High Density Interconnector PCB

Mikä on HDI?

HDI, jolla tarkoitetaan suurempaa johdotustiheyttä pinta-alayksikköä kohti kuin tavanomaisilla painetuilla piirilevyillä, on kehittynyt painettu piirilevy (PCB) -tekniikka, jolla saavutetaan korkeampi elektronisten komponenttien integroinnin taso mikrohienojen johdotusten, mikroskooppisten läpivientirakenteiden ja tiheän johdotuksen avulla. Näissä levyissä käytetään hienompia johtoja ja aukkoja (≤ 100 µm/0,10 mm), pienempiä läpivientejä (<150 µm) ja tyynyjä (<400 µm/0,40 mm) sekä suurempia tyynytiheyksiä (>20 tyynyä/cm2) kuin tavanomaisessa piirilevytekniikassa.

Keskeiset ominaisuudet

• Hienompi viivan leveys/väli: tyypillisesti ≤100 µm (0,10 mm), mikä on paljon vähemmän kuin tavanomaisilla piirilevyillä (tyypillisesti yli 150 µm).
• Pienet reiät reikien kautta:
• Laser sokeasti upotetut läpiviennit: <150 µm halkaisijaltaan, laserporattu kerrosten välisiä tiheitä yhteyksiä varten.
• Pinotut / porrastetut reiät: Parantaa pystysuoran tilan käyttöä ja vähentää kerrosvaatimuksia.
• Korkea tyynyn tiheys: >20 tyynyä/cm² usean nastan sirujen (esim. BGA- ja CSP-pakkaukset) tukemiseksi.
• Ohuet materiaalit: Alhaisen dielektrisyysvakion ja korkean stabiilisuuden omaavien substraattien käyttö (esim. FR4, polyimidi).

HDI-levyjen keskeiset ominaisuudet (verrattuna perinteiseen PCB:hen)

1. Microvia-suunnittelu (laserporaus hallitsee)

• Teknologian valinta: HDI-levyt käyttävät yleisesti laserporaus (reikien halkaisijat tyypillisesti ≤150 µm) mekaanisen porauksen sijaan. Syitä ovat mm:
• Mekaanisen porauksen rajat: 0,15 mm:n poraneulat ovat helposti rikkoutuvia, niillä on korkeat kierroslukuvaatimukset ja alhainen hyötysuhde, eikä niillä voida toteuttaa syvyyden säätöä. sokeat haudatut reiät.
• Laser Advantage: Voi käsitellä pieniä reikiä (esim. 50 µm), tukee Minkä tahansa kerroksen HDI, ja sillä ei ole fyysistä kosketusta ja sen tuotto on suuri.

2. Microvia- ja reikärengasmallit Läpimitta ≤150µm

• Läpiviennit ≤150µm ja läpiviennit (läpiviennit) ≤250µm, mikä vapauttaa layout-tilaa kaventamalla läpivientiä.
• Esimerkki: Jos aukon halkaisijaa pienennetään 0,30 mm:stä 0,10 mm:iin (laserläpiviennit), alustan halkaisija voidaan pienentää 0,60 mm:stä 0,35 mm:iin, säästö 67% pinta-alasta.
• Suora lävistys (Via-in-Pad): optimoi edelleen BGA/SMD-komponenttien asettelua ja lisää tiheyttä.

3.Korkea juotosliitoksen tiheys (> 130 liitosta / in²)

• Juotosalustan tiheys määrittää komponenttien integroinnin. HDI toteuttaa monitoimimoduuli erittäin tiheä kokoonpano (esim. matkapuhelinten emolevyt) mikrominiatyyrireikien/johtojen kautta.

4.Korkea johdotustiheys (>117 johdinta/in²)

• Jotta komponenttien määrä kasvaisi, linjatiheyttä on lisättävä samanaikaisesti. HDI:llä saavutetaan monimutkainen johdotus hieno johdotus (viivan leveys/väli ≤100µm) ja monikerroksinen pinoaminen.

5.Hieno viiva (viivan leveys/väli ≤ 3 mil/75µm)

• Teoreettinen standardi: 75µm/75µm, mutta käytännössä käytetään yleisesti 100µm/100µm. Syy:
• Prosessin kustannukset: 75 µm:n prosessi on vaativa laitteille/materiaaleille, sen tuotto on alhainen, myyjiä on vähän ja kustannukset ovat korkeat.
• Hinta/suorituskyky tasapaino: 100 µm:n ratkaisu on tasapainossa tiheyden ja kustannusten välillä, ja se soveltuu useimpiin kulutuselektroniikan tarpeisiin.

HDI:n keskeiset edut

HDI edistää elektroniikkatuotteiden miniatyrisointia ja korkeaa suorituskykyä seuraavin keinoin microvia-, fine line- ja high-density-yhteydet, ja se on keskeinen teknologia 5G:n, tekoälyn ja kannettavien laitteiden kannalta.

HDI PCB Tekniset tiedot

HDI-levyjen sovellukset ja keskeiset edut

I. HDI-levyjen tärkeimmät sovellusalueet

Kun puolijohdeteknologia on kehittynyt kohti pienentämistä ja suurta suorituskykyä, HDI-teknologiasta on tullut nykyaikaisen elektroniikan kriittinen mahdollistaja, joka hallitsee erityisesti seuraavia aloja:

• Matkaviestintä

• Älypuhelimet (4G/5G): Tiheä reititys tukee monikameramoduuleja, 5G-antenneja ja nopeita prosessoreita (esim. BGA-pakattuja siruja).
• Tukiaseman laitteet: Suurtaajuussignaalien siirto (esim. millimetriaaltokaistat) perustuu HDI-materiaaleihin (esim. Rogers), joilla on alhainen häviö.

• Viihde-elektroniikka

• Kannettavat laitteet: Erittäin ohuet mallit (esim. taitettavat älypuhelinten emolevyt, TWS-kuulokkeet) edellyttävät HDI:n ohutkerroksista pinoamista (1+N+1-rakenne).
• Digitaalikamerat/AR/VR: Korkean resoluution anturit ja miniatyrisoidut moduulit ovat riippuvaisia mikroviivoista (<75µm) ja Via-in-Pad-tekniikasta.

• Autoteollisuuden elektroniikka

• Kehittyneet kuljettajan apujärjestelmät (ADAS): Tutka- ja infotainment-järjestelmät vaativat HDI:n suurta luotettavuutta (lämmönkestävyys, tärinänkestävyys).

• Suorituskykyinen tietojenkäsittely

• Tekoälypalvelimet/GPU:t: Korkea johtavuus ja lämpösuunnittelu tukevat suurta virransiirtoa (kuparin paksuus ≥70µm).

II.“Neljä korkeaa ja yksi matala” HDI-tekniikan edut

III.Markkinanäkymät ja taustatiedot

• Kasvusuuntaus: Vuosina 2000-2008 maailmanlaajuinen HDI-levytuotanto kasvoi CAGR:llä 14 % (Prismarkin tiedot). Vuoteen 2023 mennessä markkinoiden koko on yli 12 miljardia dollaria, ja vuonna 2030 ennustettu CAGR on 8,3 %.
• Teknologian kehitys: Ultra HDI (jälki/tilavuus ≤40µm) ja sulautettu komponenttitekniikka edistävät edelleen AIoT:n ja puettavien laitteiden kehitystä.

“Neljä korkeaa ja yksi matala” -ominaisuuksiensa ansiosta HDI-teknologia toimii elektroniikkateollisuuden kehityksen keskeisenä veturina, ja sillä on valtavat mahdollisuudet 6G-viestinnässä, autonomisissa ajoneuvoissa ja kvanttilaskennassa.

HDI-levyjen luokittelu

HDI-levyt luokitellaan kolmeen päätyyppiin pinoamismenetelmän ja sokeiden läpivientien laminointimäärän perusteella:

(1) 1+N+1 Tyyppi

• Rakenne: Sisältää yhden laminointikerroksen tiheitä liitäntöjä varten.
• Ominaisuudet:
• Kustannustehokkain HDI-ratkaisu
• Soveltuu kohtalaisen monimutkaisiin malleihin
• Tyypilliset sovellukset: Alkutason älypuhelimet, kulutuselektroniikka

(2) i+N+i (i≥2) Tyyppi

• Rakenne:Sisältää kaksi tai useampia laminointikerroksia tiheitä yhteyksiä varten.
• Tärkeimmät ominaisuudet:
• Tukee porrastettuja tai pinottuja microvia-kokoonpanoja.
• Kehittyneissä malleissa käytetään usein kuparitäytteisiä pinottuja mikroviaseita.
• Tarjoaa paremman reititystiheyden ja signaalin eheyden
• Sovellukset:
• Keski- ja korkealuokkaiset mobiililaitteet
• Verkkolaitteet
• Autoelektroniikka

(3) Minkä tahansa kerroksen yhteenliitäntä (ELIC-tyyppi)

• Rakenne: Kaikissa kerroksissa käytetään erittäin tiheitä liitäntöjä, joissa on pinottuja kuparitäytteisiä mikroviirejä.
• Edut:
• Mahdollistaa täydellisen suunnitteluvapauden kerrosten välisille liitoksille
• Optimaalinen ratkaisu erittäin suuren nastamäärän komponentteihin (esim. suorittimet, näytönohjaimet).
• Maksimoi tilankäytön kompakteissa malleissa
• Tyypilliset käyttötapaukset:
• Lippulaivaälypuhelimet
• Suorituskykyinen tietojenkäsittely
• Kehittyneet puettavat laitteet

Tekninen vertailu

Tämä luokittelujärjestelmä auttaa suunnittelijoita valitsemaan sopivan HDI-teknologian suorituskykyvaatimusten, monimutkaisuuden ja kustannusten perusteella. Kehitys 1+N+1:stä ELIC:iin edustaa yhä kehittyneempien elektroniikkasovellusten tukemiseen tarvittavien valmiuksien lisääntymistä.

HDI/BUM PCB-materiaalin suorituskykyvaatimukset

HDI-piirilevyjen materiaalien kehittämisessä on aina keskitytty täyttämään "neljä korkeaa ja yksi matala" -vaatimukset (suuri tiheys, korkea taajuus, korkea johtavuus, korkea luotettavuus ja alhaiset kustannukset).Painettujen piirilevyjen lisääntyvään pienentämiseen ja suorituskykyvaatimuksiin vastataan parantamalla ominaisuuksia, kuten elektromigraatiokestävyyttä ja mittapysyvyyttä.

1. Prepreg (PP) materiaalit

• Koostumus: Hartsi + vahvistetut materiaalit (tyypillisesti lasikuitu).
• Edut:
• Alhaiset kustannukset
• Hyvä mekaaninen jäykkyys
• Laaja sovellettavuus
• Rajoitukset:
• Kohtalainen luotettavuus (heikompi CAF-kestävyys)
• Alhaisempi tyynyn kuorintalujuus (ei sovellu pudotustestin vaativiin sovelluksiin).
• Tyypilliset sovellukset: Keski- ja alhaista luokkaa oleva kulutuselektroniikka (esim. edulliset älypuhelimet).

2.Hartsipäällysteinen kupari (RCC) Materiaalit

• Tyypit:

1. Metalloitu PI-kalvo
2. PI-kalvo + kuparifolio laminoitu liimalla (“Pure PI”)
3. Valettu PI-kalvo (nestemäinen PI kovetettu kuparifoliolle)

• Edut:
• Erinomainen valmistettavuus
• Korkea luotettavuus
• Erinomainen tyynyn kuorintalujuus (ihanteellinen pudotustestisovelluksiin).
• Microvia-laserporaustekniikka
• Rajoitukset:
• Korkeammat kustannukset
• Pienempi kokonaisjäykkyys (mahdolliset vääntymisongelmat)
• Vaikutus: Pioneerina siirtymisessä SMT-pakkauksista CSP-pakkauksiin.

3.Laserporattavat prepreg-materiaalit (LDP)

• Paikannus: PP:n ja RCC:n kustannustehokkuuden tasapaino
• Edut:
• Parempi CAF-kestävyys kuin PP
• Parannettu dielektrisen kerroksen tasaisuus
• Täyttää/ylittää kansainväliset standardit tyynyn kuorintalujuuden osalta.
• Sovellukset: Keski- ja korkealuokkaiset mobiililaitteet ja elektroniikka

4.Nestekidepolymeerimateriaalit (LCP)

• Tärkeimmät ominaisuudet:
• Erittäin alhainen dielektrisyysvakio (Dk=2,8 @1GHz)
• Pienin häviötangentti (0,0025)
• Sisäinen palonesto (halogeeniton)
• Erinomainen mittapysyvyys
• Edut:
• Ihanteellinen suurtaajuus-/korkeanopeussuunnitteluun.
• Ympäristöystävällinen
• Perinteisen PI:n hallitsevan aseman kyseenalaistaminen
• Sovellukset: Korkealuokkaiset RF/mikroaaltopiirit, kehittyneet pakkaukset

Materiaalin valintaopas

Ero PCB-valmistusprosessissa ydintä sisältävien levyjen ja ydintymättömien levyjen välillä

I. Ydinpohjainen HDI-valmistusprosessi

1. Ydinlevyn ominaisuudet

• Rakennesuunnittelu:
• Käytetään läpireikiä tai hybridirakenteita (tyypillisesti 4-6 kerrosta).
• Valinnainen metalliydinrakenne (parannettu lämpöhäviö)

Tekniset parametrit:

2. Hallituksen ydintoiminnot

• Mekaaninen tuki (varmistaa jäykkyyden)
• Rakennekerrosten välinen sähköinen yhdyssilta
• Lämmönhallinta (erityisesti metalliydinlevyjen osalta)

3. Tärkeimmät esikäsittelyprosessit

• Hoidon kautta: Väylien täyttö + pinnan tasoitus
• Pintakäsittely: Sähkötön kuparointi + galvanointi (1-3µm paksuus).
• Kuvion siirto: LDI laser direct imaging (±5µm tarkkuus)

II.Läpimurto Coreless HDI -tekniikka

1.Edustavat teknologiat

• ALIVH (Minkä tahansa kerroksen väliin jäävä läpivientireikä)
• B²IT (Buried Bump Interconnection Technology -tekniikka)

2. Vallankumoukselliset edut

3. Ydinprosessi-innovaatiot

• Kerrosten yhteenliittäminen:
• Korvaa sähköttömän kuparin johtavalla tahnalla tai kuparipaloilla
• Laserablaatio minkä tahansa kerroksen mikroviasille (halkaisija ≤50 µm)
• Luotettavuuden varmistaminen:
• Nanokokoluokan pinnan karhennus (Ra≤0,5µm)
• Heikosti kovettuvat dielektriset materiaalit (Tg≥200 ℃)

Loppuhuomautukset

Laserporauksen, materiaalitieteen ja monikerroksisen pinoamisen edistymisen ansiosta HDI-piirilevyt edustavat miniatyrisoinnin ja korkean suorituskyvyn elektroniikan huippua. HDI-teknologia kehittyy edelleen, kun laitteet vaativat suurempia nopeuksia, pienempää viiveaikaa ja suurempaa luotettavuutta, mikä asettaa piirilevyjen valmistuksen rajoja.