Quelle est la structure de laminage des cartes de circuits imprimés HDI ?

Structure de lamination des circuits imprimés HDI

Les smartphones deviennent de plus en plus fins, tandis que les smartwatches deviennent de plus en plus puissantes. HDI (Interconnexion à haute densité) La technologie des circuits imprimés est au cœur de cette tendance. Par rapport aux circuits imprimés traditionnels, la structure de laminage HDI permet de placer des circuits plus complexes dans un espace plus réduit.

En tant que fabricant de PCB avec 17 ans d'expérience, Topfast a vu de nombreux projets échouer en raison de la sélection de structures de laminage HDI inappropriées, entraînant des dépassements de coûts ou des échecs de performance. Il est donc essentiel de comprendre les différentes structures de laminage des circuits imprimés HDI.

1. Principes de base du pelliculage des circuits imprimés HDI

L'essence des cartes HDI réside dans l'obtention d'un routage à haute densité grâce à les processus d'accumulationqui sont fondamentalement différents de la fabrication traditionnelle de circuits imprimés. Les circuits imprimés traditionnels ressemblent à des sandwiches - toutes les couches sont laminées en une seule fois - alors que les circuits imprimés HDI ressemblent à la construction de gratte-ciel, nécessitant une construction en couches.

Comparaisons des processus clés :

• Perçage au laser: Crée des microvias d'un diamètre aussi petit que 0,05 mm (cheveu humain ≈ 0,07 mm).
• Placage par impulsion: Assure une épaisseur de cuivre uniforme dans les microvias (<10% variation)
• Laminage séquentiel: Paramètres typiques-170°C±2°C, pression de 25kg/cm², accumulation couche par couche

Dans un projet de smartwatch sur lequel j'ai travaillé, le passage d'un circuit imprimé traditionnel à 6 couches (5 cm²) à une structure HDI (1+4+1) a permis de réduire la taille du circuit à 1,5 cm² tout en ajoutant la surveillance de la fréquence cardiaque, ce qui démontre la magie de l'HDI.

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2. Analyse détaillée des principales structures de stratification HDI

1. Stratification simple (1+N+1)

Exemple typiquecarte à 6 couches (1+4+1)

Caractéristiques:

• Pas de vias enterrés dans les couches internes, laminage unique
• Vias aveugles formés par perçage laser sur les couches externes
• La solution HDI la plus rentable

Applications:

• Smartphones d'entrée de gamme
• Dispositifs d'extrémité IoT
• L'électronique grand public dans un espace restreint

Étude de cas: La marque d'écouteurs Bluetooth a adopté une conception (1+4+1), intégrant Bluetooth 5.0, le contrôle tactile et la gestion de la batterie dans un espace de 8 mm de diamètre.

2. HDI standard à simple lamination (avec vias enterrés)

Exemple typiqueCarte à 6 couches : (1+4+1) (vias enterrés en L2-5)

Caractéristiques:

• Les vias enterrés dans les couches internes nécessitent deux laminages.
• Combine les vias aveugles et enterrés
• Coût et performance équilibrés

L'écueil de la conception: Un mauvais placement des via enterrés a causé un écart d'impédance de 15% dans un projet, ce qui a nécessité une nouvelle conception.

3. Double laminage standard HDI

Exemple typiquecarte à 8 couches (1+1+4+1+1)

Caractéristiques du processus:

• Trois étapes de laminage (noyau + première couche + deuxième couche)
• Permet des architectures d'interconnexion complexes
• Prise en charge des vias aveugles en 3 étapes

Avantages en termes de performances:

• Convient pour les signaux à haute vitesse de plus de GHz
• Meilleure intégrité de l'alimentation (couches d'alimentation dédiées)
• 30% : performances thermiques améliorées

4. Structure optimisée de double laminage

Conception innovanteCarte à 8 couches (1++1+4+1+1)

Principales améliorations:

• Déplacement des vias enterrés de L3-6 à L2-7
• Élimine une étape de laminage
• 15% réduction des coûts

Données d'essai: Un module 5G utilisant cette structure a été réalisé :

• 0,3dB/cm perte d'insertion @10GHz
• 12% coût de fabrication inférieur à celui des structures traditionnelles
• 8% rendement supérieur

3. Conceptions de structures de laminage HDI avancées

1. Skip-Via Design

Défis techniques:

• Vias aveugles de L1 à L3, en sautant L2
• 100% Augmentation de la profondeur de perçage du laser
• Placage nettement plus dur

Solutions:

• Perçage laser combiné UV+CO₂
• Additifs de métallisation spéciaux pour les trous profonds
• Alignement optique amélioré (précision <25μm)

Leçon apprise: Un lot de contrôleurs de vol de drones a échoué en raison de problèmes de placage skip-via, entraînant des coûts de reprise de $50k.

2. Conception de via empilés

Caractéristiques:

• Vias aveugles empilés directement sur des vias enterrés
• Interconnexions verticales plus courtes
• Réduction des points de réflexion du signal

L'essentiel du design:

• Contrôle strict de l'alignement des couches (erreur <25μm)
• Obturation de la résine pour éviter les poches d'air
• Essai supplémentaire de contrainte thermique (260°C, 10s, 5 cycles)

4. Sélection de la structure de lamination HDI

1. Facteurs clés de sélection

2. Recommandations spécifiques à l'industrie

Électronique grand public:

• Préférence : (1+4+1)
• Trace/Espace : 3/3mil
• Passage aveugle : 0,1 mm

Électronique automobile:

• Recommandé : (1+1+4+1+1)
• Matériau : TG≥170°C
• Vias thermiques supplémentaires

Dispositifs médicaux:

• Exigences les plus élevées en matière de fiabilité
• Colmatage de la résine à faible creux
• 100% inspection par microsection

5. Techniques pratiques de conception de l'IDH

1. Principes d'optimisation

• ≤3 Vias dans les chemins de signaux à grande vitesse
• Espacement des via adjacents ≥5× diamètre des via
• Double vias de puissance

2. Règles d'or de Stack-Up

• Couches de signaux adjacentes aux plans de masse
• Acheminement interne des signaux à grande vitesse (réduction du rayonnement)
• Couplage étroit entre le plan de puissance et le plan de masse

3. Amélioration de la fiabilité

• Ajouter des réseaux de via thermiques de 0,1 mm
• Protections au sol pour les signaux critiques
• Zone sans rainurage de 0,5 mm sur les bords de la carte

6. Tendances futures

Technologies émergentes:

• Procédé semi-additif modifié (mSAP) : 20/20μm trace/espace
• Céramique cuite à basse température (LTCC) : Ultra-haute fréquence
• Composants intégrés : Résistances/condensateurs à l'intérieur des cartes

Percées dans le domaine des matériaux:

• Polyimide modifié : Dk=3,0, Df=0,002
• Adhésif conducteur au nano-argent : Alternative à la métallisation
• Graphène thermique : conduction de la chaleur améliorée de 5 fois

Un laboratoire a réussi à prototyper un HDI à interconnexion 3D à 16 couches (1 mm d'épaisseur, 1024 canaux), ce qui laisse présager des dispositifs futurs encore plus compacts.

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Recommandations Topfast

Lors de la sélection de la structure stratifiée HDI appropriée, il est nécessaire de trouver l'équilibre optimal entre la densité du câblage, l'intégrité du signal, le coût de fabrication et la fiabilité. La structure la plus simple offre souvent le taux de rendement le plus élevé et le coût le plus bas.