2024 HDI PCB: 정의, 제조 및 소형 전자 제품에 필수적인 이유에 대한 궁극적인 가이드

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전자 기기가 점점 작아지고 있지만 더 많은 전력을 가지고 있는 시대에그리고 컴팩트한 5G 모듈들인 고밀도 인터커넥트 (HDI) PCB는 알려지지 않은 영웅이 되었습니다.작은 공간에 복잡한 회로를 맞추기 위해 고군분투하는 표준 PCB와 달리 HDI PCB는 미세 자막, 미세한 흔적 및 고급 라미네이션을 활용하여 적은 영역에서 더 많은 연결을 제공합니다.그랜드뷰 리서치 에 따르면, 전 세계 HDI PCB 시장은 2025년부터 2033년까지 8%의 CAGR로 성장하여 5G, IoT 및 자동차 전자 장치에 대한 수요로 인해 2033년까지 28 억 달러에 도달 할 것으로 예상됩니다.

이 가이드는 HDI PCB를 해제합니다. 그들은 무엇이며, 그들의 주요 특징, 그들이 어떻게 제조되고, 현대 기술에 중요한 이유입니다. 우리는 또한 도전, 미래 추세,그리고 전자 디자인 프로젝트에 대한 정보에 기반한 결정을 내리는 데 도움이되는 일반적인 질문에 답합니다..

주요 내용
1.HDI PCB는 컴팩트성을 재정의합니다. 마이크로 비아 (<150μm), 미세한 흔적 (0.1mm), 높은 패드 밀도 (>50 패드/cm2) 로 성능을 희생하지 않고 작고 가벼운 장치를 가능하게합니다.
2제조는 정밀성을 요구합니다. 레이저 뚫림, 순차 래미네이션 및 고급 접착은 신뢰할 수있는 HDI PCB를 만들기 위해 협상 할 수 없습니다.이 단계는 신호 무결성과 내구성을 보장합니다.
3그들은 차세대 기술을 지원합니다. HDI PCB는 5G 기기, 의료용 웨어러블 기기, EV 전자 기기, 그리고 공간과 속도가 중요한 IoT 센서에 필수적입니다.
4품질 통제는 결정적입니다: AOI, X선 검사 및 비행 탐사 시험은 고밀도 회로를 비활성화 할 수있는 미세 수준의 결함을 잡습니다.

HDI PCB 는 무엇 인가? (표시 및 핵심 특징)
HDI는 고밀도 인터커넥트를 뜻합니다. PCB의 한 종류로 최소한의 공간에서 회로 밀도를 극대화하도록 설계되었습니다.HDI PCB는 작은, 더 많은 구성 요소에 적합하도록 전문 연결과 컴팩트한 설계로 크기와 무게가 가장 중요한 장치에 이상적입니다.

핵심 정의 및 산업 표준
산업 표준 (IPC-2226) 에 따르면 HDI PCB는 다음과 같이 정의됩니다.
a. 미세 판: 전체 판을 뚫지 않고 층을 연결하는 지름 ≤150μm (0.006 인치) 의 판.
b.미세한 흔적/공간: 표준 PCB의 0.2mm (8 mils) 에 비해 0.1mm (4 mils) 의 흔적 너비와 간격이 작습니다.
c. 레이어 스택업: (1+N+1) 또는 (2+N+2) 와 같은 구성, 여기서 1 또는 2는 마이크로비아가 있는 레이어를 가리키고, 2는 표준 연결이 있는 내부 레이어를 가리키고.
d. 높은 패드 밀도: 평방 센티미터당 ≥50개의 패드, 구성 요소가 서로 밀접하게 포장될 수 있도록 (예를 들어, 0.4mm의 피치와 BGA 칩).

HDI PCB 를 구별 하는 주요 특징
HDI PCB는 표준 PCB와 다섯 가지 중요한 측면에서 다릅니다. 이러한 특징 때문에 고급 전자 장치에 가장 좋은 선택입니다.

현대 전자제품 에 있어서 HDI PCB 가 중요 한 이유
HDI로의 전환은 단순히 크기에 관한 것이 아니라 성능과 기능에 관한 것입니다.
1.더 빠른 신호: 짧은 추적 길이가 (콤팩트한 디자인 덕분에) 신호 지연 (편향) 및 교류를 줄여줍니다. 이는 5G와 AI 칩에서 초당 테라 비트로 데이터를 처리하는 데 중요합니다.
2더 나은 열 관리: 밀도가 높은 구리 층과 최적화된 지상 평면은 EV 배터리 관리 시스템 (BMS) 및 고전력 LED에 필수적인 표준 PCB보다 더 효율적으로 열을 분산합니다.
3설계 유연성: HDI PCB는 구부러지거나 유연할 수 있습니다 (폴리아미드 기판을 사용하여), 스마트 워치 케이스 또는 자동차 대시보드와 같은 비 전통적인 모양에 맞습니다.
4.EMI 보호: 더 긴 추적 라우팅과 전지층이 전자기 간섭 (EMI) 을 최소화하여 의료기기 (예: MRI 기계) 및 항공 우주 전자 장치에 필수적입니다.

HDI PCB 애플리케이션: 사용 장소 (산업별)
HDI PCB는 컴팩트성과 높은 성능을 요구하는 기술에서 보편적입니다. 아래는 가장 중요한 사용 사례입니다.

예를 들어: 애플의 아이폰 15은 A17 프로 칩에 12층 HDI PCB를 사용하며, 7.8mm 두께의 바디에 장착되는 동안 프로세서가 35% 더 빠른 성능을 제공할 수 있습니다.휴대폰은 20-30% 더 커질 겁니다..

HDI PCB 제조 과정: 단계별로
HDI PCB를 만드는 것은 표준 PCB를 만드는 것보다 훨씬 정확합니다. 그것은 전문 장비, 엄격한 품질 관리 및 마이크로 레벨 제조에 대한 전문 지식을 필요로합니다. 아래는 전체 과정입니다.설계부터 조립까지.

1디자인 및 재료 선택
첫 번째 단계는 PCB 레이아웃을 설계하고 애플리케이션의 요구 사항에 맞는 재료를 선택하는 것입니다. 주요 고려 사항은 다음과 같습니다.
a. 기판:
FR4: 저~중속 장치 (예를 들어, 소비자 전자제품) 에서 가장 일반적인 선택. 그것은 비용 효율적이고 불 retardant이며 좋은 기계적 강도를 제공합니다.
폴리아미드: 고온 또는 유연한 HDI PCB (예를 들어, 자동차 하부 부품, 웨어러블) 에 사용됩니다. 최대 300 ° C까지 견딜 수 있으며 구부리는 것을 견딜 수 있습니다.
PTFE (테플론): 높은 주파수 애플리케이션 (예를 들어, 5G 기지국) 에 이상적입니다.
b. 구리: 얇은 구리 포일 (12-35μm) 은 얇은 흔적을 위해 사용됩니다. 더 두꺼운 구리 (70μm) 는 EV 또는 산업용 PCB의 전력 층에 사용됩니다.
c. 솔더 마스크: HDI PCB를 위해 액체 사진이 가능한 (LPI) 솔더 마스크가 선호되며, 이는 틈을 다물지 않고 미세한 흔적을 코팅 할 수 있습니다.

2레이어 스택업 디자인
HDI PCB는 신호 무결성을 유지하면서 밀도를 극대화하기 위해 전문적인 스택을 사용합니다. 가장 일반적인 구성은 다음과 같습니다.
a.(1+N+1): 위쪽에는 1층의 마이크로비아, 내부층은 N층 (표준 연결), 아래쪽에는 1층의 마이크로비아 (예를 들어, 웨어러블 기기용 4층 HDI PCB).
b.(2+N+2): 위/아래에 2층의 마이크로바이아, 내부층은 N층 (예를 들어, 5G 모덤용 8층 HDI PCB).

각 계층은 특정한 기능을 합니다.

중요한 팁: 스택업 설계는 임피던스 요구 사항 (예를 들어 RF 신호에 50Ω) 에 맞춰져야 합니다. 불균형 임피던스는 신호 반사를 유발하여 고속 장치의 성능을 저하시키게 합니다.

3미생물 뚫기 (레이저 뚫기)
미크로비아는 HDI PCB의 척추이며 레이저 드릴링으로만 만들어질 수 있습니다 (기계 드릴링은 0.2mm 이하의 구멍을 만들 수 없습니다).
a. 레이저 유형: UV 레이저 (파장 355nm) 는 FR4 및 폴리아미드 기판에 사용됩니다. 주변 흔적을 손상시키지 않고 물질을 제거 (부화) 합니다.
b. 정확성: 레이저로 ±0.01mm의 정확도로 마이크로 비아를 뚫고 층 간의 정렬을 보장합니다.
c.미크로비아의 종류:
쌓인 미크로비아: 여러 층을 연결하기 위해 층을 겹치는 (예를 들어, 상위 미크로비아 → 내부 층 → 하위 미크로비아) 비아.
스태거드 마이크로 비아: 높은 신뢰성 응용 프로그램 (예: 의료 장치) 에 사용되는 중복을 피하기 위해 층을 오프셋한 비아.
레이저 뚫기는 기계 뚫기에 비해 두 가지 주요 장점을 제공합니다.
1도구 마모: 레이저는 물리적 비트가 없으므로 시간이 지남에 따라 구멍 품질이 저하되지 않습니다.
2.클리너 구멍: 기계식 드릴은 단회로를 일으킬 수 있는 부러 (금속 찌개) 를 남깁니다.

4. 순차적인 라미네이션
표준 PCB와 달리 HDI PCB는 1단계로 겹쳐져 있는데, HDI PCB는 계층을 단계적으로 만들기 위해 순차적인 겹쳐짐을 사용합니다.이 과정은 쌓인 마이크로 비아와 복잡한 계층 연결을 만드는 데 중요합니다.:
a. 첫 번째 라미네이션: 기본 층 (예를 들어, 힘/지질 평면과 함께 2층 핵) 을 prepreg (수분으로 침투된 유리섬유) 및 구리 포일로 결합합니다.
b. 드릴 & 플레이트: 새로운 구리 층에 레이저로 미크로비아를 드릴하고, 전기 연결을 만들기 위해 구리로 칠합니다.
c. 반복: 더 많은 prepreg, 구리 및 microvias를 층별로 추가하여 스택업이 완료 될 때까지.
순차 래미네이션은 HDI PCB를 최대 20층으로 만들 수 있습니다. 표준 PCB의 4~8층보다 훨씬 더 많습니다. 또한 층이 한꺼번에 결합되는 것이 아니라 점차적으로 결합되기 때문에 왜곡 페이지를 줄입니다.

5. 플래팅 & 미크로비아 채우기
굴착 후, 마이크로 비아 는 전기 를 전도 하기 위해 표면화 해야 한다. 두 가지 주요 과정 이 사용 된다.
a.전자 없는 구리 접착: 화학 반응으로 미세 구리의 벽에 얇은 구리 층 (0.5-1μm) 이 퇴적되어 추가 접착을 위한 기반을 만듭니다.
b.전자판: 연결을 강화하기 위해 전해질로 더 두꺼운 구리층 (5-10μm) 을 첨가합니다. 비아스 인 패드 (부품이 비아스에 직접 앉아있는 경우),미크로비아는 구리 또는 에포시스로 채워 평평한 표면을 만듭니다..

6. 표면 마무리 적용
표면 완공은 산화로부터 구리 흔적을 보호하고 좋은 용접성을 보장합니다. HDI PCB의 경우 평평하고 균일한 완공이 중요합니다 (HASL과 같은 부피가 큰 완공은 얇은 패드를 연결할 수 있습니다):

데이터 포인트: ENIG 마감은 12 개월까지의 유효기간을 제공하며, 소규모 HDI 프로젝트 (예: 의료기기 프로토 타입) 에 중요한 침수 주황에 비해 6 개월입니다.

7시험 및 검사 (품질 관리)
HDI PCB는 육안으로 볼 수 없는 미세 수준의 결함을 가지고 있기 때문에 엄격한 검사가 필수적입니다. 일반적인 방법은 다음과 같습니다.
a.자동 광학 검사 (AOI): 고해상도 카메라를 사용하여 표면 결함을 검사합니다. (예를 들어, 사라진 흔적, 용접 마스크의 구멍).
b.X선 검사: 마이크로 비아 품질 (예를 들어, 구리 가득 찬 비아에 공백이 없습니다) 및 레이어 정렬을 확인하기 위해 층을 침투합니다.
c. 비행 탐사 시험: 프로토타입 또는 저용량 HDI PCB에 이상적인 쇼트, 오픈 및 임피던스 불일치 테스트를 위해 이동 가능한 탐사를 사용합니다.
d. 열순환 테스트: PCB를 1000회 동안 -40°C~125°C로 노출하여 분해 (HDI PCB의 일반적인 장애) 를 확인한다.

산업 표준: IPC-A-600G는 HDI PCB가 마이크로 비아에 0.1mm의 공백을 가지고 있으며 열 사이클 후 탈층화가 없도록 요구합니다. 이러한 표준을 충족하지 못하면 장치 장애가 발생할 수 있습니다.

8. 부품 조립
마지막 단계는 HDI PCB에 구성 요소를 장착하는 것입니다. 구성 요소가 종종 작기 때문에 정확성이 필요합니다. (예: 01005 패시브, 0.4mm 피치 BGA):
a. 픽 앤 플래시 기계: 시각 시스템을 사용하여 ±0.02mm의 정확도로 구성 요소를 배치하십시오. 수동 조립보다 빠르고 정확하게.
b. 재공류 용접: 정확한 온도 조절 (± 0.5°C) 을 가진 오븐은 HDI PCB의 얇은 흔적을 손상시키지 않고 용접 매스도를 녹여줍니다.
c. 조립 후 검사: 최종 AOI 또는 X선 검사는 용접 브리지 (미세한 피치 구성 요소와 공통) 또는 부족한 부품이 없음을 보장합니다.

주요 HDI PCB 제조 기술
고품질의 HDI PCB를 생산하는 데는 세 가지 기술이 중요합니다.
1레이저 드릴링 (미크로비아 생성)
앞서 언급했듯이, 레이저 파장은 HDI PCB에 대해 협상 할 수 없습니다. 고급 제조업체는 폴리아미드 기판에 대해 페르토 초초 레이저 (ultra-short pulses) 를 사용합니다.열 손상을 최소화하기 때문에 (유연한 HDI PCB에 중요합니다)5초 레이저는 50μm의 미세한 미세포를 뚫을 수 있습니다. 다음 세대의 웨어러블 기기 (예를 들어, 스마트 콘택트 렌즈) 에 이상적입니다.

2. 연속 라미네이션 (층 건물)
연속 라미네이션은 공기 거품을 피하기 위해 균일한 열 (170-180°C) 및 압력 (30-40kg/cm2) 을 적용하는 전문 프레스가 필요합니다.최상위 제조업체는 진공 라미네이션을 사용하여 층 간 공기를 제거합니다. 이것은 5% (표준 라미네이션) 에서 <0으로 라미네이션 비율을 감소시킵니다.0.5%

3미세한 선 에치 (트레스 생성)
얇은 선 에치링은 다음과 같은 방법으로 0.05mm (2mls) 의 흔적을 만듭니다.
a.건조 필름 광 저항성: 광감각성 물질로 구리를 염화 화학 물질으로부터 보호합니다.
b.플라즈마 에칭: 화학적 에칭 (±0.01mm) 보다 ±0.005mm의 정밀도로 구리를 에칭하기 위해 이온화된 가스를 사용합니다.
5G HDI PCB에서 얇은 선 에칭은 매우 중요하며, 이 경우 0.01mm 이상의 트레스 너비 변동으로 인해 임피던스 불일치와 신호 손실이 발생할 수 있습니다.

HDI PCB 제조의 도전
HDI PCB는 엄청난 이점을 제공하지만 복잡성과 비용을 증가시키는 독특한 과제를 가지고 있습니다.
1제조 복잡성 및 비용
HDI PCB는 다음과 같은 이유로 표준 PCB보다 생산 비용이 3-5배 더 높습니다.
a.전문 장비: 레이저 드릴의 비용은 100,000~500,000달러 (기계용 드릴의 경우 50,000달러) 이다.
b. 숙련 된 노동력: 기술자는 레이저 드릴 및 순차 래미네이션 프레스 운영에 대한 훈련이 필요합니다.
c. 더 긴 수량 시간: 순차 래미네이션은 생산에 1-2 주를 추가합니다 (표준 PCB는 3-5 일 소요됩니다).

2품질 관리 위험
HDI PCB는 전체 회로를 비활성화 할 수있는 미세 수준의 결함으로 인해 발생할 수 있습니다.
a.미크로비아 공허점: 접착된 미크로비아의 공기 거품은 X선 검사로만 감지 가능한 열린 회로를 유발합니다.
b. 흔적 브리딩: 미세한 흔적 사이의 용액 또는 구리는 용액 마스크가 잘못 부착되면 단회로 발생한다.
(c.Delamination: 부적절한 라미네이션 (예: 불균형 압력) 때문에 층이 분리됩니다. 고온 애플리케이션 (예: EV) 에서 치명적입니다.
임피던스 불일치: 일관성 없는 트랙 너비 또는 다이 일렉트릭 두께는 5G에 중요한 신호 품질을 저하시킨다.
이러한 위험을 줄이기 위해 제조업체는 통계적 프로세스 제어 (SPC) 를 사용하여 모든 단계를 모니터링합니다. 예를 들어 일관성을 보장하기 위해 100 보드마다 마이크로비아 지름을 측정합니다.

3디자인 복잡성
HDI PCB를 설계하려면 전문 소프트웨어 (예를 들어, Altium Designer, Cadence Allegro) 와 다음과 같은 전문 지식이 필요합니다.
a. 미생물 비아 배치: 짧은 비아를 일으키는 중복 비아를 피합니다.
b.열 관리: 과열을 방지하기 위해 전력 추적을 라우팅합니다.
c.EMI 감소: 지상의 평면을 추가하여 간섭을 최소화합니다.
많은 디자인 팀들이 HDI 레이아웃에 어려움을 겪습니다. 경험 많은 디자이너에게 오웃소싱을 하면 오류를 40% 줄일 수 있습니다.

HDI PCB 기술의 미래 추세
HDI PCB 시장은 더 작고 빠른 장치에 대한 수요로 인해 빠르게 발전하고 있습니다. 아래는 주목해야 할 주요 추세입니다.
1인공지능 기반 설계 및 제조
인공지능 도구는 HDI PCB 디자인을 효율화합니다.
a.자동 라우팅: 인공지능 소프트웨어 (예: 시멘스 엑셀러레이터) 는 미세한 흔적을 자동으로 라우팅하고 마이크로 비아를 배치하여 설계 시간을 50% 줄입니다.
b.예측 유지보수: 인공지능은 레이저 드릴과 라미네이션 프래스를 모니터링하여 오류가 발생하기 전에 (예: 레이저 다이오드를 소화되기 전에 교체) 예측합니다.
c. 결함 탐지: 인공지능에 기반한 AOI 시스템은 인간 검사자 (95%) 보다 99.9%의 정확도로 결함 (예를 들어, 마이크로 비공) 을 식별할 수 있습니다.

2소형화 및 모든 계층 HDI
이 기술은 미크로비아가 모든 층을 연결할 수 있도록 해줍니다.
a.16층 임의의 HDI PCB: 항공우주비전학에 사용되며, 표준 16층 PCB보다 3배 더 많은 구성 요소를 탑재합니다.
b.부착된 부품: 패시브 (반항, 콘덴시터) 는 PCB 내부에 (표면에 아닌) 부착되어 보드 공간의 20-30%를 절약합니다.

3첨단 재료
새로운 재료들은 HDI PCB 성능을 향상시키고 있습니다.
a.나노 복합 물질 기판: 탄소 나노 튜브 (CNT) 와 혼합된 FR4는 고전력 EV 부품에 이상적인 표준 FR4의 2배의 열 전도성을 가지고 있습니다.
b. 그래핀 구리 필름: 그래핀 코팅 구리는 순수한 구리보다 30% 낮은 저항을 가지고 있으며 5G PCB에서 신호 손실을 줄입니다.

4시장 성장 동력
HDI PCB 시장은 세 가지 주요 부문에 의해 부양됩니다.
a.자동차: EV는 전통적인 자동차보다 5-10배 더 많은 HDI PCB를 사용합니다 (예를 들어, 테슬라 모델 3는 ADAS 시스템에 8개의 HDI PCB를 사용합니다).
의료: 착용 가능한 장치 (예: 연속 포도당 모니터) 는 유연한 HDI PCB에 대한 수요를 증가시키고 있습니다.
c.5G/6G: 6G 네트워크 (2030년 출시) 는 100GHz 신호를 처리하는 HDI PCB를 필요로 합니다. 현재 HDI PCB는 60GHz로 정렬됩니다.

FAQ: HDI PCB에 관한 일반적인 질문
1HDI PCB는 성능에서 표준 PCB와 어떻게 다릅니다?
HDI PCB는 고속, 컴팩트 애플리케이션에서 표준 PCB를 능가합니다.
a.신호 속도: HDI PCB는 최대 60GHz (5G) 를 지원하지만 표준 PCB는 10GHz 이상으로 어려움을 겪습니다.
b. 크기: HDI PCB는 30-50% 더 작습니다.
c. 신뢰성: HDI PCB는 표준 PCB의 0.5%에 비해 <0.1% (DPPM) 의 실패율을 가지고 있습니다.

2HDI PCB는 고온 환경에서 사용할 수 있습니까?
네, 적절한 재료로. 폴리아미드 기반 HDI PCB는 300°C까지 견딜 수 있어 EV 엔진 부지와 산업용 오븐에 적합합니다. FR4 기반 HDI PCB는 180°C로 제한됩니다.그래서 그들은 소비자 전자제품에 더 좋습니다.

3HDI PCB는 저용량 프로젝트에 비용 효율적입니까?
그것은 응용 프로그램에 달려 있습니다. 저용량, 고 가치 프로젝트 (예를 들어, 의료 장치 프로토 타입) 에서 HDI PCB는 표준 PCB가 할 수없는 기능을 가능하게합니다.저가 프로젝트 (e)예를 들어, 기본 센서), 표준 PCB는 비용 효율성이 높습니다.

4HDI PCB는 얼마나 오래 지속되나요?
HDI PCB는 올바르게 제조되면 10-15 년의 수명 (표준 PCB의 5-8 년 대비) 을 가지고 있습니다. 재료 선택 (예를 들어, 폴리마이드 대 FR4) 및 품질 관리 (예를 들어,진공 lamination) 영향 장수.

결론: HDI PCB 는 콤팩트 전자 의 미래 이다
장치가 작아지고 더 강력해짐에 따라 HDI PCB는 5G 전화, EV 센서 및 의료용 웨어러블 기기의 작은 칸막이에 복잡한 회로를 넣을 수있는 유일한 방법입니다.PCB는 일반 PCB보다 제조가 복잡하고 비용이 많이 들지만, 더 빠른 신호, 더 작은 크기, 더 높은 신뢰성

HDI PCB의 미래는 밝습니다. 인공지능은 설계와 제조를 단순화하고, 새로운 재료는 성능을 향상시킬 것이고, 모든 계층 HDI는 더욱 소형화된 장치를 가능하게 할 것입니다.HDI PCB를 이해하는 것은 단순히 경쟁적인 장점일 뿐만 아니라 현대 기술의 속도를 따라잡기 위한 필수요소입니다..

HDI PCB 제조업체를 선택할 때 업계에서 경험 (예: 의료 대 자동차) 및 품질 관리 기록 (예: X선 검사, SPC) 을 가진 업체에 우선 순위를 매길 수 있습니다.올바른 파트너와 함께, HDI PCB는 오늘날의 소비자와 산업이 요구하는 성능과 소형성을 제공하여 전자 디자인을 변화시킬 수 있습니다.