HDI-PCB-Laminierungsstruktur
Smartphones werden immer dünner, während Smartwatches immer leistungsfähiger werden. HDI (High-Density Interconnect) Die Leiterplattentechnologie steht im Mittelpunkt dieses Trends. Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten ermöglicht die HDI-Laminatstruktur die Unterbringung komplexerer Schaltungen auf kleinerem Raum.
Als Leiterplattenhersteller mit 17 Jahren Erfahrung hat Topfast miterlebt, wie zahlreiche Projekte aufgrund der Auswahl ungeeigneter HDI-Laminierungsstrukturen scheiterten, was zu Kostenüberschreitungen oder Leistungsmängeln führte.Es ist daher von entscheidender Bedeutung, die verschiedenen Laminierungsstrukturen von HDI-Leiterplatten zu verstehen.
1. Grundlagen der HDI-Leiterplattenlaminierung
Das Wesen der HDI-Karten liegt in der Erzielung einer hohen Routing-Dichte durch Aufbauprozessedie sich grundlegend von der traditionellen Leiterplattenherstellung unterscheiden. Herkömmliche Leiterplatten sind wie Sandwiches - alle Schichten werden auf einmal laminiert -, während HDI-Platten dem Bau von Wolkenkratzern ähneln und einen schichtweisen Aufbau erfordern.
Vergleiche der wichtigsten Prozesse:
- Laserbohren:Erzeugt Mikrovias mit einem Durchmesser von nur 0,05 mm (menschliches Haar ≈ 0,07 mm)
- Impuls-Beschichtung: Sorgt für eine gleichmäßige Kupferdicke in Mikro-Vias (<10% Abweichung)
- Sequentielle Laminierung: Typische Parameter - 170°C±2°C, 25kg/cm² Druck, schichtweiser Aufbau
Bei einem Smartwatch-Projekt, an dem ich mitgearbeitet habe, konnte durch die Umstellung von einer herkömmlichen 6-Lagen-Leiterplatte (5 cm²) auf eine HDI-Struktur (1+4+1) die Leiterplattengröße auf 1,5 cm² reduziert und gleichzeitig eine Herzfrequenzüberwachung hinzugefügt werden - ein Beispiel für die Magie von HDI.
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2. Detaillierte Analyse der gängigsten HDI-Laminierungsstrukturen
1.Einfache Einzellaminierung (1+N+1)
Typisches Beispiel(1+4+1) 6-lagiger Karton
Eigenschaften:
- Keine vergrabenen Durchgangslöcher in den Innenlagen, einfaches Laminat
- Blind Vias durch Laserbohren auf äußeren Schichten
- Die kostengünstigste HDI-Lösung
Anwendungen:
- Einsteiger-Smartphones
- IoT-Endgeräte
- Unterhaltungselektronik unter Platzmangel
Fallstudie: Ein Bluetooth-Kopfhörer der Marke (1+4+1), der Bluetooth 5.0, Berührungssteuerung und Batteriemanagement auf einer Fläche von 8 mm Durchmesser vereint.
2.Standard-Einfachlaminierung HDI (mit vergrabenen Durchkontaktierungen)
Typisches Beispiel(1+4+1) 6-Lagen-Platine (vergrabene Durchkontaktierungen in L2-5)
Eigenschaften:
- Vergrabene Durchkontaktierungen in inneren Schichten erfordern zwei Laminierungen
- Kombiniert Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen
- Ausgewogene Kosten und Leistung
Design-Fallstrick: Eine unsachgemäße Platzierung von vergrabenen Durchkontaktierungen verursachte in einem Projekt eine Impedanzabweichung von 15 %, die ein Redesign erforderlich machte.
3.Standard-Doppellaminierung HDI
Typisches Beispiel(1+1+4+1+1) 8-lagige Platte
Prozessmerkmale:
- Drei Laminierungsschritte (Kern + erster Aufbau + zweiter Aufbau)
- Ermöglicht komplexe Zusammenschaltungsarchitekturen
- Unterstützt 3-stufige Blind Vias
Leistungsvorteile:
- Geeignet für Hochgeschwindigkeitssignale ab GHz
- Bessere Stromversorgungssicherheit (dedizierte Stromversorgungsschichten)
- 30% verbesserte thermische Leistung
4.Optimierte Doppellaminierungsstruktur
Innovatives Design(1++1+4+1+1) 8-lagiger Karton
Wichtige Verbesserungen:
- Verschiebt vergrabene Durchkontaktierungen von L3-6 nach L2-7
- Eliminiert einen Laminierungsschritt
- 15%ige Kostensenkung
Test Daten: Ein 5G-Modul mit dieser Struktur erreicht:
- 0,3dB/cm Einfügungsdämpfung @10GHz
- 12 % niedrigere Herstellungskosten als bei herkömmlichen Strukturen
- 8% höhere Rendite
3.Fortgeschrittene HDI-Laminierungsstruktur-Designs
1.Skip-Via Entwurf
Technische Herausforderungen:
- Blinde Durchkontaktierungen von L1 nach L3, wobei L2 übersprungen wird
- 100% erhöhte Laser-Bohrtiefe
- Deutlich härtere Beschichtung
Lösungen:
- Kombiniertes UV+CO₂-Laserbohren
- Spezielle Beschichtungsadditive für tiefe Durchkontaktierungen
- Verbesserte optische Ausrichtung (Genauigkeit <25μm)
Gelernte Lektion: Eine Charge von Drohnen-Flugsteuerungen ist aufgrund von Problemen mit der Skip-via-Beschichtung ausgefallen, was Nachbearbeitungskosten in Höhe von 50 000 Dollar verursacht hat.
2.Gestapeltes Via-Design
Eigenschaften:
- Blind Vias direkt über vergrabenen Vias gestapelt
- Kürzere vertikale Verbindungswege
- Reduzierte Signalreflexionspunkte
Design-Essentials:
- Strenge Kontrolle der Lagenausrichtung (<25μm Fehler)
- Harzstopfen zur Vermeidung von Lufteinschlüssen
- Zusätzlicher thermischer Belastungstest (260°C, 10s, 5 Zyklen)
4.Auswahl der HDI-Laminierungsstruktur
1.Wichtige Auswahlfaktoren
| Betrachtung | Einfache Einzellaminierung | Komplexe Doppellaminierung |
|---|
| Kosten | $ | $$$ |
| Routing-Dichte | Mittel | Extrem hoch |
| Signalintegrität | Geeignet <1GHz | Geeignet >5GHz |
| Entwicklungszeit | 2-3 Wochen | 4-6 Wochen |
| Ausbeutesatz | 90 %. | 80-85% |
2.Branchenspezifische Empfehlungen
Unterhaltungselektronik:
- Bevorzugt: (1+4+1)
- Spur/Abstand: 3/3mil
- Blind über: 0,1mm
Kfz-Elektronik:
- Empfohlen: (1+1+4+1+1)
- Material: TG≥170°C
- Zusätzliche thermische Durchkontaktierungen
Medizinische Geräte:
- Höchste Anforderungen an die Zuverlässigkeit
- Harzverstopfung mit geringem Hohlraum
- 100%ige Schliffbildkontrolle
5.Praktische HDI-Entwurfstechniken
1.Über Optimierungsprinzipien
- ≤3 Durchkontaktierungen in Hochgeschwindigkeitssignalwegen
- Abstand zwischen benachbarten Durchgängen ≥5× Durchgangsdurchmesser
- Doppelte Stromdurchführungen
2.Stack-Up Goldene Regeln
- Signalschichten in der Nähe von Grundflächen
- Interne Weiterleitung von Hochgeschwindigkeitssignalen (reduziert Strahlung)
- Enge Kopplung von Leistung und Massefläche
3.Verbesserungen der Verlässlichkeit
- Hinzufügen von 0,1 mm thermischen Durchkontaktierungen
- Bodenwächter für kritische Signale
- 0,5 mm fräsfreie Zone an den Plattenkanten
6.Zukünftige Trends
Aufkommende Technologien:
- Modifiziertes Semi-Additiv-Verfahren (mSAP): 20/20μm Spur/Raum
- Niedrigtemperatur-Keramik (LTCC): Ultra-Hochfrequenz
- Eingebettete Komponenten:Widerstände/Kondensatoren in Platinen
Durchbrüche bei Materialien:
- Modifiziertes Polyimid: Dk=3,0, Df=0,002
- Nano-Silber Leitfähiger Klebstoff: Alternative zur Beschichtung
- Thermal Graphene: 5× bessere Wärmeleitung
In einem Labor wurde erfolgreich ein Prototyp einer 16-lagigen 3D-Interconnect-HDI (1 mm dick, 1024 Kanäle) hergestellt, der einen Vorgeschmack auf noch kompaktere zukünftige Geräte gibt.
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Topfast-Empfehlungen
Bei der Auswahl der geeigneten HDI-Laminatstruktur muss ein optimales Gleichgewicht zwischen Verdrahtungsdichte, Signalintegrität, Herstellungskosten und Zuverlässigkeit gefunden werden. Die einfachste Struktur bietet oft die höchste Ausbeute und die niedrigsten Kosten.