성공적인 HDI PCB 설계를 위한 3가지 핵심

HDI는 High Density Interconnection의 약자로 20세기 말부터 발전하기 시작한 인쇄회로기판 기술의 일종입니다. 기존의 PCB기판은 기계식 드릴을 사용하는데, 0.15mm의 구멍으로 고가이고 드릴공구의 영향으로 개선이 어렵다는 단점이 있습니다. 그러나 HDI PCB의 경우 레이저 드릴을 활용하여 도입되자마자 큰 인기를 얻었다. HDI 보드는 조리개가 일반적으로 3.0-6.0mil(0.076-0.152mm) 및 선폭 3.0-4.0mil(0.076-0.10mm) 범위인 레이저 보드라고도 하며, 결과적으로 패드 크기가 각 단위 영역에 더 많은 레이아웃을 배치할 수 있도록 대폭 줄였습니다. HDI 기술은 PCB 산업의 발전에 적응하고 추진하며 이제 HDI 회로 기판은 모든 종류의 장치에 대량으로 적용되었습니다.

보드 디자인 측면에서 일반 PCB와 비교하여 본질적인 차이점은 HDI PCB는 관통 홀이 아닌 블라인드 홀과 매립 홀을 통해 상호 연결된다는 것입니다. 또한 HDI PCB 설계에는 더 미세한 선 너비와 더 작은 간격이 사용되어 레이아웃과 트랙을 위한 공간을 충분히 사용할 수 있습니다. 따라서 HDI 설계 초보자는 구성 요소 공간을 배치하는 방법, 블라인드 홀, 매립 홀 및 스루 홀의 적용을 전환하는 방법, 신호 라인을 위한 공간을 분배하는 방법을 알아야 합니다. 그럼에도 불구하고 가장 먼저 해야 할 일은 HDI PCB 제조 공정에서 해당 공정 매개변수를 이해하는 것입니다.

제조 공정

• 조리개

관통 홀 및 블라인드/매립 홀 설계에서 조리개 비율을 고려해야 합니다. 일반 PCB에서 사용되는 기존 기계식 드릴링의 경우 관통 구멍 구멍은 0.15mm 이상이어야 하고 기판 두께 대 조리개 비율은 8:1 이상이어야 합니다(일부 특수한 상황에서 이 매개변수는 12:1 이상일 수 있음). 단, 레이저 드릴링의 경우 레이저 홀의 개구는 3~6mil이어야 하며 그 중 4mil을 권장하며 도금 충전 홀의 깊이 대 개구 비율은 최대 1:1이어야 합니다.

보드가 두꺼울수록 조리개는 작아집니다. 도금 과정에서 화학 용액이 드릴링 구멍의 깊이로 들어가기가 어렵습니다. 회로 도금 장치는 진동 또는 프레싱을 통해 용액을 드릴링 구멍의 중심으로 누르지만 농도 구배는 중심 도금을 상대적으로 얇게 만들어 드릴링 구멍 층에 약간의 회로 개방을 초래합니다. 설상가상으로 가혹한 환경에서 전압이 증가하거나 기판에 충격이 가해지면 결함이 더욱 뚜렷해지며 결국 회로 파손 및 기판 고장을 일으킬 수 있습니다. 따라서 PCB 설계자는 사전에 PCB 제조업체의 기술 능력에 대해 완전히 알고 있어야 합니다.

• 스택

HDI PCB 레이어 스택업은 블라인드 홀이 있는 레이어의 순서에 따라 분류할 수 있습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 카테고리입니다.

ㅏ. 1-HDI(매립된 구멍 포함). 아래 그림은 매립 홀이 있는 1-HDI의 구조를 보여줍니다:1-2 블라인드 홀, 6-5 블라인드 홀, 2-5 매설 홀, 1-6 스루 홀.

비. 스택되지 않은 2-HDI(매립된 구멍 포함). 다음 그림은 1-2 블라인드 홀(논스택), 2-3 블라인드 홀(논스택), 8-7 블라인드 홀(논스택), 7-6 블라인드 홀(비적층), 3-6 매설 홀, 1-8 스루 홀.

씨. 쌓이지만 수지가 아닌 충전된 2-HDI. 그림 3은 적층형이지만 수지가 충전되지 않은 2-HDI의 구조를 보여줍니다:1-2 블라인드 홀(적층), 2-3 블라인드 홀(적층), 8-7 블라인드 홀(적층), 7-6 블라인드 홀(적층) , 3-6 매설 홀, 1-8 관통 홀.

디. 적층 및 수지 충전 2-HDI. 그림 4는 2-HDI의 적층 및 수지 충진 구조를 보여줍니다. 적층 및 수지 충전), 3-6 매설 홀, 1-8 관통 홀.

기판은 일반적으로 적층 과정에서 압력과 온도의 영향을 받은 후 기판에 여전히 응력이 있습니다. 적층 기판이 비대칭인 경우, 즉 기판 양면의 응력 분포가 불균일하면 일면 휨이 발생하여 기판 수율이 크게 감소합니다. 따라서 설계자는 비대칭 스택 설계를 선택해야 하며 블라인드/매립 구멍의 분포를 고려해야 합니다.

• 프로세스 흐름

예를 들어 1스태킹이 있는 4레이어 HDI와 2스태킹이 있는 6레이어 HDI를 사용하여 프로세스 흐름을 설명합니다.

ㅏ. 1개의 스태킹이 있는 4레이어 HDI. 다음 그림은 1 stacking 4-layer HDI의 공정 흐름을 보여줍니다.

4-layer HDI의 공정 흐름은 드릴링 홀의 순서를 제외하고는 일반 PCB와 매우 유사합니다. 먼저 2-3 층의 기계 드릴링 매립 구멍이 나온 다음 1-4 층의 기계적 관통 구멍이 나온 다음 1-2 블라인드 구멍과 4-3 블라인드 구멍이옵니다.

설계자가 설계요건이나 성능만을 기준으로 2-3개 변환 없이 직접 1-3개 또는 4-2개 구멍을 뚫는 경우, 이 설계는 제작에 극도의 어려움을 초래하여 생산비 및 불량률을 증가시킨다. 따라서 관통공의 선택시 현재의 기술과 제작요건을 고려하여야 한다.

비. 2개의 스태킹이 있는 6레이어 HDI. 그림 6은 6-layer HDI 2 stacking의 공정 흐름을 보여줍니다.

6-layer HDI 2 stacking의 공정 흐름은 구멍을 뚫는 순서를 제외하고는 일반 PCB와 유사하다. 먼저 3-4층에 묻힌 구멍을 기계적으로 드릴링하고 2-5층에 묻힌 구멍을 드릴링한 다음 2-3층과 5-4층에 막힌 구멍을 뚫은 다음 1-6에 구멍을 뚫고 마지막으로 드릴링합니다. 1-2개의 블라인드 홀과 6-5개의 블라인드 홀이 있습니다.

레이저 드릴은 HDI 보드의 막힌 구멍에 사용되며 레이저 드릴 과정의 고온은 구멍 벽을 소작하여 구멍 벽에 흡수되는 코크스 단추를 생성합니다. 한편, 고온 소작은 두 번째 층의 구리를 산화시킵니다. 따라서 레이저 드릴링 후 전기도금 전에 사전 작업을 수행해야 합니다. 막힌 구멍의 조리개가 상대적으로 작기 때문에 콜라 버튼을 없애기가 어렵습니다. 2-HDI의 경우 전문적인 블라인드 홀 도금 및 충전이 필요하므로 비용이 크게 증가합니다.

설상가상으로 6레이어 HDI 2스태킹의 공정 흐름은 몇 가지 대위법이 필요하므로 누적 대위법 오류가 증가하고 제품 폐기율이 상승합니다. 따라서 2-HDI는 극도로 발전된 제품을 제외하고는 권장되지 않습니다.

레이아웃

HDI 보드의 구성 요소 레이아웃은 일반적으로 밀도가 높아 나중에 설치 가능성, 납땜 가능성 및 유지 관리 가능성을 보장해야 합니다. 구성 요소 사이의 간격은 다음 표에 따라 결정할 수 있습니다.

HDI의 구성요소	간격
다른 구성요소의 일반 SOP 및 PIN	>4천만
기타 구성요소의 BGA 및 PIN	>8천만
일반 구성요소의 PIN	>2천만

표 1에 나열된 매개변수는 일반적인 납땜 요구 사항을 충족하는 제한된 값입니다. 실제 생산 시에는 설치성 및 유지보수성을 고려하여 공간 내에서 가능한 한 간격을 크게 하여 조립, 재작업 및 납땜이 용이하도록 하여야 한다.

레이아웃 측면에서 고려해야 할 다른 측면이 있습니다.

• RF/아날로그/아날로그-디지털 변환/디지털 부분은 공간적으로 엄격하게 구분되어야 합니다. 같은 면에 있든 다른 면에 있든 관계없이 둘 사이의 간격을 늘려야 합니다.

• 같은 모듈의 레이아웃은 같은 면에 배치하여 드릴링 또는 레이어 변경의 영역을 줄이십시오. 따라서 레이아웃 과정에서 주요 회로를 결정하고 신호의 중요도에 따라 주요 구성 요소를 중심으로 배열해야 합니다.

• 고전력 신호는 다른 신호와 멀리 배치해야 합니다.

추적

추적 과정에서 최소 선 너비, 안전 간격 제어 및 트랙 균일성을 포함한 몇 가지 요소를 고려해야 합니다. 간격이 너무 짧으면 내부 드라이 필름 공정에서 필름 클리핑이 발생할 수 있습니다. 필름 잔여물은 합선의 원인이 됩니다. 선폭이 너무 작으면 필름의 흡수가 너무 약하여 개방 회로가 발생합니다. 회로의 불균일성은 다른 지점에서 구리 두께 분포와 수지 유동 속도의 불균일성을 초래합니다. 따라서 설계 과정에서 트랙과 구리의 불균일성을 인지해야 합니다.

트랙 측면에서 고려해야 할 다른 측면이 있습니다.

• Top 레이어와 Bottom 레이어의 구성요소는 상대적으로 절연 효과가 좋으므로 내부 레이어 신호 간의 상호 혼선을 줄여야 합니다.

• RF 및 아날로그 영역의 중요한 신호의 경우 각 신호 주위에 짧은 접지 리플로우 경로가 보장되어야 합니다.

• 물리적 연결 간섭이 없는 블라인드 홀은 상호 간섭을 피하기 위해 중요한 신호의 트랙 영역에 추가되어서는 안 되지만 접지망에 속하는 블라인드 홀은 추가될 수 있습니다.

• 트래킹을 위한 공간이 제한되어 있기 때문에 임피던스 요구사항이 있는 중요한 신호 및 신호의 트래킹 공간을 최우선으로 합니다.

• 전류를 충족시키는 전력의 능력을 전제로 다른 신호에 대한 간섭을 줄이기 위해 모노블록 포장은 피해야 합니다.

• 신호 품질이 우선이라면 패드에 막힌 구멍을 직접 뚫을 수 있습니다. BGA 영역의 경우 BGA 솔더링에 대한 영향을 피하기 위해 블라인드 홀과 패드가 접하게 유지될 수 있습니다.

• 막힌/매립된 구멍은 연속성 측면에서 관통 구멍보다 나쁩니다. 따라서 임피던스가 요구되는 신호의 경우 패드와 블라인드 홀 사이의 리드 길이, 블라인드 홀과 매설 홀을 짧게 하고 신호의 상하 면을 완전하게 해야 합니다.

결론적으로 HDI 보드를 설계하는 과정에서 복잡한 제조 가능성을 사전에 충분히 고려해야 한다. 일반 PCB의 공정 매개변수는 대부분의 설계자에게 친숙한 반면 HDI 설계 초보자는 프로젝트를 보장하기 위해 맞춤형 회로 기판 제조업체의 HDI PCB 사양에 대해 알아야 합니다.

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