Wat is een HDI-PCB?

Door de klant geautoriseerde afbeeldingen

High-Density Interconnect (HDI) printplaten hebben een revolutie teweeggebracht in het elektronicaontwerp, waardoor de slanke, krachtige apparaten mogelijk zijn geworden die het moderne leven bepalen - van 5G-smartphones tot draagbare gezondheidsmonitoren. In tegenstelling tot traditionele printplaten, die moeite hebben om componenten in krappe ruimtes te proppen, maakt HDI-technologie gebruik van geavanceerde productietechnieken om meer verbindingen, snellere signalen en een hogere componentdichtheid in kleinere vormfactoren te persen. Maar wat is precies een HDI-printplaat, hoe werkt het en waarom is het onmisbaar geworden voor geavanceerde elektronica? Deze gids ontleedt de technologie, van de kerncomponenten tot de praktische toepassingen, en legt uit waarom het de ruggengraat is van de volgende generatie apparaten.​

Belangrijkste punten​
   1.HDI-printplaten gebruiken microvias (≤150μm diameter), fijne sporen (≤50μm breedte) en dichte lagenstapels om 3–5x hogere componentdichtheid te bereiken dan traditionele printplaten.​
   2.Ze maken snellere signaalsnelheden mogelijk (tot 100 Gbps) met 40% minder verlies, cruciaal voor 5G-, AI- en IoT-apparaten.​
   3.HDI-technologie vermindert de apparaatgrootte met 30–50% en verbetert de betrouwbaarheid met 60% in vergelijking met traditionele printplaten, dankzij minder connectoren en kortere signaalpaden.​
   4.Kernfuncties zijn onder meer microvias (blind, begraven of gestapeld), sequentiële laminering en materialen met weinig verlies - allemaal geoptimaliseerd voor hoge prestaties in compacte ruimtes.​

Wat is een HDI-printplaat?​
HDI (High-Density Interconnect) printplaten zijn geavanceerde printplaten die zijn ontworpen om de connectiviteit te maximaliseren en de grootte te minimaliseren. Ze bereiken dit door:​
   a.Functies te verkleinen: gebruik van microvias (kleine gaatjes) en fijne koperen sporen om lagen te verbinden zonder ruimte te verspillen.​
   b.Dichtheid te verhogen: meer componenten (chips, sensoren, connectoren) per vierkante inch plaatsen - tot 1.000 componenten/in², versus 200–300 voor traditionele printplaten.​
   c.Lagen te optimaliseren: gebruik van 4–16 dunne lagen (versus 2–8 dikke lagen in traditionele printplaten) om het gewicht te verminderen en de signaalstroom te verbeteren.​
Kortom, HDI-printplaten zijn de oplossing voor een cruciaal probleem: moderne elektronica vereist meer vermogen en functionaliteit, maar consumenten willen kleinere, lichtere apparaten. HDI overbrugt deze kloof.​

Hoe HDI-printplaten werken: kerncomponenten en technologie​
HDI-printplaten vertrouwen op drie belangrijke innovaties om een hoge dichtheid en prestaties te leveren: microvias, fijne sporen en geavanceerde lagenstapeling.​
1. Microvias: het geheim van dichtheid​
Vias zijn de 'gaten' in printplaten die koperlagen verbinden, maar traditionele through-hole vias (die de hele printplaat doordringen) verspillen ruimte en vertragen signalen. HDI-printplaten vervangen deze door microvias - kleine, precieze gaten met een diameter van 50–150μm (ongeveer de breedte van een mensenhaar).​
Microvias zijn er in drie typen, die elk een specifiek doel dienen:​
   Blinde microvias: verbinden een buitenlaag met een of meer binnenlagen, maar dringen niet de hele printplaat door. Ideaal om de lengte van het signaalpad te verkorten.​
   Begraven microvias: verbinden binnenlagen zonder het buitenoppervlak te bereiken, waardoor de buitenkant van de printplaat vrij blijft voor componenten.​
   Gestapelde microvias: meerdere microvias verticaal gestapeld om 3+ lagen te verbinden, waardoor het aantal benodigde vias met 40% wordt verminderd in dichte ontwerpen.​
Door de 'stubs' van traditionele through-hole vias te elimineren, verminderen microvias de signaalreflectie met 70% en verkorten ze de signaalvertraging met 30%, waardoor snellere gegevensoverdracht mogelijk wordt.​

2. Fijne sporen: meer verbindingen in minder ruimte​
Traditionele printplaten gebruiken sporen (koperen lijnen) van 100–200μm breed, maar HDI-printplaten gebruiken fijne sporen van slechts 25–50μm - ongeveer de helft van de breedte van een mensenhaar. Hierdoor passen er meer sporen in dezelfde ruimte, waardoor de routeringsdichtheid met 2–3x toeneemt.​
Fijne sporen verbeteren ook de signaalintegriteit: smallere sporen met gecontroleerde afstand verminderen overspraak (elektromagnetische interferentie tussen signalen) met 50% in vergelijking met bredere sporen, cruciaal voor snelle gegevens (bijv. 5G mmWave-signalen bij 28 GHz).​

3. Sequentiële laminering: lagen bouwen met precisie​
Traditionele printplaten worden gebouwd door alle lagen tegelijk te lamineren, wat de uitlijningsnauwkeurigheid beperkt. HDI-printplaten gebruiken sequentiële laminering - lagen één voor één bouwen, waarbij elke nieuwe laag wordt uitgelijnd op de vorige met behulp van laserpositionering. Dit bereikt ±5μm uitlijning (1/20e van de breedte van een mensenhaar), versus ±25μm voor traditionele laminering.​
Sequentiële laminering is essentieel voor 8+ laags HDI-ontwerpen, om ervoor te zorgen dat microvias en sporen perfect op elkaar aansluiten over lagen - cruciaal om kortsluitingen en signaalverlies te voorkomen.​

Hoe HDI-printplaten zich verhouden tot traditionele printplaten​

Typen HDI-printplaten: configuraties voor elke behoefte​

HDI-printplaten zijn er in verschillende configuraties, elk geoptimaliseerd voor specifieke toepassingen:​

1. 1+N+1 HDI-printplaten​
Dit is het meest voorkomende HDI-ontwerp, met:​
   a.1 buitenlaag aan de boven- en onderkant, elk verbonden met binnenlagen via microvias.​
   b.N binnenlagen (meestal 2–6) voor voeding, aarde en signalen.​
   c.Through-hole vias voor verbindingen die alle lagen overspannen (hoewel geminimaliseerd om ruimte te besparen).​
Het beste voor: Smartphones, tablets en elektronica van gemiddelde kwaliteit die een balans nodig hebben tussen dichtheid en kosten.​

2. 2+N+2 HDI-printplaten​
Een stap in complexiteit, met:​
  a.2 buitenlagen aan de boven- en onderkant, waardoor meer routering mogelijk is.​
  b.Blinde/begraven microvias die lagen verbinden zonder de hele printplaat te penetreren, waardoor signaalverlies wordt verminderd.​
  c.8–12 totale lagen voor een hogere componentdichtheid.​
Het beste voor: 5G-routers, medische beeldvormingsapparaten en ADAS-systemen voor de auto-industrie.​

3. Volledige HDI-printplaten​
De meest geavanceerde configuratie, met:​
  a.12+ lagen verbonden via gestapelde microvias (geen through-hole vias).​
  b.Sequentiële laminering voor precieze uitlijning over alle lagen.​
  c.Materialen met weinig verlies (bijv. Rogers RO4350) voor hoogfrequente signalen (28 GHz+).​
Het beste voor: Lucht- en ruimtevaartsensoren, AI-processors en satellietcommunicatiesystemen.​

Materialen die worden gebruikt in HDI-printplaten​
HDI-printplaten vereisen gespecialiseerde materialen om hoge snelheden, nauwe toleranties en dichte componenten aan te kunnen:​

1. Substraten (kernmaterialen)​
   a.FR-4 met weinig verlies: een budgetvriendelijke optie voor consumentenelektronica (bijv. smartphones), met een diëlektrische constante (Dk) van 3,8–4,5.​
   b.Rogers RO4350: een hoogwaardig laminaat met Dk 3,48, ideaal voor 5G- en radarsystemen (28–60 GHz).​
   c.Isola I-Tera MT: een materiaal met weinig verlies met Dk 3,0, ontworpen voor 100 Gbps+ signalen in datacenters.​

2. Koperfolie​
  a.Elektrodeponeerd (ED) koper: Standaard voor de meeste HDI-printplaten, met een dikte van 1/3–1oz (12–35μm).​
  b.Gewalst koper: Dunner (6–12μm) en flexibeler, gebruikt in rigid-flex HDI (bijv. opvouwbare telefoons) om scheuren tijdens het buigen te weerstaan.​

3. Coverlayers en soldeermaskers​
  a.Polyimide coverlayers: beschermen fijne sporen tegen vocht en slijtage in flexibele secties.​
  b.Vloeibaar foto-afbeeldbaar (LPI) soldeermasker: nauwkeurig genoeg om 25μm sporen te bedekken zonder bruggen te slaan, waardoor de betrouwbaarheid wordt gewaarborgd.​

Waarom HDI-printplaten cruciaal zijn voor moderne elektronica​

HDI-technologie lost drie belangrijke uitdagingen op waarmee de huidige apparaatontwerpers worden geconfronteerd:​
1. Miniaturisering​
Consumenten eisen kleinere apparaten met meer functies. HDI-printplaten maken dit mogelijk:​
   Een moderne smartphone bevat 1.500+ componenten in een vormfactor van 6 inch - onmogelijk met traditionele printplaten.​
   Draagbare fitnesstrackers gebruiken HDI om hartslagmonitoren, GPS en batterijen in een apparaat ter grootte van een horloge te passen.​

2. Hoge-snelheidssignalen​
5G-, AI- en IoT-apparaten vereisen dat signalen sneller dan ooit reizen (tot 100 Gbps). HDI-printplaten maken dit mogelijk door:​
   Signaalpaden (sporen) met 50–70% te verkorten in vergelijking met traditionele printplaten, waardoor de vertraging wordt verminderd.​
   Materialen met weinig verlies te gebruiken om signaalverzwakking (verlies) bij hoge frequenties te minimaliseren.​

3. Betrouwbaarheid​
HDI-printplaten vallen minder vaak uit dan traditionele printplaten omdat:​
   Ze 60% van de connectoren en bedradingsharnassen elimineren (veelvoorkomende storingspunten in traditionele ontwerpen).​
   Korte signaalpaden verminderen EMI (elektromagnetische interferentie) en overspraak, waardoor de stabiliteit wordt verbeterd.​

Praktische toepassingen van HDI-printplaten​
HDI-technologie is de ruggengraat van talloze apparaten die we dagelijks gebruiken:​
1. 5G-smartphones​
Moderne 5G-telefoons (bijv. iPhone 15 Pro, Samsung Galaxy S24) vertrouwen op 1+6+1 HDI-printplaten om:​
   5G-modems, mmWave-antennes en 48MP-camera's in een behuizing van 7 mm dik te passen.​
   5G-signalen te verzenden bij 28 GHz met <2dB verlies, waardoor snelle datasnelheden worden gegarandeerd.​

2. Medische apparaten​
   Draagbare ECG-monitoren: gebruik 2+2+2 HDI-printplaten om sensoren, Bluetooth-chips en batterijen in een apparaat ter grootte van een pleister te passen, met fijne sporen (25μm) voor nauwkeurige hartslagmeting.​
   Implanteerbare defibrillatoren: volledige HDI-printplaten met biocompatibele materialen (bijv. polyimide) leveren 10+ jaar betrouwbare werking in het lichaam.​

3. Automotive-elektronica​
   ADAS-systemen: 8-laags HDI-printplaten in LiDAR- en radarmodules verwerken 100+ datapunten/seconde, waardoor botsingspreventie bij 70 mph mogelijk is.​
   EV-batterijbeheer: HDI-printplaten bewaken 100+ batterijcellen in realtime, waarbij microvias de signaalvertraging met 30% verminderen in vergelijking met traditionele ontwerpen.​

4. Lucht- en ruimtevaart & Defensie​
  Satellietcommunicatie: volledige HDI-printplaten met 16 lagen werken bij -200°C tot 260°C in de ruimte en ondersteunen 5G-satellietverbindingen met 99,99% uptime.​
  Drone-sensoren: lichtgewicht 1+4+1 HDI-printplaten verminderen het gewicht met 20%, waardoor de vliegtijd met 15 minuten wordt verlengd.​

Productie van HDI-printplaten: uitdagingen en innovaties​
Het produceren van HDI-printplaten vereist precisie die verder gaat dan de traditionele productie van printplaten:​
1. Microvia-boren​
Het maken van 50μm microvias vereist UV-laserboren (versus mechanische boren voor traditionele vias), die 98% nauwkeurigheid bereiken - cruciaal om kortsluitingen te voorkomen.​

2. Fijn sporen etsen​
Het etsen van 25μm sporen vereist geavanceerde fotolithografie (met behulp van UV-licht om patronen over te brengen) met ±2μm tolerantie. Zelfs kleine variaties kunnen signaalverlies veroorzaken.​

3. Sequentiële laminering​
Het bouwen van lagen één voor één vereist temperatuur- en drukgecontroleerde persen om delaminatie te voorkomen, waarbij elke laag wordt uitgelijnd met behulp van lasermarkers.​

4. Inspectie​
HDI-printplaten vereisen röntgeninspectie om de kwaliteit van de microvia's en de uitlijning van de lagen te controleren, aangezien defecten (bijv. via-holtes) te klein zijn om met het blote oog te zien.​

Kosten van HDI-printplaten: waarom ze de investering waard zijn​
HDI-printplaten kosten 1,5–3x meer dan traditionele printplaten, maar de voordelen rechtvaardigen vaak de prijs:​
  a.Verminderde apparaatgrootte: maakt premium, ruimtebeperkte producten mogelijk (bijv. $1.000+ smartphones) waarbij de grootte een belangrijk verkoopargument is.​
  b.Snellere time-to-market: minder connectoren en eenvoudigere assemblages verkorten de productietijd met 2–3 weken.​
  c.Lagere garantie kosten: 60% minder storingen vermindert retouren en reparaties, waardoor 10–15% van de totale productkosten over de levenscyclus van een apparaat wordt bespaard.​

Veelgestelde vragen​
V: Wat is de kleinste microvia-grootte in commerciële HDI-printplaten?​
A: Commerciële fabrikanten produceren microvias van slechts 50μm, hoewel 75–100μm gebruikelijker is voor kosteneffectiviteit. Lucht- en ruimtevaartprototypen gebruiken 25μm microvias.​

V: Kunnen HDI-printplaten rigid-flex zijn?​
A: Ja. Rigid-flex HDI-printplaten combineren stijve secties (voor componenten) met flexibele secties (voor buigen), ideaal voor opvouwbare telefoons en medische endoscopen.​

V: Hoe gaan HDI-printplaten om met hitte?​
A: Ze gebruiken dikke koperlagen (2–3oz) en thermische vias om warmte af te voeren, waarbij sommige ontwerpen aluminium kernen integreren voor componenten met hoog vermogen (bijv. 5G-versterkers).​

V: Zijn HDI-printplaten alleen voor high-end apparaten?​
A: Nee. Zelfs budgetsmartphones en IoT-sensoren gebruiken basis 1+2+1 HDI-printplaten om kosten en dichtheid in evenwicht te brengen, hoewel ze mogelijk grotere microvias (100–150μm) gebruiken.​

V: Wat is de toekomst van HDI-technologie?​
A: Next-gen HDI-printplaten zullen 10μm sporen, 25μm microvias en 20+ lagen bevatten, waardoor signalen van terabit per seconde en nog kleinere apparaten mogelijk worden - cruciaal voor 6G en quantum computing.​

Conclusie​
HDI-printplaten hebben de elektronica getransformeerd door de dichtheid, snelheid en miniaturisering mogelijk te maken die moderne apparaten vereisen. Door gebruik te maken van microvias, fijne sporen en geavanceerde materialen, lossen ze de belangrijkste uitdaging op om meer functionaliteit in minder ruimte te persen - en tegelijkertijd de signaalprestaties en betrouwbaarheid te verbeteren. Hoewel ze duurder zijn dan traditionele printplaten, maken hun voordelen - kleinere apparaten, hogere snelheden en lagere uitvalpercentages - ze onmisbaar voor 5G-, medische, automotive- en lucht- en ruimtevaarttoepassingen. Naarmate de technologie vordert, zullen HDI-printplaten alleen maar kritischer worden en de volgende golf van innovatie in de elektronica aandrijven.