HDI PCB 마이크로비아: 스택형 vs. 스태거형 설계의 비용-편익 분석

고밀도 인터커넥트 (HDI) PCB는 5G 장치, 의료 임플란트 및 IoT 센서에 필요한 소형화 및 성능을 가능하게하여 현대 전자 장치의 척추가되었습니다.HDI 기술의 핵심은 마이크로 비아와 작은 지름의 전도 경로 (≤0.15mm) 로 구성되어 있으며, 값비싼 표면 공간을 소비하지 않고 층을 연결합니다. 두 가지 주요 마이크로비아 구성은 HDI 디자인을 지배합니다.둘 다 전통적인 구멍 비아보다 더 높은 구성 요소 밀도를 허용하는 동안이 가이드에서는 겹쳐진 마이크로 비아와 겹쳐진 마이크로 비아에 대한 상세한 비용-이익 분석을 제공합니다.엔지니어와 조달 팀이 성능을 균형 잡는 정보에 기반한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다., 신뢰성, 예산

HDI 미크로비아를 이해하는 방법
미크로비아는 레이저로 구멍을 뚫거나 기계적으로 구멍을 뚫고 구리로 접힌 것으로 HDI PCB의 층을 연결하도록 설계되었습니다. 작은 크기 (일반적으로 0.1 ∼ 0.15mm 지름) 및 浅度 (≤ 0.0 mm)2mm) 는 표준 비아보다 더 긴 흔적 간격과 더 높은 구성 요소 밀도를 허용합니다..

쌓인 미크로비아
쌓인 마이크로 비아들은 수직적으로 정렬되어 있으며, 상층의 각 비아가 하층의 비아와 직접 연결되어 여러 층을 통해 연속적인 전도 열을 형성합니다. 예를 들어,겹쳐진 미크로비아가 1층과 2층을 연결할 수 있습니다., 2층에서 3층까지, 그리고 그 다음으로, 중간층을 침투하지 않고 상층에서 4층으로 경로를 만듭니다.

주요 특징: 공간 효율을 극대화하기 위해 층을 우회하는'skip vias'의 필요성을 제거합니다.

전형적 구성: 수직 공간이 중요한 6층 이상의 HDI PCB에서 사용됩니다.

미생물
스태저형 미크로비아는 수평적으로 오프셋되며, 인접층의 비아 사이에 수직 정렬이 없습니다.계층 2에 계층 1 연결을 통해 계층 3에 계층 2를 연결하는 비아 사이에 배치됩니다, 직접 수직 스파킹을 피합니다.
주요 특징: 단일 수직 선에 집중 된 구리 질량이 없기 때문에 횡단 접점에서 기계적 스트레스를 줄입니다.
전형적 구성: 제조성과 비용이 우선시되는 4~6층 HDI PCB에서 일반적입니다.

비용 비교: 겹쳐진 대 겹쳐진 미크로비아
겹쳐진 마이크로 비아와 겹쳐진 마이크로 비아 사이의 비용 차이는 제조의 복잡성, 재료 사용 및 양산율에서 비롯됩니다. 자세한 분포는 다음과 같습니다.
1제조비용

전체 제조비용: 겹쳐진 미크로비아는 평형 계층 수에 비해 30~50% 더 비싸다.

2물품 비용
기판: 쌓인 마이크로 비아에는 수직 경로를 통해 신호 무결성을 유지하기 위해 저손실, 높은 Tg 라미네이트 (예: 로저스 RO4830) 가 필요합니다.15~20%의 재료 비용을 증가시키는 것은 단계적인 비아와 함께 사용되는 표준 FR-4에 비해.
구리: 쌓인 디자인은 여러 층을 통해 신뢰할 수있는 연결을 보장하기 위해 20~30% 더 많은 구리가 필요하며 재료 비용을 추가합니다.

3수익률
주파수 마이크로 비아: 엄격한 정렬 및 연속성 요구 사항으로 인해 평균 75 ~ 85%의 수익률. 단 한 개의 잘못 정렬 된 비아로 인해 전체 PCB가 결함이 발생할 수 있습니다.
스태거드 미크로비아: 배열 오류가 기능에 덜 영향을 미치기 때문에 수익률이 높습니다 (85~95%).
생산량의 비용 영향: 1만 유닛의 생산량으로, 쌓인 마이크로 비아에는 낮은 생산량을 보완하기 위해 ~1,500개의 추가 PCB가 필요하며, 전체 비용을 15~20% 증가시킵니다.

성능 이점: 쌓인 미크로 비가 비용 을 정당화 할 때
더 높은 비용에도 불구하고, 쌓인 마이크로 비아는 특정 응용 프로그램에 필수적인 성능 장점을 제공합니다.

1더 높은 구성 요소 밀도
겹쳐진 미크로비아는 층 전환에 필요한 수평 공간을 40~60% 감소시킵니다.
작은 PCB 발자국 (WEARABLE, 청각장치 및 드론 센서에서 매우 중요합니다.)
사각형 인치 당 더 높은 부품 수 (2,000 개의 구성 요소 대 1,200 개의 단계화된 비아스).
예를 들어, 5G 스마트폰 PCB는 쌓인 마이크로 비아를 사용하여 100cm2의 동일한 영역에 25% 더 많은 RF 구성 요소를 배치하여 더 빠른 데이터 처리를 가능하게합니다.

2신호 무결성 향상
높은 주파수 설계 (28GHz+) 에서, 쌓인 마이크로 비아는 다음과 같이 신호 손실을 최소화합니다.
신호 경로를 단축합니다 (단계 경로보다 30%~40% 짧습니다.)
임피던스 불연속성을 줄이는 (차기된 비아스는 고주파 신호를 반영하는 ′′stubs′′를 만듭니다.)
테스트는 5G mmWave 애플리케이션에 중요한 단계화된 디자인에 비해 60GHz에서 쌓인 마이크로 비아가 삽입 손실을 0.5~1.0dB/인치로 줄이는 것을 보여줍니다.

3더 나은 열 관리
쌓인 마이크로 비아에 있는 수직 구리 기둥은 열전도 역할을 하며, 핫 컴포넌트 (예: 프로세서) 로부터 냉각 평면으로 열을 20~30% 더 효율적으로 퍼뜨린다.이것은 밀집된 PCB에서 10~15°C로 핫스팟을 감소시킵니다., 부품의 수명을 연장합니다.

단계적 인 미생물 의 실용적 이점
스테이저형 마이크로바이아는 비용, 제조 가능성 및 신뢰성이 극심한 밀도에 우선되는 응용 프로그램에서 우수합니다.
1기계적 고장의 위험도 낮습니다.
스태저 비아스는 PCB 전체에 스트레스를 더 균등하게 분배하여
열순환 (단계된 비아스는 1,500+ 사이클에 비해 1,000+ 더 많은 비아스를 견딜 수 있습니다.)
기계적 구부러짐 (자동차 및 의료 장치의 플렉스-직성 PCB에 중요합니다.)
사례 연구: 자동차 ADAS PCB 제조업체는 주파수형에서 단계화 된 마이크로 비아로 전환하여 진동으로 인한 필드 장애를 40% 감소 시켰습니다.

2더 쉬운 제조 및 재작업
스태거드 미크로비아스 (Staggered microvias) 는 느린 정렬 요구 사항을 단순화합니다.
라미네이션 (층 이동으로 인해 거부가 적다).
재작업 (부실 된 비아스는 인접층에 영향을 미치지 않고 더 쉽게 수리 할 수 있습니다.)
이것은 단계적인 디자인을 저용량 생산이나 프로토타입 제작에 이상적으로 만듭니다. 빠른 전환이 중요한 곳이죠.

3중위 밀도의 비용 효율성
극심한 소형화를 필요로 하지 않는 PCB (예: 산업 센서, 가전제품) 에서, 단계화된 마이크로 비아는 밀도와 비용의 균형을 제공합니다.
30~40% 더 높은 밀도가 뚫린 비아보다
30~50% 더 적은 비용으로 쌓인 마이크로 비아보다

응용분야별 추천
겹쳐진 미크로비아와 단계화 된 미크로비아의 선택은 응용 프로그램의 요구 사항에 달려 있습니다. 결정하는 방법은 다음과 같습니다.
1. 주파수 미크로비아를 선택하면
밀도는 매우 중요합니다. 웨어러블 기기, 보청기, 그리고 5G 모듈은 크기가 주요한 제약 요소입니다.
고주파 성능 문제: 28GHz+ 5G, 레이더, 위성 통신 PCB.
열 관리는 핵심입니다: 밀집된 구성 요소 레이아웃을 가진 고전력 장치 (예: AI 엣지 컴퓨팅 모듈)

2. Staggered Microvias를 선택하면:
비용은 우선 순위입니다: 소비자 전자제품 (예를 들어, 스마트 TV, IoT 허브) 중도의 밀도 요구 사항.
가혹 한 환경 에서 신뢰성: 자동차, 항공 및 산업용 PCB 는 진동 및 온도 변동 에 노출 됩니다.
소량 생산: 생산량과 재처리성이 중요한 프로토 타입 또는 사용자 지정 PCB.

하이브리드 접근법: 비용과 성능의 균형
많은 HDI 디자인은 비용과 성능을 최적화하기 위해 쌓인 및 단계화된 마이크로 비아의 하이브리드를 사용합니다.
중요한 경로: 고주파 또는 고밀도 영역 (예를 들어, BGA 패드) 에 쌓인 마이크로 비아.
비비판적 영역: 전력 또는 저속 신호 영역에서 미크로비아가 정지됩니다.
이 접근법은 전체적으로 쌓인 디자인에 비해 비용을 15~20% 줄이는 동시에 중요한 섹션의 성능을 유지합니다.

사례 연구: 5G 베이스 스테이션 PCB의 비용-이익
통신 제조업체는 12층 5G 베이스 스테이션 PCB를 위해 쌓인 대 단계화된 마이크로 비아를 평가했습니다.

결정: 제조업체는 28GHz 신호 경로에서 하이브리드 디자인을 선택했습니다. 전체 스파이크 된 비아의 비용의 90%에서 80%의 성능 이점을 달성합니다.

HDI 미크로비아의 미래 동향
제조업의 발전은 쌓여있는 미생물과 겹쳐진 미생물 사이의 경계가 흐려지고 있습니다.
첨단 레이저 드릴링: ±1μm 정확도의 차세대 레이저는 쌓인 비아스의 정렬 비용을 줄이고 있습니다.
인공지능 기반 디자인: 기계 학습 도구는 마이크로 비아 배치를 최적화하여 순수한 쌓인 또는 단계화된 구성의 필요성을 줄입니다.
재료 혁신: 더 나은 열전도성을 가진 새로운 라미네이트는 고전력 애플리케이션에서 단계화된 비아스의 성능을 향상시키고 있습니다.

FAQ
질문: 같은 PCB에서 쌓인 마이크로 비아와 단계화된 마이크로 비아를 사용할 수 있습니까?
A: 예, 하이브리드 디자인은 일반적입니다. 높은 밀도 / 높은 주파수 영역에서 쌓인 비아와 다른 곳의 단계화된 비아를 사용하여 비용과 성능을 균형 잡습니다.

질문: 겹쳐진 디자인과 겹쳐진 디자인으로 가능한 가장 작은 미크로비아 지름은 무엇입니까?
A: 쌓인 미크로비아는 고급 레이저 드릴링으로 0.05mm (50μm)만큼 작을 수 있으며, 계단형 미크로비아는 일반적으로 0.1~0.15mm입니다.

질문: 플렉스 PCB를 위해 단계적 인 마이크로 비아가 적합합니까?
A: 예, 플렉스 PCB에는 오프셋 디자인이 굽는 동안 스트레스 농도를 감소시켜 균열 위험을 최소화하기 때문에 점진형 마이크로 비아가 선호됩니다.

질문: 층수가 쌓여있는 마이크로 비아와 단계화 된 마이크로 비아 사이의 비용 차이에 어떻게 영향을 미치나요?
A: 비용 격차는 계층 수와 함께 넓어집니다. 4층 PCB에서 쌓인 비아스는 ~ 30% 더 비싸습니다. 12층 PCB에서는 조정 및 검사 요구 사항이 증가함에 따라 차이가 50%에 도달 할 수 있습니다.

결론
HDI PCB에서 쌓인 마이크로 비아와 단계화된 마이크로 비아 사이의 선택은 비용, 밀도 및 성능을 균형 잡는 데 달려 있습니다.겹쳐진 미크로비아는 극심한 소형화를 요구하는 응용 프로그램에서 30~50% 더 높은 비용을 정당화합니다.5G 장치 및 의료 임플란트와 같은 고주파 성능 및 열 효율성가혹한 환경에서 더 높은 신뢰성.
많은 디자인에서, 하이브리드 접근 방식은 두 세계 모두에서 가장 좋은 것을 제공합니다. 중요한 영역에서 쌓인 비아와 다른 곳에서는 겹쳐진 비아를 사용합니다.응용 프로그램 요구 사항에 마이크로 비아 구성의 조화를 통해, 엔지니어들은 성능과 비용으로 HDI PCB를 최적화 할 수 있습니다.
핵심 요점: 쌓인 및 단계화 된 미크로바이아는 경쟁하는 기술이 아니라 상호 보완적인 솔루션입니다. 올바른 선택은 귀하의 우선 순위가 극심한 밀도와 성능 또는 비용에 달려 있습니다.신뢰성, 그리고 제조 가능성