하나의 HDI PCB, 즉 고밀도 상호연결 인쇄 회로 기판은 미세 배선과 소형 층간 연결을 사용해 주어진 면적에 더 많은 배선을 배치합니다. 레이저로 드릴링한 마이크로비아와 얇은 빌드업 층은 모든 연결부에 전체 두께를 관통하는 홀을 사용하지 않고도 조밀한 부품 패드를 연결하는 데 도움이 됩니다.
설계상 중요한 질문은 이러한 기능이 추가 공정을 감수할 만큼 배선 제약을 해결해 주는지입니다. 부품 패키지의 기하 구조와 층 접근성부터 살펴본 다음 구조를 비교하세요. 피치가 작다는 사실만으로 적층 구조를 결정할 수는 없습니다.
핵심 요점
- HDI는 상호연결 밀도와 구조를 의미합니다. 층을 추가하는 것만으로 기판이 HDI가 되는 것은 아닙니다.
- 볼 그리드 어레이(BGA)의 피치, 구리 패드 크기, 배선 간격 및 비아 랜드가 함께 팬아웃 배선을 제한합니다.
- 두 패드 사이에 배선 하나가 들어간다고 해서 패키지 전체의 팬아웃 배선이 가능하다는 뜻은 아닙니다.
- 제조 파일을 확정하기 전에 후보 적층 구조의 공정, 기판 총비용 및 신뢰성 근거를 비교하세요.
PCB의 밀도를 높이는 요소는 무엇인가요?
HDI 구조는 더 작은 상호연결 요소를 통해 사용 가능한 배선 공간을 늘립니다. 마이크로비아는 표면층을 바로 아래 구리층에 연결하면서 더 깊은 층은 다른 배선에 사용할 수 있도록 합니다. 미세 배선과 작은 캡처 패드는 조밀한 패키지 주변에 추가적인 팬아웃 경로를 제공합니다.
Sierra Circuits의 HDI 설계 참고 자료 에서는 높은 배선 밀도, 마이크로비아, 재료 선택 및 빌드업 계획의 조합을 설명합니다. 자료에 제시된 치수 예시는 특정 설계 조건을 기준으로 합니다. 실제 구조에는 기판 제조업체가 승인한 설계 규칙을 사용하세요.
다음 세 가지 구분을 명확히 하세요.
- 층 수 는 사용할 수 있는 구리층의 수를 나타냅니다.
- 비아 연결 범위 는 상호연결부가 어느 층과 어느 층을 연결하는지 나타냅니다.
- 특징 치수 는 공정에서 지원해야 하는 배선 및 정합 허용오차를 나타냅니다.
일반 다층 기판은 층이 많고 큰 관통홀을 사용할 수 있습니다. 반면 HDI 기판은 층이 적더라도 더 까다로운 상호연결을 사용할 수 있습니다. 마찬가지로 신호 속도가 높다고 해서 반드시 HDI가 필요한 것은 아닙니다. 전기적 성능은 여전히 재료, 임피던스, 기준면 및 배선 형상에 좌우됩니다.
HDI PCB와 일반 PCB: 언제 HDI가 적합한가요?
일반적인 배선 구조로는 허용 가능한 제조 구조 안에서 부품 패키지, 기판 면적 또는 연결 요구사항을 충족할 수 없을 때 HDI를 선택하세요. 더 조밀한 공정이 필요하다고 단정하기 전에 두 가지 방식을 모두 비교하세요.
| 설계 제약 | 일반 관통홀 구조 | HDI 구조 |
|---|---|---|
| 조밀한 부품 패드 주변의 팬아웃 배선 | 드릴 및 랜드 크기가 배선 채널을 막을 수 있음 | 더 작은 마이크로비아 랜드로 유용한 배선 경로를 확보할 수 있음 |
| 인접 층에 대한 접근 | 관통홀은 기판 전체 두께에 걸쳐 공간을 차지함 | 블라인드 마이크로비아는 해당 층에서 끝낼 수 있음 |
| 제한된 기판 면적 | 배선 층을 추가하거나 외곽 치수를 키워야 할 수 있음 | 빌드업 배선으로 외곽 치수를 유지하는 데 도움이 될 수 있음 |
| 제조 공정 부담 | 단순한 구조는 공정 단계가 더 적음 | 추가 적층, 드릴링 및 도금이 필요할 수 있음 |
| 총비용 | 기존 배선이 이미 요구사항을 충족한다면 비용 측면에서 유리한 경우가 많음 | 면적 또는 층 절감이 추가 공정 비용을 상쇄하는지에 따라 달라짐 |
상호연결 길이가 짧으면 전기적 설계에 도움이 될 수 있지만, HDI라는 명칭만으로 신호 무결성이 보장되지는 않습니다. 배선 임피던스와 마찬가지로 천이부와 귀환 경로도 주의 깊게 확인하세요. 자세한 내용은 임피던스 제어 및 기준면 가이드 에서 이러한 점검 항목을 자세히 설명합니다.
HDI PCB 적층 구조: 1+N+1, 2+N+2 및 애니레이어
빌드업 표기법은 중앙 구조의 양쪽에 추가되는 구리층을 나타냅니다. 구조를 비교하는 데 유용하지만, 비아 연결 방식이나 제조 순서를 모두 명시하지는 않습니다.
빌드업 표기법 읽기
의 경우 1+N+1, 중앙의 N층 구조 양쪽에 각각 빌드업 구리층 하나가 놓입니다. 따라서 1+4+1 구조는 구리층이 총 6개입니다. 2+4+2 구조는 8개입니다.
중앙 구조에는 매립 비아를 비롯한 자체 연결부가 포함될 수 있습니다. 공장에서 필요한 총 프레스 작업 횟수는 중앙 구조와 추가 층을 어떻게 제조하는지에 따라 달라집니다. 이 표기법을 모든 적층 작업 횟수의 정확한 수치로 간주하지 마세요.
Altium의 HDI 설계 및 제조 설명 은 빌드업, 레이어 계획, 제조 역량을 연결합니다. 라우팅을 시작하기 전에 제조업체와 상세 레이어 및 비아 스팬 도면을 합의하세요.
비아 배치와 비아 위치 구분
적층 마이크로비아는 연속된 레이어 쌍을 가로질러 서로 정렬됩니다. 엇갈림 마이크로비아는 서로 어긋나 있으며, 중간 레이어의 랜딩 영역을 연결하는 도체가 있습니다. 엇갈림 배치는 라우팅 공간을 차지하고, 적층 배치는 이를 지지하는 충전 구조와 접합부에 더 큰 요구 사항을 부과합니다.
패드 내 비아는 위치를 설명하는 용어입니다. 비아 개구부가 부품 랜드 안에 위치합니다. 충전 재료나 완성된 표면을 지정하는 것은 아닙니다. 레이저 마이크로비아는 구리로 충전할 수 있으며, 더 큰 관통 비아에는 다른 충전 및 캡핑 공정을 사용할 수 있습니다. 패드가 조립 중에 지지력을 유지하고 의도치 않게 땜납이 개구부로 빠져나가지 않도록, 필요한 완성 구조를 지정하세요.
애니레이어 HDI는엘리커(ELIC, 모든 레이어 간 상호 연결)라고도 하며, 구리 충전 적층 마이크로비아 구조를 통해 임의의 구리 레이어 간 연결을 가능하게 합니다. Sierra Circuits의 HDI 제조 참고 자료는 이 구조를 설명합니다. 앞서 나온 중앙 구조 예시와 달리, 마이크로비아 연결은 전체 레이어 구조에 걸쳐 이어집니다. 각 네트는 여전히 할당된 도체에만 연결됩니다. 애니레이어라고 해서 모든 네트에서 모든 레이어가 전기적으로 연결되는 것은 아닙니다.
Sierra의 설계 참고 자료에서는 적층 및 엇갈림 배치도 설명합니다. 실제 팬아웃 요구 사항을 바탕으로 제조업체와 함께 구조를 선택하세요. 더 자세한 스팬, 충전 및 캡핑 내용은 PCB 비아 유형 및 설계 규칙 에서 확인할 수 있습니다.
예제로 살펴보기: 이 BGA 패드 사이로 트레이스를 빼낼 수 있을까요?
인접한 패드 사이로 트레이스가 지나가려면, 패드 간 구리 간격이 트레이스 폭과 양쪽 클리어런스를 수용해야 합니다. 이 국소적인 확인은 스택업을 비교하기 전에 유용하지만, 패키지 전체의 팬아웃 용량을 판정할 수는 없습니다.
기하 치수 설정
교육용 예시로 다음의 공칭 치수를 가정해 보겠습니다.
| 입력값 | 가정 |
|---|---|
| 패드 중심 간 거리로 측정한 볼 피치 | 0.50 mm |
| 원형 구리 패드 직경 | 0.25 mm |
| 후보 트레이스 폭 | 0.075 mm |
| 후보 트레이스와 패드 사이의 클리어런스 | 0.075 mm |
이 값은 예시일 뿐, 부품에 대한 권장 사항이나 LeadPCB의 제조 역량을 보장하는 값이 아닙니다. 패드 치수는 솔더 마스크 개구부가 아니라 구리 직경입니다. 계산에는 제조 보정, 정합 여유 및 공정 공차가 포함되지 않습니다.
하나의 라우팅 채널 계산
구리 가장자리 사이의 간격은 다음과 같습니다.
간격 = 피치 − 패드 직경 = 0.50 − 0.25 = 0.25 mm.
트레이스 하나에 필요한 간격은 다음과 같습니다.
필요 간격 = 트레이스 폭 + 2 × 클리어런스 = 0.075 + 2 × 0.075 = 0.225 mm.
공칭 기하학적 여유는 0.025 mm입니다. 이는 전체 간격에서 사용하지 않은 폭이며, 어느 한쪽 가장자리에 배정된 공차 여유가 아닙니다. 폭이 0.10 mm이고 클리어런스가 0.10 mm인 트레이스는 0.30 mm가 필요하므로, 같은 공칭 기준 검사에서 통과하지 못합니다.
라우팅 작업을 구체적으로 살펴보기 위해, 예시용 3×3 패드 배열을 가정해 보겠습니다. 맨 윗줄은 A1–A3, 가운데 줄은 B1–B3, 맨 아랫줄은 C1–C3입니다. 가운데 패드 B2는 신호 하나에, 둘레의 패드 8개는 전원 또는 접지에 할당합니다. 이처럼 단순화한 볼 맵은 상용 패키지를 나타내지 않습니다.
가능한 국소 라우팅 방법 중 하나는 B2에서 위쪽으로 A1과 A2 사이를 지나 배열 밖으로 나가는 것입니다. 도식은 한 신호가 하나의 채널을 통과하는 경로를 보여 줍니다. 전원 분배, 솔더 마스크 제약, 나머지 패드의 연결 및 전체 보드 레이아웃은 해결되지 않은 상태입니다. 신호가 모두 연결된 더 큰 배열이라면 팬아웃 문제는 달라집니다.
후보 구조 비교
| 후보 | 해결할 수 있는 문제 | 추가로 확인할 사항 |
|---|---|---|
| 일반 관통홀 보드 | 예시의 신호를 표면에 유지하고 배열 바깥쪽에 전환부를 배치 | 전체 볼 맵, 나머지 라우팅, 전원 분배 및 허용 트레이스 규칙 |
| 1+N+1 | 선택한 패드를 마이크로비아를 사용해 표면에서 인접 레이어로 이동 | 캡처 랜드, 유전체 깊이, 클리어런스 및 해당 레이어의 라우팅 용량 |
| 2+N+2 | 완료된 이스케이프 라우팅 검토에서 필요한 경우 빌드업 라우팅 층을 하나 더 제공합니다 | 두 빌드업 층을 잇는 연결, 비아 배치 및 추가 공정 |
그림에 표시된 신호 하나의 경우, 기본 표면 채널은 더 작은 트레이스 규칙에서도 동작합니다. 이 예만으로는 빌드업 층을 두 개 선택할 이유가 없습니다. 남은 연결이나 보드 제약 조건이 필요성을 뒷받침할 때만 복잡도를 높이십시오.
스택업을 선택하기 전에 실제 패키지 볼 맵과 승인된 랜드 패턴을 확보하십시오. 신호 수, 캡처 패드 형상, 기준 층 및 사용 가능한 라우팅 채널 수를 확인하십시오. 그런 다음 제안된 아키텍처를 검증할 수 있도록 패키지 연결부를 충분히 라우팅하십시오.
빌드업 선택이 제조에 미치는 영향
추가되는 각 인터커넥트 구조는 형성, 정렬 및 검증이 필요합니다. 따라서 스택업 결정은 보드가 부품 실장 단계에 이르기 전부터 제조 작업량에 영향을 줍니다.
일반적인 빌드업 공정은 다음과 같습니다:
- 중앙 구조를 제작합니다, 지정된 매립 연결을 포함합니다.
- 중앙 구조에 빌드업 유전체와 동박을 적층합니다 .
- 레이저 마이크로비아를 형성합니다 필요한 타깃 랜드까지 연결합니다.
- 홀을 준비하고 도금합니다, 지정된 경우 충전 및 표면 준비를 수행합니다.
- 빌드업 공정을 반복합니다 아키텍처에 추가 층이 필요한 경우 반복합니다.
- 외층 회로, 솔더 마스크 및 표면 처리를 완료합니다, 이후 합의된 검사와 전기 시험을 진행합니다.
실제 공정 순서는 인터커넥트 및 이미징 공정에 따라 달라집니다. Altium의 제조 참고 자료에서는 적층, 비아 형성 및 금속화를 함께 계획해야 하는 이유를 설명합니다.
마이크로비아 깊이는 통과하는 유전체에도 영향을 받습니다. 예를 들어 깊이 0.075 mm를 직경 0.10 mm로 나누면 명목상 깊이 대 직경 비율은 0.75:1입니다. 이 계산만으로 공정 승인을 받은 것은 아닙니다. 선택한 재료에 대해 제조업체의 직경 기준, 형상 및 허용 비율을 확인하십시오.
HDI PCB 비용에 영향을 주는 요인은 무엇인가요?
동일한 주문 조건에서 전체 구조를 비교하십시오. 층수가 더 적더라도 추가 빌드업이나 까다로운 비아 공정이 필요하면 비용이 더 들 수 있습니다.
| 비용 동인 | 비교를 위한 질문 |
|---|---|
| 빌드업 순서 | 각 후보 구조에는 어떤 추가 공정이 필요한가요? |
| 비아 충전 및 캡핑 | 어떤 구조에 필요한가요? 적용되는 합격 기준은 무엇인가요? |
| 트레이스 및 간격 | 선택한 동박 두께와 재료에서 일반적으로 적용할 수 있는 형상인가요? |
| 보드 외형 및 패널 활용 | 더 작은 구조로 패널의 유효 생산 수율이 높아지나요? |
| 재료 | 두 견적은 승인된 동일한 라미네이트 및 유전체 요구 사항을 기준으로 작성되었나요? |
| 검사 및 적격성 평가 | 동등한 쿠폰, 시험 및 기록이 포함되어 있나요? |
| 수량 | 치공구 및 기타 고정 비용은 동일한 주문 수량을 기준으로 배분되었나요? |
Epec의 HDI 제조 개요 에서는 기존의 더 많은 층을 사용하는 구조를 층수가 더 적은 HDI 구조로 대체할 수 있다고 설명합니다. 실제 비용 절감 여부는 설계와 공정에 따라 달라집니다. 이를 보편적인 층수 감소 원칙이 아니라 견적을 받아 볼 후보로 취급하십시오.
어떤 변경이 가격 차이를 유발하는지 공급업체에 확인하십시오. 그러면 전제가 서로 다른 두 총액을 비교하는 것보다 재설계 결정에 더 도움이 됩니다.
어떤 신뢰성 근거를 요청해야 하나요?
제안된 비아 구조와 예상되는 열 노출 조건을 대표하는 근거를 요청하십시오. 상온 연속성 시험을 통과한 보드라고 해서 모든 마이크로비아 접합부가 조립 및 사용 중에도 견딘다는 뜻은 아닙니다.
2019년 3월 6일자 마이크로비아 신뢰성 경고에서 IPC는 기존의 합격 검사에서 발견되지 않은 고장을 보고했습니다. 약한 접합부는 상온에서는 연결된 것처럼 보이지만 열에 노출되면 검출될 수 있습니다. 또한 이 공지에서는 열 스트레스를 가한 단면만으로는 이러한 결함을 놓칠 수 있다고 경고했습니다.
해당 2023년 10월 18일자 IPC-6012F 발표 에서는 복잡한 상호 연결 비아 구조를 위한 확대된 마이크로비아 신뢰성 조항과 쿠폰 설계를 설명합니다. 프로젝트에 합의된 표준 개정판과 합격 요구 사항을 적용하십시오. 이 발표문은 전체 규격이 아닙니다.
제조업체에 다음 사항을 문의하십시오:
- 쿠폰이 제안된 비아 스택, 스팬 및 지지 접합부를 대표하나요?
- 어떤 열 프로파일과 저항 모니터링 방법을 사용했나요?
- 어떤 합격 기준을 적용하며, 그 결과를 뒷받침하는 기록은 무엇인가요?
- 이 적격성 평가가 이 구조에 적용되나요? 생산 로트에는 어떤 검사가 적용되나요?
이 자료만으로는 적층 구조가 모두 실패한다거나 엇갈리게 배치하면 신뢰성이 보장된다는 점을 입증할 수 없습니다. 적절한 판단을 위해서는 선택한 형상과 제조 공정, 그리고 이를 뒷받침하는 근거를 검토해야 합니다.
엔지니어링 검토를 위한 적층 구조 및 파일 준비
설계의 기반이 되는 제약 조건을 제조 데이터와 함께 보내세요. 레이블이 없는 적층 구조 그림만으로는 너무 많은 판단 사항이 불분명하게 남습니다.
다음을 포함하세요:
- 실제 패키지의 볼 맵, 승인된 랜드 패턴 및 배선 인출 제약 조건.
- 비아의 시작층과 종료층, 적층 또는 엇갈린 배치 구조를 표시한 레이어 도면.
- 제안된 재료, 빌드업 절연층 두께, 완성 기판 두께 및 구리 요구 사항.
- 트레이스 폭 및 간격 목표, 캡처 랜드, 임피던스 요구 사항 및 기준층.
- 요구되는 비아 충전, 캡핑, 표면 처리 및 완성 패드 요구 사항.
- 서로 일치하는 제조 아트워크, 드릴 데이터, 도면 및 리비전 식별 정보.
- 주문 수량, 조립 열 요구 사항 및 합의된 검사 또는 적격성 평가 근거.
해당 Gerber, BOM, CPL 및 적층 구조 파일 안내 는 제조 입력 자료와 조립 입력 자료를 구분합니다. BOM과 배치 파일은 부품을 조립할 때 필요합니다. 릴리스 패키지를 확인하려면 PCB DFM 체크리스트 을 사용하세요.
작업 예시에서는 제안된 트레이스 규칙과 비아 랜드가 해당 구조에서 제조 가능한지 검토를 통해 확인해야 합니다. 다음 항목을 포함하여 HDI PCB 제조 및 적층 구조 검토 를 요청하고, 배선 구조를 확정하기 전에 해당 입력 자료를 제출하세요.
자주 묻는 질문
모든 다층 PCB가 HDI 기판인가요?
아니요. 레이어 수는 구리층의 개수를 나타냅니다. HDI는 마이크로비아와 빌드업 배선 같은 구조를 사용하는 고밀도 상호 연결 방식을 의미합니다. 관통홀을 사용하는 일반적인 다층 기판은 레이어 수가 많더라도 일반적인 구조로 분류될 수 있습니다.
0.5 mm 피치 BGA에는 항상 마이크로비아가 필요한가요?
아니요. 피치만으로는 판단할 수 없습니다. 구리 패드 직경, 볼 맵, 트레이스 폭 및 간격 규칙, 비아 랜드, 사용 가능한 레이어에 따라 배선 인출 방식이 달라집니다. 작업 예시에서는 표면 채널 하나를 확인하지만, 패키지의 다른 연결 때문에 전체 설계에는 여전히 마이크로비아가 필요할 수 있습니다.
HDI를 사용하면 전체 레이어 수를 줄일 수 있나요?
더 작은 상호 연결 구조와 향상된 레이어 접근성으로 기존 레이어를 대체할 만큼 충분한 배선 용량을 확보할 수 있다면 가능합니다. 결과는 실제 레이아웃에 따라 달라집니다. 신호 인출이 쉬워지더라도 전원 분배, 기준 평면 및 전기적 제약으로 인해 필요한 레이어 수는 유지될 수 있습니다.
적층 마이크로비아는 항상 신뢰성이 더 낮은가요?
일률적인 신뢰성 순위를 합격 기준으로 삼는 것은 타당하지 않습니다. 적층 구조에는 적절한 적격성 평가가 필요한 접합부와 공정 요구 사항이 있습니다. 구조 명칭만으로 해당 구조를 승인하거나 거부하지 말고, 제안된 형상과 제조 관리, 대표적인 열 시험 근거를 평가하세요.
