알아야 할 11가지 HDI 소재

에폭시 수지 시스템의 특정 단점을 해결하기 위해 일반적으로 사용되는 다른 수지에는 BT-에폭시가 있습니다. 이는 열적 안정성 때문에 유기 칩 패키지에 흔히 사용되며, 폴리이미드와 시아네이트 에스터 수지는 더 나은 전기적 특성(낮은 Dk 및 Df)과 개선된 열적 안정성을 위해 사용됩니다. 때때로 비용을 절감하고 기계적 특성을 향상시키기 위해 에폭시와 혼합됩니다. 무연 조립을 위한 중요한 열적 특성은 STII이며, 일부 라미네이트 값은 그림 2에서 볼 수 있습니다.

열경화성 수지 외에도 폴리이미드와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한 열가소성 수지가 사용됩니다. 열가소성 폴리이미드 버전은 상대적으로 취약하지만, 열경화성 버전은 유연하며 필름 형태로 제공됩니다. 이는 일반적으로 유연한 회로를 만드는 데 사용되며, 리지드-플렉스라고 불리는 조합 회로에도 사용됩니다. 또한 에폭시보다 비싸며 필요에 따라 사용됩니다.

그림 3. 다양한 PWB 라미네이트를 위한 라미네이트 대체 차트

HDI에 적합한 라미네이트를 선택하는 데 도움이 되도록, 그림 3은 전 세계의 라미네이트 선택과 그 등가성을 보여줍니다.

보강 재료

레이저 드릴링 및 일반 유리 섬유

대부분의 유전체 재료는 수지 시스템에 보강재를 포함하여 인쇄 회로 기판을 제작하는 데 사용됩니다. 보강재는 보통 직물 유리 섬유로 이루어집니다. 직물 유리 섬유는 다른 천과 마찬가지로 개별 필라멘트가 베틀에서 직조되어 만들어집니다. 다른 직경의 필라멘트와 다양한 직조 패턴을 사용함으로써, 다양한 스타일의 유리 천이 만들어집니다.

유리 섬유는 유전체에 기계적 및 열적 내구성을 추가하지만, HDI 구조에서 사용될 때 일부 문제를 일으킵니다. 그림 5는 유리 섬유가 직조되어 있음을 보여주고, 표는 그 스타일, 실, 그리고 그 실의 두께를 보여줍니다. 비아를 생성하기 위해 레이저를 사용할 때, 유리 섬유와 주변 수지 사이의 제거율 차이로 인해 구멍 품질이 떨어질 수 있습니다. 또한, 유리가 없는 영역, 한 가닥의 영역, 그리고 가닥들의 교차점(일명 노클) 등으로 인해 유리 섬유 천이 균일하지 않기 때문에, 이러한 모든 영역에 대한 드릴링 매개변수를 설정하기 어렵습니다. 보통 드릴링은 가장 드릴링하기 어려운 영역인 노클 영역에 맞추어 설정됩니다.

섬유유리 제조업체들은 실을 양방향으로 펼치고 직물을 더 균일하게 만들어 섬유유리가 없는 영역과 노클 영역을 최소화하는 이른바 레이저로 드릴링할 수 있는 유전체를 만들었습니다. 그림 4는 현재 사용 가능한 12개의 LDP와 그 특성을 보여줍니다. 여전히 섬유유리를 관통하는 데는 레진보다 더 많은 에너지가 필요하지만, 이제 드릴링 매개변수를 최적화하여 패널 전체에 걸쳐 일관된 결과를 얻을 수 있습니다.

그림 4.  레이저로 드릴링할 수 있는 섬유유리용 천 사양 표.

RCCs

레진 코팅 구리(RCC) 호일

섬유유리 강화 유전체의 한계로 인해 회사들은 대체 유전체 솔루션을 모색하기 시작했습니다. 레이저 드릴링(구멍 품질이 떨어지고 드릴링 시간이 길어짐)과 직조된 섬유유리의 두께로 인해 PCB를 얇게 만들 수 있는 한계가 있었습니다. 이러한 문제를 극복하기 위해 구리 호일이 유전체를 운반하는 매체로 사용되어 PCB에 통합될 수 있었습니다. 이러한 재료를 "레진 코팅 구리" 또는 RCC라고 합니다. RCC 호일은 롤 대 롤 공정을 사용하여 제조됩니다.

그림 5.  표준 및 레이저로 드릴링할 수 있는 섬유유리 천의 사진.

구리는 코팅 헤드를 통과하고 수지가 구리의 처리된 면에 증착됩니다. 그런 다음 건조 오븐을 통과하여 부분적으로 경화되거나 "B" 단계로 처리되어 내부 회로 주변의 영역을 채우고 코어에 결합할 수 있도록 합니다. 수지 시스템은 일반적으로 라미네이션 과정 중 과도한 압출을 방지하기 위해 흐름 제한기로 수정됩니다.

대부분의 RCC 호일은 이 방식으로 제조되지만, 추가적인 유형도 존재합니다. 이러한 유형 중 하나는 두 단계 제품입니다(그림 6). 첫 번째 수지층이 코팅된 후, 두 번째 층을 추가하기 위해 다시 코터를 통과합니다. 두 번째 코팅 중 첫 번째 층은 완전히 경화되고, 두 번째 층은 "B" 단계입니다. 이 과정의 이점은 첫 번째 단계가 하드 스톱처럼 작용하여 층 사이의 최소 두께를 보장한다는 것입니다. 단점은 단일 코팅 버전보다 제품이 더 비싸다는 것입니다.

RCC 호일의 모든 장점에도 불구하고, 치수 안정성과 두께 제어 측면에서 보강재가 부족하다는 우려가 있습니다. 이러한 우려를 해결하기 위해 새로운 재료가 개발되었습니다. 미쓰이 마이닝 앤 스멜팅의 MHCG는 수지 코팅 과정 중에 초박형 유리섬유(1015 또는 1027)를 통합합니다. 이 유리섬유는 너무 얇아서 전통적인 유리섬유처럼 트리터 타워를 통과할 수 없어 프리프레그로 만들 수 없습니다. 또한 폴리이미드 / 에폭시 RCC도 사용 가능합니다.

유리섬유는 레이저 드릴링에 큰 영향을 주지 않으면서도 표준 프리프레그보다 같거나 더 나은 치수 안정성을 제공합니다. 이제 25 마이크론까지 얇은 유전층이 가능해져 매우 얇은 다층 제품 제작이 가능합니다.

RCC 호일의 또 다른 우려사항은 비용입니다. RCC 호일은 거의 항상 동등한 프리프레그/구리 호일 조합보다 비쌉니다. 그러나 레이저 드릴링 시간을 고려할 때 RCC 호일은 실제로 더 저렴한 제품을 만들 수 있습니다. 구멍의 수와 면적이 증가함에 따라 레이저 드릴의 향상된 처리량이 RCC 호일의 증가된 비용을 상쇄합니다.

그림 6.  사용 가능한 네 가지 스타일의 수지 코팅 구리(호일).

기타 유전체

최적화된 액체 에폭시는 HDI용 유전체 중에서 가장 낮은 비용을 제공할 수 있습니다. 또한 미세선 배선을 위해 얇은 층으로 적용하기 가장 쉽습니다. 스크린 인쇄, 수직 또는 수평 롤러 코팅, 멘스커스 코팅 또는 커튼 코팅으로 코팅할 수 있습니다. Taiyo Ink 브랜드가 가장 많이 사용되지만 Tamura, Tokyo Ohka Kogyo, Asahi Denka Kogyo도 제품을 가지고 있습니다.

폴리페닐 에테르/폴리페닐렌 옥사이드:  M.P > 288° C는 288°-316° C 이상의 녹는점을 가진 폴리페닐 에테르(PPE) 또는 폴리페닐렌 옥사이드(PPO)의 열가소성 플라스틱입니다. PPO/에폭시 혼합물은 Tg >180° C와 더 높은 분해 온도를 가집니다. 낮은 유전 상수와 손실 탄젠트로 인해 우수한 전기적 성능을 가지며, 에폭시 및 BT와 같은 많은 열경화성 물질보다 낮은 수분 흡수율을 가집니다. 높은 녹는점과 화학적 저항성으로 인해 디스메어링은 중요한 공정이 됩니다.

전기적 특성

그림 7은 매우 고속 논리에 적합한 유전체를 포함하여 인기 있는 유전체의 유전 상수(Dk)와 소산 인자(Dj)를 보여줍니다. 표 2는 HDI 설계를 위한 고속 성능과 관련된 다른 전기적 특성을 나열합니다. 

그림 7. 다양한 라미네이트의 전기적 특성을 유전 상수와 손실 인자별로 나타냄.

표 2. 고속 회로 설계 시 고려해야 할 다른 중요한 전기적 성능 고려 사항.

세밀한 트레이스와 공간 가능하게 하기

매우 고속 논리에서는 신호가 도체의 표면(스킨 효과)을 따라 이동합니다. 매끄러운 구리 호일은 구리 손실을 줄이면서 매우 세밀한 트레이스와 공간을 제작할 수 있게 합니다. (그림 8 참조) 그림 9에서, 5 마이크론 및 3 마이크론 구리 호일이나 mSAP 공정을 사용하여 초미세 트레이스가 가능합니다.

그림 8. 접착을 위한 호일 처리는 네 가지 프로파일로 나뉘며 구리 손실(스킨 효과)에 중요합니다. 

그림 9. 매우 얇고 매끄러운 구리 호일은 매우 세밀한 트레이스와 공간을 가능하게 할 수 있습니다 (8um/8um). 

고밀도 인터커넥트를 위한 재료는 PCB 디자이너와 전기 엔지니어에게 중요한 주제입니다. PCB용 재료에 대한 여러 좋은 자료가 있으며, 여기서의 초점은 엔지니어가 인쇄 회로 기판을 설계할 수 있도록 돕는 HDI 재료였습니다.

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