고 PCB의 EMI 문제도 줄일 수 있습니다. 비용 절감은 많은 기업의 핵심 목표입니다. HDI 라우팅은 이러한 목표를 달성하는 데 도움이 됩니다.

HDI 라우팅 및 마이크로비아

HDI 라우팅은 일반 멀티 레이어 라우팅보다 더 복잡합니다. 8층 또는 16층 PCB를 설계하는 방법을 알고 있을 수도 있습니다. 하지만 HDI는 반드시 배워야 할 새로운 아이디어를 소개합니다.

일반 PCB에서는 전체 기판을 여러 레이어로 구성된 하나의 아이템으로 간주합니다. HDI에서 설계자는 하나의 보드를 형성하기 위해 여러 개의 초박형 레이어를 쌓아 올려야 합니다. HDI 라우팅의 주요 동인은 비아 기술입니다. 비아는 더 이상 완성된 스택을 통해 뚫은 도금 구멍이 아닙니다. 기존의 스루홀은 각 레이어에서 라우팅에 사용할 수 있는 공간을 줄여줍니다.

기존 비아는 HDI에 적합하지 않습니다.

HDI 라우팅에서는 마이크로비아가 핵심입니다. 마이크로비아는 여러 개의 고밀도 레이어를 서로 연결할 수 있게 해줍니다. 설명하자면, 마이크로비아는 블라인드 또는 매립형 비아처럼 보이지만 다른 방식을 따릅니다. 기존 비아는 레이어를 쌓은 후에 드릴로 뚫습니다. 마이크로비아는 레이어를 쌓기 전에 레이어에 레이저로 드릴링합니다. 레이저 드릴링 마이크로비아는 레이어 사이에 가장 작은 구멍 크기와 패드 크기를 허용합니다. 이는 다음에 도움이 됩니다. BGA 핀이 그리드에 배치되는 팬아웃 레이아웃을 사용합니다.

HDI 라우팅 전략

PCB 설계자는 마이크로비아를 사용하여 여러 레이어에 복잡한 네트워크를 라우팅할 수 있습니다. 이 방법을 “모든 레이어 HDI” 또는 “레이어별 상호 연결”이라고도 합니다. 마이크로비아는 공간을 절약하기 때문에 대부분의 라우팅이 내부 레이어에 배치되는 동안 두 외부 레이어 모두 고밀도 부품을 호스팅할 수 있습니다.

낮은 임피던스 접지면의 중요성

다층 기판에서 부품과 트레이스의 밀도가 높아지면 EMI 및 자기 결합의 위험이 증가합니다. HDI 설계의 경우 스택의 구조가 올바른지 확인해야 합니다. 임피던스가 낮은 리턴 경로를 제공할 수 있도록 충분한 접지면을 제공해야 합니다.

접지 또는 전원 레이어 사이에 내부 라우팅 레이어를 배치하여 교차 결합 및 누화를 차단합니다. 고속 신호 경로를 짧게 유지하고 리턴 경로도 짧게 유지하세요. 마이크로비아를 계획하여 신호 경로를 좁은 영역으로 제한하세요. 이렇게 하면 EMI 위험이 줄어듭니다.

안전을 위해 생산 전에 적절한 시뮬레이션 툴을 사용하여 HDI PCB를 모델링하세요.

HDI PCB의 주요 이점

많은 사람들이 제품 크기를 줄이고 싶어 합니다. 가장 좋은 방법 중 하나는 HDI PCB를 사용하는 것입니다. 무게와 크기를 줄이면서도 기능과 안정성을 유지해야 하는 경우 HDI는 좋은 솔루션입니다.

주요 혜택

• HDI는 패드 인 패드 및 블라인드를 사용할 수 있습니다. 이를 통해 부품을 가깝게 배치하고 트레이스 길이를 줄일 수 있습니다. 트레이스가 짧을수록 신호가 더 빠르고 안정적입니다.

• 이 보드는 합리적인 비용으로 좋은 성능을 제공할 수 있습니다. HDI는 안정적이고 내구성이 뛰어난 전자 제품을 필요로 하는 사람들에게 합리적인 가격의 선택입니다.

• HDI가 프로젝트에 적합한지 결정하려면 HDI에 대해 자세히 알아보고 사용 방법을 알아보세요. 일반 PCB와 HDI PCB의 차이점을 알아보세요.

오늘날 HDI PCB가 사용되는 곳

이러한 장점으로 인해 HDI PCB는 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.

1. 의료 기기 - 많은 의료 도구는 작아야 합니다. 실험실 장비와 임플란트에는 종종 작은 기판이 필요합니다. HDI는 여기에 도움이 됩니다. 심박 조율기가 좋은 예입니다. 내시경과 같은 많은 모니터링 및 프로브 도구도 HDI를 사용합니다. 이런 경우에는 작을수록 좋습니다.

2. 자동차 - 자동차는 공간을 잘 활용합니다. 일부 자동차 전자기기는 점점 더 작아지고 있습니다. HDI는 기능을 유지하면서 크기를 줄이는 데 도움이 됩니다.

3. 모바일 디바이스 - 태블릿과 휴대폰은 HDI를 사용합니다. 이러한 디바이스가 발전함에 따라 더 얇아지는 이유입니다.

4. 항공 우주 및 방위 - 이 분야에서는 안정성과 작은 크기 때문에 HDI를 사용합니다. 새로운 디자인에는 작고 안정적인 기판이 필요하기 때문에 HDI가 더 많이 사용됩니다.

앞으로 더 많은 분야에서 HDI를 사용할 것입니다.

HDI PCB를 HDI PCB로 만드는 요소

HDI PCB는 블라인드 비아 도금과 두 번째 라미네이션 단계를 사용합니다. 이러한 보드는 1레벨, 2레벨, 3레벨 및 그 이상이 될 수 있습니다. 제조업체는 일반적으로 라미네이션 단계별로 HDI 보드를 제작합니다. 라미네이션 단계가 많을수록 기술 수준이 높아집니다.

• 기본 HDI 보드는 종종 한 번의 라미네이션 단계를 사용합니다.

• 더 높은 수준의 HDI는 두 개 이상의 라미네이션 단계를 사용합니다.

• 높은 수준의 HDI는 스택형 비아, 도금 충전 비아, 레이저 직접 드릴링 및 기타 고급 방법을 사용할 수 있습니다.

이제 일반적인 레이어 스택과 프로듀서가 이를 구축하는 방법에 대해 설명합니다.

간단한 단일 라미네이트 HDI(예시)

간단한 단일 라미네이트 HDI 보드는 1+4+1 스택의 6레이어 보드가 될 수 있습니다. 이 보드는 간단합니다. 내부 다층 보드에는 매립형 비아가 없습니다. 한 번의 라미네이션으로 기판이 완성됩니다. 제조는 일반 다층 단일 라미네이트 보드와 유사합니다. 그러나 라미네이션 후에도 블라인드 비아 및 기타 단계를 위해 레이저 드릴링이 필요합니다.

일반 단일 라미네이트 HDI(일반적인 경우)

일반적인 단일 라미네이트 HDI는 N이 2 이상이고 N이 짝수인 구조(1 + N + 1)를 갖습니다. 예를 들어, 단일 라미네이트 6층 HDI는 1+4+1을 사용합니다. 이 구조는 단일 라미네이트 HDI의 주류 디자인입니다. 내부 멀티 레이어에는 종종 두 번째 라미네이션 단계가 필요한 매몰 비아가 있습니다. 이 단일 라미네이트 유형에는 종종 블라인드 비아와 매립 비아가 있습니다. 설계자가 이 유형을 위의 간단한 단일 라미네이트 형태로 변경할 수 있다면 구매자와 공급업체 모두에게 이익이 됩니다.

일반 이중 라미네이트 HDI(일반적인 경우)

일반적인 이중 라미네이트 HDI는 1+1+4+1+1 스택의 8층 기판일 수 있습니다. 이 스택은 N이 2 이상이고 짝수인 (1+1+N+1+1)입니다. 이것은 PCB 업계에서 주류 이중 라미네이트 설계입니다. 내부 멀티 레이어에는 세 개의 라미네이션 단계가 필요한 매립 비아가 있습니다. 이 유형에는 스택을 통한 스태거가 없는 경우가 많습니다. 매립 비아를 레이어 3~6에서 레이어 2~7로 변경할 수 있다면 라미네이션 단계를 하나 줄이고 비용을 절감할 수 있습니다.

또 다른 일반적인 이중 라미네이트 HDI

이 유형은 (1+1+N+1+1)도 사용합니다. 이중 라미네이트 구조이지만 매립형 비아는 레이어 2와 7 사이의 다른 위치에 위치합니다. 이 변경으로 라미네이션 단계를 3개에서 2개로 줄일 수 있습니다. 하지만 이 디자인에는 한 가지 어려운 점이 있습니다. 레이어 1-3에서 블라인드 비아가 생길 수 있다는 점입니다. 이를 두 세트(1-2 및 2-3)로 분할하고 2-3 내부 블라인드 비아를 비아 필링으로 만들어야 합니다. 비아 필링은 비용과 난이도를 추가합니다. 따라서 설계 시 비아를 쌓아 올리는 것을 피하고 1-3 블라인드 비아를 엇갈린 1-2, 2-3 블라인드 및 매립 비아로 변경하세요.

크로스 레이어 블라인드 비아가 있는 흔치 않은 이중 라미네이트 HDI

흔하지 않은 이중 라미네이트 HDI 6 레이어 보드 중 하나는 1+1+2+1+1을 사용합니다. 여전히 N이 2 이상이고 짝수인 (1+1+N+1+1) 아이디어를 사용합니다. 이 디자인에는 교차 레이어 블라인드 비아가 있습니다. 블라인드 비아 깊이가 증가하여 1-3 깊이의 블라인드 비아는 일반 1-2 블라인드 비아 깊이의 두 배입니다. 이 디자인을 선택하는 고객은 특정 요구 사항이 있으며 블라인드 비아가 스택형 비아로 분할되는 것을 원하지 않습니다. 이러한 교차층 블라인드 비아는 레이저로 드릴링하기 어렵습니다. 이렇게 깊은 블라인드 비아에 구리를 증착하고 도금하는 것도 어렵습니다.

이중 라미네이트 HDI의 스택형 블라인드 비아 디자인

레이어 2-7의 매립형 비아에 그 위에 블라인드 비아를 쌓아야 하는 유형이 있습니다. 이것은 여전히 (1+1+N+1+1) 구조입니다. 일부 이중 라미네이트 HDI 기판은 이 방법을 사용합니다. 내부 멀티 레이어에는 비아가 매립되어 있으며 두 개의 라미네이션 단계가 필요합니다. 핵심은 스택 비아 설계가 난이도를 높인다는 것입니다. 그러나 2-7 레이어에 매립형 비아를 배치하면 라미네이션 단계가 한 단계 줄어들고 비용이 절감됩니다.

이중 라미네이트 HDI의 크로스 레이어 블라인드 비아 디자인

또 다른 이중 라미네이트(1+1+N+1+1) 디자인에는 교차 레이어 블라인드 비아가 포함됩니다. 이 디자인은 만들기가 더 어렵고 일부 HDI 제조업체는 기술이 부족합니다. 내부 다층은 3~6층에 비아가 매립되어 있으며 세 번의 라미네이션 단계가 필요합니다. 주요 문제는 크로스 레이어 블라인드 비아 디자인입니다. 1-3층 크로스 레이어 비아를 1-2층과 2-3층 블라인드 비아로 분할할 수 있다면 비용이 절감되고 공정이 더 간단해집니다. 참고: 이 분할은 앞서 설명한 스택형 비아 분할과 다릅니다. 이 분할은 스택형 블라인드 비아 대신 스태거형 블라인드 비아를 사용합니다.

HDI 수준

• 1단계(1차) HDI는 간단합니다. 프로세스와 제어가 더 쉽습니다.

• 2단계 HDI는 생산 및 제조 과정에서 더 복잡합니다.

• 3레벨 이상은 2레벨 규칙을 따르지만 더 복잡합니다.

HDI와 일반 PCB의 차이점

HDI 보드는 얇은 코어 재료를 사용하는 라미네이션 기법으로 제작되는 경우가 많습니다. 라미네이션이 많을수록 공정 수준이 높아집니다. 대부분의 HDI 보드는 하나의 라미네이션을 사용합니다. 고급 HDI는 두 개 이상의 라미네이션 기법을 사용하고 스택 비아, 도금 충전 비아, 레이저 직접 드릴링과 같은 고급 기법을 추가합니다.

PCB의 상대 밀도가 8층 보드보다 높아지면 HDI로 제작하는 것이 복잡한 기존 라미네이션 및 프레스를 사용하는 것보다 비용이 적게 드는 경우가 많습니다. HDI 보드는 기존 PCB보다 기계적 강도와 신호 정확도가 더 높은 경우가 많습니다.

일반 PCB에 비해 HDI의 기타 개선 사항:

• 마이크로파 및 RF 신호에 대한 성능 향상.

• 무선 간섭 및 정전기 방전에 대한 내성이 향상됩니다.

• 열전도율 향상.

고밀도 통합(HDI)을 통해 최종 제품은 더 작아지고 기능과 성능은 더 표준화될 수 있습니다.

디자이너와 구매자를 위한 간단한 조언

1. 더 작은 크기와 더 나은 성능이 필요한 경우 HDI를 사용하세요.

2. PCB 공급업체와 일찍 상의하세요. HDI는 제조용 설계(DFM) 검사가 필요합니다.

3. IPC 기반 사양을 요청하세요. 가능하면 IPC-2226 및 IPC-6016을 사용하세요.

4. 복귀 경로를 짧게 유지할 수 있도록 충분한 지상면으로 스택업을 계획하세요.

5. PCB 하우스 용량에 맞는 마이크로비아 크기를 사용하세요. 일반: 3~5밀리, 종종 4밀리.

6. 꼭 필요한 경우가 아니라면 비아를 쌓지 않도록 하세요. 블라인드/매립형 비아를 엇갈리게 배치하는 것이 더 쉬운 경우가 많습니다.

7. 다단계 라미네이션 HDI를 선택하면 더 많은 공정 단계와 검사가 필요합니다.

8. 고속 또는 RF 설계에 적절한 시뮬레이션을 사용하여 EMI 및 신호 무결성을 확인합니다.

9. BGA 팬아웃의 경우 마이크로비아와 패드인패드는 팬아웃 면적과 트레이스 길이를 줄이는 데 도움이 됩니다.

10. 비용 관리를 위해 가능하면 라미네이션 단계의 수를 줄이세요. 배치를 통해 최적화하세요.

마무리 요약

HDI 보드는 마이크로 블라인드 및 매립형 비아를 사용하는 고밀도 상호 연결 PCB입니다. 이를 통해 설계자는 더 적은 공간에 더 많은 트레이스와 부품을 집적할 수 있습니다. HDI 라우팅에는 신중한 스택업 계획, 양호한 접지면, 정확한 마이크로 비아 사용, 적절한 DFM 검사가 필요합니다. HDI는 크기, 신호 속도, 성능 면에서 분명한 이점을 제공합니다. HDI는 의료, 모바일, 자동차, 항공우주 등 다양한 분야에서 사용됩니다. HDI 수준이 복잡할수록 공정이 더 발전하고 비용도 높아집니다. 좋은 설계와 공급업체와의 초기 커뮤니케이션은 제품에 적합한 HDI 보드를 얻는 데 도움이 됩니다.