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HDI PCB è l'abbreviazione di High-Density Interconnect Printed Circuit Board. Come suggerisce il nome, si tratta di una scheda PCB avanzata progettata per soddisfare le esigenze di miniaturizzazione e alte prestazioni dei prodotti elettronici. La caratteristica principale delle PCB ad alta densità è rappresentata da linee sottili e passo fori ridotto. Rispetto alle tradizionali PCB, le PCB ad alta densità ottimizzano la densità di cablaggio riducendo le dimensioni delle linee, abbandonano il processo tradizionale con fori passanti (Through Hole Via), adottano tecnologie come fori ciechi (Blind Via), fori interrati (Buried Via) e fori micrometrici (Micro Via) realizzati con perforazione laser, nonché tecnologie di laminazione, al fine di raggiungere un livello di integrazione circuitale molto superiore rispetto alle schede PCB tradizionali. Questo consente di ospitare un numero maggiore di componenti per unità di superficie, di realizzare funzioni circuitali più complesse in spazi limitati e di ottenere prodotti elettronici con prestazioni più elevate in dimensioni ridotte. Grazie a queste caratteristiche, le PCB HDI si adattano perfettamente alle esigenze del settore elettronico verso lo sviluppo di dispositivi più leggeri, intelligenti e operanti a frequenze elevate, diventando così un supporto chiave per il progresso in settori emergenti come 5G, Internet delle Cose e intelligenza artificiale.
Grazie al suo design e processo unico, il pcb ad interconnessione ad alta densità presenta una serie di caratteristiche fondamentali che si adattano alle esigenze di alta densità e alte prestazioni, tra cui principalmente:
Le schede circuitali HDI solitamente hanno un maggior numero di strati, generalmente più di 4. Questo è dovuto al fatto che con pochi strati è difficile evitare l'ingorgo delle tracce e l'interferenza dei segnali, quindi è necessario aumentare il numero di strati e distribuire il routing e le connessioni su più livelli per una pianificazione ragionata. La maggior parte dei prodotti sceglierà un design a 6-12 strati in base alla complessità delle funzioni, per bilanciare densità di routing, complessità funzionale e prestazioni del circuito in uno spazio limitato.
Per soddisfare le esigenze di miniaturizzazione dei dispositivi elettronici e raggiungere un'integrazione di circuiti ad alta densità in uno spazio limitato, la scheda circuito HDI deve distribuire le tracce in modo efficiente. La scheda circuito HDI può raggiungere una larghezza e uno spazio tra le tracce di 3-5 mil o anche inferiori, mentre lo spazio tra le tracce delle schede tradizionali è generalmente di alcune centinaia di micron. Pertanto, durante la produzione della scheda circuito HDI, qualsiasi minima deviazione del processo può causare deformazioni delle tracce, cortocircuiti o circuiti aperti, il che rende estremamente difficoltosa la lavorazione.
La progettazione dei fori nelle schede HDI è molto precisa. I tipi di fori includono: Microvia, che generalmente ha un diametro inferiore a 6 mil, per connettere con precisione tracce sottili e risparmiare spazio. Per ottenere connessioni tra più strati, spesso è necessario sovrapporli strato per strato, e i fori devono essere riempiti con rame o elettrolitici; Via cieca, che si estende dallo strato superficiale fino a un preciso strato interno ed è visibile soltanto da un lato. Si ottiene con un processo di foratura segmentata, che riduce efficacemente il percorso del segnale e diminuisce l'interferenza tra gli strati; Via interrata, completamente integrata nello strato interno senza attraversare la superficie. Deve essere prodotta attraverso un processo di laminazione multistadio, liberando spazio per i cablaggi superficiali e migliorando l'integrità dei piani interni di alimentazione/massa; Via sfalsata, composta da più microvie disposte in modo sfalsato per formare una struttura di interconnessione a gradini, adatta a situazioni in cui sono necessarie connessioni trasversali ma lo spazio è limitato; Via sovrapposta, dove più strati di microvie sono impilati verticalmente a formare una struttura colonnare, per ottenere interconnessioni dirette multipiano, ma la precisione della foratura deve essere rigorosamente controllata per garantire l'affidabilità elettrica. La combinazione e applicazione ragionevole di questi tipi di fori può soddisfare le esigenze progettuali di PCB ad alta densità e alte prestazioni.
Per rendere il cablaggio più denso, HDI utilizzerà anche la tecnologia VIP, ovvero praticherà direttamente microfori sui pad e li collegherà con tracce sottili, allargando così il canale di cablaggio e risolvendo il problema dell'ingorgo delle tracce negli scenari di alta densità. In base alla relazione posizionale tra i pad e i fori, può essere suddivisa ulteriormente nelle seguenti tipologie:
La disposizione strutturale dei fori della PCB HDI deve soddisfare i requisiti di interconnessione ad alta densità e di integrità del segnale. Durante la produzione, è necessario controllare con precisione l'accuratezza di allineamento tra i layer (entro ±15μm) per ottenere un rapporto di aspetto ridotto, ≤1:3, al fine di garantire una trasmissione stabile del segnale; il layer centrale utilizza un substrato più spesso, e la progettazione dei fori sepolti può migliorare la connettività elettrica del layer intermedio, soddisfacendo meglio le esigenze applicative di dispositivi elettronici ad alta densità e alte prestazioni.
La PCB HDI presenta caratteristiche uniche nel processo di stacking e laminazione:
Sebbene utilizzi una logica costruttiva a strati come quella dei PCB tradizionali, sono necessari diversi cicli di processo di impilamento e laminazione per realizzare progetti di interconnessione complessi con fori ciechi e interrati multistrato. La sua struttura si basa su un substrato spesso, su entrambi i lati del quale vengono applicati simmetricamente strati dielettrici sottili, formando un'infrastruttura adatta alla realizzazione di circuiti ad alta densità.
Il processo specifico di produzione è il seguente: innanzitutto si definisce l'area conduttiva con un film di resist negativo e si utilizza il cloruro ferrico per etchere le parti non necessarie; successivamente si utilizza una soluzione chimica per rimuovere il film di resist, esponendo il substrato da lavorare; il processo di foratura sceglie metodi meccanici, laser o chimici in base ai requisiti di densità; quindi l'interconnessione dei circuiti interni viene completata attraverso il processo di metallizzazione; infine, le operazioni di stacking e placcatura vengono ripetute fino a formare la struttura dello strato esterno, in modo da soddisfare i requisiti di interconnessione precisa in scenari di alta densità.
Caratteristica |
Capacità |
| Grado di qualità | Standard IPC 2 |
| Numero di strati | 4-32 strati |
| Larghezza/Distanza delle piste | 1,5~2mil (0,035~0,05mm) |
| Foratura meccanica minima | 0,2 mm |
| Foratura laser minima | 0,1mm |
| Vie cieche/sepolte | 0,1~0,2mm |
| Foro passante (PTH) | ≥0,3mm |
| Rapporto di apertura del foro passante | 8mil (0,2mm) |
| Distanza tra piste/Distanza tra pad | 3mil (0,075mm) |
| Dimensione minima pad | 0,15~0,4mm |
| Distanza maschera saldatura | ≥3mil (0,075mm) |
| Colore della Solder Mask | Verde, Bianco, Blu, Nero, Rosso, Giallo, Viola |
| Spessore della piastra | 0,4~1,6 mm |
| Materiali | High Tg FR4, Nelco N7000-2 HT, Isola I-Speed e altri materiali a bassa perdita |
| Metodo di accatastamento | Laminazione Sequenziale |
| Riempimento dei Micropori | Riempimento con Resina/Riempimento con Elettrolitico |
| Spessore dello Strato Metallico | 1oz-2oz（35μm-70μm） |
| Distanza Minima tra i Fori | ≥0,2 mm |
I PCB HDI (high-density interconnect printed circuit board) hanno dimostrato significativi vantaggi grazie alla loro progettazione e processo unici, nell'ambito della tendenza alla miniaturizzazione e all'alto rendimento degli apparecchi elettronici. Questi vantaggi si riflettono principalmente nei seguenti aspetti:
Attraverso tecnologie di precisione, gli HDI possono realizzare un'elevata quantità di connessioni in un'area limitata. Rispetto ai PCB tradizionali, possono ridurre il volume del 30%-50% a parità di funzionalità, riducendo al contempo il peso dell'apparecchiatura e fornendo una base per lo spazio e l'alleggerimento dell'equipaggiamento.
Sebbene il costo di produzione delle schede HDI sia relativamente alto, riducendo il numero di componenti, ottimizzando l'utilizzo dello spazio e semplificando il processo di assemblaggio, si può ridurre significativamente il costo di progettazione e produzione dell'intero sistema, ottenendo un migliore rapporto qualità-prezzo a lungo termine.
Il processo multistrato supporta 6-12 strati o anche più strati. Combinato con strutture come fori a gradini e fori sovrapposti, è possibile pianificare in modo flessibile topologie di circuiti complessi.
I percorsi del segnale brevi e diretti riducono l'induttanza e la capacità parassita, controllano efficacemente il rumore e riducono il ritardo e la perdita di trasmissione del segnale; la struttura multistrato può separare i livelli di alimentazione, massa e segnale per ridurre l'interferenza elettromagnetica (EMI).
Adattandosi al rapido processo di sviluppo e test di apparecchiature compatte, la sua elevata integrazione e flessibilità di progettazione possono abbreviare il ciclo che va dal prototipo alla produzione di massa, aiutando i prodotti a rispondere più rapidamente alla domanda di mercato.
Sebbene i PCB con base in alluminio presentino molti vantaggi, hanno comunque alcuni svantaggi:
I dispositivi portatili come smartphone, tablet, smartwatch e prodotti come realtà aumentata (AR) e realtà virtuale (VR) devono integrare display ad alta risoluzione, sensori, processori e altri componenti in uno spazio ridotto. La capacità di interconnessione ad alta densità (HDI) può soddisfare le loro esigenze di design compatto e di alte prestazioni;
I sistemi di guida autonoma, i sistemi di infotainment a bordo e altri dispositivi necessitano di realizzare un cablaggio ad alta velocità per processori e RAM ad alte prestazioni nello spazio limitato all'interno del veicolo, riducendo il crosstalk, garantendo alta compatibilità e integrità del segnale, adattandosi inoltre a scenari con interazione di dati provenienti da più sensori e calcolo ad alta velocità;
le stazioni base 5G, i router, i terminali per comunicazioni satellitari e altri dispositivi dipendono dall'HDI per ottimizzare la trasmissione di segnali ad alta frequenza, ridurre ritardi e interferenze e supportare interazioni dati ad alto volume;
I monitor portatili, l'attrezzatura per ultrasuoni, i robot chirurgici mini-invasivi, le capsule endoscopiche, ecc. richiedono un design miniaturizzato e un controllo preciso dei segnali. HDI può bilanciare volume e prestazioni soddisfacendo al contempo gli elevati standard di sicurezza e i requisiti di accuratezza operativa;
L'attrezzatura militare e aerospaziale, come droni, carichi utili satellitari e sistemi radar, integra componenti ad alta potenza e ad alta sensibilità, e presenta requisiti estremamente elevati in termini di accuratezza dei dati, affidabilità delle comunicazioni e leggerezza. La struttura leggera di HDI e la tecnologia di interconnessione affidabile possono soddisfare i requisiti prestazionali in ambienti estremi;
I sistemi di controllo dei macchinari utensili CNC precisi e dei robot industriali richiedono cablaggi di alta densità per supportare la trasmissione dei segnali tra più assi sincronizzati. HDI può migliorare la velocità di risposta e la stabilità operativa dell'attrezzatura.
Sebbene la progettazione delle schede HDI possa soddisfare i requisiti di alta densità e alte prestazioni, essa si scontra anche con molteplici sfide tecniche, che si riflettono principalmente nei seguenti aspetti:
1. L'adattabilità del design e della produzione, che deve seguire rigorosamente le linee guida per la progettazione per la producibilità (DFM) per garantire che il design possa corrispondere alla capacità produttiva;
2. La pianificazione del numero di strati, che generalmente si riferisce agli standard raccomandati per i dispositivi BGA, oppure si basa su un giudizio complessivo della direzione e della lunghezza della rete trasversale, gettando le basi per il design successivo;
3. La progettazione della struttura dei fori, la distribuzione dei fori influenzerà direttamente l'impostazione ragionevole dello spessore e del numero di strati della scheda, ed è fondamentale per collegare le tracce di ogni strato;
4. Affidabilità dell'assemblaggio e adattabilità ambientale, è necessario garantire che la scheda circuito non si rompa durante l'utilizzo, tenendo conto di durata e stabilità;
5. La forza tecnica del produttore, il cui livello di processo è direttamente correlato alla realizzabilità dell'intera scheda, alla qualità del cablaggio e all'effetto operativo finale.
Per PCB ad alta densità interconnessi, i loro processi di produzione, fabbricazione e progettazione devono essere rigorosamente implementati seguendo una serie di standard stabiliti dall'IPC, tra cui IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 e IPC-6016.
Esistono molte differenze tra la fabbricazione di PCB HDI e quella di PCB standard; le sue limitazioni si riflettono principalmente sulla compatibilità di materiali e processi:
1. Il substrato deve soddisfare i requisiti sia elettrici che meccanici, il materiale dielettrico deve essere compatibile con alti valori TG, resistenza al colpo termico e saldatura dei metalli, e deve essere compatibile con diversi tipi di fori, come microvia, via sepolte e via cieche;
2. L'adesione e la stabilità delle prestazioni della lamina di rame nelle aree come microvia e via interrate devono essere affidabili;
Inoltre, il materiale deve avere una buona stabilità termica per resistere all'impatto durante la saldatura o i cicli termici.
Gli standard pertinenti sono IPC-4101B e IPC-4104A, che riguardano materiali come strato dielettrico liquido fotosensibile, strato dielettrico in pellicola secca, film di poliimide, film termoplastico, lamina di rame rivestita di resina e standard FR-4.
Nel fiorente settore globale dei circuiti HDI, la Cina è diventata un centro chiave per la produzione e molti produttori di alta qualità sono emersi, tra cui Linghangda si distingue come leader. Grazie alla sua solida esperienza e forza innovativa, Linghangda ha dimostrato significativi vantaggi in molteplici aspetti:
PCB Rogers
A.O.I.
Anelli Anulari
PCB con Contatti Dorati
