PCB های اتصال با تراکم بالا (HDI) با فعال کردن دستگاه های کوچکتر، سریعتر و قدرتمندتر از تلفن های هوشمند 5G تا ایمپلنت های پزشکی، الکترونیک را انقلابی کرده اند.در قلب این نوآوری مواد پیشرفته ای که عملکرد الکتریکی را متعادل می کنند وجود دارد، ثبات حرارتی و قابلیت تولید. برخلاف PCB های استاندارد، طرح های HDI به بستر های تخصصی، ورق های مس و تقویت کننده ها برای پشتیبانی از میکروویا (≤150μm) ،ردیف های ظریف (3/3 میلی لیتر)، و تعداد لایه های بالا (تا 20 لایه).
این راهنما مهمترین مواد در تولید HDI را بررسی می کند و خواص، کاربردهای و معیارهای عملکرد آنها را مقایسه می کند.از انواع پیشرفته FR4 به پلی آمید با عملکرد بالا و BT-epoxy، ما نحوه حل چالش های منحصر به فرد در فرکانس بالا، طراحی های چگالی بالا را تجزیه و تحلیل خواهیم کرد.درک این مواد کلید بهینه سازی قابلیت اطمینان و عملکرد است.
نکات کلیدی
1تنوع مواد: PCB های HDI از FR4 پیشرفته ، پلی آمید ، BT-epoxy ، PTFE و ABF (Ajinomoto Build-up Film) برای پاسخگویی به نیازهای خاص از از دست دادن سیگنال کم تا طرح های انعطاف پذیر استفاده می کنند.
2عوامل عملکردی: ثابت دی الکتریک (Dk) ، فاکتور تبعید (Df) و دمای انتقال شیشه ای (Tg) حیاتی هستند؛ مواد کم Dk / Df (به عنوان مثال،PTFE) در کاربردهای فرکانس بالا (> 10GHz) عالی است.
3نوآوری های مس: فولیک های بسیار صاف و نازک مس باعث ایجاد ردپای های نازک تر (50μm) و کاهش از دست دادن سیگنال در طرح های 5G و mmWave می شوند.
4.تکرار تولید: مواد باید با فرآیندهای HDI مانند حفاری لیزر و لایه بندی متوالی کار کنند. به عنوان مثال، تقویت شیشه ای لیزر قابل حفاری ایجاد میکروویا را ساده می کند.
5تمرکز کاربرد: پلیایمید بر HDI انعطاف پذیر تسلط دارد؛ BT-epoxy در الکترونیک خودرو درخشان است؛ FR4 پیشرفته هزینه و عملکرد را در دستگاه های مصرفی متعادل می کند.
مواد اصلی در تولید پیشرفته PCB HDI
PCB های HDI وابسته به مجموعه ای از مواد هستند که هر کدام برای پاسخگویی به خواسته های الکتریکی، حرارتی و مکانیکی خاص طراحی شده اند. در زیر یک غوطه عمیق در مهمترین دسته بندی ها وجود دارد:
1سوبسترات های دی الکتریک: پایه ی یکپارچگی سیگنال
مواد دی الکتریک لایه های رسانا را از هم جدا می کنند و سرعت، از دست دادن و مقاومت سیگنال را کنترل می کنند. طرح های HDI نیاز به زیربنایی با تحمل های تنگ برای پشتیبانی از سیگنال های فرکانس بالا و سرعت بالا دارند.
| دسته بندی مواد |
ویژگی های کلیدی |
Dk (10GHz) |
Df (10GHz) |
Tg (°C) |
بهترین برای |
| FR4 پیشرفته |
موازنه هزینه، عملکرد و قابلیت تولید |
4.248 |
0.015 ۰025 |
170 ¥ 180 |
الکترونیک مصرفی، سنسورهای IoT |
| پلی آمید |
مقاومت انعطاف پذیر در برابر دماهای بالا |
3.035 |
0.008 ۰012 |
250 ¢ 300 |
HDI انعطاف پذیر (دسته های پوشیدنی، سنسورهای خودرو) |
| BT- اپوکسی (بیسمالایمید- تریازین) |
جذب کم رطوبت، ثبات ابعاد |
3.84.2 |
0.008 ۰010 |
180 ¢200 |
ADAS خودرو، ایستگاه های پایه 5G |
| PTFE (پلی تترافلوئوروتلین) |
از دست دادن بسیار کم، عملکرد فرکانس بالا |
2.2225 |
0.000910002 |
>260 |
رادار ام ام ام، ارتباطات ماهواره ای |
| ABF (فلم ساخت و ساز اجینوموتو) |
قابلیت خط بسیار نازک |
3.033 |
0.006 ۰008 |
>210 |
زیربناهای IC با چگالی بالا، پردازنده های سرور |
تقسیم عملکرد بر اساس فرکانس
a.<10GHz (به عنوان مثال Wi-Fi 6): FR4 پیشرفته (به عنوان مثال Isola FR408HR) عملکرد کافی را با هزینه کمتری ارائه می دهد.
b.10~30GHz (به عنوان مثال، 5G زیر-6GHz): از دست دادن تعادل و ثبات BT-epoxy و polyimide.
c.>30GHz (به عنوان مثال، mmWave 28/60GHz): PTFE و ABF کاهش سیگنال را به حداقل می رسانند، که برای ارتباطات رادار و ماهواره ای حیاتی است.
2ورق های مس: اجازه می دهد تا آثار ظریف و از دست دادن کم
ورق های مس مسیرهای رسانا در PCB های HDI را تشکیل می دهند و کیفیت آنها به طور مستقیم بر یکپارچگی سیگنال تاثیر می گذارد، به ویژه در فرکانس های بالا.
| نوع مس |
محدوده ضخامت |
خشکی سطح |
مزیت اصلی |
درخواست |
| ورق های نازک مس |
918μm (0.25μ0.5 اونس) |
معتدل (0.5 ∼1.0μm) |
اجازه می دهد تا 50μm ردی / فضا برای طرح های متراکم |
تلفن های هوشمند، دستگاه های پوشیدنی |
| مس فوق نرمی |
1235μm (0.35μ1 اونس) |
Ultra-low (<0.1μm) |
کاهش از دست دادن سیگنال در طرح های فرکانس بالا (> 28GHz) |
آنتن های اممی وَو، ترانسسیورهای 5G |
| مس رقیق (RA) |
1870μm (0.5μ2 oz) |
کم (0.3 ∼ 0.5μm) |
انعطاف پذیری بیشتر برای HDI سخت و انعطاف پذیر |
سنسورهای خودرو، نمایشگرهای تاشو |
چرا خشکی سطح مهم است: در فرکانس های بالا، جریان های فعلی در نزدیکی سطح مس (اثر پوست) جریان می یابد. سطوح خشن سیگنال ها را پخش می کنند،افزایش از دست دادن برنج فوق صاف این را در 60GHz در مقایسه با برنج استاندارد 30٪ کاهش می دهد..
3مواد تقویت کننده: قدرت و سازگاری فرآیند
تقویت کننده ها (معمولاً مبتنی بر شیشه) قدرت مکانیکی را به زیربناهای دی الکتریک اضافه می کنند و فرآیندهای تولید HDI مانند حفاری لیزر را امکان پذیر می کنند.
| نوع تقویت کننده |
مواد |
اموال کلیدی |
سود برای تولیدات HDI |
| شیشه ای که با لیزر سوراخ می شود |
پارچه های شیشه ای |
بافت یکنواخت، کمترین روغن دریل |
ایجاد میکروویا را ساده می کند (قطر 50-100μm) |
| شیشه های قوی |
شیشه ای |
CTE پایین (3-5 ppm/°C) |
کاهش انحراف در HDI چند لایه |
| شیشه کم Dk |
شیشه S |
ثابت دی الکتریک پایین تر (4.0 در مقابل 4.8 برای شیشه ای) |
کاهش از دست دادن سیگنال در طرح های فرکانس بالا |
4. پایان سطح و ماسک های جوش: محافظت و اتصال
پوشش های سطحی از مس در برابر اکسیداسیون محافظت می کنند و اطمینان از جوش قابل اعتماد را تضمین می کنند، در حالی که ماسک های جوش نشان را عایق بندی می کنند و از مدار کوتاه جلوگیری می کنند.
| پوشش سطح |
مزیت اصلی |
بهترین برای |
| ENIG (طلای غوطه ور کردن نیکل بدون برق) |
سطح صاف، مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی |
BGA های با صدای خوب، ردیف های با فرکانس بالا |
| نقره غوطه ور |
سطح صاف، از دست دادن سیگنال کم |
ماژول های RF 5G، سیستم های رادار |
| ENEPIG (نیکل بدون برق بدون برق طلا غوطه ور شدن پالادیوم) |
چسبندگی قوی، قابلیت اطمینان بالا |
ADAS خودرو، هوافضا |
| قوطی غوطه ور |
مقرون به صرفه، قابلیت جوش خوب |
الکترونیک مصرفی، HDI ارزان قیمت |
| نوع ماسک جوش |
ویژگی |
درخواست |
| LPI (فوتو قابل تصور مایع) |
رزولوشن بالا (50μm خطوط) |
اجزای باریک، میکروویا |
| تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) |
تراز دقیق با ویژگی های لیزر سوراخ شده |
HDI با 3/3 میلیمتر ردیف/فضای |
انتخاب مواد برای کاربردهای خاص HDI
انتخاب مواد مناسب بستگی به فرکانس، محیط و نیازهای قابلیت اطمینان کاربرد دارد:
15G و مخابرات
چالش: فرکانس های بالا (2860GHz) نیاز به از دست دادن کم و Dk پایدار دارند.
راه حل: زیرپوش های PTFE (به عنوان مثال، Rogers RT / Duroid 5880) با مس فوق العاده صاف، از دست دادن ورودی را به 0.3dB / اینچ در 60GHz کاهش می دهد.
مثال: یک سلول کوچک 5G از PTFE HDI با پایان ENIG استفاده می کند و نرخ داده 10Gbps را با مصرف 20٪ کمتر بدست می آورد.
2الکترونیک خودرو
چالش: دمای شدید (-40 تا 125 درجه سانتیگراد) و لرزش.
راه حل: بستر های اپوکسی BT با شیشه ای که می تواند با لیزر سوراخ شود و ENEPIG پایان می یابد مقاوم به رطوبت و چرخه حرارتی است.
مثال: ماژول های رادار ADAS از HDI اپوکسی BT استفاده می کنند و عملکرد 77 گیگاهرتز را بیش از 100،000 مایل حفظ می کنند.
3دستگاه های انعطاف پذیر و قابل پوشیدن
چالش: نیاز به انعطاف پذیری و دوام
راه حل: زیرپوش های پلی آمید با مس RA ۰،۱۰۰،۰۰۰ خم (1 میلی متر شعاع) را بدون ترک ترک می کند.
مثال: یک ردیاب تناسب اندام از HDI انعطاف پذیر با پلی آمید استفاده می کند و سنسورهای 3 برابر بیشتری را در یک کیس 40 میلی متری قرار می دهد.
4داده های با سرعت بالا (سرورها، هوش مصنوعی)
چالش: سیگنال های PAM4 112 گیگابایت در ثانیه نیاز به پراکندگی حداقل دارند.
راه حل: فیلمی ABF با ثبات بسیار صاف مس (± 0.05) اطمینان از کنترل مقاومت (100Ω ± 5٪) را تضمین می کند.
مثال: یک سوئیچ مرکز داده از ABF HDI استفاده می کند که از سرعت 800Gbps با تاخیر 30٪ کمتر پشتیبانی می کند.
روند و نوآوری مواد HDI
صنعت HDI همچنان در حال تکامل است، که توسط تقاضا برای فرکانس های بالاتر و فاکتورهای فرم کوچکتر هدایت می شود:
1نانوکامپوزیت های کم Dk: مواد جدید (به عنوان مثال PTFE سرامیکی) Dk <2 را ارائه می دهند.0، هدف قرار دادن برنامه های کاربردی 100GHz +.
2اجزای جاسازی شده: دی الکتریک ها با مقاومت های جاسازی شده / خازن ها اندازه تخته را در دستگاه های اینترنت اشیا 40٪ کاهش می دهند.
3گزینه های سازگار با محیط زیست: FR4 بدون هالوجن و ورق های مس قابل بازیافت مطابق با مقررات پایداری اتحادیه اروپا و ایالات متحده است.
4انتخاب مواد مبتنی بر هوش مصنوعی: ابزارهایی مانند Ansys Granta مواد مطلوب را بر اساس پارامترهای کاربرد (فریکونسی، درجه حرارت) انتخاب می کنند و چرخه های طراحی را تا 20٪ کاهش می دهند.
سوالات عمومی
س: مواد HDI از مواد PCB استاندارد چگونه متفاوت است؟
A: مواد HDI تحمل Dk / Df تنگتر، Tg بالاتر و سازگاری با حفاری لیزر را ارائه می دهند که برای میکروویا و ردپای های ظریف حیاتی است. برای مثال FR4 استاندارد Df > 0 دارد.02، که آن را برای سیگنال های >10GHz مناسب نمی کند، در حالی که PTFE درجه HDI دارای Df <0 است.002.
س: چه زمانی باید پولیمید را به جای بی تی اپوکسی انتخاب کنم؟
A: پلی آمید برای طرح های انعطاف پذیر (به عنوان مثال پوشیدنی ها) یا محیط های با دمای بالا (> 200 ° C) ایده آل است. BT-epoxy برای کاربردهای جامد خودرو یا 5G که نیاز به جذب رطوبت پایین دارند بهتر است.
س: تاثیر خشکی سطح مس بر سیگنال های فرکانس بالا چیست؟
A: در 60GHz، مس خام (1μm) از دست دادن سیگنال را 0.5dB / اینچ در مقایسه با مس فوق العاده صاف (0.1μm) افزایش می دهد.
س: آیا مواد پیشرفته HDI گران تر هستند؟
A: بله ٪ PTFE 5 ٪ 10 برابر بیشتر از FR4 پیشرفته است. با این حال، آنها با امکان طراحی کوچکتر و بهبود قابلیت اطمینان، هزینه های سیستم را کاهش می دهند و سرمایه گذاری در برنامه های کاربردی با عملکرد بالا را توجیه می کنند.
س: چگونه می توانم سطح مناسب را برای HDI انتخاب کنم؟
A: برای BGA های باریک، از ENIG برای صاف بودن استفاده کنید. برای فرکانس بالا، نقره غوطه ور کردن از دست دادن سیگنال را به حداقل می رساند. برای خودرو، ENEPIG قابلیت اطمینان برتر را در محیط های خشن ارائه می دهد.
نتیجه گیری
مواد پیشرفته ستون فقرات نوآوری PCB HDI هستند، که دستگاه های فشرده و با عملکرد بالا را که الکترونیک مدرن را تعریف می کنند، امکان پذیر می کنند. از FR4 پیشرفته در دستگاه های مصرفی تا PTFE در رادار mmWave,هر ماده ای چالش های منحصر به فردی در یکپارچگی سیگنال، مدیریت حرارتی و قابلیت تولید را حل می کند.
با درک خواص و کاربردهای این مواد ٬ همراه با همکاری بین تیم های طراحی و تولید ٬ مهندسان می توانند پتانسیل کامل فناوری HDI را باز کنند.ال، و الکترونیک انعطاف پذیر به پیشرفت خود ادامه می دهد، نوآوری مواد همچنان یک محرک کلیدی خواهد بود و محدودیت های آنچه را که در طراحی PCB ممکن است را افزایش می دهد.
برای تولید کنندگان مانند LT CIRCUIT، استفاده از این مواد با فرآیندهای دقیق مانند حفاری لیزر و LDI تضمین می کند که PCB های HDI نیازهای سخت نسل بعدی الکترونیک را برآورده می کنند.از ارتباطات داده 100Gbps به سیستم های خودروهای مقاوم.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
