HDI PCB 레이아웃 핵심 설계 고려사항: 마스터해야 할 주요 요소

개요

HDI PCB 레이아웃은 설계 공정 자체 복잡성과 수많은 고려 요소로 쉽지 않습니다. 커스터마이징으로 사양 충족 시 난이도 상승. 최적 해법: 비즈니스 니즈에 딱 맞는 HDI PCB 제조 가능한 적합한 제조사 발굴.

동시에 설계에 들어가는 구체적 측면 파악으로 커스터마이징 측면 이해, 이를 기반으로 맞춤 설계할 적합한 제조사 선택 가능.

개구비(Aperture Ratio)

홀 설계 시 첫 고려사항: 개구비. 기존 기계식 드릴링 공정 사용 시 홀 개구(아페처) 0.15mm 이하, 보드 두께 대 개구 비율 8:1 유지. 특수 상황 12:1까지 가능하나 통상 8:1 권장.

레이저 드릴링 시 드릴 홀 개구 3~6밀(밀리인치), 4밀이 이상적. 홀 깊이 대 개구 비율 1:1.

중요: 보드 두께 증가 시 도금 공정 중 개구 크기 축소. 화학 용액이 두꺼운 보드 관통 침투 어려움. 전압 상승 시 결함 가시화로 보드 완전 실패 초래.

이러한 문제 방지 위해 선택한 PCB 설계 회사가 이 비율과 기법 숙지했는지 확인 필수. 그렇지 않으면 높은 스크랩률과 제조 실패 직면.

HDI PCB 스택업(Stack up) 유형

HDI PCB 스택업 분류 기준: 블라인드 홀 포함 레이어 순서. 주요 카테고리 살펴보기.

2.1 1-HDI

매립·블라인드 홀 구조 순서:

• 1-2: 블라인드 홀
• 6-5: 블라인드 홀
• 2-5: 매립 홀(Buried hole)

2.2 비스택 2-HDI(Non-stacked 2-HDI)

• 1-2: 비스택 블라인드 홀
• 2-3: 비스택 블라인드 홀
• 8-7: 비스택 블라인드 홀
• 7-6: 비스택 블라인드 홀
• 3-6: 매립 홀

2.3 스택 2-HDI(Stacked 2-HDI)

• 1-2: 스택 블라인드 홀
• 2-3: 스택 블라인드 홀
• 8-7: 스택 블라인드 홀
• 7-6: 스택 블라인드 홀
• 3-6: 매립 홀

2.4 스택 및 레진 충전 2-HDI(Stacked and resin-filled 2-HDI)

• 1-2: 스택 블라인드 홀
• 2-3: 스택 및 레진 충전 블라인드 홀
• 8-7: 스택 블라인드 홀
• 7-6: 스택 및 레진 충전 블라인드 홀
• 3-6: 매립 홀

이 예시들은 설계자가 올바른 비대칭 설계를 고려해 매립·블라인드 홀 분포가 보드 수율 최대화되도록 해야 함을 보여줍니다. 홀 구조 균일성 없으면 응력과 편측 휨(One-sided warpage) 발생, 결국 보드 수율 저하.

HDI PCB 설계 공정 흐름(Design Process Flow)

공정 흐름은 모든 설계에 필수, 특히 HDI PCB. 보드 안정성과 양호한 수율 위한 홀 드릴링 특정 순서 존재. 정확한 설계 공정 아는 제조사 발굴 필요.

두 스택 유형 예로 공정 흐름과 전반적 중요성 파악.

3.1 1스택 4층 HDI(4-layer HDI with one stacking)

일반적으로 4층 HDI 공정 흐름은 일반 PCB와 상대적으로 유사. 유일한 차이: 홀 드릴링 순서. 설계자·엔지니어는 2-3층 매립 홀 시작, 1-4층 기계식 드릴링, 마지막 1-2와 4-3 블라인드 홀 순서 준수.

이 공정 미준수 시 극심한 제조 문제, 스크랩·생산 비용 증가 초래.

3.2 2스택 6층 HDI(6-layer HDI with two stacking)

공정: 3-4층 매립 홀 드릴링 시작, 2-5층, 2-3과 5-4층 블라인드 홀, 1-6 홀, 마지막 1-2와 6-5 블라인드 홀 드릴링.

엄격한 공정 흐름에도 2스택 6층 HDI는 고급 제품 외 비추천. 제품 스크랩률 높고 누적 카운터포인트 오류 제거 불가.

HDI PCB 부품 레이아웃(Layout of Components)

HDI PCB 보드 설계 시 부품 레이아웃도 필수 고려사항. 부품 간 간격은 솔더링 용이성(Solderability)과 유지보수성(Maintainability)에 큰 영향.

이상적으로 제조사는 설치 시 문제 방지 위해 다음 간격 준수 권장:

• 일반 SOP와 타 부품 핀(PIN) 간 최소 40밀(0.04인치) 거리
• BGA와 타 부품 핀 간 최소 80밀 거리
• 일반 부품 핀 간 약 20밀 간격 가능
• RF, 아날로그, 디지털 부품 공간적으로 분리. 동일/상이면 측 무관하게 높은 간격 유지
• 고전력 신호 다른 신호와 멀리 배치

최소 사양이며, 제조사는 솔더링, 조립, 리워크 용이하도록 최대한 간격 확보 노력해야 함.

보시다시피 레이아웃은 보드 설계와 최종 성능에 상당한 영향.

배선 추적(Tracking/라우팅)

신뢰할 수 있는 제조사는 최종 설계가 안정적이고 니즈·기대 부합하도록 추적 시 여러 측면 고려.

고려 측면:

• 탑/바텀 레이어 부품 양호한 격리
• 내부 레이어 신호 간 상호 크로스토크(Crosstalk) 최소화
• RF 신호·아날로그 영역: 각 신호 주위 올바른 리플로 경로(Reflow path) 확보
• 높은 임피던스 필요 신호 타 신호보다 높은 우선순위로 추적

이러한 추적 고려사항 준수는 단락, 개방 회로, 약한 흡수, 열악한 설계가 야기하는 기타 문제 방지에 필수.

HDI PCB 레이아웃 - 패드 크기(Pad Size)

패드 크기는 설계 결과, 특히 크기와 무게에 큰 영향. 전자 제품 전체 크기 축소 설계 목표 시에도 기여.

이상적 패드 크기(구체적 요구사항 기반 커스터마이징 가능):

• 블라인드 비아(Blind Via): 드릴 크기 + 3밀 / 매립 비아(Buried Via)·스루홀(Through Hole): 드릴 크기 + 10밀
• 고급 옵션: 블라인드 비아 +6밀 / 매립 비아·스루홀 +14밀
• 표준 보드: 블라인드 비아 +8밀 / 매립 비아·스루홀 +20밀

HDI PCB 레이아웃 - 소재(Material)

PCB는 4개 층으로, 열 라미네이션으로 단일 층 통합. 상단부터: 실크스크린(Silkscreen), 솔더마스크(Solder mask), 구리(Copper), 기판(Substrate). 기판 층은 유리섬유로 흔히 FR4(난연)라 불림. 이 기판 층 두께는 요구사항과 디바이스 따라 가변.

위 4층 각각 하위 카테고리 다수, 요구사항 따라 달라짐.

표준 소재이나 저가 소재 보드도 존재. 단, 수명 짧고 소재에 따라 라미네이션 빠르게 상실. 솔더링 시 냄새로 저가 소재 식별 가능.

요구사항에 최적 소재 쓸 제조사 발굴이 귀하의 몫.

결론

HDI PCB 설계 시 고려할 측면에 대한 전반적 이해 도움 되길 희망. 이 작업 제조사 의뢰 시, 해당 회사가 이러한 측면을 깊이 이해하고 귀하 니즈에 맞는 올바른 보드 제작 경험·기술 보유했는지 확인 필수.

올바른 제조사는 이 사항들 마음으로 알고 있으며, 귀하에게 특수 고려사항 입력 기대하지 않습니다.