HDI PCB 제조: 고성능 전자제품에 대한 중요한 설계 고려 사항

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고밀도 상호 연결 (HDI) PCB는 현대 전자 장치의 척추가 되었고, 5G 장치, 의료 임플란트,그리고 첨단 자동차 시스템전통적인 PCB와 달리 HDI 디자인은 더 많은 구성 요소, 더 미세한 흔적 및 더 작은 비아를 더 좁은 공간에 포장합니다.미크로비아 배치에서 레이어 스택 최적화, 모든 결정은 신호 무결성, 신뢰성 및 비용에 영향을 미칩니다. 이 가이드는 HDI PCB 제조에 대한 필수 설계 고려 사항을 설명합니다.고밀도 설계의 복잡성을 탐색하는 엔지니어를 돕는.

주요 내용
1.HDI PCB는 설계 규칙을 엄격히 준수해야합니다: 마이크로 비아 (50 ∼150μm), 얇은 흔적 (25 ∼ 50μm), 제어 된 임피던스 (± 5%) 100Gbps + 신호를 지원합니다.
2레이어 스택 설계, 특히 순차 라미네이션은 5G 및 AI 애플리케이션에 매우 중요한 전통적인 랩 라미네이션에 비해 40%의 신호 손실을 감소시킵니다.
3소재 선택 (저손실 라미네이트, 얇은 구리) 및 DFM (제공 가능성 설계) 검토는 대용량 제조에서 생산 결함을 60% 감소시킵니다.
4밀도와 제조성을 균형 잡는 것이 핵심입니다. 너무 복잡한 디자인은 비례적인 성능 이득없이 비용을 30~50% 증가시킵니다.

HDI PCB 를 독특 하게 만드는 것 은 무엇 입니까?
HDI PCB는 전통적인 PCB보다 더 높은 구성 요소 밀도와 더 빠른 신호 속도를 달성 할 수있는 능력으로 정의됩니다. 세 가지 핵심 기능 덕분에:

a. 마이크로 비아: 전체 보드를 침투하지 않고 층을 연결하는 작은, 접힌 구멍 (50~150μm 지름), 구멍 뚫린 비아에 비해 공간 사용량을 70% 감소시킵니다.
b.미세한 흔적: 밀도가 높은 라우팅을 가능하게 하는 좁은 구리 선 (25μ50μm의 너비) 으로, 각 평방인치 당 1,000개 이상의 구성 요소를 지원합니다.
c. 레이어 스택 최적화: 정확한 정렬을 위해 순차 라미네이션으로 4 ′′ 16 얇은 층 (전통 PCB에서 2 ′′ 8 두꺼운 층 대비).

이러한 특징은 HDI PCB를 5G 베이스 스테이션에서 착용 가능한 건강 모니터까지 크기와 속도가 중요한 장치에 필수적입니다.

HDI PCB의 기본 설계 고려 사항
HDI PCB를 설계하는 것은 밀도, 성능 및 제조성을 균형 잡는 것이 필요합니다. 아래는 해결해야 할 중요한 요소입니다.
1미크로비아 설계 및 배치
미크로비아는 HDI 설계의 초석이지만 성공은 신중한 계획에 달려 있습니다.

미크로비아 종류:
블라인드 비아스: 외부 계층과 내부 계층 (예: 계층 1과 계층 2) 을 서로 반대편에 도달하지 않고 연결합니다. 신호 경로 길이를 줄이기 위해 이상적입니다.
묻힌 비아스: 내부 계층 (예: 3층에서 4층) 을 연결하여 외부 계층을 구성 요소가 없도록 유지합니다.
겹쳐진 비아스: 여러 개의 마이크로비아스가 세로적으로 쌓여 (예: 층 1→2→3) 3+층을 연결하여, 겹쳐지지 않은 디자인에 비해 40%의 공간을 절약합니다.

크기와 측면 비율:
지름: 50~150μm (작은 비아스 = 더 높은 밀도, 그러나 제조하기가 더 어렵습니다.)
측면 비율 (깊음: 지름): 신뢰성을 위해 ≤1:1 100μm 깊이 미크로비아는 접착 문제를 피하기 위해 ≥ 100μm 지름이 있어야합니다.

간격 규칙:
마이크로 비아들은 단회로와 신호 교란을 방지하기 위해 지름의 2배 이상 떨어져 있어야 합니다 (예를 들어, 100μm 비아에 200μm의 거리가 있어야 합니다).
미세포를 100μm 이상의 거리에 두고 발자국 가장자리에서 보관하여 발자국 때 구리의 희석을 방지합니다.

2. 추적 너비, 간격, 및 저항 제어
미세한 흔적은 밀도를 가능하게 하지만 신호의 무결성에 도전을 합니다.

추적 크기:
너비: 신호 흔적을 위해 25μ50m; 전력 흔적을 위해 100μ200m (더 높은 전류를 처리하기 위해).
간격: 트래스 사이 ≥25μm로 교신 (전자기 간섭) 을 최소화한다. 고주파 (28GHz+) 신호의 경우 간격을 ≥50μm로 증가시킨다.

임페던스 제어:
HDI PCB는 종종 신호 반사를 방지하기 위해 제어 된 임피던스 (예를 들어, 단일 끝의 흔적에 50Ω, 미분 쌍에 100Ω) 를 필요로합니다.
임페던스는 흔적 너비, 구리 두께 및 다이 일렉트릭 물질에 달려 있습니다. 크기를 계산하기 위해 Polar Si8000과 같은 도구를 사용하십시오. 흔적 너비의 5μm 변동조차도 임페던스를 10%로 이동시킬 수 있습니다.

3레이어 스택 디자인
HDI 레이어 스택은 전통적인 PCB보다 더 복잡하며, 순차적인 라미네이션 (당시 한 층씩 구축) 으로 정확성을 보장합니다.

계층 수:
4~8층: 소비자 전자제품 (예를 들어 스마트폰) 에서 중도의 밀도를 가진 것이 일반적입니다.
10~16층: 광범위한 전력, 지상 및 신호 층이 필요한 산업 및 항공 우주 시스템에서 사용됩니다.

연속 라미네이션:
전통적인 래치 라미네이션 (모든 층을 한꺼번에 압축하는) 은 오차 (± 25μm) 의 위험을 초래합니다. 순차 라미네이션은 쌓인 마이크로 비아에 중요한 ± 5μm의 정리를 달성합니다.
각 새로운 층은 레이저 정렬 마커를 사용하여 기존 스택에 결합되어 잘못된 비아에서 발생하는 단축 회로를 80% 감소시킵니다.

전력 및 지상 평면:
소음을 줄이고 고속 신호를 위해 낮은 임피던스 회귀 경로를 제공하기 위해 전용 전력 (VCC) 및 지상 평면을 포함합니다.
5G mmWave (28GHz+) 디자인을 위해 EMI로부터 보호하기 위해 신호 계층에 인접한 지상 평면을 배치하십시오.

4재료 선택
HDI PCB는 세밀한 특징과 고주파 성능을 지원하는 재료를 요구합니다.

소재:
저손실 FR4: 소비자 전자제품 (예를 들어, 태블릿) 에 대한 비용 효율성 ≤10Gbps 신호. Dk (다일렉트릭 상수) = 3.8 ∼ 4.2.
로저스 RO4350: 5G 및 레이더 (28GHz) 에 이상적입니다. 낮은 Dk (3.48) 및 낮은 손실 (Df = 0.0037) 로 FR4에 비해 50%의 신호 저하를 감소시킵니다.
PTFE (테플론): 60GHz+ 신호를 위해 항공우주에서 사용되며, Dk = 2.1 및 탁월한 온도 안정성 (-200°C ~ 260°C).

구리 포일:
얇은 구리 (1⁄2 ′′ 1 온스): 과도한 발각없이 미세한 흔적을 (25μm) 허용합니다.
롤링 구리: 전자기 저장 구리보다 더 유연하며 플렉스-HDI 디자인 (예를 들어 접이 가능한 전화) 에서 균열에 저항합니다.

다이렉트릭:
레이어 사이의 얇은 다이렉트릭 (50~100μm) 은 신호 지연을 줄이지만 기계적 강도를 위해 ≥50μm 두께를 유지합니다.

5제조성 (DFM) 을 위한 설계
HDI 디자인은 DFM 최적화 없이 제조 결함 (예를 들어, 마이크로 비오니아 공허, 흔적 단축) 에 유연합니다.

가능 한 경우 단순화 하십시오:
불필요한 계층이나 쌓인 vias를 피하십시오. 추가된 복잡성은 비용과 결함 위험을 증가시킵니다. 10 계층 설계는 비슷한 성능의 8 계층 설계보다 30% 더 비싸질 수 있습니다.
생산량을 향상시키기 위해 더 작은 (50μm) 대신 표준 미크로비아 크기를 (100μm) 사용하십시오. (95% 대 85% 대용량 생산).

에치 및 플래팅 고려 사항:
트레이스-패드 전환이 매끄럽다는 것을 보장합니다 (45 ° 각) 전류 밀집 및 플래팅 빈 공간을 피하기 위해.
높은 저항과 열 장애를 방지하기 위해 마이크로 비아에서 최소 구리 접착 두께 (15μm) 를 지정합니다.

검사 가능성:
비행 탐사선 또는 회로 테스트를 위한 시험점 (≥0.2mm 지름) 을 포함합니다. 밀도가 높은 설계에서 열기/단지를 감지하는 데 중요합니다.

HDI PCB 생산의 제조업 과제
잘 설계된 HDI PCB조차도 전문적인 프로세스를 요구하는 제조 장애물에 직면합니다.

1미크로비아를 위한 레이저 드릴링
기계 드릴은 50~150μm의 구멍을 안정적으로 만들 수 없으므로 HDI는 레이저 드릴에 의존합니다.

자외선 레이저: 50~100μm 미크로비아에 이상적인 최소한의 樹脂 스미어와 함께 깨끗하고 정확한 구멍 (±5μm 허용) 을 만듭니다.
이산화탄소 레이저: 더 큰 마이크로 비아 (100~150μm) 를 위해 사용되지만, 진공 후 청소를 필요로 하는 樹脂 smearing 위험이 있습니다.

도전: 레이저 정렬은 ±5μm 내에서 설계 데이터와 일치해야합니다; 잘못된 정렬은 HDI 결함의 30%를 유발합니다.

2. 순차적인 라미네이션 제어
각 라미네이션 단계마다 정확한 온도 (180~200°C) 와 압력 (300~400 psi) 를 요구하여, 라미네이션 없이 레이어를 결합합니다.

진공 라미네이션: 공기 거품을 제거하여 미크로비아의 공백을 70% 감소시킵니다.
열 프로파일링: 균일한 완화를 보장합니다. 10 °C의 변동조차도 내부 층에서 樹脂 기어 발생 할 수 있습니다.

3검사 및 시험
HDI 결함 은 시각 검사 에 너무 작아 첨단 도구 가 필요 합니다.

엑스레이 검사: 숨겨진 문제 (예를 들어, 잘못된 정렬, 접착 공백으로 쌓여) 를 탐지합니다.
AOI (Automated Optical Inspection): 5μm 해상도로 흔적 결함 (예를 들어, 균열, 하위 절단) 을 검사합니다.
TDR (Time Domain Reflectometry): 고속 신호에 중요한 임피던스 연속성을 확인합니다.

응용 프로그램 및 디자인 교환
HDI 설계 우선 순위는 응용 프로그램에 따라 달라지며 맞춤형 접근법을 요구합니다.
15G 기기 (스마트폰, 베이스 스테이션)
필요: 28GHz+ 신호, 소형화, 낮은 손실.
디자인 초점: 로저스 기판, 100Ω 차분 쌍, 쌓인 마이크로 비아.
트레이드 오프: 더 높은 재료 비용 (로저스 3x FR4) 하지만 10Gbps+ 데이터 속도에는 필요합니다.

2의료 임플란트
필요성: 생물 호환성, 신뢰성, 작은 크기
설계 초점: 4~6층, PEEK 기판, 최소 미세 자루로 고장점을 줄입니다.
트레이드 오프: 밀도가 낮지만 10년 이상 수명이 중요합니다.

3자동차 ADAS
요구 사항: 온도 저항성 (-40°C ~ 125°C), 진동 내성이
디자인 초점: 높은 Tg FR4 (Tg ≥170 °C), 강량 흔적을위한 두꺼운 구리 (2oz).
트레이드 오프: 대량 생산에서 제조 가능성을 위해 약간 큰 비아 (100~150μm)

자주 묻는 질문
Q: 대량 생산된 HDI PCB의 가장 작은 마이크로 비 크기는 무엇입니까?
A: 50μm는 자외선 레이저 뚫림으로 달성 할 수 있지만 비용 효율적인 대용량 생산에 75 ∼ 100μm가 더 일반적입니다. (출력> 95% 대 85% 50μm).

질문: 순차적인 라미네이션은 비용에 어떤 영향을 미치나요?
A: 순차 래미네이션은 대량 래미네이션에 비해 20~30%의 제조 비용을 추가하지만 결함 비율을 60% 감소시켜 전체 소유 비용을 낮추고 있습니다.

Q: HDI PCB는 딱딱하고 유연할 수 있나요?
A: 예 튼튼한 플렉스 HDI는 튼튼한 섹션 (부품용) 과 유연한 폴리아미드 층 (굽기용) 을 결합하여 마이크로 비아를 사용하여 연결합니다. 접이 가능한 전화기와 의료 내시경에 이상적입니다.

Q: HDI PCB의 최대 계층 수는 무엇입니까?
A: 상업적인 제조업체는 최대 16층을 생산하지만 항공우주/방위 프로토타입은 20층 이상으로 특수 라미네이션을 사용합니다.

Q: 어떻게 밀도와 신뢰성을 균형을 잡을 수 있을까요?
A: 미세한 특징을 위해 중요한 영역 (예: 0.4mm BGA) 에 집중하고 밀도가 적은 지역에서 더 큰 흔적 / 비아를 사용하십시오. 제조업체와의 DFM 검토는 과잉 엔지니어링을 식별 할 수 있습니다.

결론
HDI PCB 제조는 설계 정밀과 제조 전문의의 정밀한 혼합을 요구합니다.그리고 신뢰성DFM에 우선 순위를 부여하고, 순차적인 라미네이션을 활용하고, 애플리케이션 요구에 맞춰 설계를 조정함으로써, 엔지니어들은 HDI 기술의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있습니다.그리고 더 신뢰할 수 있는 전자 장치.

5G, AI 및 IoT가 가능한 한 한계를 계속 확장함에 따라 HDI PCB는 여전히 필수적입니다. 핵심은 혁신과 실용성을 균형 잡는 것입니다.하지만 효율적으로 확장할 수 있을 만큼 제조 가능하죠올바른 디자인 고려 사항으로 HDI PCB는 다음 세대의 전자 돌파구를 계속 추진할 것입니다.