고장난 스마트폰이나 스마트워치의 케이스를 열어보신 적 있으신가요? 그렇다면 그 작은 기기에 내장된 작은 회로들을 잘 알고 계실 겁니다. 다양한 전자 부품들은 날로 소형화되고 있지만, 이러한 기기들의 성능은 획기적으로 향상되고 있습니다. 이러한 변화는 마이크로비아 PCB 덕분에 가능했습니다.
이 유익한 글에서는 마이크로비아 PCB 설계와 비용 고려 사항에 대해 알아보고, 마이크로비아 PCB의 문제점도 설명하겠습니다. 마이크로비아 PCB란 무엇이고 왜 비용 효율적인지 살펴보겠습니다.
마이크로비아란 무엇입니까? PCB ?
모든 PCB에는 작은 구멍들이 있는 적층 패드들이 있습니다. 이 구멍들은 전류 흐름을 위해 서로 전기적으로 연결됩니다. 이러한 전도성 구멍들을 비아(via)라고 합니다.
특히 컴퓨팅 및 통신 산업에 사용되는 특정 제품에는 비아(via)가 있는 특수 PCB가 필요합니다. 이러한 PCB는 기능 향상을 위해 매우 작은 비아를 가진 여러 개의 고밀도 층으로 구성됩니다.
마이크로비아 PCB는 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.
- 관통 구멍: 이러한 마이크로 비아는 회로 기판의 모든 층을 관통합니다.
- 매립된 비아: 이러한 마이크로비아는 기판의 중간층에 존재하며, 외부로 나가는 출구가 없습니다.
- 블라인드 비아: 이러한 마이크로 비아는 회로 기판 전체를 관통하지는 않습니다. 하지만 외부 층을 기판의 적어도 한 층에 연결합니다.
미코비아 PCB의 설계 고려 사항
마이크로비아 PCB 설계는 다른 기존 PCB에 비해 배선 및 패드 밀도가 높습니다. 또한, 공간과 트레이스 폭이 더 작습니다.
마이크로비아 PCB는 크기가 매우 작기 때문에 매우 컴팩트한 디자인을 구현할 수 있습니다. 또한, 최대 약 100마이크로미터의 드릴 구멍 깊이까지 사용할 수 있습니다. 마이크로비아 PCB에는 레이저 드릴을 사용해야 합니다. 짧은 배럴 덕분에 다양한 확장에 따른 문제가 발생하지 않습니다. 따라서 이 기술은 스루홀 비아보다 더 안정적입니다.
복잡한 회로 기판에 대해 이야기할 때, 여러 전문가들은 마이크로비아 솔루션을 적극 권장합니다. 마이크로비아로 인해 발생하는 딤플은 어떻게든 보이드 발생 위험을 증가시킵니다. 하지만 적절한 납땜 조건을 사용하면 쉽게 제어할 수 있습니다. 또한, 추가적인 마이크로비아 충진 공정을 통해 딤플 발생 위험을 줄일 수 있습니다. 이 경우 추가 비용이 발생합니다.
0.65마이크로미터 피치의 BGA에는 마이크로비아가 매우 적합합니다. BGA의 트랙 폭을 90마이크로미터로 줄여야 할 수도 있습니다. 또는 그보다 더 줄여야 할 수도 있습니다.
또한, 0.50 마이크로미터 피치의 BGA에는 마이크로비아 PCB가 필요합니다. 마이크로비아의 패드 크기를 75 마이크로미터로 줄여야 할 수도 있습니다.
마이크로비아 PCB 비용 고려 사항
마이크로비아는 매우 작아서 고밀도 층을 연결하는 데 사용됩니다. IPC 표준에 따르면 이러한 비아는 직경이 150마이크로미터 이하여야 합니다. 마이크로비아 PCB는 소형 회로 기판을 제작하는 데 매우 유용합니다. 이러한 기판은 여러 가지 이유로 매우 비쌉니다. 예를 들어, 복잡한 회로와 소형 설계를 포함하고 있으며, 제조 과정에서 복잡한 빌드업 공정이 필요합니다.
하지만 마이크로비아를 사용하여 회로 기판 비용을 절감할 수 있는 몇 가지 상황이 있습니다. 전체 제조 비용을 절감할 수 있는 몇 가지 간단한 시나리오는 다음과 같습니다.
- 비용 절감을 위해 레이어 수를 줄이세요
설계에 스루홀 비아를 사용하고 계신가요? BGA에 트레이스 이스케이프를 사용하는 것이 원활하게 작동하지 않는다면, 블라인드 비아나 마이크로 비아를 사용하여 내부 및 하단 레이어의 브레이크아웃 채널을 넓히는 것을 고려해 보세요.
- 전기 층 제거
마이크로비아는 크기가 가장 작아 라우팅 채널을 극대화하는 데 매우 유용합니다. 스루홀 비아 대신 마이크로비아를 도입하여 전기적 층을 제거하면 인쇄 회로 기판 비용을 절감할 수 있습니다. 따라서 스루홀 비아를 마이크로비아로 교체하면 전기적 층이 줄어듭니다. 회로 기판의 층이 적을수록 비용이 절감됩니다.
마이크로비아 PCB 제조의 과제
마이크로비아 제조 공정에는 여러 가지 어려움이 있습니다. 이러한 문제를 잘못 처리하면 ICD(Interconnecting Defects, 상호 연결 결함)와 결함이 발생할 수 있습니다. ICD는 상호 연결 결함을 의미합니다. 이러한 결함은 내부 구리층 근처에서 발생합니다. ICD는 개방 회로 및 신뢰성 문제와 같은 다양한 문제를 일으킬 수 있습니다. 또한, 고온에서 간헐적으로 발생하는 문제로 인해 회로 고장이 발생할 수 있습니다.
ICD를 감지하는 것은 까다로운 과정입니다. 테스트 과정에서는 정상적으로 작동하기 때문입니다. 조립 중이나 사용 후에 문제를 발견할 수 있습니다. 따라서 향후 문제가 발생하지 않도록 보드를 신중하게 제작하는 것이 매우 중요합니다.
파편 기반 ICD
일반적인 ICD 유형 중 하나입니다. 이는 배선 홀에 이물질이 들어가 내부 구리층에 박히기 때문에 발생합니다. 이는 홀 드릴링 과정에서 가장 자주 발생합니다. 마이크로비아 PCB는 레이저를 사용하여 드릴링하지만, 레이저는 다른 드릴링 공정만큼 많은 이물질을 생성하지 않습니다. 따라서 마이크로비아는 ICD 발생 가능성이 적습니다. 하지만 제조업체는 이 문제에 주의를 기울여야 합니다.
공극과 신뢰성
마이크로비아 구리 도금 공정 중 발생하는 다른 문제로는 딤플, 불완전 충진, 그리고 보이드(void)가 있습니다. 이러한 결함이나 결함은 신뢰성 문제로 이어질 수 있습니다. 불완전한 구리 충진은 마이크로비아의 응력 수준을 증가시키고, 피로 수명을 단축시킵니다.
마이크로비아에 대한 보이드의 영향은 보이드의 모양, 위치, 크기 등 다양한 특성에 따라 달라집니다. 예를 들어, 작고 구형의 보이드는 마이크로비아의 피로 수명을 증가시킬 수 있습니다. 더욱이, 극심한 보이드 발생 상황은 마이크로비아의 수명을 단축시킵니다.
구리 결합 실패 ICD
구리 결합 불량은 ICD의 또 다른 흔한 유형입니다. 조립이나 사용 중 높은 응력으로 인해 발생할 수 있습니다. 또한, 구리의 약한 결합으로 인해 발생할 수도 있습니다. 구리 결합이 불량해지면 상호 연결 결함이 발생합니다. 이 경우 구리 연결이 물리적으로 끊어집니다. 구리 결합이 약하면 결합이 끊어질 가능성이 높습니다.
구리 본딩이 실패하는 이유는 무엇일까요? 여러 가지가 있습니다. 예를 들어, 많은 제조업체가 더 두꺼운 PCB와 무연 납땜 온도를 사용합니다. 또한, 큰 구멍 크기와 웨이브 솔더링 또한 구리 본딩 실패로 이어질 수 있습니다. 구리 본딩 실패는 표준 비아 및 마이크로비아 PCB 제조에서도 흔히 발생하는 문제입니다.
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