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HDI PCB에 대한 가장 지루한 기사, 지금까지 읽어본 적 없어

2023-05-25보고자: SprintPCB

HDI PCB 란 무엇입니까?

HDI PCB

HDI PCB는 고밀도 상호 연결 PCB(High-Density Interconnect PCB)의 약자로, 인쇄 회로 기판 생산에 사용되는 기술 유형입니다. HDI PCB는 높은 회로 밀도로 유명하며 마이크로 블라인드 비아 기술을 사용합니다. HDI PCB는 인쇄 회로 기판 시장에서 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나입니다. HDI PCB의 회로 밀도 증가로 인해 더 미세한 선과 공간, 더 작은 스루홀, 캡처 패드, 그리고 더 높은 밀도의 상호 연결 패드를 통합할 수 있습니다. HDI PCB는 블라인드 비아와 매립 비아를 특징으로 하며 일반적으로 직경 0.006mm 이하의 마이크로 비아를 포함합니다. 1994년 9월, 미국 PCB 산업 협력 컨소시엄인 ITRI(Interconnection Technology Research Institute)는 옥토버 프로젝트라고 불리는 고밀도 회로 기판 생산 연구에 착수했습니다. 그들은 모토로라의 프로토타입 MTV1과 MRTV2.2(1996년 6월)를 활용하여 비기계적 드릴링 방식을 이용한 마이크로 블라인드 비아 생산을 실험했습니다. 이러한 방식에는 레이저 어블레이션, 광비아, 플라즈마 에칭, 알칼리 에칭이 포함되었습니다. 고밀도 인터커넥트(HDI) 회로 기판의 새로운 시대는 1997년 7월 15일 10월 프로젝트 1단계 2라운드 보고서가 발표되면서 공식적으로 시작되었습니다. 처음에는 이러한 제품을 서구 국가에서는 SBU(Small Business Unit)라고 불렀고, 일본에서는 이전 기판에 비해 홀 구조가 훨씬 작다는 이유로 MVP(Miniature Vias and Pads)라고 불렀습니다. 그러나 결국 미국 IPC(Association Connecting Electronics Industries)에서 용어를 통일하여 "HDI"라고 명명했습니다.

HDI PCB와 기존 PCB의 주요 차이점

HDI-PCB 구조

HDI 기판은 빌드업 다층(BUM) 기판이라고도 하며, 전통적인 양면 기판을 코어 기판으로 사용하여 연속적으로 적층 및 적층됩니다. 기존 회로 기판과 비교하여 HDI 기판은 가볍고, 얇고, 짧고, 작은 장점을 제공합니다. HDI 기판의 층간 전기적 연결은 전도성 비아, 매립 비아, 그리고 블라인드 비아를 통해 이루어집니다. HDI 기판의 구조적 구성은 마이크로 매립 블라인드 비아를 광범위하게 통합한다는 점에서 일반적인 다층 기판과 다릅니다. 기존의 다층 회로 기판은 관통홀만 있고 작은 매립 블라인드 비아가 없습니다. 이러한 회로 기판의 전기적 연결은 관통홀 연결을 통해 이루어지므로 설계 요구 사항을 충족하기 위해 더 많은 층이 필요합니다. 이와는 대조적으로 HDI 기판은 마이크로 매립 블라인드 비아 설계를 채택하여 설계 요구 사항을 충족하는 데 필요한 층이 줄어들어 더 가볍고 얇습니다.

HDI PCB의 주요 장점

HDI PCB의 높은 신뢰성

구리 필러는 스택업에 사용된 다양한 금속 간의 열팽창 계수 차이로 인한 임피던스 부정합을 줄여 신뢰성을 향상시킵니다. 또한, HDI 기판은 기존 인쇄 회로 기판에 비해 높은 기계적 강도 덕분에 습도 및 온도와 같은 환경 요인에 대한 민감도가 낮습니다.

HDI PCB의 고밀도 상호 연결

구리 필러를 사용하면 회로 기판의 층 수를 늘리지 않고도 고밀도 상호 연결이 가능합니다. 이를 통해 고가의 도금 관통 홀이나 블라인드 비아 없이도 기판의 한쪽에서 다른 쪽으로 신호를 라우팅할 때 더 큰 유연성을 제공합니다. 또한 구리 필러는 각 층 인터페이스에 추가적인 전기적 연결 지점을 제공하여 서로 다른 층에 라우팅된 신호 간의 누화를 줄이는 데 도움이 됩니다.

HDI PCB의 더 작은 치수

고밀도 상호 연결은 기존 회로 기판보다 부품을 더 가깝게 배치하여 회로 기판의 전체 크기를 줄이면서 동일한 성능을 유지함으로써 달성됩니다. 예를 들어, 의료 기기는 높은 전송률을 갖춘 소형 패키징이 필요한 경우가 많은데, 이는 HDI PCB를 통해서만 가능합니다. 예를 들어, 임플란트는 인체 내부에 들어갈 만큼 작아야 하지만, 임플란트에 사용되는 모든 전자 장치는 고속 신호 전송을 효과적으로 허용해야 합니다.

체중 감량

전체적인 부피 감소로 성능이나 신뢰성 저하 없이 더 얇은 회로 기판을 제작할 수 있습니다. 또한, 생산 공정에 사용되는 재료의 양도 감소하여 재료비와 폐기물 처리 비용도 절감됩니다.

HDI PCB의 낮은 커패시턴스 및 인덕턴스

인터커넥트는 기존 PCB에 비해 정전용량과 인덕턴스가 낮아 신호 무결성을 개선하고, 노이즈를 줄이고, 대역폭을 늘리는 데 도움이 됩니다.

HDI PCB의 더 높은 성능

HDI 보드는 기존 PCB에 비해 방열성과 신호 무결성이 뛰어납니다. 높은 밀도 덕분에 필요한 임피던스 특성을 유지하면서도 더 작은 부품과 더 얇은 층을 구현할 수 있습니다. 따라서 디지털 및 아날로그 회로 모두에서 탁월한 성능을 발휘하며, 특히 잡음 내성과 신호 무결성 측면에서 뛰어납니다.

고도로 사용자 정의 가능

HDI PCB는 높은 수준의 맞춤 제작을 제공하여 회로의 크기와 두께뿐만 아니라 특정 요구 사항에 맞춰 회로를 설계할 수 있습니다. 이를 통해 더 작은 폼팩터 내에서 더욱 정교한 디자인을 구현할 수 있으며, 이는 스마트폰이나 태블릿과 같이 공간 제약이 있는 무선 기기에 특히 유용합니다.

HDI PCB 비용 절감

HDI PCB는 기존 회로 기판에 비해 생산 비용 효율성이 높습니다. 1제곱인치당 필요한 구리층이 적어 생산 비용이 절감됩니다. 또한, 고가의 스루홀 부품이 필요하지 않아 기존 회로 기판보다 제조 비용이 낮습니다.

HDI PCB 비용에 영향을 미치는 요소

관통홀 또는 마이크로홀의 종류와 개수: HDI PCB의 비아 또는 마이크로비아의 종류와 개수는 비용에 영향을 미칩니다. 직경이 작을수록 더 높은 정밀도가 요구되므로 비용이 더 높습니다. 또한, 홀 개수가 증가하면 가격도 상승합니다. 스택 높이 및 층 수: 필요한 스택 유형 또한 비용에 영향을 미칩니다. 2-n-2 고밀도 PCB 레이아웃은 1-n-1 레이아웃보다 복잡하므로 비용이 더 많이 듭니다. 층이 추가될수록 가격이 상승합니다. 따라서 가장 비용 효율적인 층 수를 선택해야 합니다. HDI-스택 높이 및 레이어 수

사용 재료: 코어 재료는 FR4, 금속, 유리 섬유 또는 기타 재료를 사용할 수 있습니다. 표면 처리에는 ENIG, HASL, 침지 주석 도금, 침지 은 도금, 금 도금 또는 기타 유형을 선택할 수 있습니다. ENIG는 평탄도와 납땜 용이성으로 인해 HDI에 가장 일반적으로 사용되는 표면 처리 방법입니다. 다중 적층: 블라인드 매립 홀의 층 수와 구조에 따라 필요한 적층 수가 결정됩니다. 적층 층이 많을수록 공정 시간과 비용이 증가하지만, 추가 층에 투자하면 제품의 성능과 비용 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 비아 충진 vs. 스루홀: 비아 충진과 스루홀 구성 간에는 비용 차이가 있을 수 있습니다. 비아 충진의 마이크로비아는 구리로 충진할 수 있지만, 스루홀의 마이크로비아는 구리로 충진할 수 없습니다. 블라인드 매립 비아를 충진하려면 더 많은 재료와 시간이 필요합니다. PAD 크기: 비용 절감을 위해 가능한 한 빨리 PAD 크기를 결정하는 것이 중요합니다. 적절한 PAD 크기를 이해하면 설계를 효과적이고 경제적으로 계획하는 데 도움이 됩니다. 생산 주기: 긴급 PCB 배송을 요청하면 신속한 주문 처리에 추가 인력이 필요하므로 비용이 더 많이 발생할 수 있습니다. 때로는 통제할 수 없는 막판 상황이 발생할 수 있지만, 사전에 주문을 계획하면 비용 효율성을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. SprintPCB는 빠른 생산 리드타임과 고객 서비스를 제공합니다. PCB 공급업체: PCB 파트너 선택은 HDI 보드 비용에 상당한 영향을 미칩니다. 비용 효율성을 보장하기 위해 경쟁력 있는 가격을 제공하면서 고품질 제품을 효과적으로 공급하는 공급업체를 선택하는 것이 좋습니다. 수리 또는 교체용 부품을 주문하는 것보다 고품질 제품을 주문하는 것이 더 바람직합니다.

성공적인 HDI PCB 설계의 핵심은 무엇입니까?

일반 회로 기판에 비해 HDI(고밀도 상호 연결) 회로 기판은 일반적으로 배선 및 패드 밀도가 높습니다. 또한 트레이스 폭과 간격이 더 좁습니다. 이러한 특징은 블라인드 비아, 매립 비아, 마이크로비아와 같은 기술을 통합하여 구현됩니다. 이러한 기술 발전으로 인해 HDI PCB는 기존 회로 기판에 비해 가격이 더 비쌉니다. HDI PCB 설계의 세 가지 주요 원칙은 다음과 같습니다. 첫째, 도금 관통홀(PTH)이 있는 기존 회로 기판과 달리 마이크로비아를 사용합니다. 이를 통해 내부 레이어의 라우팅 밀도가 높아집니다. 둘째, 관통홀 비아를 제거하는 데 도움이 되는 새로운 레이어 적층 방식을 고려해야 합니다. 셋째, 마이크로비아를 배치할 때 채널과 애비뉴를 생성하여 라우팅을 개선할 수 있도록 해야 합니다.

HDI PCB의 적용

HDI PCB는 다양한 산업 분야에 적합합니다. 앞서 언급했듯이 스마트폰, 태블릿 등 모든 유형의 디지털 기기에서 HDI PCB를 찾아볼 수 있으며, 소형화가 효과적인 적용의 핵심입니다. 자동차, 비행기 등 전자 제품에 의존하는 차량에서도 HDI PCB를 찾아볼 수 있습니다. HDI PCB의 몇 가지 응용 분야는 다음과 같습니다 .

자동차 산업의 전자 제품(내비게이션, GPS 등)

스마트카에 HDI PCB GPS 시스템을 적용하는 방법

스마트폰과 휴대폰

HDI PCB 스마트폰 및 휴대폰 응용 분야

노트북

HDI-PCB-노트북의 응용 분야

게임 콘솔

HDI-PCB-게임 콘솔의 응용 분야

웨어러블 기술(Apple Watch, 피트니스 트래커 등)

HDI PCB 웨어러블 장비의 응용 분야

통신

HDI-PCB-통신 응용 분야

HDI 산업의 미래 발전 동향

중국이 전 세계적으로 가장 큰 PCB 시장이 되었지만, 중국 본토의 생산 능력은 여전히 주로 저기술, 저부가가치 제품에 초점을 맞추고 있습니다. Prismark의 통계에 따르면, 2016년 중국 본토는 4층, 6층, 8-16층 PCB 시장에서 각각 19.1%, 13.5%, 10.4%의 생산량을 차지했습니다. 18층 이상의 IC 캐리어 보드와 고층 보드의 판매량은 각각 2.7%와 1.2%로 미미한 점유율을 보였습니다. HDI 보드와 플렉시블 보드의 시장 점유율은 각각 16.5%와 17.1%였습니다. 현재 중국 본토 산업에서 적자생존의 과정이 가속화되고 있으며, PCB 산업은 업그레이드 단계에 접어들고 있습니다. 하이엔드 및 최첨단 제품은 여전히 일본, 대만, 한국, 서유럽에 집중되어 있습니다. 기술적인 관점에서 일본은 고급 PCB 생산 세계 1위 국가로, 고급 HDI 기판, 패키지 기판, 고밀도 플렉시블 기판을 전문으로 생산하고 있습니다. 미국은 여전히 고도로 복잡한 PCB에 대한 연구 및 생산 역량을 유지하고 있으며, 주로 국내 군수, 항공우주, 통신 분야에서 널리 사용되는 고급 다층 기판에 중점을 두고 있습니다. 한국과 대만 또한 패키지 기판 및 HDI 기판과 같은 고부가가치 분야에서 점차 경쟁에 뛰어들고 있습니다. 업계의 요구는 HDI(고밀도 상호 연결) 기술의 급속한 발전을 이끌고 있습니다. 스마트폰, 태블릿, 웨어러블 기기와 같은 전자 제품은 소형화, 다기능화, 그리고 배터리 수명 연장을 향해 발전하고 있습니다. 애플을 예로 들면, 아이폰 4S는 Anylayer HDI를 처음으로 도입했고, 아이폰 X는 SLP(Substrate-Like PCB) 기술을 채택했습니다. 적층 SLP 기술 덕분에 아이폰 X의 메인보드 크기는 아이폰 8 플러스 메인보드 크기의 70%에 불과했습니다. 5G 통신 기술로의 업그레이드와 함께 Huawei, OPPO, vivo는 자사 5G 모델에 Anylayer HDI 메인보드를 광범위하게 채택했으며, 주류 및 저가형 모델에서도 메인보드의 HDI 레벨이 향상되었습니다. 스마트폰 메인보드의 진화는 단일 레이어 HDI에서 고급 및 임의 레이어 HDI로, 그리고 더 나아가 SLP로 발전했으며, 선폭/간격이 지속적으로 감소하고 부품 밀도가 지속적으로 향상되었습니다. 자동차용 HDI(High-Density Interconnect) 제품 시장은 광범위합니다. 지능화 및 자동화 추세에 따라 엔터테인먼트 시스템, ADAS(첨단 운전자 지원 시스템), 자율주행 시스템을 포함하는 차량 도메인 컨트롤러의 구성 및 성능 성장 잠재력이 매우 높습니다. 이러한 성장은 제한된 공간에 고속 컴퓨팅 칩이 점점 더 많이 탑재됨에 따라 촉진됩니다. 예를 들어, Tesla의 ADAS 컨트롤러는 3차 8레이어 HDI 설계를 채택했습니다. 앞으로자동차용 메인보드의 개발 경로는 휴대폰 메인보드와 비슷한 궤적을 따라, 낮은 레벨의 HDI 공정에서 높은 레벨의 HDI 공정으로 진행될 것으로 예상됩니다.