Interconnecteur haute densité PCB

Qu'est-ce que l'IDH ?

L'IDH, qui se réfère à une densité de câblage plus élevée par unité de surface que les cartes de circuits imprimés conventionnelles, est une technologie de pointe. carte de circuit imprimé (PCB) qui permet d'atteindre des niveaux plus élevés d'intégration des composants électroniques grâce à un câblage microfin, à des structures de via microscopiques et à un câblage dense. Ces cartes utilisent des fils et des espaces plus fins (≤ 100 µm/0,10 mm), des vias (<150 µm) et des plots (<400 µm/0,40 mm) plus petits, et des densités de plots plus élevées (>20 plots/cm2) que la technologie PCB conventionnelle.

Caractéristiques principales

• Largeur de ligne/espacement plus finLes dimensions de l'enveloppe sont généralement ≤100 µm (0,10 mm), ce qui est nettement inférieur à celles des PCB conventionnels (généralement 150 µm+).
• Trous d'entrée minuscules:
• Vias incorporés par aveuglement laserLes couches de la plaque de base sont des couches d'un diamètre de <150 µm, percées au laser pour des connexions à haute densité entre les couches.
• Trous empilés/décalés: Améliorer l'utilisation de l'espace vertical et réduire les besoins en couches.
• Densité élevée des tampons: >20 pads/cm² pour les puces à plusieurs broches (par ex. BGA, boîtiers CSP).
• Matériaux minces: Utilisation de substrats à faible constante diélectrique et à haute stabilité (par exemple FR4, polyimide).

Principales caractéristiques des cartes HDI (par rapport aux cartes classiques)

1. Conception de microvia (perçage laser dominé)

• Choix de la technologie: Les cartes HDI utilisent généralement perçage au laser (diamètre des trous typiquement ≤150µm) plutôt que de procéder à un perçage mécanique. Les raisons sont les suivantes :
• Limites du forage mécanique: Les aiguilles de forage de 0,15 mm se cassent facilement, ont des exigences élevées en matière de vitesse de rotation et une faible efficacité, et sont incapables de réaliser le contrôle de la profondeur de l'eau. trous aveugles et enterrés.
• Avantage du laser: Peut traiter des trous minuscules (par exemple, 50µm), prend en charge HDI toutes couchesIl n'y a pas de contact physique et le rendement est élevé.

2. Modèles d'anneaux de microvia et de trous Diamètre de l'axe ≤150µm

• Vias ≤150µm et des vias (pads) ≤250µm, ce qui permet de libérer de l'espace en rétrécissant les via.
• Exemple: Si le diamètre de l'ouverture est réduit de 0,30 mm à 0,10 mm (vias laser), le diamètre du tampon peut être réduit de 0,60 mm à 0,35 mm, économie de 67% de surface.
• Perforation directe du tampon (Via-in-Pad): optimise encore l'agencement des composants BGA/SMD et augmente la densité.

3.Densité élevée des joints de soudure (>130 joints/po²)

• La densité des plages de soudure détermine l'intégration des composants. HDI réalise module multifonctionnel assemblage à haute densité (par exemple, cartes mères de téléphones portables) à travers des trous/fils micro-miniatures.

4.Densité de câblage élevée (117 fils/po²)

• Afin de répondre à l'augmentation du nombre de composants, la densité des lignes doit être augmentée simultanément. L'IDH permet d'obtenir un câblage complexe grâce à câblage fin (largeur de ligne/espacement ≤100µm) et empilage multicouche.

5.Ligne fine (largeur de ligne/espace ≤ 3 mil/75µm)

• Norme théoriqueLe nombre d'échantillons peut être fixé à 75µm/75µm, mais dans la pratique, il est souvent fixé à 100µm/100µm. Raison :
• Coût du processusLe procédé 75µm est exigeant en équipements/matériaux, le rendement est faible, les fournisseurs sont peu nombreux et le coût est élevé.
• Équilibre prix/performance: La solution 100µm offre un équilibre entre la densité et le coût et convient à la plupart des besoins de l'électronique grand public.

Principaux avantages de l'IDH

L'IDH favorise la miniaturisation et la haute performance des produits électroniques par les moyens suivants interconnexions microvia, ligne fine et haute densitéIl s'agit d'une technologie clé pour la 5G, l'IA et les appareils portables.

Fiche technique du PCB HDI

Applications et principaux avantages des cartes HDI

I. Principaux domaines d'application des panneaux HDI

Avec l'évolution de la technologie des semi-conducteurs vers la miniaturisation et la haute performance, la technologie HDI est devenue un outil essentiel pour l'électronique moderne, en particulier dans les domaines suivants :

• Communications mobiles

• Smartphones (4G/5G): Le routage haute densité prend en charge les modules multi-caméras, les antennes 5G et les processeurs à grande vitesse (par exemple, les puces emballées en BGA).
• Équipement de station de base: La transmission de signaux à haute fréquence (par exemple, les bandes d'ondes millimétriques) repose sur les matériaux à faible perte de l'IDH (par exemple, Rogers).

• Électronique grand public

• Appareils portables: Les conceptions ultra-minces (par exemple, les cartes mères de smartphones pliables, les écouteurs TWS) nécessitent l'empilement de couches minces de HDI (structure 1+N+1).
• Appareils photo numériques/AR/VR: Les capteurs à haute résolution et les modules miniaturisés dépendent des microvias (<75µm) et de la technologie Via-in-Pad.

• Électronique automobile

• Systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS): Les radars et les systèmes d'infotainment exigent une grande fiabilité du HDI (résistance à la chaleur, résistance aux vibrations).

• Calcul à haute performance

• Serveurs/GPU d'IA: La conductivité élevée et la conception thermique favorisent la transmission de courants élevés (épaisseur de cuivre ≥70µm).

II.Les “quatre hauts et un bas&#8221 ; avantages de la technologie HDI

III.Perspectives du marché et données complémentaires

• Tendance à la croissance: Entre 2000 et 2008, la production mondiale de panneaux HDI a augmenté à un taux de croissance annuel moyen de 14 % (données Prismark). En 2023, la taille du marché dépassait les 12 milliards de dollars, avec un TCAC prévu pour 2030 de 8,3 %.
• Évolution de la technologie: L'Ultra HDI (trace/espace ≤40µm) et la technologie des composants embarqués stimuleront davantage le développement de l'AIoT et des dispositifs portables.

Avec ses caractéristiques "quatre hauts et un bas", la technologie HDI est un moteur essentiel de l'évolution de l'industrie électronique et présente un immense potentiel pour les communications 6G, les véhicules autonomes et l'informatique quantique.

Classification des cartes HDI

Les cartes HDI sont classées en trois catégories principales en fonction de la méthode d'empilage et du nombre de stratification des trous borgnes :

(1) 1+N+1 Type

• Structure: Comprend une seule couche de laminage pour les interconnexions à haute densité.
• Caractéristiques:
• La solution HDI la plus rentable
• Convient aux conceptions de complexité moyenne
• Applications typiques : Smartphones d'entrée de gamme, électronique grand public

(2) i+N+i (i≥2) Type

• Structure:Incorpore deux ou plusieurs couches de laminage pour les interconnexions à haute densité.
• Caractéristiques principales:
• Prise en charge des configurations microvia décalées ou empilées
• Les modèles avancés utilisent souvent des microvias empilées remplies de cuivre.
• Amélioration de la densité de routage et de l'intégrité des signaux
• Applications:
• Appareils mobiles de moyenne à haute gamme
• Équipement de réseau
• Électronique automobile

(3) Type d'interconnexion toute couche (ELIC)

• Structure: Toutes les couches utilisent des interconnexions à haute densité avec des microvias empilées et remplies de cuivre.
• Avantages:
• Permet une liberté de conception totale pour les connexions entre les couches
• Solution optimale pour les composants à nombre de broches très élevé (par exemple, CPU, GPU)
• Maximise l'utilisation de l'espace dans les conceptions compactes
• Cas d'utilisation typiques:
• Smartphones phares
• Calcul à haute performance
• Dispositifs portables avancés

Comparaison technique

Ce système de classification aide les concepteurs à choisir la technologie HDI appropriée en fonction des exigences de performance, de la complexité et des considérations de coût. L'évolution de 1+N+1 à ELIC représente des capacités croissantes pour soutenir des applications électroniques plus avancées.

Exigences en matière de performances des matériaux pour circuits imprimés HDI/BUM

Le développement de matériaux pour les cartes de circuits imprimés HDI a toujours été axé sur la satisfaction des exigences "quatre hauts et un bas" (haute densité, haute fréquence, haute conductivité, haute fiabilité et faible coût).Les besoins croissants de miniaturisation et de performance des circuits imprimés sont satisfaits par l'amélioration de propriétés telles que la résistance à l'électromigration et la stabilité dimensionnelle.

1. Matériaux préimprégnés (PP)

• Composition: Résine + matériaux renforcés (généralement fibre de verre)
• Avantages:
• Faible coût
• Bonne rigidité mécanique
• Large applicabilité
• Limites:
• Fiabilité modérée (faible résistance au CAF)
• Résistance au pelage du tampon plus faible (ne convient pas aux applications exigeant des tests de chute)
• Applications typiques: Produits électroniques grand public de milieu et de bas de gamme (par exemple, smartphones à bas prix)

2.Matériaux en cuivre revêtu de résine (RCC)

• Les types:

1. Film PI métallisé
2. Film PI + feuille de cuivre laminée avec de l&#8217adhésif (“Pure PI&#8221 ;)
3. Film PI coulé (PI liquide durci sur une feuille de cuivre)

• Avantages:
• Excellente aptitude à la fabrication
• Haute fiabilité
• Résistance supérieure au pelage du tampon (idéal pour les applications de test de chute)
• Technologie de forage au laser microvia activée
• Limites:
• Coût plus élevé
• Rigidité globale plus faible (problèmes potentiels de déformation)
• Impact: A été le pionnier du passage de l'emballage SMT à l'emballage CSP

3.Matériaux pré-imprégnés percés au laser (LDP)

• Positionnement: Équilibre coût-performance entre le PP et le RCC
• Avantages:
• Meilleure résistance au CAF que le PP
• Meilleure uniformité de la couche diélectrique
• Satisfait ou dépasse les normes internationales en matière de résistance au décollement des tampons.
• Applications: Appareils mobiles et électroniques de milieu à haut de gamme

4.Matériaux à base de polymères à cristaux liquides (LCP)

• Propriétés principales:
• Constante diélectrique ultra-faible (Dk=2,8 @1GHz)
• Tangente de perte minimale (0.0025)
• Retardateur de flamme inhérent (sans halogène)
• Stabilité dimensionnelle supérieure
• Avantages:
• Idéal pour les conceptions à haute fréquence et à haute vitesse
• Respect de l'environnement
• Remettre en cause la domination traditionnelle de l'IP
• Applications: Circuits RF/micro-ondes haut de gamme, conditionnement avancé

Guide de sélection des matériaux

Différence dans le processus de fabrication des PCB entre les cartes avec noyau et les cartes sans noyau

I. Processus de fabrication de l'IDH à base de noyaux

1. Caractéristiques principales de la carte

• Conception structurelle:
• Utilise des trous de passage ou des structures hybrides enterrées/aveugles/trou de passage (généralement 4 à 6 couches).
• Construction à noyau métallique en option (meilleure dissipation thermique)

Paramètres techniques:

2. Fonctions essentielles du conseil d'administration

• Support mécanique (assure la rigidité)
• Pont d'interconnexion électrique entre les couches de construction
• Gestion thermique (en particulier pour les cartes à âme métallique)

3. Principaux procédés de prétraitement

• Via le traitement: Remplissage des orifices + planarisation de la surface
• Traitement de surface: Cuivrage chimique + galvanoplastie (épaisseur 1-3µm)
• Transfert de modèle: LDI imagerie directe par laser (précision ±5µm)

II.Technologie révolutionnaire HDI sans noyau

1.Technologies représentatives

• ALIVH (Trou de passage interstitiel de n'importe quelle couche)
• B²IT (Technologie d'interconnexion à bosses enterrées)

2. Avantages révolutionnaires

3. Innovations dans les processus de base

• Interconnexion des couches:
• Remplace le cuivre chimique par de la pâte conductrice ou des bosses en cuivre
• Ablation laser pour les microvias de toutes les couches (≤50µm de diamètre)
• Assurance de la fiabilité:
• Rugosité de surface à l'échelle nanométrique (Ra≤0,5µm)
• Matériaux diélectriques à faible réticulation (Tg≥200℃)

Remarques finales

Grâce aux progrès réalisés dans le domaine du perçage au laser, de la science des matériaux et de l'empilage multicouche, les circuits imprimés HDI sont à la pointe de la miniaturisation et de l'électronique de haute performance. La technologie HDI continuera d'évoluer à mesure que les appareils exigeront des vitesses plus élevées, une latence plus faible， et une plus grande fiabilité, repoussant ainsi les limites de la fabrication des circuits imprimés.