High Density Interconnector PCB

Was ist der HDI?

HDI, das sich auf eine höhere Verdrahtungsdichte pro Flächeneinheit als bei herkömmlichen Leiterplatten bezieht, ist eine fortschrittliche gedruckte Schaltplatte (PCB)-Technologie, die durch mikrofeine Verdrahtung, mikroskopisch kleine Durchgangsstrukturen und dichte Verdrahtung ein höheres Maß an Integration elektronischer Komponenten erreicht. Bei diesen Leiterplatten werden feinere Drähte und Lücken (≤ 100 µm/0,10 mm), kleinere Durchkontaktierungen (<150 µm) und Pads (<400 µm/0,40 mm) sowie eine höhere Pad-Dichte (>20 Pads/cm2) als bei der herkömmlichen Leiterplattentechnologie verwendet.

Wesentliche Merkmale

• Feinere Strichstärke/Abstände: typischerweise ≤100 µm (0,10 mm), viel niedriger als bei herkömmlichen Leiterplatten (typischerweise 150 µm+).
• Winzige Durchgangslöcher:
• Mit Laserblindheit eingebettete Vias<150 µm im Durchmesser, lasergebohrt für hochdichte Verbindungen zwischen den Schichten.
• Gestapelte/abgestufte Löcher: Verbessern Sie die vertikale Raumnutzung und reduzieren Sie den Bedarf an Schichten.
• Hohe Polsterdichte20 Pads/cm² zur Unterstützung von Multi-Pin-Chips (z. B. BGA-, CSP-Gehäuse).
• Dünne Materialien: Verwendung von Substraten mit niedriger Dielektrizitätskonstante und hoher Stabilität (z. B. FR4, Polyimid).

Hauptmerkmale von HDI-Platten (im Vergleich zu herkömmlichen PCB)

1. Microvia-Design (Laserbohren dominiert)

• Wahl der Technologie: HDI-Karten verwenden in der Regel Laserbohren (Lochdurchmesser typischerweise ≤150µm) und nicht durch mechanisches Bohren. Gründe sind unter anderem:
• Grenzen des mechanischen Bohrens: 0,15-mm-Bohrnadeln sind leicht zu brechen, haben hohe Drehzahlanforderungen und niedrige Effizienz, und können die Tiefenkontrolle nicht realisieren. Sacklochbohrungen.
• Laser-Vorteil: Kann winzige Löcher (z.B. 50µm) bearbeiten, unterstützt Beliebige HDI-Schichtund hat keinen physischen Kontakt und einen hohen Ertrag.

2. Microvia und Lochringdesigns Durchgangsdurchmesser ≤150µm

• Vias ≤150µm und Durchkontaktierungen (Pads) ≤250µm, wodurch durch Verkleinerung der Durchkontaktierung Platz im Layout gewonnen wird.
• Beispiel: Wenn der Aperturdurchmesser von 0,30 mm auf 0,10 mm (Laservias) reduziert wird, kann der Paddurchmesser von 0,60 mm auf 0,35 mm verringert werden, Einsparung von 67% Fläche.
• Direktes Pad Punching (Via-in-Pad): optimiert das Layout von BGA/SMD-Bauteilen weiter und erhöht die Dichte.

3.Hohe Lötstellendichte (>130 Verbindungen/in²)

• Die Dichte der Lötpads bestimmt die Integration der Bauteile. HDI verwirklicht Multifunktionsmodul Baugruppen mit hoher Dichte (z. B. Mobiltelefon-Motherboards) durch Mikro-Miniaturlöcher/Drähte.

4.Hohe Verdrahtungsdichte (>117 Drähte/in²)

• Um der Zunahme der Komponenten gerecht zu werden, muss gleichzeitig die Leitungsdichte erhöht werden. HDI erreicht die komplexe Verdrahtung durch feine Verdrahtung (Linienbreite/Abstand ≤100µm) und Mehrlagenstapelung.

5.Feine Linie (Linienbreite/Lücke ≤ 3 mil/75µm)

• Theoretischer Standard: 75µm/75µm, in der Praxis jedoch häufig verwendet, 100µm/100µm. Grund:
• Prozesskosten75-µm-Verfahren ist anspruchsvoll in Bezug auf Ausrüstung/Materialien, geringe Ausbeute, wenige Anbieter und hohe Kosten.
• Preis-/Leistungsverhältnis: Die 100-µm-Lösung bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Dichte und Kosten und ist für die meisten Anforderungen der Unterhaltungselektronik geeignet.

Die wichtigsten Vorteile von HDI

HDI fördert die Miniaturisierung und hohe Leistungsfähigkeit elektronischer Produkte durch Microvia-, Fine-Line- und High-Density-Verbindungenund ist eine Schlüsseltechnologie für 5G, KI und mobile Geräte.

HDI PCB Technisches Datenblatt

Anwendungen und Hauptvorteile von HDI-Boards

I. Hauptanwendungsbereiche von HDI-Boards

Mit dem Fortschritt der Halbleitertechnologie in Richtung Miniaturisierung und hoher Leistung ist die HDI-Technologie zu einem entscheidenden Faktor für die moderne Elektronik geworden, insbesondere in den folgenden Bereichen:

• Mobile Kommunikation

• Smartphones (4G/5G): High-Density-Routing unterstützt Multi-Kamera-Module, 5G-Antennen und Hochgeschwindigkeits-Prozessoren (z. B. BGA-verpackte Chips).
• Ausrüstung der Basisstation: Die Übertragung von Hochfrequenzsignalen (z. B. in Millimeterwellenbändern) hängt von den verlustarmen Materialien von HDI&#8217 ab (z. B. Rogers).

• Unterhaltungselektronik

• Tragbare Geräte: Ultradünne Designs (z. B. faltbare Smartphone-Motherboards, TWS-Kopfhörer) erfordern HDI’s Dünnschicht-Stacking (1+N+1-Struktur).
• Digitalkameras/AR/VR: Hochauflösende Sensoren und miniaturisierte Module basieren auf Mikrovias (<75µm) und der Via-in-Pad-Technologie.

• Kfz-Elektronik

• Erweiterte Fahrerassistenzsysteme (ADAS): Radar- und Infotainmentsysteme erfordern die hohe Zuverlässigkeit von HDI (Hitze- und Vibrationsbeständigkeit).

• Hochleistungs-Computing

• AI-Server/GPUs: Hohe Leitfähigkeit und thermisches Design unterstützen die Hochstromübertragung (Kupferstärke ≥70µm).

II.Die “Vier Höhen und eine Tiefe” Vorteile der HDI-Technologie

III.Marktausblick und unterstützende Daten

• Wachstumstrend: Von 2000 bis 2008 wuchs die weltweite Produktion von HDI-Karten mit einer CAGR von 14 % (Daten von Prismark). Bis 2023 wird der Markt ein Volumen von über 12 Mrd. $ erreichen, mit einer prognostizierten CAGR von 8,3 % bis 2030.
• Entwicklung der Technologie: Ultra HDI (Spur/Raum ≤40µm) und eingebettete Komponententechnologie werden die Entwicklung von AIoT und tragbaren Geräten weiter vorantreiben.

Mit ihren vier Höhen und einer Tiefe ist die HDI-Technologie ein zentraler Treiber für den Fortschritt in der Elektronikindustrie und birgt immenses Potenzial für die 6G-Kommunikation, autonome Fahrzeuge und Quantencomputer.

Klassifizierung von HDI-Karten

HDI-Platten werden in drei Haupttypen eingeteilt, die auf der Stapelungsmethode und der Anzahl der laminierten Blind Vias basieren:

(1) 1+N+1 Typ

• Struktur: Verfügt über eine einzige Laminierschicht für Verbindungen mit hoher Packungsdichte.
• Merkmale:
• Die kostengünstigste HDI-Lösung
• Geeignet für Entwürfe mit mittlerer Komplexität
• Typische Anwendungen: Einsteiger-Smartphones, Unterhaltungselektronik

(2) i+N+i (i≥2) Typ

• Struktur:Enthält zwei oder mehr Laminierschichten für Verbindungen mit hoher Dichte.
• Wesentliche Merkmale:
• Unterstützt gestaffelte oder gestapelte Microvia-Konfigurationen
• Moderne Designs verwenden oft kupfergefüllte, gestapelte Mikrovias
• Bietet eine verbesserte Routingdichte und Signalintegrität
• Anwendungen:
• Mobile Geräte der mittleren bis oberen Preisklasse
• Ausrüstung für die Vernetzung
• Kfz-Elektronik

(3) Any-Layer Interconnect (ELIC) Typ

• Struktur: Alle Schichten verwenden hochdichte Verbindungen mit gestapelten kupfergefüllten Mikrovias.
• Vorteile:
• Ermöglicht völlige Designfreiheit für Zwischenschichtverbindungen
• Optimale Lösung für Komponenten mit extrem hoher Pinanzahl (z. B. CPUs, GPUs)
• Maximiert die Raumnutzung in kompakten Designs
• Typische Anwendungsfälle:
• Flaggschiff-Smartphones
• Leistungsstarkes Rechnen
• Fortschrittliche tragbare Geräte

Technischer Vergleich

Dieses Klassifizierungssystem hilft Entwicklern bei der Auswahl der geeigneten HDI-Technologie auf der Grundlage von Leistungsanforderungen, Komplexität und Kostenüberlegungen. Die Entwicklung von 1+N+1 zu ELIC steht für zunehmende Fähigkeiten zur Unterstützung fortgeschrittener elektronischer Anwendungen.

HDI/BUM PCB Material Leistungsanforderungen

Bei der Entwicklung von Materialien für HDI-Leiterplatten lag der Schwerpunkt stets auf der Erfüllung der "vier Hochs und ein Tief" (hohe Dichte, hohe Frequenz, hohe Leitfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit und niedrige Kosten).Die zunehmende Miniaturisierung und der Leistungsbedarf von Leiterplatten werden durch die Verbesserung von Eigenschaften wie Elektromigrationsbeständigkeit und Formstabilität erfüllt.

1. Prepreg (PP) Materialien

• Zusammensetzung: Harz + verstärkte Materialien (typischerweise Glasfasern)
• Vorteile:
• Geringe Kosten
• Gute mechanische Steifigkeit
• Breite Anwendbarkeit
• Beschränkungen:
• Mäßige Zuverlässigkeit (schwächere CAF-Resistenz)
• Geringere Schälfestigkeit des Pads (nicht geeignet für anspruchsvolle Anwendungen im Falltest)
• Typische Anwendungen: Unterhaltungselektronik der mittleren bis unteren Preisklasse (z. B. preiswerte Smartphones)

2.Kunstharzbeschichtete Kupferwerkstoffe (RCC)

• Typen:

1. Metallisierte PI-Folie
2. PI-Film + mit Klebstoff laminierte Kupferfolie (“Pure PI”)
3. Gegossene PI-Folie (auf Kupferfolie ausgehärtetes flüssiges PI)

• Vorteile:
• Ausgezeichnete Herstellbarkeit
• Hohe Zuverlässigkeit
• Hervorragende Schälfestigkeit des Pads (ideal für Falltestanwendungen)
• Ermöglicht Microvia-Laserbohrtechnik
• Beschränkungen:
• Höhere Kosten
• Geringere Gesamtsteifigkeit (mögliche Verformungsprobleme)
• Auswirkungen: Pionierarbeit beim Übergang vom SMT- zum CSP-Gehäuse

3.Laserbohrbare Prepreg-Materialien (LDP)

• Positionierung: Kosten-Nutzen-Verhältnis zwischen PP und RCC
• Vorteile:
• Bessere CAF-Beständigkeit als PP
• Verbesserte Gleichmäßigkeit der dielektrischen Schicht
• Erfüllt/übertrifft die internationalen Normen für die Schälfestigkeit von Blöcken
• Anwendungen: Mobile Geräte und Elektronik der mittleren bis oberen Preisklasse

4.Flüssigkristallpolymere (LCP) Materialien

• Wichtige Eigenschaften:
• Ultra-niedrige Dielektrizitätskonstante (Dk=2,8 @1GHz)
• Minimale Verlusttangente (0,0025)
• Inhärente Flammwidrigkeit (halogenfrei)
• Hervorragende Dimensionsstabilität
• Vorteile:
• Ideal für Hochfrequenz-/Hochgeschwindigkeitsdesigns
• Umweltfreundlich
• Anfechtung der traditionellen PI-Dominanz
• Anwendungen: Hochwertige RF/Mikrowellen-Schaltungen, fortschrittliches Packaging

Leitfaden zur Materialauswahl

Unterschied im Herstellungsprozess von Leiterplatten zwischen kernhaltigen und kernlosen Leiterplatten

I. Kernbasierter HDI-Herstellungsprozess

1. Merkmale der Hauptplatine

• Struktureller Entwurf:
• Verwendung von Durchgangslöchern oder hybriden Unterflur-/Blind-/Durchgangslochstrukturen (in der Regel 4-6 Schichten)
• Optionale Metallkernkonstruktion (verbesserte Wärmeableitung)

Technische Parameter:

2. Kernfunktionen des Verwaltungsrats

• Mechanische Unterstützung (gewährleistet Steifigkeit)
• Elektrische Verbindungsbrücke zwischen den Aufbauschichten
• Wärmemanagement (insbesondere für Metallkernplatinen)

3. Wichtige Vorbehandlungsprozesse

• Über die Behandlung: Via-Füllung + Oberflächenplanarisierung
• Oberflächenbehandlung: Stromlose Verkupferung + galvanische Beschichtung (1-3µm Dicke)
• Übertragung von Mustern: LDI Laser Direct Imaging (±5µm Genauigkeit)

II.Die bahnbrechende kernlose HDI-Technologie

1.Repräsentative Technologien

• ALIVH (Beliebige Schicht Interstitial Via Hole)
• B²IT (Buried Bump Interconnection Technology)

2. Revolutionäre Vorteile

3. Kernprozess-Innovationen

• Zusammenschaltung der Schichten:
• Ersetzt stromloses Kupfer durch leitfähige Paste oder Kupferbumps
• Laserablation für Mikrovias in jeder Schicht (≤50µm Durchmesser)
• Sicherung der Zuverlässigkeit:
• Aufrauen der Oberfläche im Nanobereich (Ra≤0,5µm)
• Niedrig härtende dielektrische Materialien (Tg≥200℃)

Schlussbemerkungen

Dank der Fortschritte beim Laserbohren, in der Materialwissenschaft und bei der mehrlagigen Stapelung stellen HDI-Leiterplatten den neuesten Stand der Miniaturisierung und Hochleistungselektronik dar. Die HDI-Technologie wird sich weiter entwickeln, da die Geräte höhere Geschwindigkeiten, geringere Latenzzeiten und höhere Zuverlässigkeit erfordern, wodurch die Grenzen der Leiterplattenherstellung weiter verschoben werden.