Qual è la struttura di laminazione delle schede PCB HDI?

Struttura di laminazione del PCB HDI

Gli smartphone diventano sempre più sottili e gli smartwatch sempre più potenti. HDI (Interconnessione ad alta densità) La tecnologia dei PCB è al centro di questa tendenza. Rispetto ai PCB tradizionali, il design della struttura di laminazione HDI consente di collocare circuiti più complessi in uno spazio ridotto.

In qualità di produttore di PCB con 17 anni di esperienza, Topfast ha assistito al fallimento di numerosi progetti a causa della scelta di strutture di laminazione HDI inadeguate, che hanno portato a un superamento dei costi o a un calo delle prestazioni. È quindi fondamentale comprendere le varie strutture di laminazione dei PCB HDI.

1. Nozioni di base sulla laminazione dei PCB HDI

L'essenza delle schede HDI consiste nell'ottenere un instradamento ad alta densità mediante processi di accumuloche sono fondamentalmente diversi dalla produzione di PCB tradizionali. I PCB tradizionali sono come dei sandwich - tutti gli strati vengono laminati in una sola volta - mentre le schede HDI assomigliano alla costruzione di grattacieli, che richiedono una costruzione a strati.

Confronti tra processi chiave:

• Foratura laser: Crea microfori con un diametro di 0,05 mm (un capello umano ≈ 0,07 mm).
• Placcatura a impulsi: Assicura uno spessore di rame uniforme nei micro vias (variazione <10%)
• Laminazione sequenziale: Parametri tipici-170°C±2°C, pressione 25kg/cm², accumulo strato per strato

In un progetto di smartwatch a cui ho lavorato, il passaggio da un PCB tradizionale a 6 strati (5 cm²) a una struttura HDI (1+4+1) ha ridotto le dimensioni della scheda a 1,5 cm², aggiungendo al contempo il monitoraggio della frequenza cardiaca, dimostrando la magia dell'HDI.

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2. Analisi dettagliata delle principali strutture di laminazione HDI

1. Laminazione singola semplice (1+N+1)

Esempio tipico(1+4+1) Scheda a 6 strati

caratteristiche:

• Nessun vias interrato negli strati interni, laminazione singola
• Vias ciechi formati mediante foratura laser su strati esterni
• La soluzione HDI più conveniente

domande:

• Smartphone entry-level
• Dispositivi endpoint IoT
• Elettronica di consumo con vincoli di spazio

Studio di caso: Un marchio di auricolari Bluetooth ha adottato un design (1+4+1) che integra Bluetooth 5.0, controllo tattile e gestione della batteria in uno spazio di 8 mm di diametro.

2. HDI standard a laminazione singola (con vias interrati)

Esempio tipico(1+4+1) Scheda a 6 strati (vias interrati in L2-5)

caratteristiche:

• I vias interrati negli strati interni richiedono due laminazioni
• Combina vias ciechi e interrati
• Costi e prestazioni equilibrati

Trabocchetto di progettazione: L'errato posizionamento di un via interrato ha causato una deviazione dell'impedenza del 15% in un progetto, rendendo necessaria una riprogettazione.

3. HDI standard a doppia laminazione

Esempio tipico(1+1+4+1+1) Scheda a 8 strati

Caratteristiche del processo:

• Tre fasi di laminazione (anima + primo accumulo + secondo accumulo)
• Consente di realizzare architetture di interconnessione complesse
• Supporta vias ciechi a 3 fasi

Vantaggi in termini di prestazioni:

• Adatto per segnali ad alta velocità in GHz+
• Migliore integrità di potenza (strati di potenza dedicati)
• 30% prestazioni termiche migliorate

4. Struttura a doppia laminazione ottimizzata

Design innovativo(1++1+4+1+1) Scheda a 8 strati

Miglioramenti chiave:

• Spostamento dei vial interrati da L3-6 a L2-7
• Elimina una fase di laminazione
• 15% riduzione dei costi

Dati del test: È stato realizzato un modulo 5G con questa struttura:

• 0,3dB/cm perdita di inserzione @10GHz
• 12% costi di produzione inferiori rispetto alle strutture tradizionali
• 8% resa superiore

3. Design avanzato della struttura di laminazione HDI

1. Salta-Via Design

Sfide tecniche:

• Vialetti ciechi da L1 a L3, saltando L2
• 100% profondità di foratura laser aumentata
• Placcatura significativamente più dura

Soluzioni:

• Foratura laser UV+CO₂ combinata
• Additivi speciali di placcatura per vias profondi
• Allineamento ottico migliorato (precisione <25μm)

Lezione imparata: Un lotto di controllori di volo per droni è fallito a causa di problemi di placcatura, causando costi di rilavorazione pari a $50k.

2. Design delle vie impilate

caratteristiche:

• Vias ciechi impilati direttamente sopra vias interrati
• Interconnessioni verticali più corte
• Punti di riflessione del segnale ridotti

Elementi essenziali del design:

• Controllo rigoroso dell'allineamento dei livelli (errore <25μm)
• Tappatura della resina per evitare sacche d'aria
• Test di stress termico supplementare (260°C, 10s, 5 cicli)

4. Selezione della struttura di laminazione HDI

1. Fattori chiave di selezione

2. Raccomandazioni specifiche per il settore

Elettronica di consumo:

• Preferenza: (1+4+1)
• Traccia/Spazio: 3/3mil
• Cieco via: 0,1 mm

Elettronica automobilistica:

• Consigliato: (1+1+4+1+1)
• Materiale: TG≥170°C
• Vialetti termici aggiuntivi

Dispositivi medici:

• Requisiti di massima affidabilità
• Tamponamento di resina a basso contenuto di vuoti
• 100% ispezione di microsezione

5. Tecniche pratiche di progettazione HDI

1. Principi di ottimizzazione

• ≤3 Vias nei percorsi del segnale ad alta velocità
• Spaziatura tra vie adiacenti ≥5× diametro della via
• Doppio vial di potenza

2. Regole d'oro dello Stack-Up

• Strati di segnale adiacenti a piani di massa
• Instradare internamente i segnali ad alta velocità (riduce la radiazione)
• Accoppiamento stretto tra piano di potenza e piano di massa

3. Miglioramenti dell'affidabilità

• Aggiunta di array di vie termiche da 0,1 mm
• Protezioni a terra per i segnali critici
• 0,5 mm di zona di non fresatura sui bordi del pannello

6. Tendenze future

Tecnologie emergenti:

• Processo semi-additivo modificato (mSAP): 20/20μm traccia/spazio
• Ceramica co-combinata a bassa temperatura (LTCC): Frequenza ultraelevata
• Componenti incorporati: Resistori/capacitori all'interno delle schede

Innovazioni nel campo dei materiali:

• Poliimmide modificata: Dk=3,0, Df=0,002
• Adesivo conduttivo al nano-argento: Alternativa alla placcatura
• Grafene termico: conduzione del calore 5 volte migliore

Un laboratorio ha prototipato con successo un'interconnessione 3D HDI a 16 strati (1 mm di spessore, 1024 canali), prefigurando dispositivi futuri ancora più compatti.

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Raccomandazioni Topfast

Nella scelta della struttura laminata HDI appropriata, è necessario trovare l'equilibrio ottimale tra densità di cablaggio, integrità del segnale, costi di produzione e affidabilità. La struttura più semplice spesso offre il tasso di rendimento più elevato e il costo più basso.