Mikä on HDI PCB-levyjen laminointirakenne?

HDI PCB laminointi rakenne

Älypuhelimista on tulossa yhä ohuempia ja älykelloista yhä tehokkaampia. HDI (High-Density Interconnect) Piirilevytekniikka on tämän suuntauksen ytimessä. Perinteisiin piirilevyihin verrattuna HDI-laminointirakenne mahdollistaa monimutkaisempien piirien sijoittamisen pienempään tilaan.

Topfast on 17 vuoden kokemuksella toimiva piirilevyvalmistaja, joka on nähnyt lukuisten projektien epäonnistuvan sopimattomien HDI-laminointirakenteiden valinnan vuoksi, mikä on johtanut kustannusten ylittymiseen tai suorituskyvyn heikkenemiseen. Siksi on ratkaisevan tärkeää ymmärtää HDI-piirilevyjen erilaiset laminointirakenteet.

1. HDI PCB laminoinnin perusteet

HDI-levyjen ydin on tiheän reitityksen saavuttaminen seuraavilla tavoilla rakentamisprosessit, jotka eroavat olennaisesti perinteisestä PCB-valmistuksesta. Perinteiset piirilevyt ovat kuin voileipiä - kaikki kerrokset laminoidaan kerralla - kun taas HDI-levyt muistuttavat pilvenpiirtäjien rakentamista, mikä edellyttää kerroksittaista rakentamista.

Keskeiset prosessivertailut:

• Laserporaus: Luo halkaisijaltaan jopa 0,05 mm:n mikroläpivientejä (ihmisen hius ≈ 0,07 mm).
• Pulssi pinnoitus: Varmistaa tasaisen kuparin paksuuden mikroviasissa (<10% vaihtelu).
• Peräkkäinen laminointi: Tyypilliset parametrit - 170 °C ± 2 °C, paine 25 kg/cm², kerros kerrokselta kerrostuminen.

Eräässä älykelloprojektissa, jonka parissa työskentelin, siirtyminen perinteisestä 6-kerroksisesta piirilevystä (5 cm²) HDI-rakenteeseen (1 + 4 + 1) pienensi levyn koon 1,5 cm²:iin ja lisäsi samalla sykkeen seurannan - mikä osoittaa HDI:n taikuuden.

Ilmainen HDI Design Review →

2. Yksityiskohtainen analyysi HDI-laminointirakenteiden päävirran rakenteista

1. Yksinkertainen yksittäinen laminointi (1+N+1)

Tyypillinen esimerkki: (1+4+1) 6-kerroksinen levy

Ominaisuudet:

• Sisäkerroksissa ei ole upotettuja läpivientejä, yksi laminointi.
• Sokeat läpiviennit, jotka on muodostettu laserporaamalla uloimmat kerrokset.
• Kustannustehokkain HDI-ratkaisu

Sovellukset:

• Alkutason älypuhelimet
• IoT-päätelaitteet
• Tilaa rajoittava kulutuselektroniikka

Tapaustutkimus: Bluetooth-kuulokemerkin hyväksymä (1+4+1) muotoilu, joka yhdistää Bluetooth 5.0:n, kosketusohjauksen ja akun hallinnan 8 mm:n halkaisijan tilaan.

2. Standardi yhden laminoinnin HDI (upotetuilla läpivienneillä)

Tyypillinen esimerkki: (1+4+1) 6-kerroslevy (upotetut läpiviennit L2-5:ssä)

Ominaisuudet:

• Sisäkerroksiin haudatut läpiviennit vaativat kaksi laminaattia.
• Yhdistää sokeat ja upotetut läpiviennit
• Kustannusten ja suorituskyvyn tasapaino

Suunnittelun sudenkuoppa: Virheellinen piilotettujen läpivientien sijoittelu aiheutti 15%:n impedanssipoikkeaman eräässä projektissa, mikä vaati uudelleensuunnittelua.

3. Standardi kaksinkertainen laminointi HDI

Tyypillinen esimerkki: (1+1+4+1+1+1) 8-kerroksinen levy.

Prosessin ominaisuudet:

• Kolme laminointivaihetta (ydin + ensimmäinen kerros + toinen kerros).
• Mahdollistaa monimutkaiset liitosarkkitehtuurit
• Tukee 3-vaiheisia sokeita läpivientejä

Suorituskyvyn edut:

• Soveltuu yli GHz:n nopeille signaaleille
• Parempi tehon eheys (omat tehokerrokset)
• 30% parannettu lämpötehokkuus

4. Optimoitu kaksinkertainen laminointirakenne

Innovatiivinen suunnittelu: (1 + 1 + 4 + 1 + 1 + 1) 8-kerroksinen levy.

Tärkeimmät parannukset:

• Siirretään upotettuja läpivientejä L3-6:sta L2-7:ään.
• Poistaa yhden laminointivaiheen
• 15% kustannusten alentaminen

Testitiedot: Tätä rakennetta käyttävä 5G-moduuli:

• 0,3dB/cm lisäyshäviö @10GHz
• 12% alhaisemmat valmistuskustannukset kuin perinteiset rakenteet
• 8% suurempi tuotto

3. Kehittyneet HDI-laminointirakenteiden mallit

1. Skip-Via suunnittelu

Tekniset haasteet:

• Sokeat läpiviennit L1:stä L3:een, L2:n ohi.
• 100% suurempi laserporaussyvyys
• Huomattavasti kovempi pinnoitus

Ratkaisut:

• Yhdistetty UV+CO₂ laserporaus
• Erityiset pinnoituslisäaineet syviä läpivientejä varten
• Parannettu optinen kohdistus (tarkkuus <25μm)

Opittu läksy: Eräs lennokin lennonohjauserä epäonnistui, koska siinä oli skip-via-pinnoitusongelmia, mikä aiheutti $50k:n uudelleenkäsittelykustannukset.

2. Pinottu Via-suunnittelu

Ominaisuudet:

• Sokeat läpiviennit, jotka on pinottu suoraan upotettujen läpivientien päälle.
• Lyhyemmät vertikaaliset liitännät
• Vähennetyt signaalin heijastuspisteet

Suunnittelun perusteet:

• Tiukka kerrosten kohdistuksen valvonta (<25μm virhe)
• Hartsitulppaus ilmataskujen estämiseksi
• Lisälämpökuormitustestaus (260 °C, 10 s, 5 sykliä).

4. HDI-laminointirakenteen valinta

1. Keskeiset valintatekijät

2. Toimialakohtaiset suositukset

Viihde-elektroniikka:

• Suositeltava: (1+4+1)
• Jälki/Tila: 3/3mil
• Blind via: 0.1mm

Autoteollisuuden elektroniikka:

• Suositellaan: (1+1+4+1+1+1)
• Materiaali: TG≥170°C
• Lisälämpöläpiviennit

Lääkinnälliset laitteet:

• Korkeimmat luotettavuusvaatimukset
• Vähän tyhjää hartsia sisältävä tulppaus
• 100% mikroleikkaustarkastus

5. Käytännön HDI-suunnittelutekniikat

1. Optimointiperiaatteiden kautta

• ≤3 Läpiviennit nopeissa signaalireiteissä
• Vierekkäisten läpivientien väli ≥5× läpivientien halkaisija
• Kaksinkertaiset läpiviennit

2. Stack-Up kultaiset säännöt

• Maatasojen vieressä olevat signaalikerrokset
• Suurnopeussignaalien reititys sisäisesti (vähentää säteilyä)
• Tiivis teho-maadoituskytkentä

3. Luotettavuuden parantaminen

• Lisää 0,1 mm:n lämpöeristettyjä läpivientirakenteita
• Kriittisten signaalien maasuojat
• 0,5 mm:n reitittömyysvyöhyke levyn reunoilla

6. Tulevaisuuden suuntaukset

Kehittyvät teknologiat:

• Modifioitu puoli-lisäysprosessi (mSAP): 20/20μm jälki/avaruus.
• Matalalämpötilakeramiikka (LTCC): Erittäin korkea taajuus
• Sulautetut komponentit: Vastukset/ kondensaattorit levyjen sisällä

Materiaaliset läpimurrot:

• Modifioitu polyimidi: Dk=3,0, Df=0,002.
• Nanohopea johtava liima: Vaihtoehto pinnoitukselle
• Terminen grafeeni: 5× parempi lämmönjohtokyky

Eräässä laboratoriossa onnistuttiin prototyypittämään 16-kerroksinen 3D-interconnect HDI (1 mm paksu, 1024 kanavaa), mikä ennakoi entistä kompaktimpia tulevia laitteita.

Hanki välitön HDI-tarjous →

Topfast Suositukset

Sopivaa HDI-laminaattirakennetta valittaessa on löydettävä optimaalinen tasapaino johdotustiheyden, signaalin eheyden, valmistuskustannusten ja luotettavuuden välillä. Yksinkertaisin rakenne tarjoaa usein suurimman tuottoprosentin ja alhaisimmat kustannukset.