블라인드, 매립형 및 마이크로 비아 정의

비아의 역할

비아는 인쇄 회로 기판에서 수직 방향, 즉 레이어 간 연결을 만드는 데 사용됩니다.

초기 기판 제조에서는 모든 비아가 기판의 한쪽 면에서 반대쪽 면까지 완전히 관통했습니다. 이러한 thru-hole vias는 레이어를 제작하고 라우팅을 에칭한 후 드릴로 가공합니다. 드릴로 가공한 홀 내부에 무전해 도금 공정으로 전도성 비아 배럴을 형성하여 레이어 간 연결을 완성합니다.

PCB 제조 기술이 발전하면서 다층 기판이 등장했고, 이에 따라 다른 레이어 쌍 사이에도 비아를 드릴로 가공할 수 있게 되었습니다. 제조 공정 중 특정 시점에 비아를 드릴로 가공하면 인접한 두 신호 레이어만 연결하는 비아를 만들 수 있습니다. 이를 blind vias(표면 레이어에서 바로 안쪽 레이어까지 연결) 및 buried vias(두 내부 레이어 사이를 연결)라고 합니다.

비아가 연결할 수 있는 레이어는 기판 제조에 사용되는 기술에 따라 달라집니다. 다층 기판을 제조하는 전통적인 방식은 얇은 양면 기판 여러 개를 만든 다음, 열과 압력을 가해 이들을 샌드위치처럼 접합하여 하나의 다층 기판을 형성하는 것입니다.

아래 이미지는 6층 기판을 보여 주며, 이미지 왼쪽에 각 레이어의 이름이 표시되어 있습니다. 이 기판은 빗금으로 표시된 코어 레이어에서 알 수 있듯이, 먼저 세 개의 양면 기판(Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom)으로 제작됩니다. 

필요한 경우 이러한 양면 기판에 비아 홀을 드릴로 가공할 수 있습니다. 비아가 표면 레이어에서 내부 레이어까지 연결되면 blind vias(비아 번호 1)가 되고, 한 내부 레이어에서 다른 내부 레이어까지 연결되면 buried vias(비아 번호 2)가 됩니다. 레이어들을 압착하여 하나의 다층 기판으로 만든 후에는 스루홀 비아를 드릴로 가공합니다(비아 번호 3).

제작할 수 있는 세 가지 비아 유형: 블라인드(1), 매립(2), 스루홀.

또 다른 다층 기판 제조 기술로는 빌드업 기술이 있습니다. 이 기술은 주로 양면 기판이나 전통적인 다층 기판 위에 레이어를 차례로 추가하는 방식입니다. 이 기술을 사용하면 빌드업 공정에서 각 레이어를 추가할 때마다 레이저로 비아를 가공할 수 있으므로, 연결 가능한 레이어 쌍이 매우 다양해집니다. 각 비아에 사용되는 레이어 쌍은 해당 비아의 Start Layer 및 End Layer 설정으로 정의합니다.

블라인드 비아 또는 매립 비아를 사용하기 전에 제조업체의 지원 수준을 확인하는 것이 중요합니다. 대부분의 제조업체는 블라인드 비아와 매립 비아를 지원합니다. 비아가 연결할 수 있는 레이어는 기판 제조에 사용되는 기술에 따라 달라집니다. 이 기술에서는 얇은 양면 기판 여러 개를 제작한 다음, 이를 '샌드위치'처럼 접합하여 다층 기판을 만듭니다. 따라서 블라인드 비아와 매립 비아로 이 기판들의 표면 사이를 연결할 수 있습니다.

제조 기술의 개선과 레이저 드릴링의 도입으로, 표면 레이어에서 바로 아래 신호 레이어까지 연결하는 매우 작은(<10 mil) 비아를 만들 수 있게 되었습니다. 이를 µVia라고 합니다. 제조 공정에서 레이어를 쌓아 올리는 동안 µVia를 형성하는 방식(순차 적층 또는 순차 빌드업)을 통해, 이제는 레이어 간 신호를 매끄럽게 전달하는 µVia 스택을 구현할 수 있습니다.

Altium Designer는 이러한 모든 비아 유형을 지원합니다.

제작 가능한 다양한 비아 유형은 모두 Layer Stack Manager의 비아 유형 탭에서 정의할 수 있습니다.

비아 유형 정의하기

1. 새 비아 유형을 정의하려면 Layer Stack Manager의 Via Types 탭으로 전환합니다. 여기에서 설계에 필요한 각 비아 유형의 Z 평면 레이어 연결 요구 사항을 정의합니다. Via Types 탭을 열면 스루홀 비아 유형 하나가 포함되어 있습니다.  2층 기판의 기본 비아 이름은 Thru 1:2이며, 이 이름에는 비아 유형과 비아가 연결하는 첫 번째 및 마지막 레이어가 반영됩니다. 기본 스루홀 연결 구간은 삭제할 수 없습니다.
2. 현재 선택한 비아 유형의 속성은 Properties 패널의 Layer Stack Manager 모드에서 편집합니다. 패널이 표시되지 않으면 애플리케이션 오른쪽 하단의  버튼을 클릭하여 표시합니다.
3. 버튼을 클릭하여 비아 유형을 추가한 다음, Properties 패널에서 이 비아 유형이 연결할 레이어를 선택합니다. 새 정의의 이름은 <Type> <FirstLayer>:<LastLayer>(예: Thru 1:2)이 됩니다. 소프트웨어는 선택한 레이어를 기준으로 유형(예: 스루홀, 블라인드, 매립)을 자동으로 감지하고 그에 따라 비아 유형의 이름을 지정합니다.
4. First Layer 및 Last Layer 설정을 구성하여 이 비아 유형의 연결 구간을 정의합니다.
5. µVia가 필요한 경우 µVia 확인란을 선택합니다. 이 옵션은 비아가 인접 레이어 또는 인접 레이어보다 한 층 더 떨어진 레이어까지 연결하는 경우(스킵 비아라고 함)에만 사용할 수 있습니다.
6. Properties 패널의 Board 영역에서 Stack Symmetry 옵션이 활성화되어 있으면 Mirror 옵션을 사용할 수 있습니다. Mirror을 활성화하면 레이어 스택에서 대칭 위치에 있는 레이어들을 연결하는 현재 비아의 미러 비아가 자동으로 생성됩니다. 필요한 경우 이 옵션을 활성화하세요. 
7. PCB 편집기에서 변경 사항을 사용할 수 있도록 적층 구조를 저장합니다.

Properties Panel

 Via Types이(가) 레이어 스택 문서의 탭이 활성화되어 있으면, Properties Panel에서 설계에 사용되는 비아의 허용 Z축 레이어 관통 범위 요건을 정의할 수 있습니다.

Via Types tab은 설계에 사용되는 비아의 허용 Z축 레이어 관통 범위 요건을 정의하는 데 사용됩니다.

• Via Type
  • Name – 비아의 이름입니다. 소프트웨어는 선택한 레이어를 기준으로 유형을 자동 감지하고 그에 따라 비아의 이름을 지정합니다.
  • First layer – 비아가 관통하는 첫 번째 레이어입니다.
  • Last layer – 비아가 관통하는 마지막 레이어입니다.
  • µVia – 마이크로비아가 필요한 경우 활성화합니다.
  • Mirror – 활성화하면 레이어 스택에서 대칭을 이루는 레이어를 관통하는 현재 비아의 미러 비아가 생성됩니다. 이 옵션은 Stack Symmetry 옵션이 활성화된 경우에만 사용할 수 있습니다.
• Board
  • Stack Symmetry – 중앙 유전체 레이어를 중심으로 서로 일치하는 레이어 쌍을 추가하려면 활성화합니다. 활성화하면 레이어 스택이 중앙 유전체 레이어를 기준으로 대칭인지 즉시 검사합니다. 중앙 유전체 기준 레이어에서 같은 거리에 있는 레이어 쌍이 서로 동일하지 않으면 Stack is not symmetric 대화 상자가 열립니다.

• Library Compliance – 활성화하면 재료 라이브러리에서 선택한 각 레이어의 현재 속성을 라이브러리에 정의된 해당 재료의 값과 비교하여 확인합니다.
• Substack – 현재 선택된 서브스택의 정보입니다(레이어, 유전체, 두께 등). 다른 서브스택으로 전환하면 현재 선택된 서브스택에 맞게 이 정보가 업데이트됩니다.

• Stack Name – 의미 있는 서브스택 이름을 입력합니다. 이 필드는 X/Y 스택업 영역에 레이어 서브스택을 할당할 때 유용합니다.
• Is Flex – 서브스택이 플렉스인 경우 활성화합니다.
• Layers – 서브스택의 총 레이어 수입니다.
• Dielectrics – 서브스택의 총 유전체 수입니다.
• Conductive Thickness – 서브스택 내 도전성 레이어의 두께입니다. 구리 신호 레이어를 도전성 레이어라고 합니다.
• Dielectric Thickness – 서브스택 내 유전체 레이어의 두께입니다.
• Total Thickness – 서브스택의 총 두께입니다.

µVia(마이크로비아)

µVia는 고밀도 상호연결(HDI) 설계에서 레이어 간 상호연결에 사용되며, 첨단 컴포넌트 패키지와 보드 설계의 높은 입출력(I/O) 밀도에 대응합니다. HDI 보드는 순차 빌드업(SBU) 기술로 제작됩니다. HDI 레이어는 일반적으로 기존 방식으로 제조된 양면 코어 보드 또는 다층 PCB 위에 쌓습니다. 기존 PCB의 양면에 HDI 레이어를 하나씩 쌓을 때 레이저 드릴링, 비아 형성, 비아 금속화 및 비아 충진 공정을 통해 µVia를 형성할 수 있습니다. 홀은 레이저로 가공되므로 원뿔 형태를 띱니다.

여러 레이어를 통과하는 연결 경로가 필요한 경우, 초기에는 여러 µVia를 계단 형태로 엇갈리게 배치했습니다. 이제는 기술과 공정의 발전으로 µVia를 서로 바로 위에 적층할 수 있습니다.

매립형 µVia는 충진해야 하지만, 외층의 블라인드 µVia는 충진할 필요가 없습니다. 적층형 µVia는 일반적으로 전해 도금 구리로 충진하여 여러 HDI 레이어 사이를 전기적으로 연결하고 µVia의 바깥쪽 층을 구조적으로 지지합니다.

µVia의 정의

µVia 지원

• 소프트웨어는 두 가지 유형의 µVia를 지원합니다.

  • 한 레이어에서 인접한 레이어로 관통하는 µVia입니다.
  • Skip µVia이며, 이 유형의 µVia는 인접 레이어를 건너뛰고 그다음 구리 레이어에 연결됩니다.

• 비아 유형은 아래 이미지와 같이 정의된 레이어 관통 범위를 기준으로 자동 감지됩니다.

• First layer 및 Last layer을 선택하는 순서에 따라 µVia의 드릴 방향이 결정되며, 이는 이미지에서 원뿔형 µVia의 방향으로 표시됩니다.

• 인터랙티브 라우팅 중 여러 레이어를 관통할 때 사용 가능한 비아 유형을 사용하여 µVia가 자동으로 적층됩니다. 라우팅 중 비아 유형 변경에 대해 자세히 알아보세요.

µVia Output 고려 사항

PCB 드릴 테이블과 드릴 유형 출력 파일은 µVia를 지원합니다.

드릴 테이블

PCB 드릴 테이블에는 µVia 드릴 쌍이 포함됩니다.

드릴 테이블은 각 홀을 크기로 식별하며, 여러 드릴 쌍 레이어에서 동일한 크기를 사용하는 경우 혼합으로 표시합니다.

드릴 제작 파일

NC Drill - 각 µVia 드릴 쌍마다 별도의 파일이 생성됩니다.

Gerber X2 - 각 µVia 플롯에 대한 개별 설정 항목입니다.

ODB++ - 각 µVia 드릴 쌍마다 별도의 드릴 제작 파일이 생성됩니다.

스루홀 비아의 백드릴링

Main page: 깊이 제어 드릴링 또는 백드릴링

깊이 제어 드릴링(CDD)이라고도 하는 백드릴링은 인쇄 회로 기판의 스루홀에서 사용하지 않는 구리 배럴 부분, 즉 스텁을 제거하는 기법입니다. 고속 신호가 구리 배럴을 통해 PCB 레이어 사이를 이동할 때 신호가 왜곡될 수 있습니다. 신호 레이어 사용 방식으로 인해 스텁이 생기고 그 길이가 길면 왜곡이 심해질 수 있습니다.

이러한 스텁은 제작 완료 후 약간 더 큰 드릴로 해당 홀을 다시 드릴링하여 제거할 수 있습니다. 비아가 사용하는 마지막 레이어에 가깝되 닿지 않도록 깊이를 제어하여 홀을 백드릴링합니다. 제작 및 재료의 편차를 고려하더라도 숙련된 제작업체는 스텁이 7mil만 남도록 홀을 백드릴링할 수 있으며, 이상적으로는 남은 스텁이 10mil 미만이어야 합니다.

  
더 큰 드릴 비트로 홀을 특정 깊이까지 다시 드릴링하면 비아 배럴에서 사용하지 않는 부분이 제거되어 해당 신호 경로의 무결성이 향상됩니다.

백드릴링은 Layer Stack Manager's Tools 메뉴에서 활성화한 다음 Layer Stack Manager의 Back Drills 탭에서 구성합니다.