소형화 의무

기기는 더 작고, 더 가볍고, 더 빠르고, 더 많은 기능을 갖춰야 한다는 것이 현대 전자제품의 궤적입니다. 소형화와 성능 향상에 대한 끊임없는 요구는 인쇄 회로 기판(PCB) 설계 및 제조에 엄청난 압박을 가하고 있습니다. 기존의 스루홀(TH) 및 표준 다층 PCB가 여전히 많은 애플리케이션에 사용되고 있지만, 복잡하고 고속이며 소형화된 디바이스가 증가함에 따라 다음과 같은 패러다임 전환이 필요해졌습니다. 고밀도 상호 연결 기술.

설계 엔지니어와 프로젝트 관리자에게는 다음과 같은 질문이 없습니다. 만약 HDI가 더 우수하지만 특정 제품에 대해 HDI의 비용과 복잡성이 정당화되는 경우는 언제인가요? HDI를 채택하는 것은 보드 크기와 전기적 성능부터 제조 가능성 및 전체 시스템 비용에 이르기까지 모든 것에 영향을 미치는 중요한 엔지니어링 결정입니다.

이 가이드는 4가지 핵심 의사 결정 기준에 기반한 포괄적인 프레임워크를 제공하여 다음 PCBA 프로젝트에 HDI 기술이 필요한지 여부를 평가하는 데 도움을 줍니다.

1. 소형화 요소: 공간이 주요 제약 조건인 경우

HDI를 도입하는 가장 즉각적이고 확실한 동인은 다음과 같습니다. 공간 제약. HDI 기술을 사용하면 단위 면적당 배선 밀도를 획기적으로 높일 수 있으므로 보드 크기를 다음과 같이 줄일 수 있습니다. 25% ~ 50% 기존 디자인에 비해.

소형화를 위한 주요 지표:

A. 높은 핀 수, 미세 피치 구성 요소

HDI의 가장 일반적인 트리거는 특히 고급 구성 요소의 채택입니다. 볼 그리드 어레이(BGA) 그리고 칩 스케일 패키지(CSP) 매우 작은 피치를 가진 컴포넌트입니다.

• BGA 피치 임계값: 설계에 BGA 패키지가 포함된 경우 0.8mm 이하의 피치(예: 0.6mm, 0.5mm 또는 0.4mm), 를 사용하면 표준 스루홀 비아를 사용하여 내부 핀 행에서 트레이스를 라우팅하는 것이 불가능하거나 지나치게 복잡해집니다.
• HDI 솔루션: Via-in-Pad(VIP) 및 마이크로비아: HDI는 다음을 활용합니다. 마이크로비아 (일반적으로 직경 0.15mm 미만의 레이저 드릴링 구멍)을 부품의 솔더 패드 바로 안쪽에 배치합니다(Via-in-Pad). 이 기술은 트레이스 라우팅을 위해 BGA 패드 사이의 귀중한 표면적을 확보하여 밀도를 크게 높이고 더 작은 설치 공간에서 많은 I/O 수의 부품을 팬아웃할 수 있도록 합니다.

B. 컴포넌트 밀도 및 레이어 수 감소

기존 PCB에서 고밀도 설계는 필요한 모든 트레이스를 수용하기 위해 총 레이어 수를 늘려야 하는 경우가 많습니다(예: 8레이어에서 12레이어로). HDI는 종종 다음과 같은 방법으로 라우팅 복잡성을 동일하거나 더 높게 달성할 수 있습니다. 더 적은 수의 레이어.

• 레이어 수 역설: 8층 표준 PCB는 두 개의 순차적 빌드업 레이어($1+2+1$ 또는 유사한 구조)가 있는 4층 HDI 기판으로 대체될 수 있습니다. 이렇게 하면 HDI의 레이어당 제작 비용은 높아지지만 더 얇고 가벼우며 잠재적으로 더 저렴한 최종 보드를 만들 수 있습니다.
• 애플리케이션: 이는 다음과 같은 경우 협상할 수 없습니다. 웨어러블 디바이스 (스마트워치, 피트니스 트래커), 스마트폰, 의료용 임플란트, 그램과 입방밀리미터 하나하나가 중요한 고도의 제약이 따르는 항공우주 전자제품.

2. 성능 요소: 신호 무결성이 가장 중요한 경우

크기 외에도 HDI의 주요 전기적 장점은 다음과 같은 관리 기능에 있습니다. 고속 및 고주파(RF) 신호 뛰어난 무결성을 제공합니다.

신호 무결성 요구사항에 대한 주요 지표:

A. 고속 인터페이스 및 데이터 속도

다음과 같은 최신 인터페이스 PCIe Gen 4/5, DDR4/5, USB 3.0/4.0 또는 10G/40G 이더넷 긴 트레이스, 반사 및 누화로 인한 신호 저하가 크게 우려되는 주파수에서 작동합니다.

• 더 짧은 신호 경로: 마이크로 비아는 모든 레이어를 가로지르며 원치 않는 레이어를 생성하는 스루홀 비아와 달리 한두 개의 레이어(블라인드 또는 매립형 비아)에만 걸쳐 있습니다. stub. 이 스터브는 전송 라인 불연속성 역할을 하여 고주파에서 신호 반사(노이즈)를 유발합니다. HDI의 효과적인 마이크로비아 스텁 제거, 를 사용하여 신호 품질을 대폭 개선하고 더 빠른 데이터 전송 속도를 지원합니다.
• 더 엄격한 임피던스 제어: HDI 구성에 사용되는 미세한 선폭과 제어된 유전체 두께는 신호 손실을 최소화하고 신뢰성을 보장하는 데 중요한 특성 임피던스(예: RF용 $50\오메가$ 또는 데이터용 $100\오메가$ 차동 쌍)를 보다 정밀하게 제어할 수 있게 해줍니다.

B. 전력 공급 네트워크(PDN) 및 EMI 관리

고속 프로세서와 FPGA에는 깨끗하고 안정적인 전력이 필요합니다. HDI 구조는 본질적으로 전력 공급 네트워크(PDN)에 더 적합합니다.

• 디커플링 커패시터 배치: HDI는 디커플링 커패시터의 패드에 직접 마이크로비아를 배치할 수 있습니다(Via-in-Pad). 이를 통해 커패시터와 부품의 전원 핀 사이의 거리를 최소화하여 기생 인덕턴스를 줄이고 다음을 보장합니다. 더 깨끗한 전력 공급 고전류 스위칭을 통해 전반적으로 전자파 간섭(EMI)을 낮춥니다.
• 차폐: 스택형 및 스태거형 마이크로비아를 사용하면 복잡한 다기능 디바이스(예: Wi-Fi, 5G, GPS, 블루투스가 탑재된 스마트폰)에서 효과적인 EMI 차폐를 위해 필수적인 보다 견고하고 연속적인 접지면을 만들 수 있습니다.

3. 신뢰성 요소: 내구성과 수명이 중요한 경우

자동차, 항공우주 또는 산업 제어와 같은 까다로운 환경에서 PCB는 작동 수명 동안 상당한 열 및 기계적 스트레스를 견뎌야 합니다.

신뢰성 향상을 위한 주요 지표:

A. 높은 열 순환 스트레스

엔진 제어 장치(ECU)나 실외 통신 시스템에 사용되는 부품과 같은 구성 요소는 온도 변화가 클 수 있습니다.

• 화면비 낮추기: HDI 보드의 마이크로 비아는 기존 스루홀 비아(8:1 이상)에 비해 화면비(비아 깊이와 지름의 비율, 보통 1:1 이하)가 현저히 낮습니다. 종횡비가 낮다는 것은 마이크로비아 배럴에 균열이나 피로 고장이 발생할 가능성이 훨씬 적다는 것을 의미합니다. 열 순환 (보드 레이어의 확장 및 축소).
• 구조적 무결성 향상: 많은 수의 스루홀 비아를 더 작고 견고한 마이크로 비아로 교체하면 전체 보드의 기계적 무결성이 향상되어 제품 수명이 길어지고 현장 장애가 줄어듭니다.

B. 규제 및 안전 규정 준수

의료 생명 유지 또는 항공 우주 비행 제어와 같이 장애가 치명적인 애플리케이션의 경우 HDI의 향상된 신뢰성은 핵심 규정 준수 요건입니다. 스트레스 상황에서 신호 무결성과 구조적 내구성을 보장하는 기능 덕분에 HDI는 이러한 분야에서 선호되거나 의무화된 기술입니다.

4. 제조 및 비용 요소: 크로스오버 포인트

HDI 제작에는 더 복잡한 공정(레이저 드릴링, 순차적 라미네이션, 구리 충전)이 포함되지만, 전체 시스템 비용은 특정 복잡성 임계값에서 HDI를 선호할 수 있습니다.

주요 제조 고려 사항:

A. 크로스오버 포인트: 복잡성이 비용을 단순화할 때

이니셜 HDI 제조 고급 공정으로 인해 비용이 더 높습니다. 그러나 동일한 밀도를 달성하려는 기존 PCB는 비현실적인 레이어 수(예: 14개, 16개 이상)나 과도한 보드 크기가 필요할 수 있습니다.

• 비용 효율성: 디자인이 복잡해지면 표준 레이어 수가 8개 또는 10개 이상으로 늘어납니다, 보드 크기 및 전체 레이어 수 감소로 인한 비용 절감 효과 $1+N+1$ 또는 $2+N+2$ HDI 구조를 사용하면 레이어당 제작 비용 증가를 능가하는 경우가 많습니다. HDI 통합은 재료, 조립 시간 및 인클로저 비용 절감으로 이어질 수 있습니다.
• 제조 가능성을 위한 디자인(DFM): HDI의 Via-in-Pad 기술 사용은 실제로 다음과 같습니다. 조립 간소화 대량 자동화된 SMT 라인에서 중요할 수 있는 BGA에 명확하고 직접적인 연결을 제공함으로써 생산성을 향상시킵니다.

B. HDI 빌드업 유형(순차적 라미네이션)

HDI 구조의 유형은 필요한 복잡성에 따라 정의됩니다:

1. 유형 I($1+N+1$): 양쪽에 단일 빌드업 레이어. 간단한 블라인드 비아를 사용합니다. (예: 소비자 노트북)
2. 유형 II($2+N+2$ 스태거): 양쪽에 두 개의 빌드업 레이어가 있습니다. 엇갈린 마이크로비아. 더 높은 밀도. (예: 하이엔드 그래픽 카드)
3. 유형 III($2+N+2$ 스택): 다음이 포함된 두 개 이상의 빌드업 레이어 스택 및 채워진 마이크로비아. 초미세 피치 BGA 라우팅에 필수적인 최고 밀도. (예: 스마트폰, 서버).

필요한 BGA 피치 및 I/O 개수에 따라 필요한 HDI 유형이 결정되며, 이는 제조 공정 및 가격에 직접적인 영향을 미칩니다.

올바른 HDI 결정 내리기

HDI 기술로의 전환 결정은 앞서 설명한 네 가지 요소에 대한 제품의 요구 사항을 냉정하고 엄격하게 분석하여 이루어져야 합니다: 공간, 성능, 안정성, 비용의 크로스오버.

PCBA 빠른 생산 서비스 제공업체로서 당사의 역할은 고객과 협력하여 거버, BOM 및 성능 목표를 분석하는 것입니다. 다음 사항에 대한 필요성을 파악하여 마이크로비아, 블라인드/매립형 비아 및 고급 순차적 라미네이션-가장 비용 효율적이고 안정적인 제조 솔루션으로 제품의 성능과 크기 목표를 달성할 수 있도록 보장합니다.

초기 HDI 타당성 평가를 위해 분석하고자 하는 특정 BGA 구성 요소 또는 데이터 속도 요구 사항이 있습니까?