HDI Any-Layer PCB: 설계 원리, 제조 공정 및 고밀도 전자 제품의 장점

고밀도 상호 연결(HDI) 모든 레이어 PCB는 현대 전자 제품의 소형화 및 성능의 정점을 나타냅니다. 연결이 특정 레이어로 제한되는 기존 HDI 보드와 달리, 모든 레이어 HDI는 비아를 사용하여 모든 레이어를 다른 레이어에 연결할 수 있으므로 라우팅 제약이 제거되고 전례 없는 설계 유연성이 확보됩니다. 이러한 혁신은 공간이 부족하고 신호 속도가 중요한 5G 장치, AI 가속기 및 웨어러블 기술의 발전을 이끌고 있습니다.

이 가이드에서는 HDI 모든 레이어 PCB의 설계 원리, 제조 기술 및 실제 응용 분야를 살펴보고 기존 PCB 및 표준 HDI보다 성능이 얼마나 뛰어난지 강조합니다. 차세대 하드웨어를 설계하는 엔지니어이든 생산 규모를 확장하는 제조업체이든, 모든 레이어 HDI를 이해하는 것은 고밀도 전자 제품에서 경쟁력을 유지하는 데 핵심입니다.

HDI 모든 레이어 PCB란 무엇입니까?
HDI 모든 레이어 PCB는 다음과 같은 특징을 가진 고급 회로 기판입니다.
  a. 제한 없는 레이어 연결: 마이크로 비아(직경 ≤0.15mm)는 인접 레이어 또는 사전 정의된 스택으로 연결을 제한하는 표준 HDI와 달리 모든 레이어를 다른 레이어에 연결합니다.
  b. 초미세 기능: 3/3 mil(0.075mm/0.075mm)만큼 작은 트레이스 너비 및 간격으로, 고밀도 부품 배치(예: 0.4mm 피치 BGA)를 가능하게 합니다.
  c. 얇은 코어 재료: 0.1mm만큼 얇은 기판은 스마트폰 및 스마트워치와 같은 슬림 장치에 중요한 전체 보드 두께를 줄입니다.
이 설계는 고정된 비아 스택 주변의 라우팅이 더 긴 트레이스를 강요하여 신호 손실 및 누화가 증가하는 기존 PCB의 "병목 현상"을 제거합니다.

모든 레이어 HDI가 표준 HDI와 다른 점
주요 차이점은 비아 아키텍처에 있습니다. 표준 HDI는 고정된 연결을 가진 "스택" 또는 "엇갈린" 비아를 사용하는 반면, 모든 레이어 HDI는 모든 레이어를 연결하는 "자유" 비아를 사용합니다. 이러한 차이점은 성능을 변화시킵니다.

HDI 모든 레이어 PCB 설계 원리
모든 레이어 HDI를 설계하려면 마이크로 비아 최적화 및 레이어 유연성에 중점을 두고 기존 PCB 思维에서 전환해야 합니다.
1. 마이크로 비아 전략
비아 직경: 대부분의 연결에 0.1mm(4mil) 마이크로 비아를 사용하고, 초고밀도 영역(예: BGA 아래)에는 0.075mm(3mil)를 사용합니다.
종횡비: 안정적인 도금을 위해 마이크로 비아 종횡비(깊이/직경)를 ≤1:1로 유지합니다. 0.1mm 비아의 경우 최대 깊이는 0.1mm입니다.
비아 배치: 공간을 절약하기 위해 구성 요소(예: BGA 패드) 아래에 마이크로 비아를 클러스터링하고, 원활한 통합을 위해 "패드 내 비아(VIPPO)" 기술을 사용합니다.

2. 레이어 스택업 최적화
대칭 스택: 라미네이션 중 뒤틀림을 최소화하기 위해 구리 분포의 균형을 맞춥니다(얇은 코어에 중요).
홀수/짝수 레이어 페어링: EMI를 줄이기 위해 신호 레이어를 인접한 접지면에 그룹화합니다(레이어가 연속적이지 않은 경우에도).
얇은 유전체: 마이크로 비아 깊이를 줄이고 신호 속도를 향상시키기 위해 레이어 사이에 0.05–0.1mm 프리프레그를 사용합니다.

3. 구성 요소 배치
미세 피치 우선 순위 지정: BGA, QFP 및 기타 미세 피치 구성 요소를 먼저 배치합니다. 이러한 구성 요소는 가장 많은 마이크로 비아가 필요합니다.
열 관리: 전원 구성 요소(예: PMIC) 아래에 구리 아일랜드를 통합하고, 열 마이크로 비아(0.2mm 직경)를 통해 다른 레이어에 연결합니다.
교차 레이어 혼잡 방지: 설계 소프트웨어(Altium, Cadence)를 사용하여 모든 레이어에서 라우팅을 시뮬레이션하여 레이어가 병목 현상이 되지 않도록 합니다.

HDI 모든 레이어 PCB 제조 공정
모든 레이어 HDI를 생산하려면 표준 PCB 제조를 넘어 정밀 장비와 고급 기술이 필요합니다.
1. 마이크로 비아용 레이저 드릴링
UV 레이저 드릴링: 비인접 레이어를 연결하는 데 필수적인 ±2μm 정확도로 0.075–0.15mm 마이크로 비아를 생성합니다.
제어된 깊이 드릴링: 다른 구리 기능을 손상시키지 않도록 대상 레이어에서 정확하게 중지합니다.
디버링: 플라즈마 에칭은 마이크로 비아 벽에서 레진 얼룩 및 버를 제거하여 안정적인 도금을 보장합니다.

2. 순차 라미네이션
표준 PCB(한 단계로 라미네이션)와 달리 모든 레이어 HDI는 순차 라미네이션을 사용합니다.
코어 준비: 미리 드릴링된 마이크로 비아가 있는 얇은 코어(0.1–0.2mm)로 시작합니다.
도금: 레이어 간의 전기적 연결을 생성하기 위해 마이크로 비아를 구리로 도금합니다.
레이어 추가: 프리프레그 및 새로운 구리 레이어를 적용하고, 각 새로운 레이어에 대해 드릴링 및 도금 단계를 반복합니다.
최종 라미네이션: 균일성을 보장하기 위해 프레스(180–200°C, 300–500psi)에서 모든 레이어를 접착합니다.

3. 고급 도금
무전해 구리 도금: 전도성을 위해 마이크로 비아 내부에 0.5–1μm 베이스 레이어를 증착합니다.
전기 도금: 구리 두께를 15–20μm으로 구축하여 낮은 저항과 기계적 강도를 보장합니다.
ENIG 마무리: 니켈(5–10μm) 위에 침지 금(0.1–0.5μm)은 미세 피치 솔더링에 중요한 산화로부터 패드를 보호합니다.

4. 검사 및 테스트
X-선 검사: 마이크로 비아 도금 무결성 및 레이어 정렬(±5μm 공차)을 확인합니다.
3D 이미징을 사용한 AOI: 미세 피치 영역에서 트레이스 단락 또는 개방을 확인합니다.
TDR 테스트: 고속 신호에 대한 임피던스 제어(50Ω ±10%)를 검증합니다.

HDI 모든 레이어 PCB의 장점
모든 레이어 HDI는 고밀도 전자 제품의 중요한 과제를 해결합니다.
1. 뛰어난 신호 무결성
더 짧은 트레이스: 제한 없는 레이어 연결은 표준 HDI에 비해 트레이스 길이를 30–50% 줄여 신호 손실을 줄입니다.
누화 감소: 인접한 접지면이 있는 미세 트레이스 간격(3/3 mil)은 EMI를 최소화하며, 5G(28GHz+) 및 PCIe 6.0(64Gbps)에 중요합니다.
제어된 임피던스: 얇은 유전체(0.05mm)는 정확한 임피던스 매칭을 가능하게 하여 반사를 줄입니다.

2. 소형화
더 작은 풋프린트: 동일한 기능에 대해 표준 HDI보다 30–40% 작습니다. 12 레이어 모든 레이어 HDI는 1.0mm 두께에 맞고, 표준 HDI는 1.6mm입니다.
더 많은 구성 요소: 고밀도 마이크로 비아는 동일한 보드 영역에 20–30% 더 많은 구성 요소(예: 센서, 수동 소자)를 허용합니다.

3. 향상된 신뢰성
열 성능: 마이크로 비아는 열 전도체 역할을 하여 기존 PCB에 비해 구성 요소 온도를 10–15°C 낮춥니다.
진동 저항: 스루홀 비아(보드를 약화시킴)가 없으므로 모든 레이어 HDI는 자동차 및 항공 우주 응용 분야에 이상적입니다(MIL-STD-883 준수).

4. 대량 생산의 비용 효율성
초기 비용은 표준 PCB보다 높지만, 모든 레이어 HDI는 시스템 비용을 줄입니다.
동일한 기능에 필요한 레이어 수가 적습니다(예: 8개 모든 레이어 레이어 대 12개 표준 레이어).
조립 단계 감소(좁은 공간에서 와이어 본딩 또는 커넥터가 필요하지 않음).

HDI 모든 레이어 PCB의 응용 분야
모든 레이어 HDI는 크기, 속도 및 신뢰성이 타협할 수 없는 산업 분야에서 탁월합니다.
1. 5G 장치
스마트폰: 슬림한 디자인에서 5G mmWave 안테나 및 멀티 카메라 시스템을 지원합니다(예: iPhone 15 Pro는 모든 레이어 HDI를 사용합니다).
기지국: 고대역 5G에 중요한 낮은 신호 손실로 28GHz/39GHz 주파수를 지원합니다.

2. AI 및 컴퓨팅
AI 가속기: GPU를 100+ Gbps 링크로 고대역폭 메모리(HBM)에 연결합니다.
데이터 센터 스위치: 최소한의 대기 시간으로 400G/800G 이더넷을 처리합니다.

3. 의료 기기
웨어러블: ECG 모니터 및 혈당 센서를 소형 폼 팩터에 맞춥니다.
이미징 장비: 고해상도 초음파 프로브를 고밀도 전자 장치로 지원합니다.

4. 자동차 전자 장치
ADAS 센서: 공간 제약이 있는 차량 모듈에 LiDAR, 레이더 및 카메라를 연결합니다.
인포테인먼트: 대시보드에서 4K 디스플레이 및 고속 데이터 링크를 지원합니다.

과제 및 완화
모든 레이어 HDI는 신중한 계획으로 관리할 수 있는 고유한 제조 과제를 제시합니다.
1. 비용 및 복잡성
과제: 레이저 드릴링 및 순차 라미네이션은 표준 HDI에 비해 생산 비용을 30–50% 추가합니다.
완화: 비용과 성능의 균형을 맞추기 위해 하이브리드 설계(중요한 섹션에는 모든 레이어, 다른 섹션에는 표준 HDI)를 사용합니다.

2. 뒤틀림
과제: 얇은 코어 및 여러 라미네이션 단계는 뒤틀림 위험을 증가시킵니다.
완화: 대칭 스택업과 Rogers 4350과 같은 저 CTE(열팽창 계수) 재료를 사용합니다.

3. 설계 복잡성
과제: 16개 이상의 레이어에서 라우팅하려면 고급 소프트웨어와 전문 지식이 필요합니다.
완화: 레이아웃을 최적화하기 위해 DFM(제조 가능성 설계) 지원을 제공하는 제조업체와 협력합니다.

HDI 모든 레이어 기술의 미래 동향
재료 및 제조의 발전은 모든 레이어 HDI 기능을 확장할 것입니다.
  a. 나노 드릴링: 0.05mm 마이크로 비아를 사용할 수 있는 레이저 시스템은 더욱 고밀도 설계를 가능하게 합니다.
  b. AI 기반 라우팅: 교차 레이어 연결을 자동으로 최적화하여 설계 시간을 50% 줄이는 소프트웨어.
  c. 지속 가능한 재료: 친환경 표준을 충족하기 위한 바이오 기반 프리프레그 및 재활용 가능한 구리.

FAQ
Q: HDI 모든 레이어 PCB의 최소 주문 수량은 얼마입니까?
A: 프로토타입은 5–10개 단위로 낮을 수 있지만, 대량 생산(10,000+)은 단위당 비용을 크게 줄입니다.

Q: 모든 레이어 HDI를 제조하는 데 얼마나 걸립니까?
A: 프로토타입의 경우 2–3주, 순차 라미네이션 단계로 인해 대량 생산의 경우 4–6주가 소요됩니다.

Q: 모든 레이어 HDI는 표준 구성 요소를 사용할 수 있습니까?
A: 예, 하지만 고밀도 마이크로 비아 연결이 필요한 미세 피치 구성 요소(≤0.4mm 피치)에 탁월합니다.

Q: 모든 레이어 HDI는 RoHS를 준수합니까?
A: 예, 제조업체는 무연 솔더, 할로겐 프리 라미네이트 및 RoHS 준수 도금(ENIG, HASL)을 사용합니다.

Q: 모든 레이어 HDI에 가장 적합한 설계 소프트웨어는 무엇입니까?
A: Altium Designer 및 Cadence Allegro는 마이크로 비아 라우팅 및 교차 레이어 스택업 관리를 위한 특수 도구를 제공합니다.

결론
HDI 모든 레이어 PCB는 전자 산업을 재편하여 이전보다 작고, 빠르고, 더 신뢰할 수 있는 장치를 가능하게 합니다. 레이어 연결 제한을 제거함으로써 기존 HDI를 방해했던 라우팅 병목 현상을 해결하여 5G, AI 및 웨어러블 기술에 필수적입니다.
제조가 복잡하지만, 뛰어난 신호 무결성, 소형화 및 시스템 비용 절감과 같은 이점은 고성능 응용 분야에 대한 투자를 정당화합니다. 기술이 계속 발전함에 따라 모든 레이어 HDI는 혁신의 최전선에 남아 전자 제품 설계에서 가능한 것의 경계를 넓힐 것입니다.