이상적인 HDI PCB 소재 선택: 실용적인 가이드

고밀도 상호 연결(HDI) 기술은 최근 많은 전자 설계자들이 이를 채택하면서 시장 승인을 얻고 있습니다. 최신 시장 동향에 따르면 HDI 판매량이 기존 라인의 두 배에 달한다고 합니다.

일반적으로 전자 설계자는 구축 응용 분야에 관계없이 올바른 HDI PCB 소재를 선택해야 합니다. 하지만 HDI에서는 가볍고 작으며 강력한 PCB를 다루기 때문에 올바른 장비 선택이 특히 중요합니다. 피치는 종종 8밀(약 200μm) 미만이고, 구멍 크기는 보통 10밀(약 250μm) 미만입니다.

1. HDI 스택업이란 무엇인가?

HDI PCB는 제조업체가 최대 출력을 위해 따라야 하는 독특한 구조적 요구 사항을 가지고 있습니다. 높은 분해 온도(Td)를 가진 올바른 소재가 필요하며, 일반적으로 검증된 좋은 품질이어야 합니다. 마찬가지로 무연 납땜을 사용하게 됩니다.

HDI 스택업은 높은 전도성을 가진 구리 코일 층을 분리하는 데 필요한 저항과 유전 특성을 제공하는 수지 매트릭스를 포함합니다.

HDI 스택업이 성능 결정에 어떤 역할을 하는가?

HDI 스택업에는 수지 매트릭스가 포함되어 있어 HDI 응용 분야의 성능을 결정합니다. 스택업(확장하면 수지 매트릭스)을 올바르게 선택하면 설계자가 만들고자 하는 형태의 품질을 최적화하는 데 도움이 됩니다.

2. 선택 전 고려해야 할 유전체 소재 특성

HDI 최적 성능은 올바른 유전체 소재 선택에 달려 있습니다. 일반적으로 품질이 높을수록 성능이 좋아집니다. 일반적으로 선택할 유전체 소재의 품질은 기존 다층 PCB 소재보다 높아야 합니다. 하지만 고품질 유전체 소재는 비쌀 수 있다는 점을 인지해야 합니다. 그렇다 해도 유전체 소재 품질을 판단하는 데 필요한 특정 특성이 있습니다. 아래에서 확인하세요.

2.1: 분해 온도 (Td)

유전체 소재가 열적으로 분해되는 온도를 말합니다. 이 온도에서 유전체 소재가 상태 변화를 시작하는 것이 분명합니다. 물질 분자의 결합이 분해 온도를 설명하는 경우가 많습니다. HDI 스택업용 우수한 유전체 소재는 고온 다기능을 위해 높은 분해 온도(Td)를 가져야 합니다.

2.2: 유리 전이 온도 (Tg)

유전체 유리 전이 온도(Tg)는 유전체 소재가 단단한 비정질 상태에서 유연한 상태로 전이하는 것을 말합니다. 이 특성은 유전체의 수지 또는 매트릭스의 고유한 특징입니다. 이 속성이 소재에 대해 제시하는 주요 정보는 서비스 온도에서의 상태를 보여줍니다.

즉, Tg는 소재가 유리질의 단단한 상태를 유지하는지, 고무질의 유연한 상태가 되는지를 설명합니다. HDI 스택업의 경우 설계 특성이 여기서 무엇을 찾아야 할지 결정합니다. 하지만 일반적으로 높은 Tg가 좋습니다. 이는 유전체가 설정 온도에서 단단하게 유지됨을 시사하기 때문입니다.

2.3: 열팽창 계수 (CTE)

열팽창 계수는 온도 1도 상승당 유전체 소재의 분수 증가를 나타냅니다. 이 팽창은 부피, 면적, 길이일 수 있지만 길이 팽창이 가장 일반적입니다. 작은 온도 변화가 크기의 큰 차이를 초래하면 해당 유전체는 HDI PCB에 적합하지 않을 수 있습니다.

2.4: 박리 시간

박리 시간이라고도 합니다. 유전체 소재 성능을 분석하는 데 사용되는 측정 방식입니다. 유전체 수지가 박리되는 데 걸리는 전체 시간을 고려합니다. 일반적으로 HDI 스택업의 경우 박리되는 데 시간이 더 오래 걸릴수록 좋습니다.

3. HDI 플렉시블 PCB의 소재 요구 사항

요즘 시장에서 HDI 기술의 인기가 증가함에 따라 플렉시블 PCB 소재 구매 시 무엇을 찾아야 할지 아는 것이 필요해졌습니다. HDI에서 작동하는 응용 분야는 일반 PCB보다 더 미세한 라인과 더 작은 도금 관통 홀을 요구합니다. 이는 매우 얇은 도체 층과 기판이 필요함을 의미합니다. 불행히도 대부분의 제조업체는 이러한 물리적 특성만 고려하고 기술적 특성은 간과합니다. 아래 소절에서는 HDI 플렉시블 PCB의 기술적 소재 요구 사항을 나열합니다.

3.1: 플렉시블 소재의 치수 안정성

이전에는 설계자들이 경질 기판과 플렉시블 소재 사용에 대해 회의적이었습니다. 제조 과정에서 이러한 소재가 변동한다는 것을 발견했기 때문입니다. 물론 당시 인기 있던 기판인 PI 필름이 제조 과정에서 수축한다는 것을 이제 알고 있습니다. 이 수축은 라미네이션 공정 중 발생하는 엄청난 응력 때문입니다.

얇은 소재 사용은 FPC의 출력과 성능에 큰 영향을 미칩니다. 하지만 FPC의 수율은 사용된 소재의 치수 안정성에 의해 결정됩니다. 고밀도 회로 제품을 얻으려면 사용된 소재가 치수적, 구조적으로 안정적이어야 합니다.

3.2 클래딩 접착제의 유동성 제어

HDI 회로에서 코팅 필름을 사용하는 주된 이유는 작은 창(window)을 얻기 위함입니다. 라미네이션 진행 중 바인더가 이를 채우지 않도록 보장해야 합니다. 이 접근 방식만이 포일이 덮이지 않도록 보장할 수 있으며, 이것이 HDI 코팅 소재의 유속을 제어해야 하는 이유입니다.

반면 유동성이 너무 높으면 창을 가릴 수 있습니다. 예를 들어 유동성이 너무 작으면 미세 라인에 구멍이 많이 생겨 전기 절연이 손상될 수 있습니다. 대부분의 플렉시블 소재가 항상 이 기능을 갖지는 않으므로 바인더 유동 특성에 기반한 올바른 코팅 필름이 최선의 선택입니다.

3.3 낮고 얇은 프로파일의 구리 포일

HDI 플렉시블 회로를 얻는 좋은 방법은 미세 입자, 얇고 낮은 프로파일의 구리 포일을 사용하는 것입니다. 이러한 구리 포일의 두께는 일반적인 플렉시블 회로의 범위인 1oz 내에 있어야 합니다. 평균 그래픽 밀도가 목표라면 1oz 구리 포일로도 필요한 성능을 제공할 수 있습니다. 그러나 HDI 응용 분야의 경우 제조업체는 1/3, 1/2, 1/4oz 구리 포일 중 하나를 사용할 수 있습니다.

3.4 바인더의 전자 이동에 대한 소재 저항성

플렉시블 회로에서 전자 이동은 파괴로 이어지는 단점입니다. 특정 플렉시블 회로의 바인더는 편향 전압, 고온 또는 습기에 취약해지면 구리 이온이 통과하도록 허용합니다. 이 효과는 음극과 양극을 형성하는 라인입니다.

이제 라인 밀도와 전압이 증가함에 따라 회로 신뢰성은 전자 이동의 위협을 지속적으로 받고 있습니다. 모든 응용 분야 중 HDI가 가장 위험해 보입니다. 이것이 회로 제조업체가 이 문제에 민감해지고 올바른 조치를 취해야 하는 이유입니다.

4. 다양한 HDI 소재를 다양한 용도로 사용

낮은 손실 인자(Df) 또는 유전체 손실 탄젠트를 가진 PCB 소재는 고주파에서 에너지 손실 감소에 최적입니다. 이를 위해 최소 4가지 범주의 HDI 소재가 적합합니다. 아래 소절에서 확인하세요.

4.1: 중간 속도 및 손실

이것은 가장 대중적인 PCB 소재로 FR-4 계열에 속합니다. 유전 상수와 주파수 응답의 비율이 평탄하지 않아 더 큰 유전체 손실을 경험합니다. 따라서 약간의 GHz 요구 사항이 있는 아날로그 또는 디지털 응용 분야에서만 유용합니다.

4.2 고속, 저손실

이 범주의 HDI 소재는 Dk-주파수 곡선이 더 평탄합니다. 결과적으로 중간 속도 소재의 최대 절반까지 현저히 낮은 유전체 손실을 보입니다. 약 0 GHz 요구 사항이 있는 응용 분야에 가장 유용합니다.

4.3 고속, 저손실, 고신호 무결성

Dk-주파수 곡선이 마찬가지로 평탄하고 유전체 손실도 현저히 낮습니다. 또 다른 장점은 다른 소재 범주에서 흔한 불필요한 전기적 노이즈를 제거한다는 것입니다.

4.4 고속, 초저손실, 고신호 무결성, RF 및 마이크로파

논의된 모든 HDI 소재 중 이 범주의 Dk-주파수 곡선이 가장 평탄합니다. 또한 모든 소재 중 가장 낮은 유전체 손실을 가집니다. 최대 20GHz 요구 사항이 있는 응용 분야에 이 소재 범주가 가장 적합합니다.

HDI 소재의 기능 대비 비용

원칙적으로 낮은 Dk와 Df 값과 뛰어난 SI 특성을 가진 소재가 우수한 HDI 성능을 얻는 데 최적입니다. 그럼에도 불구하고 5장에서 강조된 요소들은 처리하기 어렵고 모든 HDI 스택업에 항상 적용 가능한 것은 아닙니다. 그 외에도 필요한 소재 품질이 높을수록 더 많은 비용을 지불할 준비가 되어 있어야 합니다. 일반적으로 고속, 저손실, 고신호 무결성, RF 및 마이크로파 소재가 가장 비싼 범주입니다.

5. HDI용 올바른 소재를 구할 수 있는 곳

위치에 따라 주변의 여러 HDI PCB 제조업체에서 HDI 소재를 구할 수 있습니다. 그러나 신뢰할 수 있는 업체를 찾기 어렵다면 아마존에서 직접 주문하여 집까지 배송받을 수 있습니다.

6. 최근 시장 동향 기반 HDI PCB의 미래

오늘날 전자 세계에서 HDI 기술이 누리는 인기를 고려할 때 미래는 암울하지 않습니다. HDI가 여전히 개선될 수 있다는 것은 사실이지만, 그 장점과 응용 분야는 무시할 수 없을 만큼 많습니다. 군대를 포함한 거의 모든 분야에서 HDI PCB를 채택하고 있어 수용성이 더욱 높아졌습니다.

결론

HDI 기술은 전 세계적으로 빠르게 확산되고 있으며 여러 응용 분야가 이를 기반으로 실행됩니다. 그럼에도 불구하고 올바른 유전체 소재를 선택하는 것은 어려운 작업일 수 있습니다. 선택 전 몇 가지 요소를 고려해야 하며, 이 기사에서 이를 돕고자 했습니다. 이 정보가 유용하기를 바랍니다.