Geavanceerde materialen voor de vervaardiging van HDI-PCB's: FR4, polyimide, BT-epoxy & Beyond

High-Density Interconnect (HDI) PCB's hebben de elektronica ingrijpend veranderd door kleinere, snellere en krachtigere apparaten mogelijk te maken, van 5G-smartphones tot medische implantaten.De kern van deze innovatie ligt in geavanceerde materialen die de elektrische prestaties in evenwicht brengen.In tegenstelling tot standaard PCB's zijn HDI-ontwerpen afhankelijk van gespecialiseerde substraten, koperen folies en versterkingen om microvia (≤ 150 μm) te ondersteunen.fijn pittige sporen (3/3 mil), en een hoog aantal lagen (tot 20 lagen).

Deze gids onderzoekt de meest kritieke materialen in de HDI-productie en vergelijkt hun eigenschappen, toepassingen en prestatiemetingen.Van geavanceerde FR4-varianten naar hoogwaardige polyimide en BT-epoxide, zullen we uiteenzetten hoe elk materiaal unieke uitdagingen oplost in hoogfrequente, hoogdichte ontwerpen.Het begrijpen van deze materialen is de sleutel tot het optimaliseren van betrouwbaarheid en prestaties.

Belangrijkste lessen
1.Materiaalverscheidenheid: HDI-PCB's maken gebruik van geavanceerde FR4, polyimide, BT-epoxy, PTFE en ABF (Ajinomoto Build-up Film) om aan specifieke behoeften te voldoen, van laag signaalverlies tot flexibele ontwerpen.
2.Performance Drivers: Dielectric constant (Dk), dissipatiefactor (Df) en glazen overgangstemperatuur (Tg) zijn cruciaal; materialen met een lage Dk/Df (bijv.PTFE) uitblinken in hoogfrequente toepassingen (> 10 GHz).
3.Koperinnovaties: Ultrasoepel en dun koperfolie maakt fijnere sporen (50 μm) mogelijk en vermindert het signaalverlies in 5G- en mmWave-ontwerpen.
4.Productie synergie: materialen moeten werken met HDI-processen zoals laserboren en sequentiële lamina­tie.
5.Applicatiefocus: Polyimide domineert flexibele HDI; BT-epoxy schijnt in automobielelektronica; geavanceerde FR4 balanceert kosten en prestaties in consumentenapparaten.

Kernmaterialen in geavanceerde HDI-PCB-productie
HDI-PCB's zijn afhankelijk van een reeks materialen, elk afgestemd op specifieke elektrische, thermische en mechanische eisen.

1Dielectrische substraten: de basis van de signaalintegrititeit
Dielectrische materialen scheiden geleidende lagen, waardoor signaal snelheid, verlies en impedance worden gecontroleerd.

Verdeling van de prestaties naar frequentie
a.<10GHz (bijv. Wi-Fi 6): Advanced FR4 (bijv. Isola FR408HR) biedt voldoende prestaties tegen lagere kosten.
b.10-30GHz (bijv. 5G sub-6GHz): BT-epoxide en polyimide balansverlies en stabiliteit.
c. > 30 GHz (bv. mmWave 28/60GHz): PTFE en ABF minimaliseren de signaalafzwakking, die van cruciaal belang is voor radar- en satellietverbindingen.

2Koperfolie: fijne sporen en weinig verlies
Koperfolie vormt de geleidende paden in HDI-PCB's en de kwaliteit ervan heeft een directe invloed op de signaalintegrititeit, vooral bij hoge frequenties.

Waarom oppervlakrauwheid belangrijk is: bij hoge frequenties stroomstroom in de buurt van het koperoppervlak (huidseffect).Verliesverhoging ∙ ultra-gletste koper vermindert dit met 30% bij 60 GHz in vergelijking met standaard koper.

3Versterkingsmaterialen: sterkte en procescompatibiliteit
Versterkingen (meestal op glasbasis) voegen mechanische sterkte toe aan dielectrische substraten en maken HDI-productieprocessen zoals laserboren mogelijk.

4Oppervlakteafwerkingen en soldeermaskers: Bescherming en verbinding
Oppervlakteafwerking beschermt koper tegen oxidatie en zorgt voor betrouwbaar solderen, terwijl soldeermaskers sporen isoleren en kortsluitingen voorkomen.

Materiaalselectie voor specifieke HDI-toepassingen
De keuze van het juiste materiaal hangt af van de frequentie, de omgeving en de betrouwbaarheid van de toepassing:
15G en telecommunicatie
Uitdaging: Hoge frequenties (2860GHz) vereisen een laag verlies en stabiele Dk.
Oplossing: PTFE-substraten (bijv. Rogers RT/duroïde 5880) met ultra-schoon koper verminderen het invoegverlies tot 0,3 dB/inch bij 60 GHz.
Voorbeeld: een 5G-kleine cel maakt gebruik van PTFE-HDI met ENIG-afwerking en bereikt 10 Gbps-gegevenssnelheden met 20% minder stroomverbruik.

2. Automobilische elektronica
Uitdaging: Extreme temperaturen (-40°C tot 125°C) en trillingen.
Oplossing: BT-epoxysubstraten met laserborbaar glas en ENEPIG-afwerking zijn bestand tegen vocht en thermische cyclus.
Voorbeeld: ADAS-radarmodules gebruiken BT-epoxy HDI, waardoor de 77GHz-prestaties gedurende meer dan 100.000 mijl worden gehandhaafd.

3Flexibel en draagbaar apparaat
Uitdaging: behoefte aan buigbaarheid en duurzaamheid.
Oplossing: Polyimide-substraten met RA-koper weerstaan meer dan 100.000 buigingen (1 mm-radius) zonder sporen van scheuring.
Voorbeeld: Een fitness-tracker gebruikt een flexibele HDI met polyimide, waarbij 3x meer sensoren in een 40mm hoes worden geplaatst.

4. High-Speed Data (servers, AI)
Uitdaging: 112 Gbps PAM4-signalen vereisen minimale verspreiding.
Oplossing: ABF-folie met een ultra-gletste koper-Dk-stabiliteit (±0,05) zorgt voor impedantiebeheersing (100Ω ±5%).
Voorbeeld: Een datacenter-switch gebruikt ABF HDI en ondersteunt 800 Gbps-doorvoer met 30% lagere latentie.

HDI-materiaaltrends en -innovaties
De HDI-industrie blijft evolueren, gedreven door de vraag naar hogere frequenties en kleinere vormfactoren:

1.Low-Dk nanocomposites: Nieuwe materialen (bijv. met keramiek gevulde PTFE) bieden Dk < 2.0, gericht op toepassingen met een frequentie van meer dan 100 GHz.
2Ingebedde componenten: Dielectrieken met ingebedde weerstanden/capacitoren verminderen de bordgrootte met 40% in IoT-apparaten.
3.Eco-vriendelijke opties: Halogeenvrije FR4 en recyclebare koperen folie voldoen aan de EU- en Amerikaanse duurzaamheidsvoorschriften.
4.AI-Driven Material Selection: Tools zoals Ansys Granta selecteren optimale materialen op basis van toepassingsparameters (frequentie, temperatuur), waardoor ontwerpcycli met 20% worden verkort.

Veelgestelde vragen
V: Hoe verschillen HDI-materialen van standaard PCB-materialen?
A: HDI-materialen bieden striktere Dk/Df-toleranties, hogere Tg en compatibiliteit met laserboren, wat van cruciaal belang is voor microvias en fijne sporen.02, waardoor het niet geschikt is voor signalen van > 10 GHz, terwijl HDI-grade PTFE Df < 0 heeft.002.

V: Wanneer moet ik kiezen voor polyimide in plaats van BT-epoxy?
A: Polyimide is ideaal voor flexibele ontwerpen (bijv. draagbare apparaten) of omgevingen met hoge temperaturen (> 200 °C). BT-epoxy is beter geschikt voor starre automotive- of 5G-toepassingen die een lage vochtabsorptie vereisen.

V: Wat is de invloed van de ruwheid van het koperoppervlak op hoogfrequente signalen?
A: Bij 60 GHz verhoogt ruw koper (1μm) het signaalverlies met 0,5 dB/inch vergeleken met ultra-smooth koper (0,1μm) – een cruciaal verschil voor langeafstands-mmWave-verbindingen.

V: Zijn geavanceerde HDI-materialen duurder?
A: Ja, PTFE kost 5×10x meer dan geavanceerde FR4.

V: Hoe kies ik de juiste oppervlakteafwerking voor HDI?
A: Voor fijne BGA's, gebruik ENIG voor vlakheid. Voor hoge frequentie, onderdompeling zilver vermindert signaalverlies. Voor de automotive, ENEPIG biedt superieure betrouwbaarheid in ruwe omgevingen.

Conclusies
Geavanceerde materialen vormen de ruggengraat van HDI-PCB-innovatie, waardoor de compacte, hoogwaardige apparaten die de moderne elektronica definiëren mogelijk zijn.,Elk materiaal lost unieke uitdagingen op op het gebied van signaalintegriteit, thermisch beheer en fabricage.

Door de eigenschappen en toepassingen van deze materialen te begrijpen, in combinatie met samenwerking tussen ontwerpteams en productieteams, kunnen ingenieurs het volledige potentieel van HDI-technologie ontgrendelen.AlIn de toekomst zal de innovatie van materialen een belangrijke drijvende kracht blijven en de grenzen verleggen van wat mogelijk is in het PCB-ontwerp.

Voor fabrikanten zoals LT CIRCUIT zorgt het gebruik van deze materialen in combinatie met precisieprocessen zoals laserboren en LDI ervoor dat HDI-PCB's voldoen aan de veeleisende eisen van de volgende generatie elektronica.van dataverbindingen van 100 Gbps naar robuuste automobielsystemen.