블라인드 마이크로비아의 구리 충전

이동: 블라인드 마이크로비아의 구리 충전 | 마이크로비아란 무엇입니까? | 블라인드 및 매장 비아란 무엇입니까? | 구리로 채워진 블라인드 마이크로비아의 장점 | 구리로 채워진 비아는 무엇입니까? | 관련 과제 | 열 및 전기 전도도 | 구리 충전 공정 | 구리 충전

적층된 패드를 전기적으로 연결하는 구멍인 비아는 인쇄회로기판(PCB)의 핵심 부품이다. 스마트폰 및 기타 유사 제품과 같은 전자 장치가 대중화되고 크기가 줄어들면서 기판에 더 작은 비아를 배치하는 기능이 점점 더 유용해지고 있습니다.

또한 PCB 레이어를 통해 신호를 안정적으로 전송할 수 있어야 합니다. 이는 기판 기판에 구리 레이어를 추가하여 수행할 수 있지만 비아를 구리로 채우면 추가 용량이 제공됩니다.

구리로 채워진 블라인드 마이크로비아는 고밀도 상호 연결(HDI) 보드를 활성화하고 안정적인 신호 전송도 제공합니다. 이러한 유형의 비아와 관련된 문제가 있지만 많은 이점도 있습니다. 이 프로세스와 이 프로세스가 귀하에게 유용한 이유에 대해 자세히 알아보려면 계속 읽으십시오.

마이크로비아란 무엇입니까?

IPC는 마이크로비아를 "최대 종횡비가 1:1인 블라인드 구조(도금된 대로)… 구조물의 캡처 랜드 포일을 대상 토지로 이동합니다.”

2013년 정의가 변경되기 전에는 직경이 0.15mm 또는 0.006인치보다 작은 비아홀로 정의되었습니다. 시간이 지남에 따라 그 크기가 더 일반적이 되었고 IPC는 직경을 사용하여 계속 정의하면 비아가 작아지므로 정의를 계속 업데이트해야 한다는 것을 깨달았습니다.

레이저는 마이크로비아용 구멍을 뚫는 데 사용되며 최근 레이저 드릴링의 발전으로 15 µm만큼 작은 마이크로비아를 만들 수 있습니다. 사용되는 레이저는 한 번에 한 층만 뚫을 수 있지만 PCB 제조업체는 여러 층을 개별적으로 천공한 다음 적층하여 마이크로비아를 통해 생산할 수 있습니다.

레이저 드릴로 천공된 구멍에 재료가 남지 않기 때문에 일반 비아에서보다 마이크로비아로 작업할 때 제조 결함이 발생할 가능성이 적습니다. 그러나 마이크로비아는 도금 및 솔더 리플로우 문제를 겪을 가능성이 높습니다.

마이크로비아는 크기가 작기 때문에 고밀도 상호 연결 PCB에 사용할 수 있습니다. 이는 오늘날 전자 제품, 특히 통신 및 컴퓨팅 장치가 고급화되면서 크기가 작아짐에 따라 중요합니다.

블라인드 및 매몰 비아란 무엇입니까?

마이크로비아는 눈이 멀거나 묻힐 수 있습니다. 블라인드 마이크로비아는 PCB의 외부 레이어를 하나 이상의 내부 레이어에 연결하고 전체 기판을 통과하지 않습니다. 그들은 외부 상단 레이어와 도달하는 내부 레이어를 연결합니다. 블라인드 비아는 배선 밀도를 높이는 데 유용합니다. 외부 레이어에서 내부 레이어로 신호 트랙을 라우팅해야 하는 경우 블라인드 비아가 가장 짧은 경로인 경우가 많습니다.

매장된 마이크로비아는 두 개 이상의 내부 층을 연결하고 외부 층에는 도달하지 않습니다. 그들은 외부 레이어에서 볼 수 없습니다. 제조업체는 일반적으로 연속 적층을 사용하여 제작합니다.

구리 충전 비아란 무엇입니까?

구리 충전 비아는 순수 구리 또는 구리가 함유된 에폭시 수지로 채워진 비아입니다. 이 구리 충진은 비아의 전도도를 향상시켜 보드의 한쪽에서 다른 쪽으로 신호를 보다 효과적으로 전송하도록 도와줍니다. 표준 비아, 마이크로비아, 블라인드 비아 및 매립 비아를 포함하여 많은 종류의 비아가 구리로 채워질 수 있습니다.

금, 은, 전도성 에폭시, 비전도성 에폭시 및 전기화학 도금과 같은 다른 재료로 비아를 채울 수도 있습니다. 비아 필의 가장 일반적인 유형은 비전도성 에폭시입니다. 그러나 구리 충전재는 특정 응용 분야에 이상적인 이점을 제공합니다.

구리 충전 블라인드 마이크로비아의 장점

블라인드 또는 매몰 여부에 관계없이 마이크로비아를 사용하면 다음을 비롯한 여러 가지 이유로 유익합니다.

스페이스

마이크로비아 사용의 주요 이점 중 하나는 공간을 절약할 수 있어 궁극적으로 비용을 절감할 수 있다는 것입니다. 비아가 차지하는 공간이 많을수록 더 많은 보드가 필요하고 프로젝트 비용도 더 많이 듭니다.

마이크로비아는 종종 관통 비아, 매립 비아, 블라인드 비아, 코어리스 구조, 수동 기판 구조 및 레이어 쌍이 있는 코어리스 빌드의 대체 구조를 특징으로 하는 HDI PCB의 중요한 구성요소입니다. 더 작은 크기와 더 가벼운 무게 외에도 이 보드는 구성 요소 사이의 거리가 줄어들고 트랜지스터 수가 많아져 향상된 전기적 성능을 제공합니다.

또한 마이크로비아는 VIP(via-in-pad)를 보다 효과적으로 활용하는 데 도움이 될 수 있습니다. VIP는 표면 실장 기술(SMT) 패드에서 연결을 생성하여 공간을 절약합니다. 마이크로비아는 크기가 작기 때문에 VIP와 함께 사용하기에 적합합니다. 일반 비아는 때때로 너무 커서 SMT용 패드 내부에 맞지 않습니다. 그러나 마이크로비아는 제작 문제 없이 패드 내부에 들어갈 수 있습니다.

블라인드 및 매립형 마이크로비아는 제작이 어려울 수 있는 일반 블라인드 및 매립형 비아보다 제작이 더 쉽습니다. 그러나 마이크로비아는 이미 레이어별로 만들어지기 때문에 레이어별로 작업해야 하는 프로세스인 블라인드 또는 묻히기가 더 쉽습니다.

마이크로비아는 BGA(Ball Grid Array)를 깨는 데에도 유용합니다. Microvia VIP는 미세 피치 BGA의 패드 내부에 쉽게 들어갈 수 있습니다. 그들은 브레이크 아웃 채널에서 훨씬 더 유익합니다. VIP는 표면 공간을 절약하지만 보드의 다른 부분으로 출력을 가져오려면 많은 수의 레이어가 필요합니다. 마이크로비아는 탈출 경로의 폭을 늘리는 데 도움이 되며, 이를 통해 BGA를 분리하는 데 더 적은 수의 레이어를 사용할 수 있습니다.

감소된 EMI

마이크로비아는 또한 전자기장이 전기 회로에 영향을 미치고 전자 장치의 작동을 방해할 때 발생하는 전자기 간섭(EMI)을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 마이크로비아는 EMI 위험이 감소하기 때문에 고주파 또는 고속 애플리케이션에 사용되는 회로와 같이 EMI가 발생하기 쉬운 회로에 특히 유용합니다.

고속 회로는 종종 비아에서 신호 방사 및 반사 문제에 부딪힙니다. 그러나 비아의 크기를 줄이면 방사 전위가 줄어들어 EMI가 줄어듭니다. 고속 회로의 경우 스터브(한 쪽 끝에서만 연결된 전송 라인 또는 도파관)는 EMI 문제의 또 다른 원인입니다. 스텁은 신호를 다시 도체로 반사하고 원래 신호를 감쇠하거나 취소할 수도 있습니다. 그러나 마이크로비아는 레이어별로 만들어지기 때문에 스텁이 없습니다.

마이크로파 및 밀리미터파 스트립라인 도체와 같은 고주파 전송 라인은 신호를 분리하기 위해 비아가 필요합니다. 그러나 표준 비아는 고주파수 스트립 라인에 사용하기에는 너무 많은 EMI를 생성합니다. 반면 마이크로비아는 EMI를 거의 생성하지 않으며 신호 무결성을 저하시키지 않습니다. 고주파 회로가 점점 더 자주 사용되면서 EMI가 더욱 일반적인 문제로 대두되고 있습니다.

비아를 구리로 채우면 열 및 전기 전도성 영역과 같은 여러 이점이 있습니다.

열 및 전기 전도도

비아를 채우기 위해 구리를 사용하면 비아의 열전도율이 높아져 기판에서 열이 발생하지 않아 수명이 연장되고 결함 위험이 낮아집니다. 보드의 다른 부분으로 이동하는 대신 열이 구리를 통해 보드의 다른 면으로 이동하여 구성 요소를 보호합니다. 구리는 비아를 채우는 데 사용되는 또 다른 재료인 금보다 열전도율이 높습니다.

구리는 또한 금보다 전기 전도성이 더 높습니다. 비아에서 구리의 전도도는 PCB에 과부하를 주지 않고 전류가 더 깊은 층으로 교차할 수 있도록 합니다. 이 기능은 구리로 채워진 마이크로비아를 고전압 애플리케이션과 보드의 각 측면 사이에 이동하기 위해 강한 전류가 필요한 애플리케이션에 이상적입니다.

구리로 채워진 블라인드 마이크로비아와 관련된 문제

특정 문제는 마이크로비아 제조와 관련이 있습니다. 이러한 문제는 때때로 도금 및 내부 구리 층 근처에서 발생하는 결함인 상호 연결 결함(ICD)으로 이어질 수 있습니다. 이러한 ICD는 신뢰성 문제, 개방 회로, 고온에서의 간헐적 문제 및 회로 고장을 유발할 수 있습니다. ICD는 제조 단계 후 테스트 중에 올바르게 작동하지만 조립 또는 사용 중에 문제가 드러날 수 있기 때문에 ICD를 감지하는 것이 어려울 수 있습니다. 이러한 결함을 관찰하고 보드를 조심스럽게 제작하여 방지하는 것이 중요합니다.

잔해 기반 ICD

ICD의 한 가지 일반적인 유형은 파편이 상호 연결 구멍에서 끝나고 내부 레이어 구리에 묻히기 때문에 발생합니다. 이 파편은 종종 구멍 드릴링 과정에서 발생합니다. 마이크로비아 구멍을 뚫는 데 사용되는 레이저는 다른 구멍 드릴링 공정만큼 파편을 거의 생성하지 않으므로 마이크로비아는 파편 기반 ICD의 위험이 낮습니다. 그러나 제조업체가 구리로 채우기 전에 모든 구멍에 파편, 잔류물, 드릴 ​​얼룩, 유리 섬유, 무기 충전제 및 기타 재료가 모두 없는지 확인하는 것이 여전히 중요합니다.

다양한 유형의 비아 전반에 걸쳐 파편 기반 ICD가 더 보편화되고 있습니다. 아마도 더 많은 제작자가 낮은 DK/낮은 DF 재료를 사용하기 때문일 것입니다. 이러한 재료는 여러 면에서 가장 비용 효율적이지만 표준 FR-4 에폭시 재료와 같은 다른 재료보다 더 많은 잔해를 생성하고 세척에 대한 화학적 내성이 더 강한 경우가 많습니다.

구리 결합 실패 ICD

ICD의 또 다른 일반적인 유형은 구리 본드 실패입니다. 이 유형은 조립 또는 사용 중 높은 응력, 약한 구리 밴드 또는 이 두 조건의 조합으로 인해 발생할 수 있습니다. 구리 본드 실패 ICD가 발생하면 구리 연결이 물리적으로 끊어집니다. 구리 결합이 약할수록 분리하는 데 필요한 응력이 줄어듭니다.

더 많은 제조업체가 더 두꺼운 PCB와 더 높은 무연 솔더링 온도를 사용하고 있기 때문에 구리 본드 실패 ICD의 확산이 증가하는 것으로 보입니다. 더 큰 구멍 크기와 웨이브 솔더링은 또한 구리 본드 실패가 발생할 가능성을 높일 수 있습니다. 구리 본드 실패는 표준 비아뿐만 아니라 마이크로비아에서도 발생합니다.

공허성과 신뢰성

마이크로비아용 구리 도금 공정에서 발생하는 일반적인 문제에는 불완전한 충전, 딤플 및 보이드가 포함됩니다. 이러한 결함으로 인해 안정성 문제가 발생할 수 있습니다. 메릴랜드 대학 연구원의 연구에 따르면 불완전한 구리 충전은 마이크로비아의 응력 수준을 높여 시편이 파손되기 전에 견딜 수 있는 하중(응력) 주기의 수인 피로 수명을 감소시킵니다.

보이드가 마이크로비아 신뢰성에 미치는 영향은 크기, 모양 및 위치와 같은 보이드의 특성에 따라 다릅니다. 예를 들어, 작은 구형 보이드는 마이크로비아의 피로 수명을 약간 증가시키는 반면 극단적인 보이드 조건은 수명을 크게 단축시킵니다.

블라인드 마이크로비아를 위한 구리 충전 공정

마이크로비아 구멍을 뚫은 후 제조업체는 순동 또는 구리가 포함된 에폭시 수지를 삽입하여 내부 레이어 회로를 PCB 표면에 연결합니다. 이 구리를 사용하면 보드 표면에 구성 요소나 커넥터를 배치할 수 있으며 회로가 레이어 간에 연결될 수 있습니다.

블라인드 마이크로비아로 작업할 때 첨가제 없이 마이크로비아 구멍을 채우면 일반적으로 보이드가 형성됩니다. 제조사는 항상 비아가 닫힐 때까지 구리를 증착하지만 첨가제를 사용하지 않으면 표면보다 비아 내부에 더 적은 구리가 증착되어 보이드가 형성될 수 있습니다.

특정 유기 첨가제는 표면의 증착을 방해하고 블라인드 마이크로비아 내에서 도금을 증가시켜 등각 증착을 유도합니다. 등각 도금은 또한 블라인드 마이크로비아의 종횡비를 증가시켜 용액 및 대량 수송을 제한합니다. 이 과정에서 중앙에 솔기가 있는 마이크로비아가 생기는 경우가 있습니다.

또한 캡처 패드에 구리를 우선적으로 증착하는 상향식 방법을 사용하여 블라인드 마이크로비아를 구리로 채울 수 있습니다. 이 프로세스는 최소한의 도금된 표면 구리와 결합된 낮은 딤플을 이상적으로 생성합니다.

비아 홀을 구리로 채울 때 비아 내부의 구리 층이 고르게 하고 외부 층을 너무 두껍게 만들지 않는 것이 중요합니다. 과도한 구리를 사용하면 PCB에 불필요한 무게가 추가되고 트레이스에 너무 많은 구리가 포함될 수 있습니다. 이 문제는 결함, 사양 미달 또는 비용 증가를 초래할 수 있으며, 이는 설계 사양이 더 엄격하기 때문에 일반 비아보다 마이크로비아에서 훨씬 더 중요합니다.

블라인드 마이크로비아를 채울 때 중요한 고려 사항은 순수 구리 또는 에폭시 수지와 구리를 사용할지 여부입니다. 순수한 구리를 사용하는 것이 더 전통적인 방법이지만 이 방법을 사용하면 보이드가 형성될 수 있습니다. 오염 물질도 구리에 갇힐 수 있습니다. 충전재 상단에 오목한 부분을 남겨두면 이러한 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있습니다.

관통 구멍을 채우는 한 가지 접근 방식은 본질적으로 두 개의 블라인드 마이크로비아를 생성합니다. 이 프로세스는 먼저 등각 도금을 사용한 다음 공격적인 펄스 도금으로 전환하는 것을 포함하며, 결과적으로 각 구멍 벽에 두 개의 구리 삼각형으로 형성된 구멍에 X자 모양이 생성됩니다. 이 모양은 본질적으로 PCB의 양쪽에 하나씩 두 개의 블라인드 마이크로비아를 형성합니다. 다음 단계에서는 이 BMV를 완전히 채우게 됩니다.

새로운 구리 전해질의 개발과 같은 최근의 발전으로 인해 결함과 과잉 구리 없이 블라인드 마이크로비아를 더 쉽게 채울 수 있었습니다. 블라인드 마이크로비아 충전용 전해질은 종종 높은 구리 농도, 낮은 황산 농도 및 염화물 이온을 갖습니다. 코팅 특성을 제어하기 위해 사용되는 유기 전해질 첨가제에는 일반적으로 스타터, 입자 미세화제 및 레벨러가 포함됩니다.

Millennium Circuits Limited의 구리 충전 블라인드 마이크로비아

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