HDI에서 Ultra HDI까지: PCB 설계에서의 비아 구조

HDI(High-Density Interconnect) 기술을 사용해 본 적이 있다면, 업계가 가능한 한계를 넘어서려고 하는 것을 눈치챘을 것입니다. 전통적인 HDI 설계는 레이저로 뚫은 마이크로비아를 사용해 왔으며, 그 크기는 대략 4밀(mils)이며, 캡처 패드 직경은 일반적으로 8–10밀 정도 더 큽니다. 하지만 기술은 정지해 있지 않으며, 이제 Ultra HDI가 완전히 새로운 수준으로 사물을 끌어올리며, 이전에는 상상할 수 없었던 방식으로 비아 구조와 밀도를 재정의하고 있습니다.

Ultra HDI: 크기 축소

Ultra HDI 기술은 인쇄 회로 기판의 특징 크기를 극단적으로 밀어붙이는 것에 관한 것이며, 이는 트레이스뿐만 아니라 마이크로비아도 포함합니다. 이제 우리는 2밀 크기의 비아를 보고 있으며, 절대 최소 캡처 패드는 6밀입니다—비록 8밀이 신뢰성에 있어 여전히 좋은 지점입니다. 이것을 관점으로 두면, 75마이크론 비아를 8–10밀 캡처 패드와 함께 사용할 수 있어 PCB 발자국을 대폭 줄이고 고밀도 구성 요소의 사용을 가능하게 한다는 의미입니다.

왜 이것이 중요한가요? 전자 장치가 더 복잡하고 컴팩트해짐에 따라, 더 높은 연결 밀도에 대한 수요가 계속해서 증가하고 있기 때문입니다. Ultra HDI는 신뢰성을 희생하지 않으면서 더 작은 공간에 더 많은 기능을 포장할 수 있게 해줍니다. 이것은 항공우주, 의료 기기, 고성능 컴퓨팅과 같이 미니어처화의 한계를 뛰어넘으려는 산업에게 게임 체인저입니다.

Ultra HDI의 기술 배경

그렇다면, Ultra HDI를 가능하게 하는 것은 무엇일까요? 답은 고급 빌드업 기술, 초박형 재료, 그리고 정밀한 비아 채우기 기술에 있습니다.

먼저, 빌드업 기술에 대해 이야기해 보겠습니다. Ultra HDI는 믿을 수 없을 정도로 얇은 유전체 층과 초박형 구리 호일(예: 1/4 oz./sq. ft. 구리 무게)을 사용하여 까다로운 허용 오차를 달성합니다. 이러한 얇은 재료는 더 굵은 에칭보다 더 세밀한 특징을 제작할 수 있게 하여 얇은 층에서의 신호 무결성을 유지하는 데 도움이 됩니다. 이를 작동시키는 핵심은 비아 종횡비(재료 두께 대 비아 직경 비율)를 1:1 이하로 유지하는 것입니다. 예를 들어, 2 mil 비아를 설계하는 경우, 유전체 층은 2 mil보다 얇아야 합니다. 이는 일반적으로 35미크론 또는 심지어 25미크론 유전체를 사용함을 의미합니다. 약간 더 큰 3 mil 비아는 2 mil 유전체를 허용할 수 있지만, 모든 경우에 정밀도가 중요합니다.

그런 다음, 내부 초고밀도(HDI) 층에 매립된 비아를 채우는 도전이 있습니다. 이러한 규모에서는 PCB 재료 수지가 매립된 비아의 열린 공간을 채우는 데 어려움을 겪기 때문에, 교차로 매립된 비아의 수지 채우기는 신뢰할 수 있는 옵션이 아닙니다. 대신, 비아는 신뢰할 수 있는 전기적 성능과 구조적 무결성을 보장하기 위해 구리로 채워져야 합니다. 구리로 채워진 비아는 신호 무결성과 열 성능을 향상시켜, 둘 다 고주파 응용 프로그램과 극단적인 공간 제약이 있는 설계에 중요합니다. 공기 주머니를 제거하고 전도성을 향상시킴으로써, 구리 채우기는 초고밀도 HDI를 신뢰할 수 있게 만듭니다.

초고밀도 HDI가 비아 구조에 미치는 영향

초고밀도 HDI의 가장 큰 장점 중 하나는 고속 신호의 트레이스 라우팅을 더 적은 수의 층으로 통합할 수 있는 능력입니다. 예를 들어, 2mil 최소 트레이스 폭과 4mil 최소 비아 직경이 필요한 HDI 설계는 1mil 폭 트레이스와 2-3mil 비아 직경으로 초고밀도 HDI 설계로 훨씬 더 높은 밀도를 달성할 수 있습니다. 더 작은 비아와 더 얇은 유전체 층을 사용하여, 설계자들은 더 두꺼운 층에서와 동일한 임피던스로 제곱 인치당 더 많은 트레이스를 고밀도 구성요소로 라우팅할 수 있습니다.

또한, Ultra HDI는 전력 분배와 열 관리를 개선합니다. 구리로 채워진 비아(vias)의 사용은 열 분산을 증가시키는데, 이는 고전력 응용 프로그램에 필수적입니다. 더 작은 비아 구조는 기생 용량과 인덕턴스를 줄여, 고속 및 RF 설계에서 더 나은 성능을 이끌어냅니다. 결과적으로, 통신 및 고급 컴퓨팅과 같이 정밀한 신호 성능이 요구되는 산업들이 그들의 발전하는 필요를 충족시키기 위해 Ultra HDI를 빠르게 채택하고 있습니다.

비아 구조에 미치는 영향은 심오합니다. 전통적인 관통 홀 비아와 심지어 일반적인 마이크로비아조차도 차세대 설계에는 더 이상 충분하지 않습니다. Ultra HDI는 더 타이트한 피치로 적층 및 계단식 비아 구조를 가능하게 하여, 층간 연결성과 설계 유연성을 향상시킵니다. 이는 보드 부동산의 보다 효율적인 사용을 가능하게 하고, 임무 중요 응용 프로그램에서 신뢰성을 강화합니다.

초기 계획 및 제작 파트너십

Ultra HDI 기술은 흥미롭지만, 새로운 복잡성도 도입합니다. 이렇게 타이트한 허용 오차와 고급 재료를 사용함에 있어, 제작은 당연히 여겨질 수 없습니다. 그래서 PCB 제작업체와의 초기 협력이 필수적입니다.

Ultra HDI 설계는 단순히 비아(vias)를 축소하는 것이 아니라, 재료 선택부터 제조 기술에 이르기까지 전 과정이 성공을 위해 최적화되어야 한다는 것을 의미합니다. 설계 단계에서 제조업체와 긴밀히 협력하면 비용이 많이 드는 문제가 되기 전에 잠재적인 장애물을 식별할 수 있습니다. 필요한 정밀도를 고려할 때, 초기에 작은 조정조차 나중에 큰 두통을 예방할 수 있습니다.

이러한 수준의 기술을 추진하면 추가적인 제조 비용이 발생할 수 있습니다. 하지만 선제적인 접근 방식으로 이러한 비용을 완화할 수 있습니다. 제조업체와 조기에 파트너십을 맺음으로써, 공정 최적화가 이루어져 비용이 많이 드는 재설계의 위험을 줄이고 전반적인 제조 가능성을 향상시킬 수 있습니다.

더 높은 밀도, 더 나은 신호 무결성, 최상위 성능을 요구하는 설계 작업을 하고 있다면, Ultra HDI가 찾고 있는 해결책일 수 있습니다. 하지만 Ultra HDI로 성공하려면 계획이 중요하다는 것을 기억하세요. 과정 초기에 경험이 풍부한 제조업체와 협력하는 것이 설계가 성공적으로 작동하는지, 비용이 많이 드는 재작업이 필요한지에 있어 모든 차이를 만들 수 있습니다.