PCB에서 맹점 및 매립 비아를 위한 백드릴 및 충전

블라인드 비아는 HDI PCB에서만 사용되는 것이 아니라, 기계적 드릴링이 사용되고 얇은 외부 층이나 빌드업 필름 층이 없는 표준 빌드에서도 사용됩니다. 이러한 설계는 다양한 시스템에서 활용되며, 저에게는 주로 고속 설계나 프레스 핏 핀이나 나사산이 있는 핀을 위한 종단 구멍이 필요한 RF 설계에서 가장 흔합니다. 어떤 응용 프로그램이든, 이러한 구멍의 존재는 드릴, 도금, 그리고 PCB 스택업으로 층을 압축하는 다중 적층 과정을 필요로 합니다.

PCB를 구축하기 위해 필요한 적층 수는 전통적인 에칭 및 기계적 드릴링 과정을 가정할 때 가격의 괜찮은 대리지표입니다. PCB에서 블라인드/매립 비아가 어떻게 사용되는지에 따라, 적층 수는 처음 계산한 수와 일치하지 않을 수 있습니다. 따라서 PCB 스택업에 블라인드 및 매립 비아를 배치하기 시작하기 전에, 제조업체가 PCB를 구축하기 위해 대안적인 접근 방식을 취할 수 있으며, 이는 총 비용과 라우팅 영역에 영향을 미칠 수 있음을 유념하세요. 블라인드 및 매립 비아의 배치가 적층 주기 수에 어떤 영향을 미치며, 궁극적으로 빌드와 관련된 처리 단계 및 비용 수에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다.

적층 주기 비용

PCB 제작에서 각 적층 주기는 드릴링과 도금 단계를 수반하며, 이를 통해 PCB 스택업에서 맹점/매립 비아를 형성할 수 있습니다. 설계에 맹점/매립 비아가 포함되어 있는 경우, 최종 스택업을 생성하기 위해 각각의 에칭된 층들을 결합하기 위해 여러 적층 단계가 사용됩니다. 각 적층 주기는 처리 단계를 추가하므로 설계 비용을 증가시킵니다. 맹점 비아가 많은 제품에서 절대적으로 필요하긴 하지만, 처리 단계의 순서에 대한 간단한 고려를 통해 추가 비용의 일부를 상쇄하고 제품의 경쟁력을 유지할 수 있습니다.

보통, 맹점/매립 비아가 필요한 층의 수를 계산하고, 스택업 외부의 중앙 코어나 캡핑 층에 대해 1주기를 추가하여 필요한 적층 횟수의 총합을 구합니다. 예를 들어, 내장형 인쇄 RF 회로에 대한 관통 홀 비아와 매립 비아가 있는 아래의 스택업을 고려해 보세요. 이에 대해 다른 기사에서 더 자세히 논의합니다.

이 예에서, 우리는 내장된 매립 비아에 대한 한 번의 적층 주기와 두 외부 층에 대한 또 다른 주기가 필요한 대칭 스택업을 가지고 있습니다. 이것은 맹점/매립 비아를 형성하기 위해 필요한 표준 다중 적층 과정을 보여주는 간단한 예입니다.

블라인드/베리드 비아의 사용은 단순히 순차적인 라미네이션을 사용하는 것보다 적은 라미네이션 사이클이 필요하거나 다른 처리 방식을 허용할 수 있는 경우가 있습니다. 이러한 경우 중 일부는 다음과 같습니다:

• 한 쪽 표면층에서 시작하는 블라인드 비아 또는 오프셋 베리드 비아(하이브리드가 아닌 구성)
• 교차하는 블라인드/베리드 비아가 있는 스택업
• 블라인드/베리드 비아가 있는 하이브리드 스택업
• 역 스택업(또는 캡-코어 스택업)

백드릴-앤-필

순차적 라미네이션 대신 사용할 수 있는 대안적인 과정은 특정 층에서 백드릴-앤-필을 하는 것입니다. 이는 하나 이상의 라미네이션 단계를 제거할 수 있습니다. 백드릴-앤-필에서는 필요한 층 범위를 넘어서 블라인드 또는 베리드 비아가 형성되지만, 그 후 제조업체가 블라인드/베리드 비아를 길이에 맞게 백드릴합니다. 이는 원하는 층에서 비아를 종료시키고, 드릴된 유전체에 남은 공간은 비전도성 에폭시로 채워집니다. 채워진 영역은 동층이 구리 평면층인 경우와 같이 도금될 수 있습니다.

위에서 제공된 몇 가지 예시에서, 이 방법이 일부 스택업을 제작하는 데 선호될 수 있습니다. 왜냐하면 이는 하나 이상의 적층 공정을 없앨 수 있기 때문입니다. 이러한 예시에서 처리 단계를 조금 예상하는 것이 눈에 보이지 않는/매립된 비아의 사용 계획을 더 잘 세우는 데 도움이 되며, PCB 제작에서 몇 가지 적층 단계를 제거할 수도 있습니다.

비대칭 눈에 보이지 않는/매립된 비아

PCB 제작은 일반적으로 층 배열에서, 그리고 따라서 적층에서 대칭성을 가정하고 진행합니다. 그러나, 눈에 보이지 않는/매립된 비아가 있는 PCB 스택업은 스택업에서 대칭 배치를 사용하지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 아래와 같은 매립된 비아의 경우, 추가 적층을 사용하는 대신 백드릴-앤-필(backdrill-and-fill)이 제작 솔루션으로 평가되는 전형적인 경우가 될 것입니다.

이 예시에서, 제작 중 층 스택업을 대칭적으로 유지하면 두 가지 가능한 공정이 발생합니다:

• L3-L6을 먼저 제작한 다음, L2/L7 및 L1/L8 층 쌍을 따라서 제작 (총 3번의 적층)
• L2-L7을 먼저 제작, 백드릴-앤-필, 그리고 L1/L8 층 쌍으로 마무리 (총 2번의 적층)

L6-L7 백드릴 및 채우기 과정에서, 백드릴은 드릴 주변의 트레이스를 끊을 가능성이 있습니다. 분명히, 이는 블라인드/베리드 비아를 사용하는 주요 장점을 없애는데, 그 장점은 레이어 범위 외부의 트레이스로부터 비아 배럴과 패드를 멀리 유지함으로써 일부 라우팅 공간을 허용하는 것입니다. 따라서, 백드릴된 부분이 구리 푸어 또는 평면 레이어를 통해 드릴링하는 것만 포함하는 경우에 가장 잘 작동합니다. 평면 레이어의 경우, 백드릴은 구리를 절단하지만, 필요한 구리 재도금은 모든 곳에서 동일할 것이므로 표준 도금을 사용하여 구리를 재형성할 수 있습니다.

교차하는 블라인드/베리드 비아

이제 서로 다른 레이어 범위에서 서로 교차하는 블라인드/베리드 비아의 경우를 살펴보겠습니다. 이 경우는 비아가 PCB 스택업에서 서로 교차하는 비대칭(오프셋) 배열을 포함할 수도 있기 때문에 가장 흥미로운 경우입니다. 이러한 교차하는 블라인드/베리드 비아가 필요한 몇 가지 전기적 이유가 있을 수 있지만, 창의적인 레이어 할당을 통해 일부 레이어 범위에서 백드릴 및 채우기 과정을 허용할 수 있습니다.

예를 들어, 다음과 같은 스택업을 고려해 보십시오. 이는 스택업에서 서로 교차하는 여러 개의 블라인드 비아를 포함할 수 있으며, 제작 중에 여러 라운드의 백드릴 및 채우기를 초래할 수 있습니다.

이 스택업을 위한 백드릴 및 충전 제작 공정에서, 전형적인 관점은 설계가 세 번의 적층과 드릴링 및 도금 과정을 거친 후, 관통 홀 비아를 드릴링하고 도금하는 것입니다. 그러나, 혼합된 큰 비아와 매립 비아는 실제로 다음과 같이 진행될 수 있습니다:

• L3에서 L8까지의 구간은 이 레이어 범위에서 완전한 관통 홀 드릴링 및 도금으로 먼저 제작됩니다
• L3-L8 레이어 범위의 긴 맹 비아는 나머지 비아들이 나중 단계에서 매립 비아를 형성하는 동안 먼저 백드릴됩니다
• 백드릴된 홀은 비전도성 에폭시로 채워지고 구리 평면 레이어에 도금됩니다
• 외부 레이어 범위는 드릴링, 적층, 도금됩니다
• L1-L10 관통 홀은 드릴링 및 도금되어 스택업을 완성합니다

특정 레이어 범위를 가진 전용 블라인드 비아가 필요한 이유가 있을 수 있습니다. 그 범위가 다른 레이어 범위를 가로지르더라도 말이죠. 위에서 언급한 사용 사례 중 하나는 내장형 RF 회로 사례이고, 다른 하나는 두꺼운 PCB 스택업을 가진 프레스-핏 핀 사례입니다. 또 다른 사용 사례는 고속 커넥터 전환을 위한 핀 삽입 시 백드릴을 제거하는 것입니다. 사용 사례가 무엇이든, 모든 교차하는 블라인드/매립 비아는 비용을 더 발생시킬 것이므로, 어떤 교차점을 통합할 수 있는지에 집중하고 이러한 전환 주변에 중요 신호를 계획하세요.

블라인드 비아가 있는 하이브리드 스택업

하이브리드 스택업은 PCB 스택업이 여러 종류의 재료 세트를 혼합하여 사용하는 디자인입니다. 가장 흔하게는 RF+디지털 디자인을 위해 PTFE와 표준 FR4 재료를 사용하는 경우입니다(이에 대해 다른 기사에서 상세히 다루었습니다), 하지만 물론 다른 재료 세트도 혼합될 수 있습니다. 이러한 스택업에 블라인드/매립 비아가 포함되면 예상대로 여러 번의 라미네이션도 필요할 것입니다.

하이브리드 스택업의 경우 개별 하이브리드 적층을 먼저 라미네이트한 다음 이를 쌓아서 스루홀을 형성할지, 아니면 각 하이브리드 층을 개별적으로 올리고 이를 드릴링/도금하여 최종 비아를 형성할지의 문제입니다. 예를 들어, 아래에 표시된 하이브리드 스택업의 재료 그룹핑을 살펴보세요.

이를 통해 백드릴-앤-필이 적용될 수 있는 두 가지 잠재적 영역을 볼 수 있습니다:

• 2:3 매립 비아에서 L1에서 L2까지
• 6:10 맹비아에서 L5에서 L6까지

외부 하이브리드 재료 세트에서는 외부 작은 매립 비아를 형성하기 위해 백드릴-앤-필을 수행하는 것이 큰 의미가 없습니다. 내부 비아의 경우, 겹치는 맹비아가 단 한 층 차이로 서로 빗나가기 때문에 더 의미가 있을 수 있습니다. 이 경우, 백드릴된 층 범위가 평면 층을 포함하거나 트레이스가 없고 비워져 있다면, 백드릴-앤-필은 적층 중 하나를 제거할 수 있습니다.

역 스택업(일명 캡-코어 스택업)

Cap-core 스택업은 외부 레이어에 평면을 배치하고 내부 신호 레이어에서 매립된 비아를 사용하여 신호 트레이스를 라우팅합니다. 구멍을 통해 다른 레이어의 구성 요소에 도달하고 외부 평면을 함께 연결하기 위해 사용됩니다. 가장 간단한 예는 4층 PCB에서 두 개의 내부 레이어가 신호용으로 사용되며 매립된 비아로 라우팅된다는 것입니다. 레이어 수가 더 많은 경우, 외부 캡 레이어는 여전히 최종적인 적층 후에 구멍 뚫기와 도금이 필요하지만, 내부 레이어는 순차적 적층 대신 백드릴 및 채우기 과정을 사용할 수 있습니다. 이는 아래의 cap-core 스택업에서 보여집니다.

백드릴-앤-필이 적용될 수 있는 여러 옵션이 있습니다: 긴/짧은 매립 비아(L3-L4 및 L7-L8) 사이의 영역, L4-L7 레이어 범위 외부, 또는 캡 레이어 범위(L1-L2 및 L9-L10)에 있습니다. 외부 레이어에 평면을 사용하기 때문에 캡-코어 스택업에서 캡 레이어 범위가 가장 합리적이지만, 백드릴이 구성 요소 패드로 넘어가지 않는 한에 한해서이며, 따라서 단면 PCB에서만 사용될 수 있습니다. 내부 레이어 범위도 후보가 될 수 있으며, 특히 이 10층 캡-코어 스택업에서는 스택업 내부에 추가 평면 레이어가 포함될 수 있습니다.

요약

백드릴 후 도금을 사용할 때, 재도금된 레이어의 도금 영역에 약 ~1 mil 크기의 움푹 들어간 부분이 생길 수 있습니다. 백드릴-앤-필이 적용되는 경우, 일반적으로 더 두꺼운 유전체를 차지하는 기계적으로 드릴된 맹/매립 비아에 사용됩니다. 따라서 대부분의 실제 사례에서, 남은 움푹 들어간 부분은 유전체 레이어의 자연스러운 두께 변화에 영향을 미치지 않을 것입니다.

백드릴링을 제거하려는 의도로 설계된 PCB 비아에 백드릴링을 도입하는 것이 모순처럼 보일 수 있지만, 신중하고 목표를 정해 백드릴링을 사용하는 것이 큰 비용 절감을 가져온다는 것을 보여줍니다. 약간의 예측을 통해 이 과정을 활용하고 제작을 위해 명시적으로 지정할 수도 있습니다.

신뢰할 수 있는 전력 전자 제품이나 고급 디지털 시스템을 구축해야 할 경우, Altium Designer^®의 완벽한 PCB 설계 기능 세트와 세계적 수준의 CAD 도구를 사용하세요. 오늘날의 교차 분야 환경에서 협업을 구현하기 위해, 혁신적인 기업들은 Altium 365^™ 플랫폼을 사용하여 설계 데이터를 쉽게 공유하고 프로젝트를 제조 단계로 넘기고 있습니다.

Altium Designer와 Altium 365로 가능한 것의 표면만 긁어본 것입니다. 오늘 Altium Designer + Altium 365의 무료 체험을 시작하세요.