HDI PCB는 High-Density Interconnect Printed Circuit Board의 약어입니다. 이름에서 알 수 있듯이 이는 전자 제품의 소형화 및 고성능 요구를 충족시키기 위해 설계된 고급 PCB입니다. 고밀도 PCB는 미세 배선과 미세 홀 피치를 특징으로 합니다. 기존 PCB에 비해 고밀도 PCB는 배선 밀도를 최적화하기 위해 배선 폭을 줄이고, 전통적인 스루홀(Through Hole Via) 공정을 포기하며, 마이크로 비아(Micro Via), 블라인드 비아(Blind Via), 버리드 비아(Buried Via) 등의 레이저 드릴링과 적층 기술을 채택하여 회로 통합도를 기존 PCB를 훨씬 넘어선 수준까지 끌어올려 단위 면적당 더 많은 부품을 수용할 수 있고, 제한된 공간에서 보다 복잡한 회로 기능을 구현할 수 있으며, 동일한 성능을 갖춘 전자 제품이 보다 소형화된 형태로 구현될 수 있도록 합니다. 이는 전자 제품이 경량화, 지능화, 고주파화로 발전하는 시대적 요구에 정확하게 대응할 수 있게 하며, 5G, 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI)과 같은 신성장 분야에서 돌파구를 마련하는 데 핵심적인 역할을 수행하는 기반 기술이 되고 있습니다.
독특한 설계와 공정을 바탕으로 고밀도 인터커넥트 PCB는 고밀도 및 고성능 요구사항에 부합하는 일련의 핵심 기능을 보여주며 주요 내용은 다음과 같습니다.
HDI 회로기판은 일반적으로 더 많은 층 수를 가지며 보통 4층 이상입니다. 이는 몇 개의 층만으로는 배선 밀집과 신호 간섭을 피하기 어렵기 때문에 층 수를 늘려 배선과 연결부를 여러 층에 분산시켜 합리적으로 계획해야 하기 때문입니다. 대부분의 제품은 기능 복잡도에 따라 6층에서 12층 설계를 선택하여 제한된 공간 내에서 배선 밀도, 기능 복잡성 및 회로 성능 사이의 균형을 잡습니다.
전자기기의 소형화 요구를 충족시키고 한정된 공간에서 보다 고밀도의 회로 집적을 구현하기 위해 HDI 회로기판은 회로 배선을 효율적으로 분배해야 한다. HDI 회로기판은 3~5밀 또는 그보다 더 미세한 선폭과 선간격을 구현할 수 있는 반면, 기존 회로기판의 배선 간격은 일반적으로 수백 마이크론에 이른다. 따라서 HDI 인쇄회로기판 제작 시 약간의 공정 오차라도 회로 변형, 단락 또는 개방 회로 현상이 발생할 수 있어 처리가 극히 까다롭다.
HDI 보드의 홀 설계 또한 매우 미세하다. 홀 타입에는 다음과 같은 것들이 있다: 마이크로비아(Microvia)는 일반적으로 6밀(mil) 이하의 홀 직경을 가지며, 미세한 배선을 정확하게 연결하고 공간을 절약할 수 있다. 다중층 간의 연결을 실현하기 위해서는 보통 여러 층에 걸쳐 쌓음층 구조로 배치되며, 이러한 홀은 구리로 충전하거나 전기도금 처리가 필요하다. 블라인드 비아(Blind Via)는 표면층에서 특정 내부층까지 이어지며 한쪽 면에서만 보인다. 분할 드릴링 공정을 통해 제작되며, 신호 경로를 효과적으로 단축시키고 층간 간섭을 줄이는 데 도움을 준다. 버리드 비아(Buried Via)는 내부층에 완전히 매설되어 표면층을 관통하지 않으며, 다단계 적층 공정을 통해 제작되어 표면 배선 공간을 확보하고 내부 전원/접지 평면의 일관성을 강화한다. 스테거 비아(Staggered Via)는 여러 개의 계단식 마이크로비아로 구성된 계단형 연결 구조로, 공간이 제한된 상태에서 층을 넘나드는 연결이 필요한 경우에 적합하다. 스택드 비아(Stacked Via)는 여러 층의 마이크로비아가 수직으로 쌓여 기둥 형태의 구조를 이루며 다중층 직접 연결을 가능하게 하지만, 전기적 신뢰성을 보장하기 위해 드릴링 정밀도를 엄격하게 제어해야 한다. 이러한 다양한 홀 타입들의 합리적인 조합과 적용은 고밀도 및 고성능 PCB 설계 요구사항을 충족시킬 수 있다.
배선을 더욱 밀집하게 만들기 위해 HDI는 VIP(Via in Pad) 기술을 활용하는데, 이는 패드에 직접 마이크로 홀을 드릴링한 후 얇은 선으로 연결함으로써 배선 채널을 확장하고 고밀도 환경에서의 배선 혼잡 문제를 해결하는 방식이다. 패드와 홀 간의 공간적 위치 관계에 따라 다음과 같은 유형으로 세분화될 수 있다:
HDI PCB의 홀 구조 배치는 고밀도 상호연결 및 신호 무결성 요구사항을 충족시켜야 합니다. 제조 과정에서 층간 정렬 정확도(±15μm 이내)를 정밀하게 제어하여 저아спект 비율(≤1:3)을 달성함으로써 안정적인 신호 전송을 보장해야 하며, 코어층은 두꺼운 기판을 사용하고, 매설 홀 설계를 통해 중간층의 전기적 연결성을 향상시켜 고밀도 및 고성능 전자기기의 적용 요구사항을 보다 효과적으로 충족시킬 수 있습니다.
HDI PCB는 적층 및 적층 공정에서 다음과 같은 독특한 특성을 나타냅니다:
기존 PCB의 층별 구축 로직을 사용하지만, 다층의 블라인드 및 매설 비아를 통한 복잡한 인터커넥션 설계를 구현하기 위해서는 여러 차례의 적층 및 압착 공정이 필요합니다. 두꺼운 코어층을 기반으로 하여 좌우 양면에 얇은 유전체층을 대칭적으로 쌓아 올려 고집적 배선에 적합한 구조를 형성합니다.
특정 제조 공정은 다음과 같습니다: 먼저 음성 포토레지스트 필름으로 도전성 영역을 정의하고, 필요 없는 부분을 염화철을 사용하여 에칭합니다. 그런 다음 화학 용액을 사용하여 포토레지스트 필름을 제거하여 가공할 기판을 노출시킵니다. 드릴링 공정은 밀도 요구 사항에 따라 기계식, 레이저 또는 화학적 방법을 선택합니다. 이후 메탈라이제이션 공정을 통해 내층 회로의 상호 연결을 완료하고, 외층 구조가 형성될 때까지 적층 및 도금 작업을 반복하여 고밀도 환경에서의 정밀 상호 연결 요구 사항을 충족시킵니다.
기능 |
능력 |
| 품질 등급 | 표준 IPC 2 |
| 층 수 | 4-32층 |
| 선폭/선간격 | 1.5~2mil（0.035~0.05mm） |
| 최소 기계 드릴링 | 0.2mm |
| 최소 레이저 드릴링 | 0.1mm |
| 블라인드/버리드 비아 | 0.1~0.2mm |
| 비아 홀(PTH) | ≥0.3mm |
| 비아 아퍼처 비율 | 8mil(0.2mm) |
| 라인 간격/패드 간격 | 3mil(0.075mm) |
| 최소 패드 크기 | 0.15~0.4mm |
| 솔더 마스크 간격 | ≥3mil(0.075mm) |
| 솔더 마스크 색상 | 녹색, 흰색, 파랑, 검정, 빨강, 노랑, 보라 |
| 판 두께 | 0.4~1.6mm |
| 재료 | High Tg FR4, Nelco N7000-2 HT, Isola I-Speed 및 기타 저손실 재료 |
| 적층 방식 | 순차적 적층 |
| 마이크로 홀 충진 | 수지 충진/전해 도금 충진 |
| 금속층 두께 | 1oz-2oz（35μm-70μm） |
| 최소 홀 간격 | ≥0.2mm |
HDI PCB(고밀도 상호연결 인쇄회로기판)는 전자기기의 소형화 및 고성능화 추세 속에서 독특한 설계와 공정 기술을 바탕으로 두드러진 장점을 보여주고 있으며, 이는 주로 다음과 같은 측면에서 나타납니다:
정밀 기술을 통해 HDI PCB는 제한된 면적 내에서 대규모 배선 연결이 가능합니다. 기존 PCB에 비해 동일한 기능을 갖춘 제품의 부피를 30~50%까지 축소할 수 있으며, 장비의 무게를 줄여 공간 절약과 경량화를 실현합니다.
HDI 기판의 제조 비용은 상대적으로 높지만, 부품 수를 줄이고 공간 활용도를 최적화하며 조립 공정을 간소화함으로써 시스템 전체의 설계 및 제조 비용을 크게 절감할 수 있으며, 장기적인 비용 효율성도 향상됩니다.
다중층 공정은 6-12층 또는 그 이상의 층수를 지원합니다. 계단식 홀(stepped holes) 및 적층 홀(stacked holes)과 같은 구조와 결합하면 복잡한 회로 토폴로지를 유연하게 설계할 수 있습니다.
짧고 직선적인 신호 경로는 부도체 인덕턴스와 정전 용량을 줄여 소음을 효과적으로 제어하고, 신호 전송 지연과 손실을 감소시킵니다. 다중층 구조를 사용하면 전원층, 접지층 및 신호층을 분리하여 전자기 간섭(EMI)을 줄일 수 있습니다.
소형 장비의 빠른 개발 및 테스트 프로세스에 적응할 수 있는 이 제품은 높은 집적도와 설계 유연성을 통해 프로토타입에서 대량 생산까지의 주기를 단축시켜 제품이 시장 수요에 보다 빠르게 대응할 수 있도록 도와줍니다.
알루미늄 기반 PCB는 많은 장점을 가지고 있지만 여전히 몇 가지 단점들이 있습니다:
스마트폰, 태블릿, 스마트워치 등의 휴대용 장치 및 증강현실(AR) 및 가상현실(VR)과 같은 제품은 고해상도 디스플레이, 센서, 프로세서 및 기타 부품을 좁은 공간에 통합해야 합니다. HDI의 고밀도 배선 기술은 이러한 제품의 소형 설계 및 고성능 요구사항을 충족할 수 있습니다.
자율주행 시스템, 차량용 인포테인먼트 시스템 등은 차량의 제한된 공간 내에서 고속 프로세서와 RAM의 고속 배선을 구현하여 낮은 크로스토크, 높은 호환성 및 신호 무결성을 충족시키고, 다중 센서 데이터 교환 및 고속 연산 환경에 적응해야 합니다.
5G 기지국, 라우터, 위성 통신 단말기 등은 HDI를 의존하여 고주파 신호 전송을 최적화하고, 지연과 간섭을 줄이며, 고대역폭 데이터 교환을 지원합니다.
휴대용 모니터, 초음파 장비, 최소 침습 수술 로봇, 캡슐 내시경 등은 소형 설계와 정밀 신호 제어가 필요합니다. HDI는 높은 안전 기준과 작동 정확도 요구사항을 충족하면서 부피와 성능의 균형을 맞출 수 있습니다.
드론, 위성 탑재체, 레이더 시스템과 같은 군사 및 항공우주 장비는 고출력 및 고감도 부품을 통합하며, 데이터 정확성, 통신 신뢰성 및 경량화에 매우 높은 요구사항을 가지고 있습니다. HDI의 경량 구조와 신뢰성 있는 상호 연결 기술은 극한 환경에서도 성능 요구사항을 충족할 수 있습니다.
정밀 CNC 공작기계 및 산업 로봇의 제어 시스템은 다축 연동 신호 전송을 지원하기 위한 고밀도 배선이 필요합니다. HDI는 장비의 반응 속도와 작동 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
HDI 회로 기판의 설계는 고밀도 및 고효율 요구사항을 충족시킬 수 있지만, 여러 가지 기술적 과제를 동시에 안고 있습니다. 이러한 과제는 주로 다음 몇 가지 측면에서 드러납니다.
1. 설계 및 제조의 적응성은 설계가 생산 능력에 부합할 수 있도록 제조 설계(DFM) 지침을 엄격히 따라야 합니다.
2. 층 수의 계획은 일반적으로 BGA 소자의 권장 기준을 의미하거나, 교차 네트워크의 방향과 길이를 종합적으로 판단하여 후속 설계를 위한 기반을 마련합니다.
3. 홀 구조의 설계는 홀의 배치가 기판의 두께와 층 수 설정에 직접적인 영향을 미치며, 각 층의 배선을 연결하는 핵심입니다.
4. 조립 신뢰성과 환경 적응성은 회로 기판이 사용 중에 파손되지 않도록 보장하고, 내구성과 안정성을 고려해야 합니다.
5. 제조사의 기술력은 공정 수준이 전체 기판의 가공성, 배선 품질 및 최종 동작 효과에 직결되므로 중요합니다.
고밀도 상호연결 PCB의 경우, 생산, 제조 및 설계 단계는 IPC에서 제정한 일련의 표준에 따라 엄격히 실행되어야 하며, 이에는 IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 및 IPC-6016가 포함됩니다.
HDI PCB 제조와 표준 PCB 제조 간에는 많은 차이점이 있으며, 그 한계는 주로 재료와 공정의 호환성에 반영됩니다.
1. 기판은 전기적 및 기계적 특성 요구사항을 모두 충족해야 하며, 유전체 재료는 고 TG 값, 열 충격 및 금속 용접과 호환되어야 하며, 마이크로 비아, 매설 비아, 블라인드 비아 등 다양한 비아 유형과도 호환되어야 합니다.
2. 마이크로비아 및 매설 비아와 같은 영역에서 구리 호일의 접착성 및 성능 안정성은 신뢰할 수 있어야 합니다.
또한 이 소재는 납땜 또는 열 순환 과정에서의 충격을 견딜 수 있는 우수한 열 안정성을 가져야 합니다.
관련 규격은 IPC-4101B 및 IPC-4104A이며, 포토센서티브 액상 유전체층, 건식 유전체층, 폴리이미드 필름, 열경화성 필름, 수지 코팅 구리호일, 표준 FR-4 등이 관련된 자재를 포함합니다.
급성장 중인 글로벌 HDI 회로 기판 산업에서 중국은 주요 제조 중심지가 되었으며, 그 속에서 다수의 고품질 제조사들이 등장했습니다. 그 중에서도 링항다는 업계의 선도기업으로, 오랜 축적과 혁신적인 기술력을 바탕으로 다양한 분야에서 두드러진 강점을 보여주고 있습니다.
로저스 PCB
A.O.I.
환형 링
골드 핑거 PCB
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