Какова структура ламинирования печатных плат HDI?

Структура ламинирования печатных плат HDI

Смартфоны становятся все более тонкими, а смарт-часы - все более мощными. HDI (High-Density Interconnect) Технология печатных плат лежит в основе этой тенденции. По сравнению с традиционными печатными платами, конструкция ламинированной структуры HDI позволяет размещать более сложные схемы на меньшей площади.

Как производитель печатных плат с 17-летним опытом работы, компания Topfast стала свидетелем того, как множество проектов провалилось из-за выбора неподходящей структуры ламинирования HDI, что привело к превышению расходов или снижению производительности. Поэтому очень важно понимать различные структуры ламинирования печатных плат HDI.

1. Основы ламинирования печатных плат HDI

Суть HDI-плат заключается в достижении высокой плотности маршрутизации за счет процессы наращиваниякоторые в корне отличаются от традиционного производства печатных плат. Традиционные печатные платы похожи на изготовление сэндвичей - все слои ламинируются сразу, в то время как платы HDI напоминают строительство небоскребов, требующее многослойной конструкции.

Сравнение ключевых процессов:

• Лазерное сверление: Создает микропроходы диаметром до 0,05 мм (человеческий волос ≈ 0,07 мм)
• Импульсное покрытие: Обеспечивает равномерную толщину меди в микропроходах (разброс <10%)
• Последовательное ламинирование: Типичные параметры-170°C±2°C, давление 25 кг/см², послойное наращивание

В проекте смарт-часов, над которым я работал, переход от традиционной 6-слойной печатной платы (5 см²) к структуре HDI (1+4+1) позволил уменьшить размер платы до 1,5 см², добавив при этом функцию мониторинга сердечного ритма, что демонстрирует магию HDI.

Бесплатный обзор дизайна HDI →

2. Подробный анализ основных структур ламинирования HDI

1. Простое одинарное ламинирование (1+N+1)

Типичный пример: (1+4+1) 6-слойная плата

Особенности сайта:

• Отсутствие заглубленных отверстий во внутренних слоях, однослойное покрытие
• Слепые отверстия, сформированные лазерным сверлением на внешних слоях
• Самое экономичное решение HDI

Приложения:

• Смартфоны начального уровня
• Конечные устройства IoT
• Потребительская электроника с ограниченным пространством

Деловое исследование: Bluetooth-наушники с дизайном (1+4+1), объединяющим Bluetooth 5.0, сенсорное управление и управление батареей в пространстве диаметром 8 мм.

2. Стандартный однослойный HDI (с заглубленными отверстиями)

Типичный пример: (1+4+1) 6-слойная плата (заглубленные перегородки в L2-5)

Особенности сайта:

• Заглубленные проходы во внутренних слоях требуют двух ламинирований
• Комбинирует глухие и заглубленные проходы
• Сбалансированная стоимость и производительность

Ошибки в дизайне: Неправильное размещение заглубленных сквозных отверстий привело к отклонению импеданса 15% в одном проекте, что потребовало перепроектирования.

3. Стандартная двойная ламинация HDI

Типичный пример: (1+1+4+1+1) 8-слойная плата

Характеристики процесса:

• Три этапа ламинирования (сердцевина + первый слой + второй слой)
• Позволяет создавать сложные архитектуры межсоединений
• Поддержка трехступенчатых глухих проходов

Преимущества производительности:

• Подходит для высокоскоростных сигналов ГГц+
• Улучшенная целостность питания (выделенные уровни питания)
• 30% улучшенные тепловые характеристики

4. Оптимизированная структура двойного ламинирования

Инновационный дизайн: (1++1+4+1+1) 8-слойная плата

Основные усовершенствования:

• Перемещение заглубленных проходов с L3-6 на L2-7
• Исключение одного этапа ламинирования
• 15% снижение затрат

Данные испытаний: С помощью этой структуры был создан модуль 5G:

• Вносимые потери 0,3 дБ/см @10 ГГц
• 12% более низкая стоимость производства по сравнению с традиционными конструкциями
• 8% повышенная производительность

3. Усовершенствованные конструкции структуры ламинирования HDI

1. Дизайн Skip-Via

Технические проблемы:

• Слепые витки от L1 до L3, пропуская L2
• 100% увеличенная глубина лазерного сверления
• Значительно более твердое покрытие

Решения:

• Комбинированное УФ+CO₂ лазерное сверление
• Специальные добавки для глубоких отверстий
• Улучшенная оптическая юстировка (точность <25 мкм)

Извлеченный урок: Партия контроллеров для беспилотных летательных аппаратов вышла из строя из-за проблем с покрытием skip-via, что привело к затратам на доработку в размере $50 тыс.

2. Дизайн со стеком

Особенности сайта:

• Слепые проходы укладываются непосредственно над заглубленными проходами
• Более короткие вертикальные межсоединения
• Уменьшение точек отражения сигнала

Основы дизайна:

• Строгий контроль выравнивания слоев (погрешность <25 мкм)
• Закупорка смолой для предотвращения образования воздушных карманов
• Дополнительное испытание на термическую нагрузку (260°C, 10 с, 5 циклов)

4. Выбор структуры ламинирования HDI

1. Ключевые факторы выбора

2. Рекомендации для конкретной отрасли

Потребительская электроника:

• Предпочтение: (1+4+1)
• След/пространство: 3/3mil
• Слепое отверстие: 0,1 мм

Автомобильная электроника:

• Рекомендуемые: (1+1+4+1+1)
• Материал: TG≥170°C
• Дополнительные тепловые каналы

Медицинское оборудование и принадлежности:

• Высочайшие требования к надежности
• Закупорка смолой с низким содержанием пустот
• 100% микросекционный контроль

5. Практические методы проектирования ИЧР

1. Принципы оптимизации

• ≤3 Пазы в высокоскоростных сигнальных трактах
• Расстояние между соседними отверстиями ≥5× диаметр отверстия
• Двойные силовые провода

2. Золотые правила Stack-Up

• Сигнальные слои, прилегающие к земляным плоскостям
• Внутренняя прокладка высокоскоростных сигналов (уменьшает излучение)
• Жесткая связь между плоскостью питания и землей

3. Повышение надежности

• Добавьте 0,1-миллиметровые тепловые каналы
• Наземные ограждения для критических сигналов
• 0,5 мм зона отсутствия фрезеровки на краях платы

6. Тенденции будущего

Новые технологии:

• Модифицированный полуаддитивный процесс (mSAP): 20/20 мкм трассировка/пространство
• Низкотемпературная керамика совместного обжига (LTCC): Сверхвысокая частота
• Встраиваемые компоненты: Резисторы/конденсаторы внутри плат

Прорывы в области материалов:

• Модифицированный полиимид: Dk=3.0, Df=0.002
• Наносеребряный проводящий клей: Альтернатива гальваническому покрытию
• Тепловой графен: теплопроводность в 5 раз лучше

В одной из лабораторий был успешно создан прототип 16-слойного 3D-интерконнекта HDI (толщина 1 мм, 1024 канала), что предвещает появление еще более компактных устройств в будущем.

Получите мгновенное предложение по HDI →

Рекомендации Topfast

При выборе подходящей структуры HDI-ламината необходимо найти оптимальный баланс между плотностью разводки, целостностью сигнала, стоимостью производства и надежностью. Самая простая структура часто обеспечивает самый высокий уровень выхода продукции и самую низкую стоимость.