HDI PCB vs 일반 다층 PCB: 완벽 비교 가이드

스마트폰을 분해해 본 적 있으신가요? 얇은 기판 안에 수천 개의 부품이 빼곡히 들어찬 모습을 보면 경이로움마저 느껴집니다. 이런 초소형 전자기기의 심장부에는 바로 HDI PCB가 숨어 있습니다.

하지만 모든 프로젝트에 HDI가 필요한 건 아닙니다. 때로는 전통적인 다층 PCB가 더 현명한 선택일 수 있죠. 오늘은 이 두 가지 PCB 기술의 차이점을 명확하게 비교하고, 여러분의 프로젝트에 맞는 최적의 선택을 도와드리겠습니다.

HDI PCB란 무엇인가?

HDI(High Density Interconnect) PCB는 말 그대로 고밀도 배선이 가능한 인쇄회로기판입니다. 일반 PCB와 가장 큰 차이점은 마이크로비아(Microvia) 기술을 사용한다는 것입니다.

마이크로비아는 직경이 150μm 이하인 초미세 구멍으로, 레이저 드릴링으로만 가공할 수 있습니다. 이 작은 구멍 덕분에 더 촘촘한 배선이 가능해지고, 결과적으로 기판 크기를 획기적으로 줄일 수 있습니다.

HDI PCB의 마이크로비아 단면 구조

HDI PCB의 주요 특징

• 마이크로비아: 직경 150μm 이하, 레이저 드릴링 가공
• 미세 배선: 3/3mil (75/75μm) 라인/스페이스 가능
• 순차적 적층: Sequential Build-up 공법으로 여러 층 적층
• 블라인드/베리드 비아: 내층과 외층을 선택적으로 연결

일반 다층 PCB의 특징

일반 다층 PCB는 우리가 흔히 보는 전통적인 기판입니다. 기계식 드릴로 관통홀(Through-hole Via)을 가공하며, 배선 밀도는 HDI보다 낮지만 그만큼 제조 비용이 저렴합니다.

산업용 장비, 전원 공급 장치, 자동차 ECU 등 크기 제약이 덜한 응용 분야에서 여전히 널리 사용됩니다. 특히 신뢰성이 검증된 오랜 역사와 풍부한 제조 경험이 강점입니다.

일반 다층 PCB의 주요 특징

• 관통홀 비아: 직경 0.2mm 이상, 기계식 드릴 가공
• 표준 배선: 4/4mil (100/100μm) 이상 라인/스페이스
• 프레스 적층: 한 번에 모든 레이어를 압착
• 낮은 제조 복잡도: 성숙한 공정으로 높은 수율

HDI PCB와 일반 다층 PCB의 핵심 차이점

두 기술의 차이를 한눈에 파악할 수 있도록 비교표로 정리했습니다. 프로젝트 요구사항에 따라 적합한 기술을 선택하는 데 참고하세요.

비아 기술 비교: 마이크로비아 vs 관통 비아

PCB 설계에서 비아(Via)는 서로 다른 층을 전기적으로 연결하는 통로입니다. 어떤 비아 기술을 사용하느냐에 따라 기판의 밀도, 신호 무결성, 비용이 크게 달라집니다.

마이크로비아의 장점

마이크로비아는 크기가 작아 패드 안에 비아를 배치(Via-in-Pad)할 수 있습니다. 이는 BGA 패키지의 팬아웃 설계에 필수적인 기술입니다. 0.5mm 피치 이하의 미세 피치 BGA는 마이크로비아 없이는 라우팅이 사실상 불가능합니다.

관통홀 비아의 장점

관통홀 비아는 모든 층을 관통하므로 전력 전달에 유리합니다. 대전류가 흐르는 전원 라인이나 접지 연결에 적합하며, 기계적 강도도 더 우수합니다. 무엇보다 제조 공정이 간단하고 비용이 저렴합니다.

신호 무결성 및 전기적 성능 비교

고속 신호가 흐르는 PCB에서는 신호 무결성(Signal Integrity)이 매우 중요합니다. HDI PCB는 이 부분에서 확실한 우위를 가집니다.

HDI의 신호 성능 이점

• 짧은 신호 경로: 마이크로비아는 크기가 작아 인덕턴스가 낮습니다
• 감소된 스텁 효과: 블라인드 비아는 불필요한 스텁을 제거합니다
• 낮은 EMI: 조밀한 배선으로 루프 면적이 줄어듭니다
• 정밀한 임피던스 제어: 미세 배선으로 더 정확한 제어가 가능합니다

DDR4/DDR5 메모리 인터페이스, PCIe 4.0/5.0, USB 3.2 등 고속 신호를 다루는 설계에서는 HDI 기술이 거의 필수적입니다.

제조 공정의 차이점

HDI PCB와 일반 다층 PCB의 제조 공정은 근본적으로 다릅니다. 이 차이가 비용과 리드타임에 직접적인 영향을 미칩니다.

HDI PCB 제조 공정

1. 코어 제작: 내층 회로 형성
2. 순차적 적층: 프리프레그와 동박 적층
3. 레이저 드릴링: 마이크로비아 가공 (CO2/UV 레이저)
4. 전해 도금: 비아 충전 및 도체 두께 확보
5. 반복 적층: 필요한 만큼 2-4 단계 반복
6. 외층 패턴 형성: 최종 회로 완성

일반 다층 PCB 제조 공정

1. 내층 패턴 형성: 모든 내층 동시 제작
2. 적층 및 압착: 한 번에 모든 층 접합
3. 기계식 드릴링: 관통홀 가공
4. 전해 도금: 홀 내벽 도체화
5. 외층 패턴 형성: 최종 회로 완성

HDI PCB는 순차적 적층 과정을 여러 번 반복해야 하므로 공정 시간이 길어집니다. 1+N+1 구조는 1회, 2+N+2는 2회, 3+N+3은 3회의 적층 사이클이 필요합니다.

HDI PCB 스택업 유형

HDI PCB는 스택업 구조에 따라 복잡도와 비용이 달라집니다. 가장 일반적인 구조를 이해하면 프로젝트에 적합한 스택업을 선택하는 데 도움이 됩니다.

비용 분석: HDI PCB vs 일반 PCB

솔직히 말해서 HDI PCB는 비쌉니다. 하지만 총소유비용(TCO) 관점에서 보면 항상 그런 것은 아닙니다.

직접 비용 비교

동일한 40mm x 40mm 크기의 12층 기판을 기준으로 비교하면:

• 일반 다층 PCB: 약 $700 (프로토타입 기준)
• HDI PCB (3+6+3): 약 $2,700 (프로토타입 기준)

약 4배의 가격 차이가 납니다. 하지만 양산 물량이 늘어나면 격차가 줄어들고, 레이어 수를 줄일 수 있다면 오히려 HDI가 경제적일 수 있습니다.

숨겨진 비용 절감 요소

• 레이어 수 감소: 8층 관통홀 → 4-6층 HDI로 대체 가능
• 기판 크기 축소: 면적 30-50% 감소 가능
• 전체 제품 소형화: 케이스, 배터리 등 연쇄 비용 절감
• 신뢰성 향상: 재작업 및 불량 비용 절감

언제 HDI PCB를 선택해야 하는가?

다음 조건 중 하나라도 해당된다면 HDI PCB를 고려하세요:

• 연결 밀도가 높음: 평방 인치당 120-130핀 이상의 연결이 필요한 경우
• 미세 피치 BGA 사용: 0.5mm, 0.4mm, 0.3mm 피치 BGA 패키지가 있는 경우
• 크기 제약: 웨어러블, 이어버드, 스마트워치 등 초소형 제품
• 고속 신호: DDR4/5, PCIe Gen4/5, USB 3.2 등 고속 인터페이스
• 대량 생산: 물량 효과로 HDI 비용 프리미엄을 상쇄할 수 있는 경우

언제 일반 다층 PCB가 적합한가?

반대로 다음 경우에는 일반 다층 PCB가 더 적합합니다:

• 산업용 장비: 크기보다 신뢰성과 내구성이 중요한 경우
• 전력 전자: 대전류 경로가 필요한 전원 공급 장치
• 프로토타입 및 소량 생산: 빠른 리드타임과 낮은 비용이 필요한 경우
• 저속 회로: 특별한 신호 무결성 요구사항이 없는 경우
• 표준 피치 부품: 0.8mm 이상 피치의 BGA나 표준 SMD 부품 사용 시

설계 시 고려사항

어떤 PCB 기술을 선택하든 설계 단계에서 몇 가지 핵심 사항을 고려해야 합니다.

HDI PCB 설계 시

• DFM(Design for Manufacturing) 가이드라인 준수 필수
• Via-in-Pad 사용 시 충전(Fill) 및 평탄화(Planarization) 필요
• 스택업 설계 시 제조사와 사전 협의
• 테스트 포인트 확보 (HDI는 재작업이 어려움)

일반 다층 PCB 설계 시

• 관통홀 비아의 패드 크기 확보
• 팬아웃 공간 고려한 부품 배치
• 열 관리를 위한 비아 배열 설계
• 기계적 강도를 위한 적절한 동박 두께 선택

결론: 프로젝트에 맞는 최적의 선택

HDI PCB와 일반 다층 PCB는 각각의 장단점이 명확합니다. 핵심은 프로젝트의 요구사항을 정확히 분석하고, 비용, 성능, 일정의 균형점을 찾는 것입니다.

미세 피치 BGA가 많고 초소형화가 필수라면 HDI를 선택하세요. 크기에 여유가 있고 비용을 절감하고 싶다면 일반 다층 PCB가 현명한 선택입니다.

확신이 서지 않는다면 전문가와 상담하는 것을 권장합니다. 저희 WellPCB Korea의 엔지니어 팀이 여러분의 프로젝트에 최적화된 솔루션을 제안해 드리겠습니다.