High-Density Interconnect (HDI) Meerlaagse PCB's: De drijvende kracht achter miniaturisatie en prestaties van de volgende generatie

Klant-anthroseerde beelden

In de race om kleinere, snellere en krachtiger elektronica te bouwen, raken traditionele PCB's een muur.In de eerste plaats is het belangrijk dat de technologieën van de elektronische telecommunicatie en de sensoren van autonome voertuigen meer functionaliteit vereisen in steeds krappe ruimtes.In de eerste plaats is het belangrijk dat de nieuwe technologieën, die in de eerste plaats worden ontwikkeld door de nieuwe technologieën voor de productie van PCB's, worden toegepast.en precisieproductie om complexe schakelingen in kleine voetafdrukken te verpakkenHDI is niet alleen een upgrade, het is een revolutie in de manier waarop elektronica wordt ontworpen en gebouwd.en wanneer u het moet kiezen voor uw project.

Wat zijn HDI-PCB's?
HDI-PCB's zijn geavanceerde meerlagige boards die zijn ontworpen voor extreme dichtheid.HDI-gebruik:

a.Microvia: kleine, met een laser geboorde gaten (6 ∼10 mil in diameter) die lagen verbinden zonder het hele bord te doorboren.
b.blinde/begraven via's: via's die alleen oppervlaktelagen met binnenlagen verbinden (blinde) of binnenstelagen met elkaar verbinden (begraven), waardoor ruimte wordt bespaard.
c.opbouwlagen: dunne, afwisselende lagen dielektrische (isolator) en koper, geleidelijk toegevoegd om fijnere spoorbreedten (≤3 mil) en nauwere afstand (≤2 mil) mogelijk te maken.

Dit ontwerp vermindert het aantal lagen dat nodig is voor complexe circuits, verkort signaalpaden en minimaliseert lawaai, wat cruciaal is voor hogesnelheidstoepassingen zoals 5G-modems of AI-aangedreven sensoren.

HDI versus traditionele meerlagige PCB's: een kritische vergelijking
De verschillen tussen HDI en traditionele PCB's gaan veel verder dan de grootte.

Hoe HDI-PCB's worden vervaardigd
De productie van HDI's is een precisieproces waarbij geavanceerde machines en strenge kwaliteitscontroles worden gecombineerd om microschaaleigenschappen te bereiken.

1Voorbereiding van de kern
HDI begint vaak met een dunne laag van kern (typisch 0,2 mm dik) van hoogwaardig materiaal zoals FR-4 of Rogers.

2. Laserboren voor microvias
Traditionele mechanische boormachines kunnen geen gaten maken die kleiner zijn dan 50 millimeter, dus HDI gebruikt UV- of CO2-lasers om microvias te boren (6-10 millimeter) met een nauwkeurigheid van ± 1 μm.Deze stap zorgt ervoor dat de vias worden geplaatst precies waar nodig, zelfs in dichte clusters (tot 100 vias per cm2).

3. Opbouwende lagen
In de eerste plaats wordt een laag dielektrische stof (0,05 ∼0,1 mm dik) en koper (0,5 ∼1 oz) geleidelijk toegevoegd:

a. Dielectriciteit wordt op de kern gelamineerd en vervolgens met een laser geboord om de verbindingspunten te onthullen.
b. Koper wordt in de gaten geplaatst (om geleidende via's te vormen) en met behulp van fotolithografie in fijne sporen gegraveerd (breedte 2 ̊3 mm).
c. Dit proces herhaalt zich voor elke opbouwlaag, waardoor een dichte, gelaagde structuur ontstaat.

4. Inspectie en testen
De kleine kenmerken van HDI's vereisen strenge kwaliteitscontroles:

a.Automatische optische inspectie (AOI): scannen op sporen van defecten of verkeerd uitgelijnd via's.
b.X-straalinspectie: controleert de kwaliteit van de bekleding (geen leegtes) in de binnenste lagen.
c. Impedantietests: zorgt voor signaalintegriteit (kritisch voor hogesnelheidsontwerpen).

Belangrijkste voordelen van HDI-PCB's
HDI's unieke ontwerp en productie ontgrendelen voordelen die het onmisbaar maken voor moderne elektronica:

1Extreme miniaturisatie
Door grote doorlopende vias te vervangen door microvia's en trace-spacing te verminderen, bevat HDI 2×4x meer functionaliteit in hetzelfde gebied als traditionele PCB's.

a.Een 5G-smartphone-PCB met HDI kan een 6-lagenontwerp in 10 vierkante centimeter passen, terwijl een traditionele PCB 8 lagen en 15 vierkante centimeter nodig zou hebben.
b.Medische draagbare apparaten (bijv. glucosemonitors) gebruiken HDI om van 30 mm tot 15 mm in diameter te krimpen, waardoor het gebruikerscomfort wordt verbeterd.

2. Snellere signaalsnelheden en minder lawaai
Kortere signaalpaden (dankzij microvias en blinde vias) minimaliseren de verspreidingsvertraging (tijd voor het reizen van signalen) en verminderen de crosstalk (interferentie tussen sporen).

a.Hoogfrequente apparaten (5G, radar, Wi-Fi 6E) die werken bij 28+ GHz.
b.Hoog snelheidsgegevensoverdracht (bv. PCIe 6).0, die 64 Gbps bereikt).

3Verbeterd thermisch beheer
HDI's zijn dunne lagen en microvia die als "warmtepijpen" fungeren, waardoor de warmte gelijkmatiger over het hele paneel wordt verspreid.Dit vermindert hotspots met 30~40% in vergelijking met traditionele PCB's, die cruciaal zijn voor energiezuchtige apparaten zoals AI-chips of EV-motorbesturingen..

4Verbeterde betrouwbaarheid
Traditionele PCB's falen wanneer doorlopende via's barsten onder spanning (bijv. trillingen in auto's).met een vermogen van meer dan 10x meer thermische of mechanische cycli (per IPC-TM-650-test)Dit maakt ze ideaal voor ruige omgevingen zoals ruimtevaart of industriële machines.

HDI-PCB-typen met meerdere lagen: de juiste complexiteit kiezen
De HDI komt in verschillende niveaus (of ordes) voor, afhankelijk van de complexiteit.

Beste toepassingen voor HDI-PCB's met meerdere lagen
HDI is geen unieke oplossing, maar het is uitstekend in deze sectoren met een hoge vraag:

1. Consumentenelektronica
a.Smartphones/tabletten: Opvouwbare telefoons (bijv. Samsung Galaxy Z Fold) gebruiken HDI om 5G-modems, camera's en batterijen in flexibele, dunne ontwerpen te plaatsen.
b.Wearables: Smartwatches (Apple Watch) zijn afhankelijk van HDI om hartslagsensoren, GPS en Bluetooth in 40 mm hoesjes te verpakken.

2Medische hulpmiddelen
a.Portable Diagnostics: Handheld ultrasound probes gebruiken HDI om te krimpen van 200g tot 100g, waardoor ze gemakkelijker te manoeuvreren zijn voor artsen.
b.Implantabel: Neurostimulatoren (voor de behandeling van epilepsie) gebruiken biocompatibele HDI-materialen om 8 lagen circuits in een 10 mm diameter hoes te plaatsen.

3. Automobilische elektronica
a.ADAS (Advanced Driver Assistance Systems): Radar- en LiDAR-modules gebruiken HDI om meer dan 100 gegevenspunten per seconde te verwerken in een compact, hittebestendig ontwerp (met een temperatuur van 125 °C onder de motorkap).
b.EV-controles: batterijbeheersystemen (BMS) gebruiken HDI om 100+ cellen te monitoren in een ruimte die 30% kleiner is dan traditionele PCB's, waardoor het gewicht van het voertuig wordt verminderd.

4Luchtvaart en defensie
a.Satellietcommunicatie: het lichtgewicht van HDI® (40% lichter dan traditionele PCB's) vermindert de lanceringskosten en zorgt voor betrouwbaarheid in de ruimte.
b.Militaire radio's: robuuste HDI-PCB's weerstaan trillingen en extreme temperaturen (-55°C tot 125°C) in communicatieapparaten op het slagveld.

Wanneer HDI kiezen (en wanneer bij traditionele PCB's blijven)
De voordelen van HDI's gaan gepaard met hogere productiekosten, dus het is niet altijd nodig.

Kies HDI als:
Uw apparaat moet kleiner zijn dan 50 cm2 (bijv. draagbare apparaten, smartphones).
U ontwerpt voor hoge frequenties (≥10 GHz) of hoge snelheden (≥10 Gbps).
Betrouwbaarheid in ruwe omgevingen (trillingen, hitte) is van cruciaal belang.
U wilt het aantal componenten verminderen (minder connectoren, kleinere behuizingen).

Blijf bij traditionele PCB's als:
De kosten zijn de hoogste prioriteit (bijv. low-end consumentenapparaten zoals afstandsbediening).
Uw ontwerp is eenvoudig (≤4 lagen, grote componenten zoals weerstanden/condensatoren).
De werkfrequenties zijn laag (< 1 GHz) en de grootte is niet beperkt.

Het overwinnen van HDI-uitdagingen
De complexiteit van de HDI's brengt unieke hindernissen met zich mee, maar deze zijn met zorgvuldige planning beheersbaar:

a.Hogere kosten: gecompenseerd door verminderde omvang van de behuizing, minder componenten en lagere storingspercentages (besparingen op lange termijn).
b. Designcomplexiteit: gebruik HDI-specifieke CAD-tools (bijv. Altium Designer met HDI-modules) om microvias en stapellagen te modelleren.
c.Manufacturing Limits: Partner met ervaren HDI-fabrikanten om vroegtijdig ontwerpbestanden (IPC-2581) te delen om de haalbaarheid voor de productie te valideren.

Conclusies
HDI-PCB's zijn meer dan een trend, ze zijn de basis van de volgende generatie elektronica.HDI lost de grootste uitdagingen op in het ontwerp van moderne apparatenHoewel het met hogere aanvankelijke kosten gepaard gaat, maakt het vermogen om de grootte te verkleinen, de prestaties te verbeteren en langdurige storingen te verminderen het een slimme investering voor kritieke toepassingen.

Of je nu een opvouwbare telefoon, een levensreddend medisch apparaat of een robuust militair gereedschap bouwt, HDI stelt je in staat om de grenzen van wat elektronica kan verleggen.