Geavanceerde materialen voor HDI-PCB's: optimalisatie van de prestaties in 5G, automotive en wearables

High-Density Interconnect (HDI) PCB's zijn de ruggengraat van moderne elektronica, die de miniaturisatie, snelheid en betrouwbaarheid van apparaten zoals 5G-smartphones, automotive ADAS-sensoren en draagbare medische apparaten mogelijk maken. In tegenstelling tot standaard PCB's, vertrouwen HDI-ontwerpen op geavanceerde materialen om microvias (≤150μm), fijne sporen (3/3 mil) en hoogfrequente signalen (tot 100 GHz) te ondersteunen. De juiste materiaalkeuze heeft direct invloed op de signaalintegriteit, thermisch beheer en duurzaamheid - waardoor het cruciaal is voor ingenieurs om de sterke punten en afwegingen van elke optie te begrijpen.

Deze gids beschrijft de meest essentiële geavanceerde materialen voor HDI PCB-productie, vergelijkt hun belangrijkste eigenschappen en brengt ze in kaart met real-world toepassingen. Of u nu een 10 Gbps-datalink of een flexibele gezondheidsmonitor ontwerpt, deze analyse helpt u bij het selecteren van materialen die prestaties, kosten en produceerbaarheid in evenwicht brengen.

Belangrijkste punten
 1. Prestatie-drivers van materialen: Diëlektrische constante (Dk), dissipatiefactor (Df), glastransitietemperatuur (Tg) en thermische geleidbaarheid zijn ononderhandelbaar voor HDI-succes - materialen met een lage Dk/Df blinken uit in hoogfrequente (＞10 GHz) ontwerpen.
 2. Kernmateriaalcategorieën: Geavanceerd FR4, polyimide, BT-epoxy, PTFE en ABF (Ajinomoto Build-up Film) domineren de HDI-productie, elk met het oplossen van unieke uitdagingen (bijv. flexibiliteit, hoge hittebestendigheid).
 3. Koperinnovaties: Ultra-gladde en dunne kopersfolies maken fijnere sporen (50μm) mogelijk en verminderen signaalverlies in 5G/mmWave-toepassingen.
 4. Toepassingsafstemming: Polyimide leidt in flexibele HDI; BT-epoxy blinkt uit in automotive-elektronica; PTFE domineert mmWave-radar - geavanceerd FR4 brengt kosten en prestaties in evenwicht voor consumentenapparaten.
 5. Productiesynergie: Materialen moeten worden geïntegreerd met HDI-processen (laserboren, sequentiële laminering) - bijv. laserboorbare glasversterkingen vereenvoudigen de creatie van microvias.

Kritische materialen voor geavanceerde HDI PCB's
HDI PCB's zijn afhankelijk van een zorgvuldig samengestelde set materialen, elk afgestemd op specifieke elektrische, thermische en mechanische eisen. Hieronder volgt een gedetailleerde uitsplitsing van de meest impactvolle categorieën:

1. Diëlektrische substraten: De basis van signaalintegriteit
Diëlektrische materialen scheiden geleidende lagen, waardoor de signaalsnelheid, het verlies en de impedantie worden geregeld. HDI-ontwerpen vereisen substraten met nauwe toleranties om signaaldegradatie in high-density, hoogfrequente lay-outs te voorkomen.

Prestaties in één oogopslag: Hoogfrequent signaalverlies
Bij 60 GHz (cruciaal voor 5G mmWave) heeft de materiaalkeuze direct invloed op de signaalverzwakking:

 a. PTFE: 0,3 dB/inch (minimaal verlies, ideaal voor langeafstandsverbindingen)
 b. Polyimide: 0,8 dB/inch (gebalanceerd voor flexibele 5G-apparaten)
 c. Geavanceerd FR4: 2,0 dB/inch (te hoog voor ＞30 GHz-toepassingen)

2. Kopersfolies: Fijne sporen en weinig verlies mogelijk maken
Kopersfolies vormen de geleidende paden in HDI PCB's, en hun kwaliteit is cruciaal voor de integriteit van hoogfrequente signalen - vooral vanwege het huideffect (stroom vloeit bij hoge frequenties dicht bij het koperoppervlak).

Waarom oppervlakte ruwheid belangrijk is: Een ruw koperoppervlak van 1μm verhoogt het signaalverlies met 0,5 dB/inch bij 60 GHz in vergelijking met ultra-glad (0,1μm) koper - genoeg om het bereik van een 5G-basisstation met 20% te verminderen.

3. Versterkingsmaterialen: Sterkte en procescompatibiliteit
Versterkingen (meestal op glasbasis) voegen mechanische stijfheid toe aan diëlektrische substraten en zorgen voor compatibiliteit met HDI-productieprocessen zoals laserboren en sequentiële laminering.

4. Oppervlakteafwerkingen & soldeermaskers: Beschermen en verbinden
Oppervlakteafwerkingen voorkomen koperoxidatie en zorgen voor betrouwbaar solderen, terwijl soldeermaskers sporen isoleren en kortsluiting voorkomen - cruciaal voor de dichte lay-outs van HDI.

Materiaalselectie per HDI-toepassing
Het juiste materiaal hangt af van de frequentie, omgeving en betrouwbaarheidseisen van de toepassing. Hieronder staan ​​veelvoorkomende gebruiksscenario's en hun optimale materiaalcombinaties:
1. 5G-infrastructuur & apparaten
Uitdaging: Hoge frequenties (28–60 GHz) vereisen ultra-laag verlies en stabiele Dk.
Oplossing: PTFE-substraat + ultra-glad koper + immersie zilver afwerking.

Voorbeeld: Een 5G-kleine cel gebruikt Rogers RT/duroid 5880 (PTFE) met 12μm ultra-glad koper, waardoor datasnelheden van 10 Gbps worden bereikt met 25% minder stroomverbruik dan geavanceerde FR4-ontwerpen.

2. Automotive ADAS & EV-elektronica
Uitdaging: Extreme temperaturen (-40°C tot 125°C), trillingen en vocht.
Oplossing: BT-epoxy-substraat + laserboorglas + ENEPIG-afwerking.
Voorbeeld: Een 77 GHz-radarmodule gebruikt BT-epoxy HDI, met behoud van ±5 cm detectienauwkeurigheid over 100.000+ mijl - cruciaal voor botsingspreventie.

3. Flexibele wearables & medische sensoren
Uitdaging: Buigbaarheid (1 mm radius), biocompatibiliteit en duurzaamheid op lange termijn.
Oplossing: Polyimide-substraat + RA-koper + LPI-soldeermasker.
Voorbeeld: Een fitnesstracker gebruikt polyimide HDI met 18μm RA-koper, dat 100.000+ buigingen overleeft zonder spoorvorming, terwijl een hartslagmeter, GPS en batterij in een behuizing van 40 mm passen.

4. High-speed data (servers & AI)
Uitdaging: 112 Gbps PAM4-signalen vereisen minimale dispersie en impedantiecontrole.
Oplossing: ABF-film + ultra-glad koper + ENIG-afwerking.
Voorbeeld: Een datacenter switch gebruikt ABF HDI met 2/2 mil sporen, die 800 Gbps doorvoer ondersteunt met 30% lagere latentie dan standaard FR4-ontwerpen.

Opkomende trends in HDI-materialen
De HDI-industrie evolueert snel om te voldoen aan de eisen van 6G, AI en next-gen autosystemen. Belangrijke innovaties zijn onder meer:

 1. Laag-Dk-nanocomposieten: Nieuwe materialen (bijv. met keramiek gevuld PTFE) met Dk <2.0 richten zich op 100 GHz+ toepassingen, cruciaal voor 6G-onderzoek.
 2. Ingebouwde componenten: Diëlektrica met ingebouwde weerstanden/condensatoren verminderen de bordgrootte met 40% in IoT- en draagbare apparaten.
 3. Milieuvriendelijke opties: Halogeenvrij geavanceerd FR4 en recyclebare kopersfolies sluiten aan bij de EU RoHS- en US EPA-duurzaamheidsvoorschriften.
 4. AI-gestuurde materiaalselectie: Tools zoals Ansys Granta selecteren optimale materialen op basis van toepassingsparameters (frequentie, temperatuur), waardoor de ontwerptijden met 20% worden verkort.

FAQ
V: Hoe verschillen HDI-materialen van standaard PCB-materialen?
A: HDI-materialen hebben nauwere toleranties (bijv. Dk ±0,05 vs. ±0,3 voor standaard FR4), hogere Tg (180°C+ vs. 130°C voor standaard FR4) en compatibiliteit met laserboren - essentieel voor microvias en fijne sporen. Standaard materialen falen bij hoge frequenties (＞10 GHz) vanwege hoge Df.

V: Wanneer moet ik polyimide boven BT-epoxy kiezen?
A: Polyimide is ideaal voor flexibele ontwerpen (wearables, opvouwbare apparaten) of omgevingen met hoge temperaturen (＞200°C). BT-epoxy is beter voor stijve toepassingen (automotive ADAS, 5G-basisstations) die een lage vochtopname en dimensionale stabiliteit nodig hebben.

V: Is ultra-glad koper de kosten waard voor HDI?
A: Ja - voor ＞28 GHz-ontwerpen (5G mmWave, radar) vermindert ultra-glad koper het signaalverlies met 30%, waardoor het bereik wordt vergroot en de stroombehoefte wordt verlaagd. Voor ＜10 GHz-toepassingen (Wi-Fi 6) is standaard ED-koper voldoende.

V: Wat is het kostenverschil tussen PTFE en geavanceerd FR4?
A: PTFE kost 5–10x meer dan geavanceerd FR4, maar het is gerechtvaardigd voor hoogwaardige toepassingen (satellietcommunicatie, mmWave-radar). Voor consumentenapparaten brengt geavanceerd FR4 kosten en prestaties in evenwicht.

V: Hoe zorg ik voor materiaalcompatibiliteit met HDI-processen?
A: Werk vroegtijdig samen met fabrikanten zoals LT CIRCUIT - zij kunnen verifiëren dat materialen (bijv. laserboorglas) integreren met laserboren, sequentiële laminering en AOI-inspectie, waardoor kostbare herbewerking wordt voorkomen.

Conclusie
Geavanceerde materialen zijn de onbezongen helden van HDI PCB-innovatie, die de compacte, hoogwaardige apparaten mogelijk maken die de moderne elektronica definiëren. Van het ultra-lage verlies van PTFE voor 5G mmWave tot de flexibiliteit van polyimide voor wearables, elk materiaal lost unieke uitdagingen op - maar succes hangt af van het afstemmen van materiaaleigenschappen op de behoeften van de toepassing.

Door prioriteit te geven aan belangrijke meetwaarden (Dk, Df, Tg) en samen te werken met ervaren fabrikanten, kunnen ingenieurs het volledige potentieel van HDI-technologie ontsluiten. Omdat 6G, AI en elektrische voertuigen de grenzen van de prestaties verleggen, zal materiaalvernieuwing een hoeksteen blijven - en ervoor zorgen dat HDI PCB's de volgende generatie elektronica blijven aandrijven.

Voor fabrikanten zoals LT CIRCUIT zorgt het benutten van deze geavanceerde materialen - in combinatie met precisieprocessen zoals laserboren en LDI - ervoor dat HDI PCB's voldoen aan de strenge eisen van de meest kritieke toepassingen van vandaag, van levensreddende medische apparaten tot wereldwijde 5G-netwerken.