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HDI-PCB ist die Abkürzung für High-Density Interconnect Printed Circuit Board. Wie der Name bereits andeutet, handelt es sich hierbei um eine fortschrittliche Leiterplatte, die entwickelt wurde, um die Miniaturisierungs- und Leistungsanforderungen elektronischer Produkte zu erfüllen. Hochdichte-PCBs zeichnen sich durch feine Leiterbahnen und geringe Bohrungsabstände aus. Im Vergleich zu herkömmlichen PCBs optimiert die Hochdichte-PCB die Leiterdichte durch reduzierte Leiterbahnen, verzichtet auf das traditionelle Durchkontaktierungsverfahren (Through Hole Via), verwendet stattdessen Laserverfahren wie Mikro-Vias (Micro Via), Blinde-Vias (Blind Via) und Buried-Vias (Buried Via) sowie Laminattechnologie, um eine Schaltungintegration zu erreichen, die weit über das hinausgeht, was mit herkömmlichen PCBs möglich ist. Dadurch können mehr Bauteile pro Flächeneinheit untergebracht werden, komplexere Schaltfunktionen in begrenztem Raum realisiert werden und elektronische Geräte können bei geringerem Volumen über eine stärkere Leistung verfügen. Somit passt sich die Hochdichte-PCB präzise an die Anforderungen der Ära der Entwicklung elektronischer Produkte hin zu Leichtbau, Intelligenz und Hochfrequenz an und wird zu einem Schlüsselträger, der Durchbrüche in neuen Bereichen wie 5G, Internet der Dinge und Künstliche Intelligenz unterstützt.
Durch ihr einzigartiges Design und Herstellungsverfahren weisen HDI-PCBs (High Density Interconnect Printed Circuit Boards) eine Reihe von Kernmerkmalen auf, die den Anforderungen von hoher Packungsdichte und Leistungsfähigkeit gerecht werden. Dazu gehören insbesondere:
HDI-Leiterplatten verfügen in der Regel über eine größere Anzahl an Schichten, meist mehr als 4 Schichten. Dies ist notwendig, da bei nur wenigen Schichten Leitungsüberlastung und Signalstörungen kaum zu vermeiden sind. Somit müssen die Leitungen und Verbindungen auf mehrere Schichten verteilt werden, um eine sinnvolle Planung zu ermöglichen. Die meisten Produkte entscheiden sich für ein 6- bis 12-Lagen-Design, basierend auf der Komplexität der Funktionen, um die Verdrahtungsdichte, funktionale Komplexität und Schaltungsleistung in begrenztem Raum optimal zu balancieren.
Um den Anforderungen der Miniaturisierung elektronischer Geräte gerecht zu werden und eine höhere Integrationsdichte von Schaltungen in begrenztem Raum zu erreichen, müssen HDI-Leiterplatten die Leiterbahnen effizient anordnen. HDI-Leiterplatten können eine Leiterbahnbreite und -abstand von 3–5 Mil oder sogar geringer erreichen, während der Leiterabstand bei herkömmlichen Leiterplatten üblicherweise mehrere hundert Mikrometer beträgt. Daher kann bereits geringste Prozessschwankungen bei der Fertigung von HDI-Leiterplatten zu Leiterverformungen, Kurzschlüssen oder Unterbrechungen führen, was eine äußerst schwierige Bearbeitung bedeutet.
Das Loch-Design in HDI-Platinen ist ebenfalls sehr fein. Die Arten von Löchern umfassen: Microvia, welche in der Regel einen Lochdurchmesser von weniger als 6 mil aufweist, um präzise feine Leiterbahnen zu verbinden und Platz zu sparen. Um Verbindungen zwischen mehreren Schichten herzustellen, ist es oft erforderlich, diese schichtweise übereinander anzuordnen, wobei die Löcher üblicherweise mit Kupfer gefüllt oder elektrolytisch verzinnt werden müssen; Blind Via, welche von der Oberflächenschicht zu einer bestimmten inneren Schicht führen und nur auf einer Seite sichtbar sind. Dies wird durch einen gestuften Bohrvorgang erreicht, wodurch der Signalpfad effektiv verkürzt und Störungen zwischen den Schichten reduziert werden; Buried Via, welche vollständig in der inneren Schicht eingebettet sind und die Oberflächenschicht nicht durchdringen. Sie müssen durch einen mehrstufigen Pressprozess hergestellt werden, wodurch Platz für die Oberflächenverdrahtung freigegeben und die Integrität der inneren Strom-/Massebene verbessert wird; Staggered Via, zusammengesetzt aus mehreren versetzt angeordneten Microvias, welche eine treppenförmige Verbindungsstruktur bilden und für Anwendungen geeignet sind, bei denen querverbundene Schichtverbindungen bei begrenztem Platzbedarf benötigt werden; Stacked Via, bei welchen mehrere Schichten von Microvias vertikal übereinander gestapelt sind, um eine säulenförmige Struktur zu bilden, die eine direkte Verbindung über mehrere Schichten ermöglicht, wobei die Bohrgenauigkeit jedoch streng kontrolliert werden muss, um die elektrische Zuverlässigkeit sicherzustellen. Die sinnvolle Kombination und Anwendung dieser verschiedenen Lochtypen kann den Anforderungen des Designs von hochdichten und leistungsstarken Leiterplatten gerecht werden.
Um die Verdrahtung dichter zu gestalten, wird HDI auch die VIP-Technologie einsetzen, bei der Mikrolöcher direkt in den Pads gebohrt und mit dünnen Leiterbahnen verbunden werden. Dadurch wird der Verdrahtungskanal verbreitert und das Problem der Leiterbahnüberlastung in hochdichten Szenarien gelöst. Abhängig von der räumlichen Beziehung zwischen Pads und Löchern lässt sich diese Technologie in folgende Typen unterteilen:
Die Lochstruktur von HDI-PCBs muss die Anforderungen an hochdichte Verbindungen und Signalintegrität erfüllen. Während der Fertigung ist eine präzise Steuerung der Schicht-zu-Schicht-Genauigkeit (innerhalb von ±15 μm) erforderlich, um ein niedriges Verhältnis von ≤1:3 zu erreichen und somit eine stabile Signalübertragung sicherzustellen; die Kernschicht verwendet ein dickes Substrat, und die Designweise mit eingebetteten Löchern verbessert die elektrische Leitfähigkeit der Mittelschicht, um den Anforderungen hochdichter und leistungsstarker elektronischer Geräte besser gerecht zu werden.
HDI-PCBs weisen bei der Schichtung und dem Laminationsprozess einzigartige Eigenschaften auf:
Obwohl es wie herkömmliche Leiterplatten eine schichtweise Aufbaulogik verwendet, sind mehrere Stacking- und Laminationsprozesse erforderlich, um komplexe Verbunddesigns mit mehrschichtigen Blind- und Buried Vias zu erreichen. Seine Struktur basiert auf einer dicken Kernschicht, auf deren beiden Seiten symmetrisch dünne Dielektrikumschichten aufgebracht sind, um eine Infrastruktur zu bilden, die für Hochdichtverdrahtung geeignet ist.
Der spezifische Herstellungsprozess ist: Zuerst wird der leitfähige Bereich mit einem negativen Fotolackfilm definiert und die unerwünschten Bereiche mit Eisen(III)-chlorid geätzt; anschließend wird der Fotolackfilm mit einer chemischen Lösung entfernt, um das zu bearbeitende Substrat freizulegen; der Bohrvorgang wählt je nach Dichteanforderungen mechanische, laserbasierte oder chemische Verfahren; danach wird die Verbindung der Innenlagen durch den Metallisierungsprozess abgeschlossen; schließlich werden Stapel- und Galvanikoperationen wiederholt, bis die Außenstruktur entsteht, um so die Anforderungen an präzise Verbindungen in Hochdichteanwendungen zu erfüllen.
Funktion |
Fähigkeit |
| Qualitätsstufe | Standard IPC 2 |
| Anzahl der Schichten | 4–32 Lagen |
| Leiterbreite/Leiterabstand | 1,5–2mil (0,035–0,05mm) |
| Minimale mechanische Bohrung | 0,2 mm |
| Minimale Laserbohrung | 0,1mm |
| Blind-/Geschlossene Durchkontaktierungen | 0,1–0,2mm |
| Durchgangsbohrung (PTH) | ≥0,3mm |
| Via-Öffnungsverhältnis | 8mil (0,2mm) |
| Leiterabstand/Lötflächenabstand | 3mil (0,075mm) |
| Minimale Lötflächengröße | 0,15~0,4mm |
| Lötstopplackabstand | ≥3mil (0,075mm) |
| Lötmaskenfarbe | Grün, Weiß, Blau, Schwarz, Rot, Gelb, Lila |
| Plattendicke | 0,4~1,6mm |
| Materialien | High Tg FR4, Nelco N7000-2 HT, Isola I-Speed und andere Materialien mit geringen Verlusten |
| Stapelverfahren | Sequentielle Laminierung |
| Mikroporenfüllung | Harzfüllung/Elektrolytische Füllung |
| Metallschichtdicke | 1oz-2oz（35μm-70μm） |
| Minimale Bohrlochspannung | ≥0,2 mm |
HDI-PCBs (High-Density Interconnect-Leiterplatten) haben im Trend zur Miniaturisierung und Hochleistungsfähigkeit elektronischer Geräte deutliche Vorteile gezeigt, dank ihres einzigartigen Designs und Fertigungsverfahrens. Dies spiegelt sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten wider:
Durch präzise Technologie kann HDI in begrenztem Raum eine Vielzahl von Leiterbahnen realisieren. Im Vergleich zu herkömmlichen PCBs kann bei gleicher Funktion das Volumen um 30 % bis 50 % reduziert werden, wodurch auch das Gewicht der Geräte verringert wird. Somit wird die Basis für kompaktere und leichtere Geräte geschaffen.
Obwohl die Herstellungskosten von HDI-Platinen relativ hoch sind, lässt sich durch die Reduzierung der Bauteilanzahl, die Optimierung der Raumausnutzung und die Vereinfachung des Montageprozesses die Gesamtkonstruktions- und Fertigungskosten erheblich senken. Somit ergibt sich eine bessere Langzeitkosteneffizienz.
Der Mehrschichtprozess unterstützt 6-12 Schichten oder sogar noch mehr Schichten. In Kombination mit Strukturen wie gestuften Bohrungen und gestapelten Bohrungen können komplexe Schaltungs-Topologien flexibel geplant werden.
Kurze und direkte Signalwege reduzieren parasitäre Induktivität und Kapazität, kontrollieren das Rauschen effektiv und verringern die Signalübertragungsverzögerung sowie -verluste; die Mehrlagenstruktur ermöglicht eine Trennung von Stromversorgung, Masse und Signalleitungen, um elektromagnetische Störungen (EMI) zu reduzieren.
Durch die Anpassung an den schnellen Entwicklungs- und Testprozess kompakter Geräte ermöglichen hohe Integration und designbedingte Flexibilität eine Verkürzung des Zyklus von der Prototypenerstellung bis zur Serienfertigung und helfen somit, Produkte schneller auf Marktbedürfnisse zu reagieren.
Obwohl aluminiumbasierte Leiterplatten viele Vorteile bieten, weisen sie dennoch einige Nachteile auf:
Tragbare Geräte wie Smartphones, Tablets, Smartwatches und Produkte wie Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) müssen hochauflösende Displays, Sensoren, Prozessoren und andere Komponenten in einem kleinen Raum integrieren. Die Hochdichte-Interconnect-Fähigkeit von HDI kann deren kompaktes Design und Leistungsanforderungen erfüllen;
Autopilot-Systeme, Fahrzeug-Infotainmentsysteme usw. müssen das Hochgeschwindigkeitsverkabelung von Hochgeschwindigkeitsprozessoren und RAM im begrenzten Raum des Fahrzeugs ermöglichen, die Anforderungen geringer Übersprechen, hoher Kompatibilität und Signalintegrität erfüllen und sich an Szenarien mit mehrsensorischer Dateninteraktion und Hochgeschwindigkeitsrechnung anpassen;
5G-Basisstationen, Router, Satellitenkommunikationsterminals usw. verlassen sich auf HDI, um die Hochfrequenz-Signalübertragung zu optimieren, Verzögerungen und Störungen zu reduzieren und die Hochbandbreiten-Dateninteraktion zu unterstützen;
Tragbare Monitore, Ultraschallgeräte, minimalinvasive chirurgische Roboter, Kapselendoskope usw. erfordern eine Miniaturisierung sowie präzise Signalsteuerung. HDI kann das Verhältnis von Baugröße und Leistung optimieren und gleichzeitig hohen Sicherheitsstandards sowie Genauigkeitsanforderungen im Betrieb gerecht werden;
Militärausrüstungen und Geräte der Luft- und Raumfahrt wie Drohnen, Satelliten-Nutzlasten und Radarsysteme integrieren leistungsstarke und hochsensible Komponenten und stellen äußerst hohe Anforderungen an die Datenpräzision, Kommunikationszuverlässigkeit und Gewichtsreduzierung. Die leichte Bauweise und zuverlässige Verbindungstechnologie von HDI können die Leistungsanforderungen unter extremen Umweltbedingungen erfüllen;
Die Steuerungssysteme von präzisen CNC-Werkzeugmaschinen und Industrierobotern benötigen eine Hochdichtverdrahtung, um die Signalübertragung bei Mehrachsen-Kopplung zu unterstützen. HDI kann die Reaktionsgeschwindigkeit und Betriebsstabilität der Geräte verbessern.
Obwohl das Design von HDI-Leiterplatten die Anforderungen bezüglich hoher Dichte und Leistungsfähigkeit erfüllen kann, stehen dabei auch mehrere technische Herausforderungen im Vordergrund, die sich hauptsächlich in folgenden Aspekten widerspiegeln:
1. Die Anpassungsfähigkeit von Design und Fertigung, die streng den Richtlinien für Design for Manufacturability (DFM) folgen muss, um sicherzustellen, dass das Design zur Produktionskapazität passt;
2. Die Planung der Anzahl der Schichten, die in der Regel auf die empfohlenen Standards von BGA-Bauelementen verweist oder auf der umfassenden Beurteilung der Richtung und Länge des Querverkehrs basiert und damit die Grundlage für das spätere Design schafft;
3. Das Design der Bohrungsstruktur, bei dem die Verteilung der Löcher direkt die sinnvolle Festlegung von Dicke und Anzahl der Schichten der Platine beeinflusst und der Schlüssel zur Verbindung der Leitungen jeder Schicht ist;
4. Die Montagezuverlässigkeit und Umweltverträglichkeit, bei der sichergestellt werden muss, dass die Leiterplatte während des Gebrauchs nicht bricht, unter Berücksichtigung von Langlebigkeit und Stabilität;
5. Die technische Stärke des Herstellers, deren Prozessniveau direkt mit der Fertigbarkeit der gesamten Platine, der Verdrahtungsqualität und der letztendlichen Betriebseffizienz verbunden ist.
Für hochdichte verbundene Leiterplatten (HDI-PCBs) müssen ihre Produktion, Fertigung und Design streng gemäß einer Reihe von Standards umgesetzt werden, die von der IPC festgelegt wurden, darunter IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 und IPC-6016.
Beim Vergleich zwischen der Fertigung von HDI-PCBs und Standard-PCBs bestehen viele Unterschiede; die Grenzen zeigen sich hauptsächlich in der Kompatibilität von Materialien und Prozessen:
1. Der Substratwerkstoff muss sowohl elektrische als auch mechanische Anforderungen erfüllen. Das Dielektrikum muss mit hohen TG-Werten, thermischem Schock und Metallverlöten kompatibel sein und muss mit verschiedenen Bohrlochtypen wie Mikrovia, eingebetteten Vias und Blindvias kompatibel sein;
2. Die Haftung und Leistungsstabilität von Kupferfolie in Bereichen wie Microvias und eingebetteten Vias muss zuverlässig sein;
Zudem muss das Material über eine gute thermische Stabilität verfügen, um den Belastungen während des Lötvorgangs oder thermischer Zyklen standzuhalten.
Die relevanten Normen sind IPC-4101B und IPC-4104A, wobei Materialien wie photosensitive flüssige Dielektrikumschicht, Trockenfilm-Dielektrikumschicht, Polyimidfolie, duroplastische Folie, harzbeschichtete Kupferfolie und Standard-FR-4 betroffen sind.
In der boomenden globalen HDI-Leiterplattenindustrie ist China zu einem wichtigen Produktionszentrum geworden, und viele hochwertige Hersteller sind hervorgetreten, wobei Linghangda eine führende Rolle spielt. Mit seiner tiefen Erfahrung und innovativen Stärke hat sich Linghangda in vielerlei Hinsicht deutliche Vorteile erarbeitet:
Rogers PCB
A.O.I.
Annularringe
Gold-Finger-Leiterplatten
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