아래는 영어 번역본입니다. 명확하고 간단한 문구와 기본적인 연결어(and, but, so, then, because)를 사용했습니다. 기술 용어와 숫자를 정확하게 사용했습니다. 요청하신 대로 텍스트가 길었습니다(1800단어 이상).
블라인드 및 매립형 비아가 있는 HDI 기판 제작의 기본 프로세스
1. 개요
HDI는 고밀도 인터커넥트의 약자입니다. 20세기 후반에 등장한 PCB 기술입니다. 주요 장점은 레이저 드릴링을 사용한다는 것입니다. 기존의 기계식 드릴링은 드릴 비트에 의해 제한됩니다. 구멍 크기가 0.15mm에 도달하면 비용이 크게 증가하고 최적화가 어렵습니다. HDI 레이저 구멍은 3~5밀리(0.076~0.127mm)에 불과합니다. 트레이스 폭은 3~4밀리미터(0.076~0.10밀리미터)가 될 수 있습니다. 패드 크기는 훨씬 작아집니다. 같은 면적에 더 많은 트레이스가 들어갑니다. 따라서 고밀도 인터커넥트가 가능합니다.
HDI는 설계자가 다음과 같은 고밀도 패키지를 사용할 수 있도록 지원합니다. BGA 및 QFP. 현재 0.5 피치의 BGA에는 1레벨 HDI가 일반적입니다. BGA 라우팅이 코너 이스케이프에서 중앙 이스케이프로 이동함에 따라 1레벨 HDI 는 더 이상 일부 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 2단계 HDI는 R&D 및 생산의 초점이 되었습니다. 1레벨 HDI 레이저 블라인드 비아는 표면과 인접한 내부 레이어만 연결합니다. 2단계 HDI는 표면에서 세 번째 레이어까지 또는 표면에서 두 번째 레이어를 통해 세 번째 레이어까지 드릴링할 수 있습니다. 이는 1레벨 HDI보다 훨씬 어렵습니다.
2. 재료
2.1 머티리얼 유형
- 구리 호일: 전도성 패턴을 만드는 기본 재료입니다.
- 코어(CORE): 보드의 백본입니다. 내부 레이어를 만드는 데 사용되는 양면 구리 피복 보드입니다.
- 프리프레그: 다층 보드의 접착제 및 단열재로 사용되는 반경화 수지 시트입니다.
- 솔더 마스크 잉크: 솔더 마스크, 절연 및 부식 방지에 사용됩니다.
- 범례 잉크(실크스크린): 표시 및 라벨에 사용됩니다.
- 표면 마감 재질: 주석-납 합금, 니켈-금, 은을 포함합니다, OSP, 등입니다.
2.2 라미네이트 단열재
2.2.1 일반적인 라미네이트
일반적인 고-Tg 소재에는 MICA/EG-150T, SYST/S1141, Grace/MTC-97, HITACHI/MCL-HD-67이 있습니다. 이러한 소재는 더 높은 내열성이 필요할 때 사용됩니다.
2.2.2 HDI 전용 단열재
일반적인 유형 및 사양:
- RCC 재료: 80T18, 60T12, 65T12, 80T12, 60T18.
- fr4 (LDP): 1080, 106.
참고: FR-4에 “fr4”를 사용했습니다.
2.3 특수 자료: RCC 설명
RCC 는 수지 코팅 구리 를 의미합니다. 특수 수지 필름으로 코팅된 구리 호일입니다. 이 필름은 내부 흔적을 완전히 덮고 단열재 역할을 합니다. RCC는 주로 두 가지 유형이 있습니다: B 스테이지(미쓰이)와 B+C 스테이지(폴리클래드).
주요 기능:
- 레진 필름에 유리 섬유 층이 없습니다. 따라서 레이저 또는 플라즈마로 마이크로비아를 더 쉽게 형성할 수 있습니다.
- 얇은 유전체 층과 높은 박리 강도.
- 인성이 좋고 표면이 매끄러워 매우 좁은 흔적을 에칭하는 데 적합합니다.
- HDI용 레이저 드릴링은 종종 RCC를 타겟으로 합니다. 레이저 구멍은 기계식 구멍처럼 원통형이 아닌 역 사다리꼴 모양입니다. 일반적인 구멍 크기는 0.076~0.10mm입니다.
다른 HDI 재료(코어, 프리프레그, 구리 호일)는 특별하지 않습니다. 일반적으로 내부 구리 두께는 얇습니다: 내부 레이어 1온스, 외부 레이어 0.5온스 기본 구리 도금 1온스. 전체 보드가 더 얇습니다. RCC에는 유리 섬유가 없기 때문에 같은 두께의 다른 PCB보다 경도와 강도가 낮습니다.
3. 제조 공정(예: 2+4+2 8층 보드)
아래에는 주요 단계와 요점이 나와 있습니다. 간단한 단어와 명확한 순서를 사용합니다.
3.1 원자재 절단(CUT)
절단은 대형 구리 피복 시트를 생산 기계에 맞는 크기로 변환합니다. 세 가지 핵심 개념이 명확해야 합니다:
- 단위: 고객 레이아웃에 있는 하나의 디자인 단위입니다.
- 세트: 프로세스 에지 및 툴링을 포함하여 여러 개의 유닛이 결합된 상태입니다.
- 패널: 여러 세트가 도구 테두리와 함께 모여 하나의 제작 패널을 만듭니다. 일반적으로 구매하는 원시 크기는 36.5인치 × 48.5인치, 40.5인치 × 48.5인치, 42.5인치 × 48.5인치입니다. 수율은 디자인 및 패널 용도에 따라 다릅니다.
3.2 내부 레이어 드라이 필름 공정(내부 드라이 필름)
내부 드라이 필름 단계는 내부 레이어 패턴을 전사합니다. 포토레지스트 필름 라미네이팅, 노광, 현상, 에칭 및 스트리핑 단계가 포함됩니다:
- 라미네이트: 구리 위에 감광성 필름을 붙입니다. 빛이 노출된 부품을 단단하게 만들어 보호층을 형성합니다.
- 노출 및 현상: 필름을 노출합니다. 밝은 부분은 단단해집니다. 어두운 부분은 부드럽게 유지됩니다. 현상: 부드러운 필름을 제거합니다.
- 에칭 및 벗기기: 노출된 구리를 에칭합니다. 그런 다음 경화된 보호 필름을 벗겨냅니다. 내부 레이어 트레이스가 형성됩니다.
디자인 팁: 최소 트레이스 폭, 간격 및 균일성을 제어합니다. 간격이 너무 작으면 라미네이팅 중에 단락이 발생할 수 있습니다. 트레이스가 너무 얇으면 필름 접착이 실패하고 트레이스가 열릴 수 있습니다. 제작을 위해 안전한 여백을 남겨두세요.
3.3 흑색 또는 갈색 산화(흑색 산화)
내부 흔적을 만든 후 라미네이션 전에 검은색 또는 갈색 산화를 수행합니다. 주요 목표:
- 구리 표면에서 기름과 오염 물질을 제거합니다.
- 구리 표면적을 늘려 레진과의 결합력을 향상시킵니다.
- 비극성 구리 표면을 극성 CuO 및 Cu₂O로 변환하여 화학 결합을 개선합니다.
- 고온에서 내습성을 개선하고 구리와 수지 사이의 박리 위험을 줄입니다.
Cu₂O가 주 생성물인 경우 이를 갈색 산화(붉은색)라고 합니다. CuO가 주 생성물인 경우 이를 흑색 산화(검은색)라고 합니다.
3.4 라미네이션(프레싱)
라미네이션은 B 스테이지 프리프레그를 사용하여 모든 레이어를 결합합니다. 주요 단계:
- 스택업: 동박, 프리프레그, 내부 코어, 스테인리스 강판, 분리판, 크라프트지, 외부 프레스 판을 배열합니다. 레이어가 6개 이상인 보드의 경우 사전 스택업이 필요합니다.
- 핫 프레스: 스택을 진공 핫 프레스에 넣습니다. 열이 수지를 녹이고 스택을 접착하여 빈 공간을 채웁니다.
팁: 라미네이션을 대칭으로 유지하세요. 양쪽의 응력이 균형을 이루지 않으면 뒤틀림이 발생합니다. 두께가 고르지 않은 레진 흐름 차이를 방지하기 위해 구리 분포를 제어합니다. 블라인드 및 매립 비아를 미리 계획합니다.
3.5 블라인드 및 매립형 비아 드릴링(드릴링)
PCB 생산에서 기계식 드릴은 약 8밀리미터보다 큰 스루 홀의 주요 방법입니다. 기계식 드릴링은 블라인드 비아와 매립 비아가 교차할 수 없는 위치를 결정합니다. 8층 기판을 예로 들면, 3~6층에는 매립형 비아를, 1~2층에는 블라인드 비아를, 7~8층에는 블라인드 비아를 동시에 만들 수 있습니다. 그러나 3-5 및 4-6과 같은 교차 매립형 비아는 만들 수 없으므로 디자인할 수 없습니다. 3-5 및 4-6과 같은 비대칭 매립형 비아 패턴은 난이도와 불량률을 크게 높입니다. 비용은 대칭형 버라이어티 비아 비용의 6배 이상일 수 있습니다.
3.6 구리 증착 및 도금(금속화를 통한)
비아 금속화는 드릴링된 구멍 벽을 균일하고 내열성이 있는 구리로 덮습니다. 세 단계:
- 드릴 잔여물을 제거합니다.
- 화학적 구리 증착.
- 구리를 두껍게 하기 위한 전체 패널 전기 도금.
주요 매개변수: 종횡비(기판 두께 대 홀 직경). 기판 두께가 증가하고 구멍 직경이 감소하면 화학 물질이 구멍 중앙에 쉽게 도달하지 못합니다. 이로 인해 도금 중앙이 얇아지고 미세한 개방 결함이 발생할 수 있습니다. 설계자는 보드 하우스의 공정 한계를 알아야 합니다. 블라인드/매립형 비아와 스루홀 모두 화면비 제한을 고려해야 합니다.
3.7초 이너 레이어 드라이 필름
3~6층에 매립된 비아를 금속화한 후 레진 잉크로 구멍을 채우고 내부 드라이 필름 단계로 돌아가 3, 6층 트레이스를 만듭니다. 이 작업이 완료되면 다시 검은색/갈색 산화를 한 다음 두 번째 라미네이션을 위해 보냅니다. 이 두 번째 라미네이션은 첫 번째 라미네이션과 동일한 과정을 따릅니다.
3.8초 라미네이션(HDI 프레스)
HDI 보드는 절연 층이 얇기 때문에 압착이 더 어렵습니다. 같은 두께의 경우 LDP 강도가 RCC보다 우수합니다. LDP는 흐름이 느리기 때문에 제어가 더 쉽습니다.
디자인 노트:
- 블라인드/매립형 비아가 있는 내부 영역에서 외부 트레이스는 함몰로 인한 개방 회로를 방지하기 위해 비아 위치를 피해야 합니다.
- 두 번째 층과 두 번째 층 사이에 묻힌 비아가 너무 많으면 유전체가 얇아지는 채널을 만들 수 있습니다. 가능하면 이러한 비아를 줄이세요.
HDI CO₂ 레이저 블라인드 비아의 경우, 일반적인 방법은 컨포멀 마스크 기법입니다. 패턴을 외부 구리로 전송하고 레이저 비아 위치에 맞는 작은 창을 에칭한 다음 해당 좌표에 고출력 레이저를 사용합니다. 이 방법은 감산식 다층 제작에 적합합니다.
3.9 컨포멀 마스크(전처리를 통한 레이저)
컨포멀 마스크는 두 부분으로 구성됩니다: 컨포멀 마스크1과 컨포멀 마스크2입니다:
- 컨포멀 마스크1: 서브 보드 양쪽의 블라인드 비아에 정렬되는 에칭 패드와 자동 노광기용 에칭 정렬 타겟입니다. 이는 추후 처리 및 레이저 드릴링에 도움이 됩니다.
- 컨포멀 마스크2: 레이저 구멍보다 약간 큰 기판 상단 및 하단 구리에 에칭 창을 만듭니다. 이렇게 하면 CO₂ 레이저 가공을 준비할 수 있습니다.
3.10 레이저 드릴링(레이저 드릴링)
레이저 드릴링은 레이저 에너지를 사용하여 수지를 태우고 블라인드 비아를 형성합니다. 레이저 에너지는 위에서 아래로 감소하므로 깊이에 따라 구멍 직경이 좁아집니다. 일반적인 구멍 크기는 4-6 mil(0.10-0.15 mm)입니다. IPC6016에 따르면 0.15mm 이하의 구멍을 마이크로 비아라고 합니다.
0.15mm보다 큰 구멍은 나선형 드릴링이 필요합니다. 속도는 떨어지고 비용은 빠르게 상승합니다. 현재 주류 레이저 도구는 3샷 드릴링을 사용합니다. 속도는 초당 100~200개의 구멍을 뚫습니다. 더 작은 구멍은 더 빠를 수 있습니다(0.100mm 구멍 ~120홀/초, 0.076mm 구멍 ~170홀/초).
3.11 금속화를 통한 레이저
레이저 구멍은 구멍 벽을 태우고 숯을 남깁니다. 두 번째 구리 층이 산화될 수 있습니다. 드릴 잔여물을 제거하려면 고압 물 세척이 필요합니다. 마이크로 비아 차는 제거하기 어렵습니다. 적층형 2레벨 HDI는 특수 블라인드 비아 도금과 구리 충전(구리 충전)이 필요합니다. 이는 비용이 많이 들며 고급 제품에 사용됩니다.
3.12 세 번째 내부 드라이 필름
레이저를 통한 금속화 후 두 번째 컨포멀 마스크1를 수행합니다. 그런 다음 내부 드라이 필름 단계로 돌아가서 레이어 2와 7 트레이스를 만듭니다. 트레이스가 완료되면 검은색/갈색 산화 및 세 번째 라미네이션을 수행합니다. 그런 다음 세 번째 블라인드 비아 에칭 1단계와 두 번째 블라인드 비아 에칭 2단계를 수행하여 두 번째 레이저 드릴링을 준비합니다.
2단계 HDI는 많은 정렬이 필요합니다. 오류가 누적될 수 있습니다. 이로 인해 불량률이 높아집니다. 조합을 통해 더 쉬운 것부터 더 어려운 것까지:
1-2 + 2-3 비아 < 1-3 비아만 < 1-2 + 1-3 비아 < 2-3 + 1-3 비아 < 1-2 + 2-3 + 1-3 비아 < 1-2 + 2-3 + 1-3 비아.
HDI 비아는 대칭으로 설계해야 합니다.
3.13초 레이저 드릴링
두 번째 레이저 드릴링 단계는 2단계 HDI를 위해 계획한 대로 수행합니다. 이 작업은 첫 번째 레이저 드릴링과 유사한 규칙을 따르지만 신중한 정렬과 계획이 필요합니다.
3.14 기계식 드릴링(관통 구멍)
레이저 스텝 후 관통 구멍을 위한 기계식 드릴링을 수행합니다. 이 단계에서는 전체 패널을 관통하는 구멍을 뚫습니다.
3.15 드릴 잔여물 제거 및 비아 도금(P.T.H)
블라인드 비아와 관통 구멍을 함께 도금하여 모든 비아가 금속화되도록 합니다. 이 시점에서 특수 HDI 흐름이 끝납니다. 이제부터 기판은 표준 PCB 마감 단계를 따릅니다.
3.16 외층 드라이 필름 및 패턴 도금(드라이 필름 및 패턴 도금)
외부 패턴 전송은 내부 레이어와 유사합니다. 가장 큰 차이점은 도금 방식입니다:
- 감산 방법: 네거티브 필름을 사용합니다. 경화된 드라이 필름은 회로로 남습니다. 필름을 에칭하고 벗겨내어 회로를 유지합니다.
- 첨가제/일반 방법: 포지티브 필름을 사용합니다. 경화된 드라이 필름이 회로가 아닌 영역을 덮습니다. 패턴 도금(구리, 주석)을 한 다음 필름을 벗기고 알칼리 에칭을 하고 주석을 제거한 후 회로를 유지합니다.
3.17 습식 필름 솔더 마스크(습식 필름 솔더 마스크)
솔더 마스크는 보드 표면을 코팅합니다. 잘못된 납땜, 습기 또는 화학 물질로 인한 단락을 방지하고 물리적 손상으로부터 흔적을 보호합니다. 이를 통해 PCB 기능을 안정적으로 유지합니다.
공정: 사전 세척 → 코팅 → 프리 베이크 → 노광 → 현상 → UV 경화 → 열 경화. 주요 제어 포인트: 솔더 마스크 정렬, 마스크 브리지 크기, 비아 생산, 마스크 두께. 잉크 품질은 이후 표면 마감, SMT 실장 및 기판 수명에 영향을 미칩니다.
3.18 선택적 몰입 골드(몰입 골드)
화학 니켈/금 도금은 솔더 마스크 후 표면 마감 처리입니다. 트레이스 피치가 작고 표면 실장 부품이 많은 PCB에 적합합니다. 패드의 평탄도와 평탄도에 도움이 됩니다. 금은 안정적이고 보호적입니다. 도금 사양: 니켈 ~5μm, 금 0.05~0.1μm. 금이 너무 두꺼우면 금이 갈라져 납땜 접합부가 약해질 수 있습니다. 금이 너무 얇으면 보호 기능이 떨어집니다. ENIG는 경우에 따라 납땜성이 떨어지고 어두운 패드 결함이 나타날 수 있습니다.
3.19 범례 인쇄(C/M 인쇄)
범례 잉크를 사용하여 범례 및 표시를 인쇄합니다. 이렇게 하면 나중에 조립 및 서비스에 도움이 됩니다.
3.20 밀링 및 프로파일링(프로파일링)
완성된 패널을 CNC 라우터를 사용하여 단위 또는 세트 크기로 자릅니다. 가장자리 트리밍 및 슬롯 밀링을 수행합니다. V-CUT이 필요한 경우 그에 따라 단계를 추가합니다. 주요 매개변수: 프로파일 공차, 모따기 크기, 내부 모서리 반경. 패턴과 보드 가장자리 사이에 안전 거리를 둡니다.
3.21 전기 테스트(E-TEST)
연속성 및 격리 테스트입니다. 주요 방법은 네일 베드 테스트와 플라잉 프로브 테스트입니다:
- 베드 오브 네일: 일반 또는 맞춤형 픽스처. 일반 픽스처는 비용이 더 많이 들지만 많은 PCB에 적합합니다. 맞춤형 픽스처는 부품당 가격이 저렴하지만 특정 PCB에만 적합합니다.
- 플라잉 프로브: 프로브를 테스트 네트로 이동합니다. 유연하고 많은 소규모 실행에 적합합니다.
3.22 OSP(유기 납땜성 보존제)
OSP는 전기 테스트와 육안 확인을 거쳐 노출된 구리 패드와 스루홀에 유기막을 형성합니다. 필름 두께는 0.3-0.5 μm입니다. 분해 온도는 약 300°C입니다.
주요 장점: 작은 피치 PCB에 적합한 평면 도금, 간단한 공정, 저공해, 저비용, 우수한 납땜성. 단점: 필름이 얇고 긁히기 쉽습니다. 보관 수명이 짧습니다.
오늘날 ENIG + OSP 조합은 고정밀 보드에 사용됩니다. 이 조합은 보호 기능과 납땜성을 제공하며 경우에 따라 HASL을 대체할 수 있는 무연 옵션입니다. 비용이 더 높습니다.
3.23 최종 감사(최종 감사)
PCB 외관, 크기, 전기적 성능 및 도금 품질을 검사합니다. 모든 것이 설계 및 업계 표준을 충족하는지 확인합니다.
3.24 포장(포장)
습기와 긁힘을 방지하기 위해 통과하는 PCB를 포장합니다. 배송 중에는 보드를 보호하고 나중에 사용할 수 있도록 잘 보관하세요.
