HDI PCB란 무엇인가? 고밀도 상호 연결 기술의 작동 방식

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고밀도 인터커넥트 (HDI) PCB는 전자 장치 설계에 혁명을 일으켜 5G 스마트 폰에서 웨어러블 건강 모니터에 이르기까지 현대 생활을 정의하는 매끄럽고 강력한 장치를 가능하게합니다. HDI 기술은 구성 요소를 단단한 공간에 포장하는 데 어려움을 겪고있는 전통적인 PCB와 달리 고급 제조 기술을 사용하여 더 많은 연결, 신호가 빠르며 더 높은 구성 요소 밀도를 작은 형태 요인으로 크램링합니다. 그러나 HDI PCB는 정확히 무엇이며, 어떻게 작동하며, 왜 최첨단 전자 제품에 필수 불가결 한가? 이 안내서는 핵심 구성 요소에서 실제 응용 프로그램에 이르기까지 기술을 분류하고 차세대 장치의 중추 인 이유를 설명합니다.

주요 테이크 아웃
1.HDI PCBS는 Microvias (≤150μm 직경), 미세 추적 (≤50μm 폭) 및 조밀 한 층 스택을 사용하여 기존 PCB보다 3-5 배 높은 구성 요소 밀도를 달성합니다.
2. 이들은 40% 감소, 5G, AI 및 IoT 장치의 중요성으로 신호 속도 (최대 100Gbps)를 더 빠르게 할 수 있습니다.
3. HDI 기술은 커넥터 수가 적고 신호 경로가 짧아 기존 PCB에 비해 장치 크기를 30-50% 줄이고 신뢰성을 60% 향상시킵니다.
4. 코어 특징에는 Microvias (맹인, 매장 또는 쌓인), 순차적 라미네이션 및 저 손실 재료가 포함됩니다.

HDI PCB 란 무엇입니까?
HDI (고밀도 상호 연결) PCB는 연결을 최대화하고 크기를 최소화하도록 설계된 고급 회로 보드입니다. 그들은 이것을 달성합니다.
A. Shrinking 기능 : Microvias (작은 구멍) 및 미세 구리 흔적 사용 공간을 낭비하지 않고 층을 연결합니다.
B. 밀도가 높아짐 : 제곱 인치당 더 많은 구성 요소 (칩, 센서, 커넥터)를 포장 - 기존 PCB의 경우 200-300까지 1,000 개의 구성 요소/IN²까지.
C. 최적화 층 : 무게를 줄이고 신호 흐름을 향상시키기 위해 4-16 개의 얇은 층 (전통적인 PCB에서 2-8 층)을 사용합니다.
요컨대, HDI PCB는 중요한 문제에 대한 솔루션입니다. 현대 전자 장치는 더 많은 전력과 기능을 요구하지만 소비자는 더 작고 가벼운 장치를 원합니다. HDI는이 차이를 연결합니다.

HDI PCB의 작동 방식 : 핵심 구성 요소 및 기술
HDI PCB는 세 가지 주요 혁신에 의존하여 고밀도와 성능 (Microvias, Fine Traces 및 Advanced Layer Stacking)을 제공합니다.
1. Microvias : 밀도에 대한 비밀
Vias는 구리 층을 연결하는 PCB의 "구멍"이지만 전통적인 통로 홀 (전체 보드에 침투하는) 폐기물 공간과 느린 신호입니다. HDI PCB는 이들을 Microvias로 대체합니다. 직경은 50–150μm (사람의 머리카락의 너비)로 정밀한 구멍을냅니다.
Microvias는 세 가지 유형으로 제공되며 각각의 특정 목적을 제공합니다.
블라인드 Microvias : 외부 층을 하나 이상의 내부 층에 연결하지만 전체 보드를 사용하지 마십시오. 신호 경로 길이를 줄이는 데 이상적입니다.
매장 된 미세 조아증 : 외부 표면에 도달하지 않고 내부 층을 연결하여 보드의 외부를 구성 요소에 대해 명확하게 유지하십시오.
쌓인 마이크로 비비 아 : 다중 미세 미세 미세 층은 3 개 이상의 층을 연결하기 위해 수직으로 쌓아서 밀도가 높은 디자인에서 40% 씩 필요한 VIA의 수를 줄였습니다.
전통적인 통로 홀 VIA의 "스터브"를 제거함으로써 Microvias는 신호 반사를 70% 감소시키고 신호 지연을 30% 감소시켜 더 빠른 데이터 전송을 가능하게합니다.

2. 미세 추적 : 더 적은 공간에서 더 많은 연결
전통적인 PCB는 100-200μm 너비의 흔적 (구리 라인)을 사용하지만 HDI PCB는 25–50μm의 미세한 트레이스를 사용합니다. 이를 통해 같은 공간에 더 많은 트레이스가 들어갈 수있어 라우팅 밀도가 2-3 배 증가합니다.
미세 추적은 또한 신호 무결성을 향상시킵니다. 제어 된 간격으로 좁은 흔적은 크로스 토크 감소 (신호 간의 전자기 간섭)가 50%, 고속 데이터 (예 : 28GHz에서 5G MMWAVE 신호)에 비해 50% 감소합니다.

3. 순차적 라미네이션 : 정밀한 층
전통적인 PCB는 모든 레이어를 한 번에 라미네이션하여 구축되므로 정렬 정확도를 제한합니다. HDI PCB는 순차적 라미네이션을 사용합니다. 한 번에 하나씩 구축 층을 사용하며, 각각의 새로운 층은 레이저 위치를 사용하여 이전의 새로운 층에 정렬되었습니다. 이것은 전통적인 라미네이션의 경우 ± 5μm 정렬 (1/20 인간 머리의 너비)을 달성합니다.
순차적 라미네이션은 8+ 레이어 HDI 설계의 핵심이며, 미세 소비아와 트레이스가 층 전체에 완벽하게 일치하도록합니다.

HDI PCB가 기존 PCB와 비교하는 방법

HDI PCB의 유형 : 모든 요구에 대한 구성

HDI PCB는 여러 구성으로 제공되며 각각의 특정 응용 프로그램에 최적화되었습니다.

1. 1+n+1 HDI PCB
이것은 가장 일반적인 HDI 디자인입니다.
A.1 상단과 하단의 외부 층, 각각은 마이크로 비아를 통해 내부 층에 연결됩니다.
전력, 접지 및 신호를위한 BN 내부 층 (일반적으로 2-6).
C. 모든 층에 걸친 연결에 대한 구멍 vias (공간을 절약하기 위해 최소화).
최상의 : 밀도 및 비용의 균형이 필요한 스마트 폰, 태블릿 및 중간 범위 전자 제품.

2. 2+N+2 HDI PCB
복잡성의 단계 : :
A.2 상단과 하단의 외부 레이어가 더 많은 라우팅을 가능하게합니다.
B. Blind/Buried Microvias 전체 보드에 침투하지 않고 레이어를 연결하여 신호 손실을 줄입니다.
C.8–12 더 높은 성분 밀도를위한 총 레이어.
최상의 : 5G 라우터, 의료 이미징 장치 및 자동차 ADAS 시스템.

3. 전체 HDI PCB
가장 고급 구성.
A.12+ 스택 된 미세 소비조를 통해 연결된 층 (통과 구멍 VIA 없음).
B. 모든 층에 걸친 정확한 정렬을위한 순차적 라미네이션.
C. 고주파 신호 (28GHz+)에 대한 C. low-loss 재료 (예 : Rogers RO4350).
최상의 : 항공 우주 센서, AI 프로세서 및 위성 통신 시스템.

HDI PCB에 사용되는 재료
HDI PCB는 고속, 타이트한 공차 및 조밀 한 구성 요소를 처리하기 위해 특수 재료가 필요합니다.

1. 기판 (핵심 재료)
A. Low-Loss FR-4 : 3.8–4.5의 유전체 상수 (DK)가있는 소비자 전자 장치 (예 : 스마트 폰)를위한 예산 친화적 인 옵션.
B.Rogers RO4350 : DK 3.48의 고성능 라미네이트, 5G 및 레이더 시스템 (28–60GHz)에 이상적입니다.
C.isola I-Tera MT : 데이터 센터에서 100GBPS+ 신호를 위해 설계된 DK 3.0의 저 손실 재료.

2. 구리 호일
a.electrodeposited (ed) 구리 : 1/3–1oz 두께 (12–35μm)의 대부분의 HDI PCB의 표준.
B. 롤링 구리 : 얇고 유연하고 유연성이 뛰어나 굽힘 중 균열에 저항하기 위해 Rigid-Flex HDI (예 : 접이식 전화)에 사용됩니다.

3. Coverlayers 및 솔더 마스크
A. Polyimide Coverlayers : 유연한 섹션에서 수분과 마모로부터 미세한 트레이스를 보호합니다.
B. 클리케이드 광 이용성 (LPI) 땜납 마스크 : 브리징없이 25μm 트레이스를 덮을 수있을 정도로 정확하여 신뢰성을 보장합니다.

HDI PCB가 현대 전자 제품에 중요한 이유

HDI 기술은 오늘날의 장치 설계자가 직면 한 세 가지 주요 과제를 해결합니다.
1. 소형화
소비자는 더 많은 기능을 갖춘 더 작은 장치를 요구합니다. HDI PCB는 다음을 가능하게합니다.
최신 스마트 폰은 1,500 개 이상의 구성 요소를 6 인치 폼 팩터로 포장하여 전통적인 PCB로 볼 수 없습니다.
웨어러블 피트니스 트래커는 HDI를 사용하여 심박수 모니터, GP 및 배터리를 시계 크기의 장치에 맞출 수 있습니다.

2. 고속 신호
5G, AI 및 IoT 장치는 그 어느 때보 다 빠르게 이동하려면 신호가 필요합니다 (최대 100Gbps). HDI PCB는 다음을 통해 활성화합니다.
기존 PCB에 비해 신호 경로 (흔적)를 50-70% 단축하여 지연을 줄입니다.
저 손실 재료를 사용하여 고주파에서 신호 감쇠 (손실)를 최소화합니다.

3. 신뢰성
HDI PCBS는 다음과 같이 기존 PCB보다 자주 실패합니다.
커넥터와 배선 하네스의 60%를 제거합니다 (전통적인 디자인의 일반적인 실패 지점).
짧은 신호 경로는 EMI (전자기 간섭) 및 Crosstalk를 감소시켜 안정성을 향상시킵니다.

HDI PCB의 실제 응용 프로그램
HDI 기술은 매일 사용하는 수많은 장치의 중추입니다.
1. 5G 스마트 폰
Modern 5G 전화 (예 : iPhone 15 Pro, Samsung Galaxy S24)는 1+6+1 HDI PCB에 :
5G 모뎀, MMWAVE 안테나 및 48MP 카메라를 7mm 두께 본체에 맞습니다.
<2dB 손실로 28GHz에서 5G 신호를 전송하여 빠른 데이터 속도를 보장합니다.

2. 의료 기기
웨어러블 ECG 모니터 : 2+2+2 HDI PCBS를 사용하여 센서, 블루투스 칩 및 배터리를 패치 크기의 장치에 맞추고 정확한 심박수 추적을 위해 미세 추적 (25μm)을 사용하십시오.
이식 가능한 제세 동기 : 생체 적합성 재료 (예 : 폴리이 미드)가있는 전체 HDI PCB는 신체에서 10 년 이상의 신뢰할 수있는 작동을 제공합니다.

3. 자동차 전자 제품
ADAS 시스템 : LIDAR 및 레이더 모듈의 8 계층 HDI PCB는 100 개 이상의 데이터 포인트/초를 처리하여 70mph에서 충돌 회피를 가능하게합니다.
EV 배터리 관리 : HDI PCBS는 100 개 이상의 배터리 셀을 실시간으로 모니터링하며 Microvias는 기존 설계에 비해 신호 지연을 30% 감소시킵니다.

4. 항공 우주 및 방어
위성 통신 : 16 개의 층이있는 전체 HDI PCB는 우주에서 -200 ° C ~ 260 ° C에서 작동하며 99.99% 상향 시간이 5G 위성 링크를 지원합니다.
드론 센서 : 경량 1+4+1 HDI PCB는 무게를 20%감소시켜 비행 시간을 15 분 씩 연장합니다.

HDI PCB 제조 : 도전 및 혁신
HDI PCB를 생산하려면 전통적인 PCB 제조를 넘어서는 정밀도가 필요합니다.
1. Microvia 시추
50μm Microvias를 생성하려면 UV 레이저 드릴 (전통적인 VIA의 기계식 드릴)이 필요하며, 이는 98% 정확도를 달성하여 단락을 피하기 위해 중요합니다.

2. 미세 추적 에칭
25μm 흔적 에칭하려면 ± 2μm 공차로 고급 포토 리소그래피 (UV 광선을 사용하여 패턴 전달)가 필요합니다. 작은 변형조차도 신호 손실을 유발할 수 있습니다.

3. 순차적 라미네이션
한 번에 하나씩 건물 층은 분리를 피하기 위해 온도 및 압력 제어 프레스가 필요하며, 각 층은 레이저 마커를 사용하여 정렬됩니다.

4. 검사
HDI PCB는 결함 (예 : 공극을 통한 공간을 통한)이 너무 작아서 육안으로 볼 수 없으므로 Microvia 품질 및 층 정렬을 확인하기 위해 X- 선 검사가 필요합니다.

HDI PCB의 비용 : 투자 가치가있는 이유
HDI PCBS는 기존 PCB보다 1.5–3 배 더 많지만 그 혜택은 종종 가격을 정당화합니다.
A. 감소 된 장치 크기 : 크기가 핵심 판매 지점 인 프리미엄, 우주 제약 제품 (예 : $ 1,000+ 스마트 폰)을 활성화합니다.
B. 마켓-마켓 시간 : 커넥터가 적고 더 간단한 어셈블리는 생산 시간을 2-3 주까지 줄입니다.
C. 인력 보증 비용 : 60% 적은 수익률이 줄어들면 수익 및 수리가 줄어들어 장치 수명주기 동안 총 제품 비용의 10-15%를 절약합니다.

FAQ
Q : 상업용 HDI PCB에서 가장 작은 미세한 크기는 얼마입니까?
A : 상업용 제조업체는 50μm의 작은 마이크로 비아를 생산하지만 75–100μm는 비용 효율성에 더 일반적입니다. 항공 우주 프로토 타입은 25μm Microvias를 사용합니다.

Q : HDI PCB가 강성 플렉스 일 수 있습니까?
A : 그렇습니다. Rigid-Flex HDI PCB는 접이식 전화 및 의료 내시경에 이상적 인 단단한 섹션 (구성 요소)을 유연한 섹션 (굽힘 용)과 결합합니다.

Q : HDI PCB는 열을 어떻게 처리합니까?
A : 그들은 두꺼운 구리 층 (2–3oz)과 열 비아를 사용하여 열을 소산하며, 일부 설계는 고출력 구성 요소 (예 : 5G 앰프)에 알루미늄 코어를 통합합니다.

Q : HDI PCB는 고급 장치에만 해당됩니까?
A : 아니요. 예산 스마트 폰과 IoT 센서조차도 기본 1+2+1 HDI PCB를 사용하여 비용과 밀도의 균형을 유지하지만 더 큰 미세 소비아 (100–150μm)를 사용할 수 있습니다.

Q : HDI 기술의 미래는 무엇입니까?
A : 차세대 HDI PCB는 10μm 트레이스, 25μm 마이크로 비아 및 20 개 이상의 층을 특징으로하여 초당 테라 비트 신호와 심지어는 6G 및 양자 컴퓨팅에 비판적입니다.

결론
HDI PCB는 현대 장치가 요구하는 밀도, 속도 및 소형화를 가능하게하여 전자 제품을 변형 시켰습니다. Microvias, Fine Traces 및 Advanced Materials를 활용하여 더 많은 기능을 공간에 적은 공간으로 포장하는 핵심 과제를 해결하면서 신호 성능과 신뢰성을 향상시킵니다. 기존의 PCB보다 비싸지 만, 공세 장치, 더 빠른 속도 및 실패율이 낮아서 5G, 의료, 자동차 및 항공 우주 응용 분야에 필수 불가능한 이점을 얻을 수 있습니다. 기술이 발전함에 따라 HDI PCB는 전자 제품의 다음 혁신의 물결을 강화하여 더욱 중요해질 것입니다.