Wat is de lamineerstructuur van HDI printplaten?

HDI PCB lamineerstructuur

Smartphones worden steeds dunner, terwijl smartwatches steeds krachtiger worden. HDI (Interconnectie met hoge dichtheid) PCB-technologie staat centraal in deze trend. Vergeleken met traditionele PCB's kunnen met HDI-laminaatstructuur complexere circuits in een kleinere ruimte worden geplaatst.

Als PCB-fabrikant met 17 jaar ervaring heeft Topfast talloze projecten zien mislukken door de selectie van ongeschikte HDI-lamineringstructuren, wat leidde tot kostenoverschrijdingen of prestatiegebreken. Het is daarom cruciaal om de verschillende lamineerstructuren van HDI PCB's te begrijpen.

1. HDI PCB Laminering Basisprincipes

De essentie van HDI-borden ligt in het bereiken van routing met hoge dichtheid via opbouwprocessendie fundamenteel verschillen van de traditionele PCB-productie. Traditionele PCB's lijken op het maken van sandwiches - alle lagen worden in één keer gelamineerd - terwijl HDI-borden lijken op het bouwen van wolkenkrabbers, waarvoor een gelaagde constructie nodig is.

Belangrijkste procesvergelijkingen:

• Laser Boren: Creëert microvias met een diameter van slechts 0,05 mm (menselijke haar ≈ 0,07 mm)
• Impulsplateren: Zorgt voor een uniforme koperdikte in microvias (<10% variatie)
• Sequentieel lamineren: Typische parameters-170°C±2°C, 25kg/cm² druk, laag voor laag opbouw

In een smartwatchproject waar ik aan heb gewerkt, werd de grootte van de printplaat teruggebracht van een traditionele 6-laags PCB (5cm²) naar een HDI (1+4+1) structuur, waardoor de printplaat slechts 1,5cm² groot werd terwijl er hartslagmonitoring werd toegevoegd.

Gratis HDI Ontwerpherziening →

2. Gedetailleerde analyse van gangbare HDI lamineerstructuren

1. Enkelvoudige laminering (1+N+1)

Typisch voorbeeld(1+4+1) 6-lagen bord

Kenmerken:

• Geen ingegraven vias in binnenlagen, enkelvoudige laminering
• Blinde vlakken gevormd door laserboringen op buitenlagen
• De meest kosteneffectieve HDI-oplossing

Toepassingen:

• Instapmodel smartphones
• IoT eindpuntapparaten
• Ruimtebeperkte consumentenelektronica

Casestudent ~4,3-4,8): Een Bluetooth-oortelefoon met een (1+4+1) ontwerp waarin Bluetooth 5.0, aanraakbediening en batterijbeheer zijn geïntegreerd in een ruimte met een diameter van 8 mm.

2. Standaard enkelvoudige laminering HDI (met ingegraven Vias)

Typisch voorbeeld(1+4+1) 6-lagig bord (ingegraven vias in L2-5)

Kenmerken:

• Voor ingegraven vias in binnenlagen zijn twee laminaties nodig
• Combineert blinde en ingegraven vias
• Uitgebalanceerde kosten en prestaties

Valkuil in ontwerp: Onjuiste plaatsing van ingegraven via veroorzaakte een impedantieafwijking van 15% in één project, waardoor een nieuw ontwerp nodig was.

3. Standaard Dubbele Laminering HDI

Typisch voorbeeld(1+1+4+1+1) 8-lagen bord

Proceskenmerken:

• Drie lamineerstappen (kern + eerste opbouw + tweede opbouw)
• Maakt complexe interconnectie-architecturen mogelijk
• Ondersteunt 3-staps blinde vias

Prestatievoordelen:

• Geschikt voor GHz+ hoge snelheidssignalen
• Betere stroomintegriteit (speciale stroomlagen)
• 30% verbeterde thermische prestaties

4. Geoptimaliseerde dubbele lamineerstructuur

Innovatief ontwerp(1++1+4+1+1) 8-lagen bord

Belangrijkste verbeteringen:

• Verplaatst ingegraven vias van L3-6 naar L2-7
• Elimineert één lamineerstap
• 15% kostenreductie

Test Dataant ~4.3-4.8): Een 5G-module die deze structuur gebruikt:

• 0,3dB/cm insertieverlies @10 GHz
• 12% lagere productiekosten dan traditionele structuren
• 8% hogere opbrengst

3. Geavanceerde HDI lamineerstructuur ontwerpen

1. Skip-Via ontwerp

Technische uitdagingen:

• Blinde aders van L1 naar L3, waarbij L2 wordt overgeslagen
• 100% verhoogde laser boordiepte
• Aanzienlijk hardere beplating

Oplossingen:

• Gecombineerd boren met UV+CO₂-laser
• Speciale platingadditieven voor diepe doorvoeringen
• Verbeterde optische uitlijning (nauwkeurigheid <25 μm)

Geleerde les: Een batch vluchtcontrollers voor drones is mislukt vanwege problemen met de skip-via beplating, wat heeft geleid tot $50k herbewerkingskosten.

2. Gestapeld via-ontwerp

Kenmerken:

• Blinde doorvoeringen direct over ondergrondse doorvoeringen gestapeld
• Kortere verticale interconnecties
• Verminderde signaalreflectiepunten

Essentiële ontwerpen:

• Strikte controle van laaguitlijning (<25 μm fout)
• Harsen om luchtzakken te voorkomen
• Extra thermische belastingstest (260°C, 10s, 5 cycli)

4. HDI lamineerstructuur selectie

1. Belangrijkste selectiefactoren

2. Industrie-specifieke aanbevelingen

Consumentenelektronica:

• Voorkeur: (1+4+1)
• Spoor/Ruimte: 3/3mil
• Blind via: 0,1 mm

Automobielelektronica:

• Aanbevolen: (1+1+4+1+1)
• Materiaal: TG≥170°C
• Extra thermische doorvoeringen

Medische apparaten:

• Hoogste betrouwbaarheidseisen
• Pluggen van hars met lage holte
• 100% inspectie microsectie

5. Praktische HDI-ontwerptechnieken

1. Via optimalisatieprincipes

• ≤3 Vias in snelle signaalpaden
• Aangrenzende via afstand ≥5× via diameter
• Dubbele voedingsvias

2. Stack-Up gouden regels

• Signaallagen naast grondvlakken
• Leid hogesnelheidssignalen intern om (vermindert straling)
• Nauwe koppeling tussen voedings- en massavlak

3. Betrouwbaarheidsverbeteringen

• Thermische via-arrays van 0,1 mm toevoegen
• Bodembeschermers voor kritieke signalen
• 0,5 mm zone zonder frezen aan de randen van de printplaat

6. Toekomstige trends

Opkomende technologieën:

• Gemodificeerd semi-additief proces (mSAP): 20/20 μm spoor/ruimte
• Lage temperatuur keramiek (LTCC): Ultra-hoge frequentie
• Geïntegreerde componenten: Weerstanden/condensatoren in printplaten

Materiaaldoorbraken:

• Gemodificeerd polyimide: Dk=3,0, Df=0,002
• Nanozilver geleidende lijm: Alternatief voor plateren
• Thermisch grafeen: 5× betere warmtegeleiding

Een laboratorium heeft met succes een prototype gemaakt van een HDI met 16 lagen 3D-interconnectie (1 mm dik, 1024 kanalen), een voorbode van nog compactere apparaten in de toekomst.

Direct een HDI offerte aanvragen →

Topfast aanbevelingen

Bij het kiezen van de juiste HDI-laminaatstructuur moet de optimale balans worden gevonden tussen bedradingsdichtheid, signaalintegriteit, productiekosten en betrouwbaarheid. De eenvoudigste structuur biedt vaak de hoogste opbrengst en de laagste kosten.