비아인패드(Via-in-Pad)와 일반 수지 매립의 차이점은 무엇입니까?

일반 수지 매립은 비전도성 수지로 마이크로 비아를 채우기만 하여 표면에는 여전히 솔더 레지스트 도포나 기타 처리가 필요하며, 구멍 위에 부품을 직접 납땜하거나 BGA 팬아웃 접점으로 사용할 수 없습니다. 반면, 비아인패드(전기도금 구리 매립)는 수지 매립을 기반으로 전기도금 공정을 통해 구멍 내부에 속이 꽉 찬 구리 기둥을 채우고 표면을 평평하게 도금합니다. 이는 뛰어난 절연 매립 및 기밀 유지 기능을 갖추는 동시에 완벽한 전기적 연결 및 열전도 경로를 제공하여 BGA 패드로 직접 사용할 수 있습니다.

RK3588과 같은 엣지 AI 보드 설계에서 고급 HDI 비용과 신호 무결성을 어떻게 균형 있게 맞출 수 있습니까?

RK3588과 같은 칩은 BGA 피치가 작기 때문에 Any-layer(임의층 상호연결) HDI 공정을 반드시 사용해야 합니다. 비용과 성능의 균형을 맞추기 위해 다음을 권장합니다: 1. 핵심 고속 신호(예: DDR, PCIe)에는 전기도금 구리 매립 비아인패드 + 백드릴 공정을 적용하여 임피던스 연속성을 보장합니다. 2. 전원 및 일반 GPIO 신호에는 스태거드 비아(Staggered Vias) 또는 비매립 공정을 사용하여 비용을 절감합니다. 3. 스택업 설계 단계에서 DFM 검토를 사전에 개입하여 종횡비를 최적화하고, 기판 전체의 임의층 상호연결을 무리하게 추구하여 수율 저하 및 비용 통제를 실패하는 것을 방지합니다.

AI 컴퓨팅 파워가 견인하는 고급 HDI 및 비아인패드(Via-in-Pad) 공정 심층 분석

서론: AI 컴퓨팅 파워 폭발이 PCB의 근본적 로직을 재편하다

골드만삭스의 최신 예측 및 EEWORLD의 보도에 따르면, 2026년 AI PCB의 종합 평균 판매 가격이 급등하고 있으며, 고급 AI 서버 PCB의 레이어 수는 보편적으로 20~30층, 심지어 70층 이상으로 도약하고 있습니다. 엔비디아의 차세대 아키텍처와 엣지 AI 컴퓨팅 파워의 하향 확대 배경 아래, PCB는 전통적인 '연결 기판'에서 컴퓨팅 성능을 결정하는 '핵심 상호 연결 매체'로 진화하고 있습니다.

임베디드 보드 개발과 FPGA 고속 설계에 매진해 온 하드테크 기업인 시안치윈쯔쉰전자과기유한공사는 RK3588 엣지 AI 코어보드 및 군수/철도 열차 제어 고신뢰성 보드 개발 과정에서 고급 HDI(고밀도 상호연결) 기술의 결정적 역할을 깊이 체감하고 있습니다. BGA 핀 피치(Pitch)가 0.4mm 심지어 0.3mm까지 축소됨에 따라, 전통적인 팬아웃 배선은 한계에 봉착했으며, 비아인패드(Via-in-Pad) 및 전기도금 구리 매립 공정이 물리적 한계를 돌파할 수 있는 유일한 경로가 되었습니다.

1. 0.4mm 피치 병목 현상 돌파: 비아인패드 공정의 기술적 진화

RK3588과 같은 고급 SoC 또는 대형 FPGA의 레이아웃에서는 전원 및 접지 핀과 고속 신호 핀이 밀집되어 교차합니다. 전통적인 비아를 패드 외부에 배치하면 귀중한 배선 통로를 점유할 뿐만 아니라 심각한 기생 인덕턴스를 유발하여 신호 무결성을 훼손하게 됩니다.

1. 수지 매립과 전기도금 구리 매립의 완벽한 결합

현대 Ultra-HDI 비아인패드 공정은 단순히 '구멍 내에 수지를 채우는 것'이 아니라, 레이저 드릴링 -> 수지 매립 -> 표면 연마 -> 전기도금 구리 매립의 복합 공정을 채택합니다. 먼저 비전도성 수지로 마이크로 비아를 채우고 연마한 후, 특수 전기도금액 처방과 전류 밀도 제어를 통해 구리 이온을 직접 구멍 내에 증착시켜 속이 꽉 찬 '구리 기둥'을 형성합니다.

2. 종횡비(Aspect Ratio)의 엄중한 도전

업계의 최신 제조 표준에 따르면, 전기도금 구리 매립의 신뢰성을 보장하고 구멍 내부에 보이드(Void)가 발생하는 것을 방지하기 위해 마이크로 비아의 종횡비는 보통 0.75:1에서 1:1 사이로 제어해야 합니다. 이는 0.1mm의 유전체 두께에서 레이저 드릴링의 구멍 직경 한계가 약 0.1mm임을 의미합니다. 이는 PCB 설계자가 스택업 설계 시 코어 기판과 반경화판(Prepreg)의 두께를 정밀하게 매칭해야 함을 요구하며, 이는 치윈쯔쉰이 DFM(제조가능성 설계) 검토에서 핵심적으로 관리하는 부분이기도 합니다.

2. 신호 무결성(SI) 및 열 관리의 이중적 이점

치윈쯔쉰의 FPGA 고속 신호 무결성 시뮬레이션 및 RK3588 비디오 처리 보드 설계에서 비아인패드 기술은 대체할 수 없는 우위를 보여주고 있습니다.

1. 극한의 신호 무결성 성능

PCIe 4.0/5.0, DDR5와 같은 초고속 신호의 경우, 비아의 기생 커패시턴스와 인덕턴스는 임피던스 불연속 및 신호 반사의 주범입니다. 비아인패드 기술은 비아를 BGA 패드 바로 아래에 직접 배치할 수 있게 하여, 전통적인 도그본(Dog-bone) 배선으로 인한 추가 배선 길이와 스터브(Stub) 효과를 제거합니다. 백드릴(Back-drilling) 공정 또는 매립/블라인드 비아 설계와 결합하여 고속 채널의 임피던스 변동을 ±5% 이내로 제어할 수 있으며, 이를 통해 아이 다이어그램(Eye Diagram)의 열림 정도가 엄격한 프로토콜 표준을 충족하도록 보장합니다.

2. 엣지 AI 칩의 '열전도 고속도로'

RK3588의 NPU는 풀로드 추론 시 막대한 발열을 발생시킵니다. 전통적인 방열 비아는 구멍 벽의 구리 호일을 통해서만 열전도가 이루어져 효율이 낮습니다. 반면, 전기도금 구리 매립이 적용된 비아인패드는 PCB 내부에 속이 꽉 찬 '열전도 구리 기둥'을 구축하는 것과 같아 열저항이 대폭 감소합니다. 열은 SoC 하부에서 내부 전원 평면이나 하부 방열층으로 직접 전도될 수 있으며, 이는 공간이 제한된 군수 임베디드 장비 및 팬리스 엣지 컴퓨팅 박스에서 시스템의 클럭 저하나 다운을 방지하는 핵심 요소입니다.

3. 군수 및 철도 교통을 위한 고신뢰성 HDI 설계 가이드

철도 열차 제어 및 군수 임베디드 분야에서 장비는 종종 극한의 온도 순환(-55℃ ~ +125℃)과 기계적 진동에 직면합니다. 마이크로 비아의 신뢰성은 시스템의 생존과 직결됩니다.

1. 스태킹 마이크로 비아(Stacked) vs 스태거드 마이크로 비아(Staggered)

스태킹 마이크로 비아(Stacked): 상하층 마이크로 비아가 직접 정렬되어 적층됩니다. 장점은 매우 높은 배선 밀도를 제공하여 BGA의 완전한 팬아웃을 구현할 수 있다는 점이지만, 라미네이션 정밀도에 대한 요구가 매우 높으며 열응력이 동일한 구리 기둥에 집중됩니다.
스타거드 마이크로 비아(Staggered): 상하층 마이크로 비아가 엇갈리게 배열됩니다. 일정 부분 기판 공간을 점유하지만, 기계적 응력이 유전체 층을 통해 분산될 수 있어 온도 순환 충격 저항 측면에서 더 우수한 성능을 발휘하며, 치윈쯔쉰이 항공우주 및 고속철도 열차 제어 프로젝트에서 최우선으로 추천하는 솔루션입니다.

2. 고주파 고속 소재의 매칭

224Gbps 이상의 데이터 전송을 지원하고 고주파 손실을 줄이기 위해, 기저 소재는 M7/M8/M9 등급의 초저손실 동박 적층판(CCL)으로 전면적으로 전환되고 있습니다. 고급 HDI 설계 시, 서로 다른 유전체 소재(예: 코어 및 프리프레그)의 Z축 열팽창 계수(Z-CTE) 차이를 반드시 고려해야 합니다. 치윈쯔쉰은 비아인패드가 포함된 스택업 설계에서 리플로우 솔더링이나 극한 작동 조건에서의 구멍 벽 균열(Barrel Crack)을 방지하기 위해 낮은 CTE를 가진 특수 수지 시스템을 우선적으로 선택할 것을 권장합니다.

결어

AI 컴퓨팅 센터에서 엣지 지능형 단말기에 이르기까지, PCB 공정은 '반도체화'라는 심오한 변화를 겪고 있습니다. 비아인패드 및 전기도금 구리 매립 기술은 고밀도 배선 문제를 해결하는 강력한 도구일 뿐만 아니라, 신호 무결성과 열 관리를 보장하는 기반 시설입니다. 시안치윈쯔쉰전자과기유한공사는 깊은 PCB 설계 및 임베디드 하드웨어 개발 경험을 바탕으로, 칩 선정, SI 시뮬레이션부터 고급 HDI 제조에 이르기까지 풀링크 솔루션을 고객에게 제공하며, 컴퓨팅 파워 시대에 국산 고급 장비가 안정적으로 나아가는 데 일조할 것입니다.