HDI PCB 의 평면 전압판 및 구멍 채우기: 고밀도 설계에 대한 정밀 기술

고밀도 상호 연결(HDI) PCB는 5G 스마트폰부터 의료용 임플란트에 이르기까지 더 작고, 빠르고, 강력한 장치를 가능하게 함으로써 전자 제품에 혁명을 일으켰습니다. 이러한 첨단 PCB의 핵심에는 두 가지 중요한 제조 공정, 즉 평탄 전기도금과 홀 채우기가 있습니다. 이러한 기술은 HDI 설계의 작은 비아(50μm)와 미세 피치 트레이스가 전기적으로 신뢰할 수 있고, 기계적으로 견고하며, 고속 신호의 요구 사항을 처리할 준비가 되도록 보장합니다.

이 가이드에서는 평탄 전기도금과 홀 채우기가 어떻게 작동하는지, HDI PCB 성능에서 그 역할, 주요 기술 및 최신 전자 제품에 필수적인 이유를 살펴봅니다. 소형 웨어러블 장치를 설계하든 고주파 레이더 모듈을 설계하든, 이러한 공정을 이해하는 것은 신뢰할 수 있고 고성능 HDI PCB를 달성하는 데 필수적입니다.

주요 내용
1. 평탄 전기도금은 HDI PCB 전체에 균일한 구리 층(±5μm 두께)을 생성하여 고속 신호(25Gbps+)에 대해 일관된 임피던스(50Ω/100Ω)를 보장합니다.
2. 홀 채우기(전도성 또는 비전도성 재료 사용)는 마이크로비아의 기포를 제거하여 신호 손실을 30% 줄이고 열 전도성을 40% 향상시킵니다.
3. 기존 도금에 비해 평탄 전기도금은 표면 거칠기를 50% 줄여 고주파 설계에서 신호 감쇠를 최소화하는 데 중요합니다.
4. 항공우주, 통신 및 의료 기기와 같은 산업에서는 0.4mm 피치 BGA 및 인치당 10,000개 이상의 비아가 있는 HDI PCB를 달성하기 위해 이러한 기술에 의존합니다.

HDI PCB에서 평탄 전기도금 및 홀 채우기란 무엇입니까?
HDI PCB는 공간을 절약하기 위해 조밀하게 배치된 구성 요소와 작은 비아가 필요하지만, 이러한 기능은 고유한 제조 문제를 야기합니다. 1. 평탄 전기도금 및 홀 채우기는 이러한 문제를 해결합니다.
평탄 전기도금: PCB 표면과 비아에 균일한 구리 층을 증착하는 특수 전기도금 공정으로, 최소한의 두께 변화로 매끄럽고 균일한 마감을 보장합니다. 이는 고속 트레이스에서 제어된 임피던스를 유지하는 데 중요합니다.
2. 홀 채우기: 보이드(void)를 제거하고, 기계적 강도를 향상시키며, 열 및 전기적 성능을 향상시키기 위해 마이크로비아(레이어를 연결하는 작은 구멍)를 전도성 또는 비전도성 재료로 채우는 공정입니다.

HDI PCB가 이러한 공정을 필요로 하는 이유
큰 비아(≥200μm)가 있는 기존 PCB는 표준 도금을 사용할 수 있지만, 마이크로비아(50–150μm)가 있는 HDI 설계는 정밀도를 요구합니다.
  a. 신호 무결성: 고속 신호(25Gbps+)는 평탄 전기도금이 최소화하는 표면 거칠기 및 임피던스 변화에 민감합니다.
  b. 기계적 신뢰성: 채워지지 않은 비아는 응력 지점 역할을 하여 열 사이클링 중에 균열의 위험이 있습니다. 채워진 비아는 응력을 분산시켜 고장률을 50% 줄입니다.
  c. 열 관리: 채워진 비아는 뜨거운 구성 요소(예: 5G 트랜시버)에서 열을 전달하여 작동 온도를 15–20°C 낮춥니다.

평탄 전기도금: 균일한 구리 층 달성
평탄 전기도금은 비아 벽 및 구성 요소 아래와 같은 좁은 공간에서도 PCB 전체에서 구리 두께가 일관되도록 보장합니다.

평탄 전기도금 작동 방식
  1. 전처리: PCB를 세척하여 산화물, 오일 및 오염 물질을 제거하여 적절한 구리 접착력을 보장합니다. 여기에는 더 나은 접착을 위해 거친 표면을 생성하는 마이크로 에칭이 포함됩니다.
  2. 전해조 설정: PCB를 구리 황산염 전해조에 담그고 구리 증착을 제어하는 첨가제(레벨러, 광택제)를 첨가합니다.
  3. 전류 인가: 낮은 제어 전류(1–3 A/dm²)를 인가하고 PCB를 음극으로 사용합니다. 조의 구리 이온이 PCB에 끌려 표면 전체와 비아에 균일하게 증착됩니다.
  4. 레벨링제: 전해질의 첨가제는 고전류 영역(예: 트레이스 가장자리)으로 이동하여 구리 증착을 늦추고 보드 전체에서 균일한 두께를 보장합니다.
결과: 기존 도금의 ±15μm에 비해 ±5μm의 구리 두께 변화—HDI의 엄격한 임피던스 공차(±10%)에 중요합니다.

HDI PCB에서 평탄 전기도금의 장점
1. 제어된 임피던스: 균일한 구리 두께는 트레이스 임피던스가 설계 사양 내에 유지되도록 보장하여(예: RF 신호의 경우 50Ω ±5Ω) 신호 반사를 줄입니다.
2. 신호 손실 감소: 매끄러운 표면(Ra <0.5μm)은 고주파수(28GHz+)에서 표피 효과 손실을 최소화하여 기존 도금(Ra 1–2μm)보다 뛰어납니다.
3. 솔더링성 향상: 평탄한 표면은 일관된 솔더 조인트 형성을 보장하며, 작은 변화조차도 개방 또는 단락을 유발할 수 있는 0.4mm 피치 BGA에 중요합니다.
4. 신뢰성 향상: 균일한 구리 층은 열 사이클링(-40°C ~ 125°C) 중에 균열에 저항하며, 이는 HDI PCB에서 흔한 고장 지점입니다.

홀 채우기: 마이크로비아의 보이드 제거
HDI PCB의 마이크로비아(50–150μm 직경)는 기존의 스루홀 도금에 비해 너무 작아서 보이드가 남습니다. 홀 채우기는 비아를 전도성 또는 비전도성 재료로 완전히 채워 이를 해결합니다.

홀 채우기 기술 유형

홀 채우기가 중요한 이유
1. 보이드 제거: 비아의 보이드는 공기를 가두어 신호 손실(유전율 변화로 인해) 및 열점을 유발합니다. 채워진 비아는 28GHz에서 신호 감쇠를 30% 줄입니다.
2. 기계적 강도: 채워진 비아는 구조적 지지대 역할을 하여 적층 시 PCB 뒤틀림을 방지하고 솔더 조인트에 대한 응력을 줄입니다.
3. 열 전도성: 전도성 구리 충전 비아는 채워지지 않은 비아보다 4배 더 나은 열을 전달하며, 5G PA 모듈과 같은 열에 민감한 구성 요소에 중요합니다.
4. 조립 단순화: 채워지고 평탄화된 비아는 평탄한 표면을 생성하여 미세 피치 구성 요소(예: 0201 수동 소자)의 정확한 배치를 가능하게 합니다.

홀 채우기 공정
구리 전도성 채우기의 경우(고신뢰성 HDI PCB에서 가장 일반적):
1. 비아 준비: 마이크로비아를 드릴링(레이저 또는 기계적)하고 에폭시 잔류물을 제거하여 구리 접착력을 보장합니다.
2. 시드 층 증착: 전기도금을 가능하게 하기 위해 얇은(0.5μm) 구리 시드 층을 비아 벽에 적용합니다.
3. 전기도금: 고전류 펄스(5–10 A/dm²)를 인가하여 구리가 비아 바닥에 더 빠르게 증착되어 내부에서 채워집니다.
4. 평탄화: 표면의 과도한 구리를 화학적 기계적 연마(CMP)를 통해 제거하여 비아가 채워지고 PCB 표면과 평평하게 만듭니다.

기존 vs. HDI 도금/채우기 비교
기존 PCB 공정은 HDI의 작은 기능으로 어려움을 겪고 있어 평탄 전기도금 및 홀 채우기가 필수적입니다.

평탄 전기도금 및 홀 채우기를 요구하는 응용 분야
이러한 기술은 HDI PCB 성능 및 신뢰성이 협상 불가능한 산업에서 중요합니다.
1. 통신 및 5G
  a. 5G 기지국: 구리 충전 비아 및 평탄 도금이 있는 HDI PCB는 28GHz/39GHz mmWave 신호를 처리하여 낮은 손실과 높은 데이터 처리량(10Gbps+)을 보장합니다.
  b. 스마트폰: 5G 스마트폰은 0.4mm 피치 BGA가 있는 6–8 레이어 HDI PCB를 사용하여 슬림한 디자인에 모뎀, 안테나 및 프로세서를 장착하기 위해 이러한 공정에 의존합니다.
예: 선도적인 5G 스마트폰의 메인 PCB는 2,000개 이상의 구리 충전 마이크로비아와 평탄 전기도금 트레이스를 사용하여 7.5mm 두께의 장치에서 4Gbps 다운로드 속도를 가능하게 합니다.

2. 의료 기기
  a. 이식형 장치: 심박 조율기 및 신경 자극기는 생체 적합성(ISO 10993) 에폭시 충전 비아가 있는 HDI PCB를 사용하여 체액 내에서 신뢰성을 보장하고 기존 PCB에 비해 크기를 40% 줄입니다.
  b. 진단 장비: 휴대용 혈액 분석기는 평탄 도금 HDI PCB를 사용하여 작은 센서와 프로세서를 연결하며, 채워진 비아는 유체 유입을 방지합니다.

3. 항공우주 및 방위
  a. 위성 탑재 하중: 구리 충전 비아가 있는 HDI PCB는 방사선 및 극한 온도(-55°C ~ 125°C)를 견디며, 평탄 도금은 위성 간 통신을 위한 안정적인 신호 무결성을 보장합니다.
  b. 군용 라디오: 견고한 HDI PCB는 이러한 공정을 사용하여 소형 충격 방지 인클로저에서 고주파수(18GHz) 성능을 달성합니다.

4. 산업 전자 제품
  a. 자동차 ADAS: 레이더 및 LiDAR 시스템의 HDI PCB는 진동 저항(20G+)을 위해 채워진 비아에 의존하고, 충돌 회피에 중요한 77GHz 신호 무결성을 위해 평탄 도금에 의존합니다.
  b. 로봇 공학: 소형 로봇 팔 컨트롤러는 평탄 전기도금 및 홀 채우기를 통해 크기를 줄이고 응답 시간을 개선하기 위해 0.2mm 피치 구성 요소가 있는 HDI PCB를 사용합니다.

HDI 도금/채우기의 과제 및 솔루션
이러한 공정은 HDI 혁신을 가능하게 하지만 고유한 과제가 있습니다.

FAQ
Q: 이러한 기술로 채울 수 있는 가장 작은 비아는 무엇입니까?
A: 레이저 드릴 마이크로비아는 50μm까지 작게 구리 또는 에폭시로 안정적으로 채울 수 있지만, 100μm가 제조 가능성에 더 일반적입니다.

Q: 비전도성 채우기(에폭시)가 구리 채우기만큼 신뢰할 수 있습니까?
A: 신호 비아의 경우, 예—에폭시 채우기는 저렴한 비용으로 우수한 기계적 및 열적 성능을 제공합니다. 구리 채우기는 높은 전도성이 필요한 전원 비아에 더 좋습니다.

Q: 평탄 전기도금은 PCB 유연성에 어떤 영향을 미칩니까?
A: 평탄 전기도금은 기존 도금보다 얇은 구리 층(12–35μm)을 사용하여 유연한 HDI PCB(예: 접이식 전화 힌지)에 적합하며 굽힘성이 향상됩니다.

Q: 이러한 공정을 사용하는 HDI PCB의 일반적인 리드 타임은 얼마입니까?
A: 프로토타입의 경우 10–14일, 기존 PCB의 경우 5–7일로, 도금 및 채우기의 정밀 단계로 인해 발생합니다.

Q: 이러한 공정은 RoHS 및 기타 환경 표준과 호환됩니까?
A: 예—구리 도금 및 에폭시 채우기는 무연 재료를 사용하여 전자 제품에 대한 RoHS, REACH 및 IPC-4552 표준을 준수합니다.

결론
평탄 전기도금 및 홀 채우기는 HDI PCB 제조의 숨겨진 영웅으로, 최신 전자 제품을 정의하는 소형화 및 고성능을 가능하게 합니다. 균일한 구리 층을 보장하고, 비아 보이드를 제거하며, 신호 무결성을 유지함으로써 이러한 공정은 5G 스마트폰부터 생명을 구하는 의료 기기에 이르기까지 더 많은 기능을 더 작은 공간에 담을 수 있게 합니다.
HDI PCB가 계속 발전함에 따라(50μm 미만의 비아 및 112Gbps 신호가 예상됨), 평탄 전기도금 및 홀 채우기는 더욱 중요해질 것입니다. 이러한 기술을 마스터하는 제조업체와 설계자는 크기, 속도 및 신뢰성이 모든 것인 시장에서 앞서 나갈 것입니다.
결국, 이러한 정밀 공정은 PCB 제조의 가장 작은 세부 사항이 종종 우리가 매일 의존하는 장치에 가장 큰 영향을 미친다는 것을 증명합니다.