PCB til sammenkobling med høj densitet

Hvad er HDI?

HDI, som refererer til en højere ledningstæthed pr. arealenhed end konventionelle printkort, er en avanceret Trykt kredsløb (PCB)-teknologi, der opnår højere niveauer af elektronisk komponentintegration gennem mikrofine ledninger, mikroskopiske via-strukturer og tæt ledningsføring. Disse print anvender finere ledninger og mellemrum (≤ 100 µm/0,10 mm), mindre vias (<150 µm) og pads (<400 µm/0,40 mm) og højere pad-tæthed (>20 pads/cm2) end konventionel PCB-teknologi.

Kernefunktioner

• Finere linjebredde/afstand: typisk ≤100 µm (0,10 mm), meget lavere end konventionelle PCB'er (typisk 150 µm+).
• Små gennemgående huller:
• Laserblind-indlejrede vias: <150 µm i diameter, laserboret til forbindelser med høj tæthed mellem lagene.
• Stablede/forskudte huller: Udnyt den lodrette plads bedre og reducer behovet for lag.
• Høj tæthed af puder: >20 pads/cm² til understøttelse af multi-pin chips (f.eks. BGA-, CSP-pakker).
• Tynde materialer: Brug af substrater med lav dielektrisk konstant og høj stabilitet (f.eks. FR4, polyimid).

Kerneegenskaber ved HDI-kort (i forhold til konventionelle printkort)

1. Microvia-design (laserboring domineret)

• Valg af teknologi: HDI-kort bruger almindeligvis Laserboring (huldiameter typisk ≤150µm) i stedet for mekanisk boring. Årsagerne er bl.a:
• Grænser for mekanisk boring: 0,15 mm borenåle er lette at knække, har høje krav til omdrejningstal og lav effektivitet og er ikke i stand til at realisere dybdekontrol af blinde nedgravede huller.
• Laser-fordel: Kan behandle bittesmå huller (f.eks. 50 µm), understøtter HDI i alle lagog har ingen fysisk kontakt og et højt udbytte.

2. Microvia- og hulringsdesigns Gennemgangsdiameter ≤150µm

• Vias ≤150µm og vias (pads) ≤250µm, hvilket frigør layoutplads ved at indsnævre via.
• Eksempel: Hvis aperturdiameteren reduceres fra 0,30 mm til 0,10 mm (laservias), kan paddiameteren reduceres fra 0,60 mm til 0,35 mm, sparer 67% areal.
• Direkte pad-stansning (Via-in-Pad): optimerer yderligere BGA/SMD-komponentlayout og øger tætheden.

3.Høj loddefuge-tæthed (>130 fuger/in²)

• Tætheden af loddeplader bestemmer komponentintegrationen. HDI realiserer multifunktionelt modul samling med høj densitet (f.eks. bundkort til mobiltelefoner) gennem mikro-miniatyrhuller/ledninger.

4.Høj ledningstæthed (>117 ledninger/in²)

• For at matche stigningen i antallet af komponenter skal linjetætheden øges samtidig. HDI opnår kompleks ledningsføring gennem Fin ledningsføring (linjebredde/afstand ≤100µm) og stabling af flere lag.

5.Fin linje (linjebredde/rum ≤ 3 mil/75µm)

• Teoretisk standard: 75µm/75µm, men i praksis bruges ofte 100µm/100µm. Begrundelse:
• Procesomkostninger: 75 µm-processen er krævende med hensyn til udstyr/materialer, lavt udbytte, få leverandører og høje omkostninger.
• Balance mellem pris og ydelse: 100 µm-løsningen skaber balance mellem tæthed og pris og er velegnet til de fleste behov inden for forbrugerelektronik.

De vigtigste fordele ved HDI

HDI fremmer miniaturisering og høj ydeevne af elektroniske produkter gennem microvia, fine line og sammenkoblinger med høj densitetog er en nøgleteknologi for 5G, AI og bærbare enheder.

HDI PCB teknisk specifikationsark

Anvendelser og centrale fordele ved HDI-kort

I. De vigtigste anvendelsesområder for HDI-kort

Med udviklingen af halvlederteknologi i retning af miniaturisering og høj ydeevne er HDI-teknologi blevet en afgørende faktor for moderne elektronik, som især dominerer følgende områder:

• Mobil kommunikation

• Smartphones (4G/5G): Routing med høj tæthed understøtter multikameramoduler, 5G-antenner og højhastighedsprocessorer (f.eks. BGA-pakkede chips).
• Udstyr til basestation: Højfrekvent signaltransmission (f.eks. millimeterbølgebånd) er afhængig af HDI&#8217s materialer med lavt tab (f.eks. Rogers).

• Forbrugerelektronik

• Bærbare enheder: Ultratynde designs (f.eks. foldbare smartphone-bundkort, TWS-ørepropper) kræver HDI&#8217s tyndlagsstabling (1+N+1-struktur).
• Digitale kameraer/AR/VR: Sensorer med høj opløsning og miniaturiserede moduler er afhængige af mikrovias (75 µm) og Via-in-Pad-teknologi.

• Elektronik til biler

• Avancerede førerassistentsystemer (ADAS): Radar- og infotainmentsystemer kræver HDI&#8217s høje pålidelighed (varmebestandighed, vibrationsbestandighed).

• Højtydende databehandling

• AI-servere/GPU'er: Høj ledningsevne og termisk design understøtter højstrømstransmission (kobbertykkelse ≥70µm).

II.De fire høje og den ene lave fordele ved HDI-teknologien

III.Markedsudsigter og understøttende data

• Væksttrend: Fra 2000-2008 voksede den globale produktion af HDI-plader med en CAGR på 14 % (Prismark-data). I 2023 oversteg markedsstørrelsen 12 milliarder dollars med en forventet CAGR i 2030 på 8,3 %.
• Teknologisk udvikling: Ultra HDI (trace/space ≤40µm) og indlejret komponentteknologi vil yderligere drive udviklingen af AIoT og bærbare enheder.

Med sine "fire høje og en lav"-egenskaber fungerer HDI-teknologien som en central drivkraft for udviklingen af elektronikindustrien og har et enormt potentiale inden for 6G-kommunikation, selvkørende køretøjer og kvantecomputere.

Klassificering af HDI-kort

HDI-kort kategoriseres i tre hovedtyper baseret på stablingsmetoden og antallet af lamineringer af blinde vias:

(1) 1+N+1 Type

• Struktur: Har et enkelt lamineringslag til sammenkoblinger med høj tæthed.
• Karakteristika:
• Den mest omkostningseffektive HDI-løsning
• Velegnet til design med moderat kompleksitet
• Typiske anvendelser: Entry-level smartphones, forbrugerelektronik

(2) i+N+i (i≥2) Type

• Struktur:Indeholder to eller flere lamineringslag til sammenkoblinger med høj tæthed.
• Vigtige funktioner:
• Understøtter forskudte eller stablede microvia-konfigurationer
• Avancerede designs bruger ofte kobberfyldte stablede mikrovias
• Giver forbedret routing-tæthed og signalintegritet
• Anvendelser:
• Mobile enheder i mellem- og højprissegmentet
• Netværksudstyr
• Elektronik til biler

(3) ELIC-type (Any-Layer Interconnect)

• Struktur: Alle lag bruger sammenkoblinger med høj tæthed og stablede kobberfyldte mikrovias.
• Fordele:
• Giver fuld designfrihed for forbindelser mellem lagene
• Optimal løsning til komponenter med ultrahøjt pin-antal (f.eks. CPU'er, GPU'er)
• Maksimerer pladsudnyttelsen i kompakte designs
• Typiske brugsscenarier:
• Flagskibs smartphones
• Højtydende databehandling
• Avancerede bærbare enheder

Teknisk sammenligning

Dette klassifikationssystem hjælper designere med at vælge den rette HDI-teknologi baseret på krav til ydeevne, kompleksitet og omkostningsovervejelser. Udviklingen fra 1+N+1 til ELIC repræsenterer stigende kapacitet til at understøtte mere avancerede elektroniske applikationer.

Krav til HDI/BUM PCB-materialers ydeevne

Udviklingen af materialer til HDI-printkort har altid fokuseret på at opfylde kravene om "fire høje og en lav" (høj tæthed, høj frekvens, høj ledningsevne, høj pålidelighed og lave omkostninger).De stigende krav til miniaturisering og ydeevne på printkort opfyldes ved at forbedre egenskaber som modstandsdygtighed over for elektromigration og dimensionsstabilitet.

1. Prepreg-materialer (PP)

• Sammensætning: Harpiks + forstærkede materialer (typisk glasfiber)
• Fordele:
• Lave omkostninger
• God mekanisk stivhed
• Bred anvendelighed
• Begrænsninger:
• Moderat pålidelighed (svagere CAF-modstand)
• Lavere afskalningsstyrke (ikke egnet til krævende faldtest)
• Typiske anvendelser: Forbrugerelektronik i mellem- og lavprissegmentet (f.eks. billige smartphones)

2.Harpiksbelagte kobbermaterialer (RCC)

• Typer:

1. Metalliseret PI-film
2. PI-film + kobberfolie lamineret med klæbemiddel (“ren PI”)
3. Støbt PI-film (flydende PI hærdet på kobberfolie)

• Fordele:
• Fremragende fremstillingsevne
• Høj pålidelighed
• Overlegen styrke ved afskalning af puder (ideel til faldtest)
• Aktiveret mikrovia-laserboringsteknologi
• Begrænsninger:
• Højere omkostninger
• Lavere samlet stivhed (potentielle problemer med skævvridning)
• Påvirkning: Pioner i overgangen fra SMT- til CSP-emballage

3.Laserborbare prepreg-materialer (LDP)

• Positionering: Balance mellem omkostninger og ydeevne mellem PP og RCC
• Fordele:
• Bedre CAF-resistens end PP
• Forbedret ensartethed i det dielektriske lag
• Opfylder/overgår internationale standarder for pad peel-styrke
• Anvendelser: Mellem- og avancerede mobile enheder og elektronik

4.Materialer af flydende krystalpolymer (LCP)

• Vigtige egenskaber:
• Ultra-lav dielektrisk konstant (Dk=2,8 @1GHz)
• Minimal tabstangent (0,0025)
• Indbygget flammehæmning (halogenfri)
• Overlegen dimensionel stabilitet
• Fordele:
• Ideel til højfrekvente/hurtige designs
• Miljøvenlig
• Udfordrer den traditionelle PI-dominans
• Anvendelser: High-end RF/mikrobølgekredsløb, avanceret emballering

Guide til valg af materiale

Forskel i PCB-fremstillingsprocessen mellem kerneholdige og kerneløse plader

I. Kernebaseret HDI-fremstillingsproces

1. Kernekortets karakteristika

• Strukturelt design:
• Bruger gennemgående huller eller hybridstrukturer med nedgravede/blinde/gennemgående huller (typisk 4-6 lag)
• Valgfri konstruktion med metalkerne (forbedret varmeafledning)

Tekniske parametre:

2. Bestyrelsens kernefunktioner

• Mekanisk støtte (sikrer stivhed)
• Elektrisk forbindelsesbro mellem opbygningslagene
• Varmestyring (især for metalkernekort)

3. Vigtige forbehandlingsprocesser

• Via behandling: Via-fyldning + overfladeplanarisering
• Overfladebehandling: Kemiløs kobberbelægning + elektroplettering (1-3 µm tykkelse)
• Overførsel af mønstre: LDI laser direct imaging (±5µm præcision)

II.Banebrydende kerneløs HDI-teknologi

1.Repræsentative teknologier

• ALIVH (Ethvert lags interstitielle via-hul)
• B²IT (Teknologi til sammenkobling af nedgravede bump)

2. Revolutionerende fordele

3. Centrale procesinnovationer

• Sammenkobling af lag:
• Erstatter elektroløst kobber med ledende pasta eller kobberbump
• Laserablation til mikrovias i alle lag (≤50 µm i diameter)
• Sikring af pålidelighed:
• Overfladeruhed i nanoskala (Ra≤0,5µm)
• Dielektriske materialer med lav hærdning (Tg≥200℃)

Afsluttende bemærkninger

Drevet af fremskridt inden for laserboring, materialevidenskab og stabling af flere lag repræsenterer HDI-printkort det ypperste inden for miniaturisering og højtydende elektronik. HDI-teknologien vil fortsætte med at udvikle sig, efterhånden som enhederne kræver højere hastigheder, lavere latenstid og højere pålidelighed, hvilket skubber til grænserne for printkortproduktion.