HDI 다층 PCB 를 위한 일반적으로 사용되는 스택업: 설계, 이점 및 응용

고밀도 인터커넥트 (HDI) 다층 PCB는 더 많은 구성 요소, 더 빠른 신호,그리고 복잡한 기능을 더 작은 발자국으로하지만 이러한 진보된 PCB의 성공은 하나의 중요한 디자인 결정에 달려 있습니다. 레이어 스택업입니다. 잘 설계된 스택업은 신호 무결성, 열 관리, 제조성을 최적화합니다.가난한 사람은 성능을 손상시킬 수 있습니다., 교란을 일으키거나 비용이 많이 드는 재작업으로 이어집니다.

이 가이드는 가장 일반적으로 사용되는 HDI 다층 PCB 스택업을 분해하고, 응용 프로그램에 적합한 구성을 선택하는 방법을 설명하고, 함정을 피하기 위해 주요 설계 원칙을 설명합니다.6층 스마트폰 PCB 또는 12층 5G 기지 스테이션 보드를 설계하든이 스택업에 대한 이해는 HDI 기술의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 도움이 될 것입니다.

주요 내용
1.HDI 다층 PCB 스택업 (4~12층) 은 전통적인 다층 PCB보다 2~3배 더 높은 구성 요소 밀도를 달성하기 위해 마이크로 비아 (50~150μm) 와 단계화 / 스택 된 비아를 사용합니다.
2가장 일반적인 구성은 2+2+2 (6층), 4+4 (8층), 1+N+1 (유연한 계층 수) 및 3+3+3 (9층) 이며, 각각은 특정 밀도 및 성능 요구에 맞습니다.
3잘 설계된 스택업은 28GHz에서 40%의 신호 손실을 줄이고, 50%의 크로스 스톡을 줄이고, 무작위 계층 레이아웃에 비해 30%의 열 저항을 줄입니다.
4소비자 전자제품, 통신, 의료기기 같은 산업은 전문적인 스택업에 의존합니다. 스마트폰에 2+2+2, 5G 베이스 스테이션에 4+4, 웨어러블에 1+N+1.

HDI 다층 PCB 스택업이란 무엇입니까?
HDI 다층 PCB 스택업 (HDI multilayer PCB stack-up) 은 PCB 내의 전도성 구리층 (신호, 전력, 토양) 과 단열적 이전층 (지판, 프리프레그) 의 배열이다.기존의 다층 PCB와 달리 뚫린 바이아스와 간단한 신호-지상 신호 레이아웃에 의존하는 HDI 스택업 사용:
a. 미생물: 인접층을 연결하는 작은 구멍 (50~150μm 지름) (목이 멀어진 vias: 외부 → 내부; 묻힌 vias: 내부 → 내부).
b. 겹쳐진/단계된 비아: 겹쳐진 (단계된) 또는 겹쳐진 (단계된) 수직으로 쌓인 미크로비아, 뚫림 없이 인접하지 않은 층을 연결한다.
c. 전용 비행기: 소음을 최소화하고 신호 무결성을 향상시키기 위해 지상 및 전력 층을 분리합니다.
HDI 스택업의 목표는 높은 속도 (25Gbps+) 신호 성능과 열 효율성을 유지하면서 밀도를 극대화하는 것입니다.고전력 장치.

왜 HDI 다층 PCB에 대 한 스택업 디자인 문제
잘못 설계된 스택업은 가장 진보된 HDI 기능까지 약화시킵니다.
1신호 무결성: 고속 신호 (28GHz 5G, 100Gbps 데이터 센터 링크) 는 임피던스 불일치 및 크로스 토크에 민감합니다. 적절한 스택업 (예:지상 평면과 인접한 신호 계층) 는 제어 된 임피던스를 유지하며 (50Ω/100Ω) 30%의 신호 반사를 감소시킵니다..
2.열 관리: 밀집 HDI PCB는 전통적인 레이아웃보다 2배 더 빨리 스택-업 퍼스레이드 열에 열을 생성하고, 부품 온도를 25°C로 낮추고.
3제조 가능성: 지나치게 복잡한 스택업 (예를 들어, 100μm 미크로 비아와 함께 12 층) 은 폐기물 비율을 15%까지 증가시킵니다. 최적화된 설계는 폐기물을 <5%로 유지합니다.
4비용 효율성: 스마트폰 PCB를 위해 8층 대신 6층 스택업을 선택하는 것은 성능을 희생하지 않고 재료 비용을 25% 절감합니다.

가장 일반적으로 사용되는 HDI 다층 PCB 스택업
HDI 스택업은 레이어 수와 마이크로비아 구성에 따라 분류됩니다. 아래는 가장 널리 채택 된 네 가지 디자인이며, 사용 사례, 이점 및 제한이 있습니다.

12+2+2 (6층) HDI 스택업
2+2+2 스택업은 소비자 전자제품의 "작업마"이며, 밀도, 성능 및 비용을 균형 잡는다.
a.최고 하위 스택: 2층 (최고 신호 + 1개 내면) 이 블라인드 마이크로 비아에 의해 연결됩니다.
b.중심 코어: 2층 (내부 2전력 + 내부 3신호) 은 묻힌 미생물에 의해 연결된다.
c.아래 하위 스택: 2층 (내부 4층 지상 + 하위 신호) 가 블라인드 마이크로 비아에 의해 연결된다.
주요 특징:
a. 겹쳐진 마이크로 비아 (top → inner 1 → inner 2) 를 사용하여 바깥층과 중간층을 연결합니다.
시그널 계층에 인접한 전용 지상 평면으로 교차 음향을 줄입니다.
c. 0.4mm pitch BGA와 0201 passives를 지원합니다.
성능 지표:
a. 28GHz에서 신호 손실: 1.8dB/인치 (전통 6층 PCB의 2.5dB/인치 대비).
b.부품 밀도: 800부품/평방인치 (2x 전통적인 6층).
베스트 포:
a.스마트폰 (예를 들어, iPhone 15 주 PCB), 태블릿, 웨어러블 기기 (스마트워치) 및 IoT 센서.
장단점:

24+4 (8층) HDI 스택업
4+4 스택업은 중급 고성능 장치의 선택이며, 추가 신호 및 전력 경로를 위해 2+2+2 디자인에 두 개의 층을 추가합니다.
a. 상위 하위 스택: 4 층 (상위 신호 1, 내부 신호 1, 내부 신호 2, 내부 신호 2) 이 쌓인 마이크로 비아에 의해 연결되어 있습니다.
b.아래 하위 스택: 4층 (내부 4 신호 3, 내부 5 지상, 내부 6 전력, 하부 신호 4) 이 쌓인 마이크로 비아에 의해 연결되어 있습니다.
c. 매장된 비아스: 내부 3 (최상 하위 스택) 을 내부 4 (아래 하위 스택) 으로 연결하여 크로스 스택 신호 라우팅을 수행한다.
주요 특징:
a. 4개의 전용 신호 계층 (4 x 25Gbps 경로를 지원한다).
b.다중전압 시스템에서 이중 전력 평면 (예를 들어, 3.3V 및 5V)
c. 고정밀을 위해 레이저로 뚫린 마이크로 비아 (지름 75μm) 를 사용합니다.
성능 지표:
a. 임피던스 제어: ±5% (5G mmWave에 대해 결정적)
b.열 저항: 0.8°C/W (6층 스택업의 경우 1.2°C/W).
베스트 포:
a.5G 소형 셀, 중형 스마트폰 (예를 들어, 삼성 갤럭시 A 시리즈), 산업용 IoT 게이트웨이 및 자동차 ADAS 센서.
장단점:

31+N+1 (유연한 계층 수) HDI 스택업
1+N+1 스택업은 모듈형 디자인으로, N은 내부 계층 (28) 의 수이며, 사용자 지정 요구에 다재다능합니다.
a.상층: 신호층 1개 (내부 1개로 연결되지 않는 미생물).
b.내층: N층 (신호, 지상, 전력 혼합, 예를 들어, 2 지상, N=4에 2 전력).
c.아래층: 1개의 신호층 (내부 N에 대한 맹인 미생물).
주요 특징:
a. 사용자 정의 가능한 내부층 수 (예: 1+2+1=4층, 1+6+1=8층)
b. 소량 주행에서 더 간단한 제조를 위해 스테이저 미크로비아 (더하기 대신).
c. 독보적인 전력/신호 필요를 가진 프로토타입 또는 설계에 이상적입니다.
성능 지표:
a. 신호 손실: 1.5~2.2dB/인치 (N에 따라 달라지며, 더 많은 지상 평면에서는 낮습니다.)
b.부품 밀도: 600~900부품/평방인치 (N로 증가한다).
베스트 포:
a. 프로토타입 (예를 들어, 시작되는 IoT 장치), 의학적 웨어러블 (예를 들어, 포도당 모니터) 및 소용량 산업 센서.
장단점:

43+3+3 (9층) HDI 스택업
3+3+3 스택업은 3개의 동등한 하위 스택을 가진 복잡한 시스템에 대한 고성능 설계입니다.
a.최고 하위 스택: 3 층 (최고 신호 1, 내부 1 지상, 내부 2 전력) → 블라인드 마이크로 비아.
b.중부 하위 스택: 3 층 (내부 3 신호 2, 내부 4 지상, 내부 5 신호 3) → 묻힌 미생물.
c.아래 하위 스택: 3 층 (내부 6 파워, 내부 7 ग्राउंड, 하부 신호 4) → 블라인드 마이크로 비아.
주요 특징:
a. 세 개의 지상 평면 (소음 감소를 극대화)
b. 4+개의 고속 디퍼셜 페어 (100Gbps+) 를 지원합니다.
c. 전력 경로에 구리 가득한 미크로비아를 사용한다 (전자 경로당 5~10A를 운반한다).
성능 지표:
a. 40GHz에서 신호 손실: 2.0dB/인치 (HDI에서 최고).
b. 교류: <-40dB (8층 스택업의 경우 <-30dB)
베스트 포:
a.5G 매크로 베이스 스테이션, 데이터센터 트랜시버 (100Gbps+), 항공우주 항공전자 및 고급 의료 영상 장치.
장단점:

일반적인 HDI 스택업의 비교
이 표를 사용하여 어떤 스택업이 프로젝트의 필요에 맞는지를 빠르게 평가하십시오.

HDI 다층 PCB 스택업의 주요 설계 원칙
가장 좋은 스택업 구성도 제대로 된 설계 없이는 실패합니다. 성능을 최적화하려면 다음 원칙을 따르십시오:
1신호 계층과 지상 평면을 결합합니다.
모든 고속 신호 계층 (≥1Gbps) 은 단단한 지상 평면과 인접해야 합니다.
a. 루프 면적 (EMI의 주요 원천) 을 50% 감소시킵니다.
b. 신호 추적과 토양 사이의 일관성 있는 다이전트릭 두께를 보장함으로써 제어된 임피던스 (예를 들어, 단일 끝 신호에 대한 50Ω) 를 유지한다.
예제: 2+2+2 스택업에서, 상단 신호 (28GHz) 를 내면 1지표 위에 직접 배치하면 인접한 지표가 없는 신호 계층에 비해 신호 반사율이 30% 감소한다.

2전력 및 신호 계층을 분리
전력 비행기는 초고속 신호를 방해하는 소음 (전압 파동, 전환 변수) 을 발생시킵니다. 이를 완화하기 위해:
a. 신호 계층에서 지상 평면의 반대편에 힘 평면을 배치하십시오 (예를 들어, 신호 → 지상 → 전력).
각기 다른 전압 수준 (예: 3.3V 및 5V) 을 위한 별도의 전력 평면을 사용하여 전력 영역 간의 교류를 피합니다.
c. 소음을 억제하기 위해 전력 평면과 신호 계층 사이에 분리 콘덴시터 (01005 크기) 를 추가한다.
데이터: 지상 평면으로 전력 및 신호 계층을 분리하면 10Gbps 설계에서 전력 관련 노이즈를 45% 감소시킵니다.

3미크로비아 배치 최적화
미크로비아는 HDI 밀도에 매우 중요하지만 잘못된 위치에 놓이면 신호 문제를 일으킬 수 있습니다.
a. 쌓인 비아: 고밀도 디자인 (예를 들어 스마트 폰) 에 사용하지만 2~3 층으로 제한하십시오 (4층 이상 쌓는 것은 무효 위험을 증가시킵니다).
b.Staggered Vias: 저용량 또는 높은 신뢰성 설계 (예: 의료 기기) 에 사용됩니다.
c. 지름돌을 지름돌 코너에서 멀리하십시오: 지름돌이 곡선에서 ≥ 0.5mm의 지름돌을 지름돌로 배치하여 임피던스 스파이크를 피하십시오.

4열 및 전기 필요를 균형
고밀도 HDI PCB는 열을 포착하고 그것을 분산시키기 위해 스택을 설계합니다.
a. 열전도 향상을 위해 전력 비행기에 2온스 구리를 사용한다.
b. 뜨거운 구성 요소 (예를 들어 5G PA 모듈) 와 내부 지상 평면 사이에 열 유선 (황금으로 가득 차있는 0.3mm 지름) 을 추가한다.
c. 10W+ 장치의 경우, 스택업에 금속 핵층 (알루미늄 또는 구리) 을 넣어야 한다 (예를 들어, 2+1+2+1+2=8층, 1개의 금속 핵을 포함한다).
케이스 연구: 2온스 전력 플레인과 12온스 바이아를 가진 4+4 스택업은 1온스 디자인에 비해 5G PA 모듈의 온도를 20°C로 줄였습니다.

5IPC-2226 표준을 따르십시오.
IPC-2226 (HDI PCB에 대한 글로벌 표준) 는 스택업에 대한 중요한 지침을 제공합니다.
a. 최소 미크로비아 지름: 50μm (레이저 구멍).
b. 마이크로 비아 사이의 최소 거리: 100μm.
c.층 사이의 직전 두께: 50~100μm (제어된 임피던스를 위해).
IPC-2226을 준수하는 것은 당신의 스택업이 제조 가능하고 산업 신뢰성 표준을 충족시키는 것을 보장합니다.

HDI 스택업용 재료 선택

적절한 재료는 스택업 성능을 향상시킵니다

공통적인 스택업 과제와 해결책
신중한 설계에도 불구하고 HDI 스택업은 독특한 장애물에 직면합니다.

HDI 스택업의 실제 응용
1소비자 전자: 스마트 폰
a. 장치: iPhone 15 Pro 주 PCB
b.더미화: 2+2+2 (6층)
c. 왜: 밀도 (1,200 부품/평방인치) 와 비용을 균형 잡습니다. 쌓인 마이크로 비아는 A17 프로 칩에 0.35mm pitch BGA를 가능하게합니다.
d.결과: 아이폰 13보다 30% 작은 PCB, 2배 빠른 5G 속도 (4.5Gbps 다운로드).

2통신: 5G 소형전지
a.장치: 에릭슨 5G 라디오 유닛
b.더미: 4+4 (8층)
c.왜: 4개의 신호 계층이 28GHz mmWave 및 4G LTE 신호를 처리합니다. 이중 전력 플레인은 20W 증폭기를 지원합니다.
d.결과: 전통적인 8층 PCB보다 40% 낮은 신호 손실, 작은 세포 범위를 25% 확장합니다.

3의료: 휴대용 초음파
a.장치: GE 헬스케어 로기 E 초음파 탐사
b.더미화: 1+4+1 (6층)
c. 왜: 모듈형 설계는 사용자 정의 센서 요구에 맞습니다. 폴리아미드 기판은 살균 (134 °C) 에 견딜 수 있습니다.
d.결과: 이전 모델보다 50% 가벼운 탐사선, 더 명확한 영상 (낮은 크로스 토크 덕분에).

4자동차: ADAS 레이더
a.장치: 테슬라 자동 조종 레이더 모듈
b.배치: 3+3+3 (9층)
c.왜: 세 개의 지상 평면은 자동차 전자 장치의 EMI를 감소시킵니다. 구리로 가득 찬 비아스는 레이더 송신기에 15A 전력을 처리합니다.
d.결과: 99.9%의 비/담비 감지 정확도, ISO 26262 안전 표준을 충족합니다.

HDI 다층 PCB 스택업에 대한 FAQ
Q: 2+2+2와 4+4의 스택을 어떻게 선택할 수 있나요?
A: 설계에 2+2+2의 고속 경로가 필요하다면 (예를 들어, 5G + Wi-Fi 6E가 있는 스마트폰) 2+2+2를 사용하며 비용을 우선시한다.5G 소형 셀 28GHz + 39GHz) 또는 10W + 전력 소모.

Q: HDI 스택업은 유연한 PCB를 지원할 수 있나요?
A: 네, 폴리아미드 기판과 함께 1+N+1 스택업을 사용하십시오. 이것은 접이 가능한 전화 (기구 영역) 및 웨어러블 기기에서 일반적입니다.

Q: 5G mmWave PCB의 최소 계층 수는 얼마일까요?
A: 6층 (2+2+2) 로저 RO4350 기판. 더 적은 층 (4층) 은 28GHz에서 과도한 신호 손실 (> 2.5dB/인치) 을 유발합니다.

Q: HDI 스택업이 PCB에 추가되는 비용은 얼마일까요?
A: 2+2+2 스택업은 전통적인 6층 PCB보다 30% 더 비싸고 3+3+3 스택업은 2배 더 비싸다. 프리미엄은 더 작은 장치 크기와 더 나은 성능으로 상쇄됩니다.

Q: HDI 스택업을 설계하기 위해 특별한 소프트웨어가 필요한가요?
A: 네, 알티엄 디자이너, 캐덴스 알레그로, 그리고 멘토 엑스피디션과 같은 도구들은 HDI 특성을 가지고 있습니다. 마이크로비아 설계 규칙, 임피던스 계산기, 스택업 시뮬레이터.

결론
HDI 다층 PCB 스택업은 현대 전자제품의 무명 영웅입니다. 우리가 매일 의존하는 컴팩트하고 고성능 장치를 가능하게 합니다.그리고 3+3+3 구성은 각각 예산 친화적 인 스마트 폰에서 미션 크리티컬 5G 기지 스테이션에 이르기까지 고유 한 요구를 충족합니다..
성공의 열쇠는 애플리케이션에 맞는 스택업입니다. 2+2+2의 비용, 3+3+3의 성능, 1+N+1의 유연성을 우선 순위에 두세요.이것을 스마트 디자인 원칙과 결합하십시오 (신호-지구 결합)그리고 고품질의 재료로 밀도, 속도, 신뢰성을 뛰어넘는 HDI PCB를 만들 것입니다.

전자제품이 계속 축소되고 속도가 60GHz+ (6G) 로 올라갈수록 HDI 스택업 디자인은 중요성이 커질 것입니다.여러분은 차세대 최첨단 기기를 만들 준비가 될 것입니다.그 어느 때보다 더 빠르고 효율적입니다.