Hoge dichtheid interconnector PCB

Wat is HDI?

HDI, dat verwijst naar een hogere bedradingsdichtheid per oppervlakte-eenheid dan conventionele printplaten, is een geavanceerde printplaat (PCB) technologie die hogere niveaus van integratie van elektronische componenten bereikt door microfijne bedrading, microscopische via structuren en dichte bedrading. Deze printplaten maken gebruik van fijnere draden en openingen (≤ 100 µm/0,10 mm), kleinere vias (<150 µm) en pads (<400 µm/0,40 mm), en hogere paddensiteiten (>20 pads/cm2) dan conventionele PCB-technologie.

Belangrijkste functies

• Fijnere lijndikte/afstand: meestal ≤100 µm (0,10 mm), veel lager dan conventionele PCB's (meestal 150 µm+).
• Kleine via gaatjes:
• Laser-ingebedde vias<150 µm in diameter, met laser geboord voor verbindingen met hoge dichtheid tussen lagen.
• Gestapelde/vertakte gaten: Verbeter het verticale ruimtegebruik en verminder de benodigde lagen.
• Hoge paddichtheid>20 pads/cm² voor ondersteuning van chips met meerdere pinnen (bijv. BGA-, CSP-pakketten).
• Dunne materialen: Gebruik van substraten met lage diëlektrische constante en hoge stabiliteit (bijv. FR4, polyimide).

Belangrijkste kenmerken van HDI-printplaten (vs. conventionele printplaten)

1. Microvia ontwerp (laser boren gedomineerd)

• Technologie Keuze: HDI-boards gebruiken gewoonlijk laserboren (gatdiameters meestal ≤150 µm) in plaats van mechanisch boren. Redenen zijn onder andere:
• Mechanische boorlimieten: 0,15 mm boornaalden zijn gemakkelijk te breken, hebben hoge RPM eisen en een laag rendement, en het onvermogen om de diepte controle van realiseren blind begraven gaten.
• Voordeel laser: Kan minuscule gaatjes verwerken (bijv. 50 µm), ondersteunt HDI met alle lagenen heeft geen lichamelijk contact en een hoge opbrengst.

2. Ontwerpen van microvia en gatenringen Via Diameter ≤150µm

• Vias ≤150µm en vias (aansluitpinnen) ≤250µm, waardoor layoutruimte vrijkomt door de via te vernauwen.
• Voorbeeld: Als de diameter van het diafragma wordt teruggebracht van 0,30 mm naar 0,10 mm (laservias), kan de paddiameter worden teruggebracht van 0,60 mm naar 0,35 mm, besparing 67% oppervlakte.
• Directe padperforatie (Via-in-Pad): optimaliseert verder de lay-out van BGA/SMD-componenten en verhoogt de dichtheid.

3. Hoge dichtheid van soldeerverbindingen (130 verbindingen/in²)

• De dichtheid van soldeerzolen bepaalt de integratie van componenten. HDI realiseert multifunctionele module assemblage met hoge dichtheid (bijvoorbeeld moederborden van mobiele telefoons) via micro-miniatuurgaatjes/draden.

4.Hoge bedradingsdichtheid (>117 draden/in²)

• Om de toename van het aantal componenten te evenaren, moet tegelijkertijd de lijndichtheid worden verhoogd. HDI bereikt complexe bedrading door fijne bedrading (lijnbreedte/afstand ≤100µm) en meerlaags stapelen.

5.Fijne lijn (lijnbreedte/ruimte ≤ 3 mil/75µm)

• Theoretische standaard75µm/75µm, maar in de praktijk wordt meestal 100µm/100µm gebruikt. Reden:
• ProceskostenHet 75 µm-proces is veeleisend wat betreft apparatuur/materialen, lage opbrengst, weinig leveranciers en hoge kosten.
• Prijs/prestatiebalans: De 100 µm oplossing biedt een evenwicht tussen dichtheid en kosten en is geschikt voor de meeste consumentenelektronica.

Belangrijkste voordelen van HDI

HDI bevordert miniaturisatie en hoge prestaties van elektronische producten door middel van microvia, dunne lijn en interconnects met hoge dichtheiden is een sleuteltechnologie voor 5G, AI en draagbare apparaten.

HDI PCB Technisch Specificatieblad

Toepassingen en belangrijkste voordelen van HDI-borden

I. Belangrijkste toepassingsgebieden van HDI-borden

Met de vooruitgang van halfgeleidertechnologie in de richting van miniaturisatie en hoge prestaties, is HDI-technologie een cruciale factor geworden voor moderne elektronica, met name op de volgende gebieden:

• Mobiele communicatie

• Smartphones (4G/5G): Routing met hoge dichtheid ondersteunt multicameramodules, 5G-antennes en snelle processors (bijv. BGA-verpakte chips).
• Basisstationapparatuur: Hoogfrequente signaaloverdracht (bijvoorbeeld millimetergolfbanden) is afhankelijk van HDI’s materialen met laag verlies (bijvoorbeeld Rogers).

• Consumentenelektronica

• Draagbare apparaten: Ultradunne ontwerpen (bijv. opvouwbare smartphone moederborden, TWS oordopjes) vereisen HDI’s dunnelaag stapeling (1+N+1 structuur).
• Digitale camera's/AR/VR: Sensoren met hoge resolutie en geminiaturiseerde modules zijn afhankelijk van microvia's (<75µm) en Via-in-Pad technologie.

• Automobielelektronica

• Geavanceerde ondersteuningssystemen voor de bestuurder (ADAS): Radar- en infotainmentsystemen vereisen HDI’s hoge betrouwbaarheid (hittebestendigheid, trillingsbestendigheid).

• Krachtig computergebruik

• AI-servers/GPU's: Hoge geleidbaarheid en thermisch ontwerp ondersteunen hoge stroomoverdracht (koperdikte ≥70µm).

II.De “Vier hoogtepunten en één dieptepunt” voordelen van HDI-technologie

III.Marktvooruitzichten en ondersteunende gegevens

• Groeitrend: Van 2000-2008 groeide de wereldwijde productie van HDI-karton met een CAGR van >14% (gegevens van Prismark). Tegen 2023 bedroeg de marktomvang meer dan $12 miljard, met een verwachte CAGR van 8,3% in 2030.
• Technologische evolutie: Ultra HDI (spoor/ruimte ≤40µm) en ingesloten componententechnologie zullen de ontwikkeling van AIoT en draagbare apparaten verder stimuleren.

Met zijn “Four Highs and One Low” kenmerken dient de HDI-technologie als een belangrijke motor voor de vooruitgang van de elektronica-industrie, met een enorm potentieel voor 6G-communicatie, autonome voertuigen en quantumcomputing.

Classificatie van HDI-borden

HDI-borden worden in drie hoofdtypen onderverdeeld op basis van de stapelmethode en het aantal blinde doorgangen in de laminering:

(1) 1+N+1 Type

• Structuur: Voorzien van een enkele lamineerlaag voor interconnects met hoge dichtheid.
• Kenmerken:
• Meest kosteneffectieve HDI-oplossing
• Geschikt voor ontwerpen met een gemiddelde complexiteit
• Typische toepassingen: Instapmodel smartphones, consumentenelektronica

(2) i+N+i (i≥2) Type

• Structuur:Bevat twee of meer laminaatlagen voor interconnecties met hoge dichtheid.
• Belangrijkste kenmerken:
• Ondersteunt verspringende of gestapelde microvia configuraties
• Geavanceerde ontwerpen gebruiken vaak met koper gevulde gestapelde microvia's
• Biedt verbeterde routeringsdichtheid en signaalintegriteit
• Toepassingen:
• Mobiele apparaten uit het midden- tot hoogsegment
• Netwerkapparatuur
• Automobielelektronica

(3) ELIC (Any-Layer Interconnect) Type

• Structuur: Alle lagen maken gebruik van interconnecties met hoge dichtheid en gestapelde, met koper gevulde microvia's.
• Voordelen:
• Maakt volledige ontwerpvrijheid voor tussenlaagverbindingen mogelijk
• Optimale oplossing voor componenten met ultrahoge pin count (zoals CPU's en GPU's)
• Maximaliseert ruimtegebruik in compacte ontwerpen
• Typische gebruikssituaties:
• Vlaggenschip smartphones
• Krachtig computergebruik
• Geavanceerde draagbare apparaten

Technische vergelijking

Dit classificatiesysteem helpt ontwerpers de juiste HDI-technologie te kiezen op basis van prestatie-eisen, complexiteit en kostenoverwegingen. De evolutie van 1+N+1 naar ELIC vertegenwoordigt toenemende mogelijkheden om meer geavanceerde elektronische toepassingen te ondersteunen.

HDI/BUM PCB materiaal prestatie-eisen

De ontwikkeling van materialen voor HDI printplaten is altijd gericht geweest op het voldoen aan de "vier hoge en één lage" eisen (hoge dichtheid, hoge frequentie, hoog geleidingsvermogen, hoge betrouwbaarheid en lage kosten).Aan de toenemende miniaturisatie en prestatiebehoeften van printplaten wordt voldaan door het verbeteren van eigenschappen zoals weerstand tegen elektromigratie en dimensionale stabiliteit.

1. Prepreg (PP) materialen

• Samenstelling: Hars + versterkte materialen (meestal glasvezel)
• Voordelen:
• Lage kosten
• Goede mechanische stijfheid
• Breed toepasbaar
• Beperkingen:
• Matige betrouwbaarheid (zwakkere CAF-bestendigheid)
• Lagere afpelsterkte (niet geschikt voor veeleisende valtesttoepassingen)
• Typische toepassingen: Consumentenelektronica in het midden- tot laagsegment (bijv. budgetsmartphones)

2.Met hars bedekt koper (RCC) materialen

• Soorten:

1. Gemetalliseerde PI-film
2. PI film + koperfolie gelamineerd met lijm (“Pure PI”)
3. Gegoten PI film (vloeibare PI uitgehard op koperfolie)

• Voordelen:
• Uitstekende produceerbaarheid
• Hoge betrouwbaarheid
• Superieure afpelsterkte (ideaal voor toepassingen met valtests)
• Microvia laserboortechnologie mogelijk
• Beperkingen:
• Hogere kosten
• Lagere algehele stijfheid (potentiële kromtrekproblemen)
• Impact: Baanbrekend in de overgang van SMT- naar CSP-verpakking

3.Laser Boorbare Prepreg (LDP) Materialen

• Positionering: Kosten-prestatieverhouding tussen PP en RCC
• Voordelen:
• Betere weerstand tegen CAF dan PP
• Verbeterde uniformiteit van de diëlektrische laag
• Voldoet aan/ overtreft de internationale normen voor afpelsterkte van tampons
• Toepassingen: Mobiele apparaten en elektronica uit het midden- tot topsegment

4.Vloeibaar Kristal Polymeer (LCP) Materialen

• Essentiële eigenschappen:
• Ultralage diëlektrische constante (Dk=2,8 @1GHz)
• Raaklijn minimaal verlies (0,0025)
• Inherente vlamvertraging (halogeenvrij)
• Superieure dimensionale stabiliteit
• Voordelen:
• Ideaal voor ontwerpen met hoge frequentie en hoge snelheid
• Milieuvriendelijk
• De traditionele dominantie van PI uitdagen
• Toepassingen: Hoogwaardige RF/microgolf-circuits, geavanceerde verpakking

Handleiding voor materiaalselectie

Verschil in PCB productieproces tussen printplaten met kern en printplaten zonder kern

I. Kerngebaseerd HDI productieproces

1. Kenmerken printplaat

• Structureel ontwerp:
• Gebruikt doorvoergaten of hybride begraven/blinde/doorvoergatstructuren (meestal 4-6 lagen)
• Optionele metalen kernconstructie (verbeterde thermische dissipatie)

Technische parameters:

2. Kerntaken van het bestuur

• Mechanische ondersteuning (zorgt voor stevigheid)
• Elektrische verbindingsbrug tussen de opbouwlagen
• Thermisch beheer (vooral voor printplaten met metalen kern)

3. Belangrijkste voorbehandelingsprocessen

• Via behandeling: Via vulling + oppervlakte planarisatie
• Oppervlaktebehandeling: Elektrolytisch koperplateren + galvaniseren (1-3 µm dikte)
• Patroonoverdracht: LDI laser directe beeldvorming (±5µm precisie)

II.Doorbraak van kernloze HDI-technologie

1.Representatieve technologieën

• ALIVH (elk laag interstitieel via-gat)
• B²IT (Verbindingstechnologie met ingegraven bulten)

2. Revolutionaire voordelen

3. Kernprocesinnovaties

• Laag interconnectie:
• Vervangt elektrolytisch koper door geleidende pasta of koperen stootranden
• Laserablatie voor microvias met willekeurige lagen (≤50µm diameter)
• Betrouwbaarheidsgarantie:
• Oppervlak op nanoschaal opruwen (Ra≤0,5µm)
• Laaghardende diëlektrische materialen (Tg≥200℃)

Slotopmerkingen

Dankzij de vooruitgang op het gebied van laserboren, materiaalkunde en het stapelen van meerdere lagen, vertegenwoordigen HDI PCB's de voorhoede van miniaturisatie en elektronica met hoge prestaties. De HDI-technologie zal zich blijven ontwikkelen naarmate apparaten hogere snelheden, een lagere latentie en een hogere betrouwbaarheid vereisen, waardoor de grenzen van PCB-productie worden verlegd.