PCB های با چگالی بالا ستون فقرات الکترونیک مدرن هستند، که امکان کوچک سازی، سرعت و قابلیت اطمینان دستگاه هایی مانند تلفن های هوشمند 5G، سنسورهای ADAS خودرو،و لوازم پوشیدنی پزشکیبرخلاف PCB های استاندارد، طرح های HDI به مواد پیشرفته برای پشتیبانی از میکروویا (≤150μm) ، ردیف های باریک (3/3 میلی متر) و سیگنال های فرکانس بالا (تا 100GHz) تکیه می کنند.انتخاب مناسب مواد به طور مستقیم بر یکپارچگی سیگنال تاثیر می گذارد، مدیریت حرارتی، و دوام باعث می شود که برای مهندسان درک نقاط قوت و تعادل هر گزینه ضروری باشد.
این راهنما ضروری ترین مواد پیشرفته را برای تولید PCB HDI تجزیه می کند، خواص اصلی آنها را مقایسه می کند و آنها را به کاربردهای دنیای واقعی نقشه می زند.این که آیا شما در حال طراحی یک لینک داده 10Gbps یا یک مانیتور بهداشتی انعطاف پذیر هستید، این تجزیه و تحلیل به شما کمک می کند مواد را که عملکرد، هزینه و قابلیت تولید را متعادل می کند انتخاب کنید.
نکات کلیدی
1عوامل عملکرد مواد: ثابت دی الکتریک (Dk) ، فاکتور تبعید (Df) ، دمای انتقال شیشه (Tg)و رسانایی حرارتی برای موفقیت HDI قابل مذاکره نیست مواد کم Dk/Df در طرح های فرکانس بالا (> 10GHz) برتری دارند.
2دسته بندی مواد اصلی: FR4 پیشرفته، پلی آمید، BT-اپوکسی، PTFE و ABF (Ajinomoto Build-up Film) بر تولید HDI تسلط دارند، هر کدام چالش های منحصر به فرد را حل می کنند (به عنوان مثال، انعطاف پذیری،مقاومت گرمای بالا).
3نوآوری های مس: فولیک های بسیار صاف و نازک مس باعث ایجاد ردپای های نازک تر (50μm) و کاهش از دست دادن سیگنال در برنامه های 5G / mmWave می شوند.
4.اصطلاح برنامه: پلی آمید در HDI انعطاف پذیر پیشرو است؛ BT-اپوکسی در الکترونیک خودرو درخشان است؛ PTFE بر رادار mmWave تسلط دارد
5.تکرار تولید: مواد باید با فرآیندهای HDI ادغام شوند (سورش لیزر، ورق بندی متوالی)
مواد حیاتی برای PCB های پیشرفته HDI
PCB های HDI به مجموعه ای از مواد با دقت انتخاب شده بستگی دارند که هر کدام برای پاسخ به نیازهای الکتریکی، حرارتی و مکانیکی خاص طراحی شده اند. در زیر تجزیه مفصل از دسته های موثر است:
1سوبسترات های دی الکتریک: پایه ی یکپارچگی سیگنال
مواد دی الکتریک لایه های رسانا را جدا می کنند، سرعت سیگنال، از دست دادن و مقاومت را کنترل می کنند. طرح های HDI نیاز به بستر هایی با تحمل های تنگ دارند تا از تخریب سیگنال در چگالی بالا جلوگیری شود،طرح های فرکانس بالا.
| نوع ماده |
Dk (10GHz) |
Df (10GHz) |
Tg (°C) |
رسانایی حرارتی (W/m·K) |
مزیت های اصلی |
کاربرد های ایده آل |
| FR4 پیشرفته (به عنوان مثال، Isola FR408HR) |
4.248 |
0.015 ۰025 |
170 ¥ 180 |
0.3 ٠5 |
هزینه پایین، تولید آسان، تعادل عملکرد خوب |
لوازم الکترونیکی مصرفی (اسمارتفون ها، تبلت ها) ، سنسورهای IoT |
| پلی آمید (به عنوان مثال، دوپونت کاپتون) |
3.035 |
0.008 ۰012 |
250 ¢ 300 |
0.3 ٠5 |
انعطاف پذیر، مقاومت در برابر دمای بالا، جذب کم رطوبت |
لوازم پوشیدنی، سنسورهای خودرو، نمایشگرهای تاشو |
| BT- اپوکسی (بیسمالایمید- تریازین) |
3.84.2 |
0.008 ۰010 |
180 ¢200 |
0.6608 |
ثبات ابعادی، قابلیت جوش عالی |
ADAS خودرو، ایستگاه های پایه 5G، ماژول های قدرت |
| PTFE (به عنوان مثال، Rogers RT/duroid 5880) |
2.2225 |
0.000910002 |
>260 |
0.29 ۰35 |
از دست دادن سیگنال بسیار کم، عملکرد فرکانس بالا |
رادار ام ام ام، ارتباطات ماهواره ای، 5G ام ام ام |
| ABF (فلم ساخت و ساز اجینوموتو) |
3.033 |
0.006 ۰008 |
>210 |
0.4606 |
قابلیت خط بسیار نازک (2/2 میلی لیتر) ، پراکندگی کم |
سرورهای با سرعت بالا، شتاب دهنده های هوش مصنوعی، زیربناهای IC |
عملکرد در یک نگاه: از دست دادن سیگنال فرکانس بالا
در 60GHz (مهم برای 5G mmWave) ، انتخاب مواد به طور مستقیم بر تضعیف سیگنال تأثیر می گذارد:
a.PTFE: 0.3dB/اینچ (کمترین از دست دادن، ایده آل برای پیوندهای بلند مدت)
b.پولیامید: 0.8dB/اینچ (توازن برای دستگاه های انعطاف پذیر 5G)
c.FR4 پیشرفته: 2.0dB/اینچ (بیش از حد بالا برای برنامه های >30GHz)
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 آن ها برای یکپارچگی سیگنال فرکانس بالا بسیار مهم است، به ویژه به دلیل اثر پوست (جریان های فعلی در نزدیکی سطح مس در فرکانس های بالا).
| نوع ورق مس |
محدوده ضخامت |
خشکی سطح (μm) |
سود اصلی |
برنامه های کاربردی هدف |
| مس ریز الکترودپوزیت شده (ED) |
918μm (0.25μ0.5 اونس) |
0.5 ¥10 |
اجازه می دهد تا 50μm ردی / فضا برای طرح های متراکم |
تلفن های هوشمند، دستگاه های پوشیدنی، سنسورهای IoT |
| مس ED فوق العاده صاف |
1235μm (0.35μ1 اونس) |
<0.1 |
کاهش از دست دادن اثر پوست در طرح های >28GHz |
ماژول های 5G mmWave، سیستم های رادار |
| مس رقیق (RA) |
1870μm (0.5μ2 oz) |
0.3 ٠5 |
انعطاف پذیری بیشتر برای HDI سخت و انعطاف پذیر |
سنسورهای خودرو، نمایشگرهای تاشو |
چرا خشکی سطح مهم است؟: یک سطح مس خشن 1μm از دست دادن سیگنال را 0.5dB / اینچ در 60GHz در مقایسه با مس بسیار صاف (0.1μm) افزایش می دهد که به اندازه کافی برای کاهش دامنه یک ایستگاه پایه 5G به میزان 20٪ است.
3مواد تقویت کننده: قدرت و سازگاری فرآیند
تقویت کننده ها (معمولاً مبتنی بر شیشه) سفتگی مکانیکی را به زیربناهای دی الکتریک اضافه می کنند و سازگاری را با فرآیندهای تولید HDI مانند حفاری لیزر و لایه بندی متوالی تضمین می کنند.
| نوع تقویت کننده |
ترکیب مواد |
اموال کلیدی |
سود تولید HDI |
| شیشه ای که با لیزر سوراخ می شود |
پارچه ای از شیشه ای |
بافت یکنواخت، حداقل روغن رزین در طول حفاری |
ایجاد میکروویا را ساده می کند (قطر 50-100μm) |
| شیشه کم CTE |
شیشه S یا کوارتز |
ضریب انبساط حرارتی (CTE): 3-5 ppm/°C |
کاهش ورودی تخته در HDI چند لایه (10+ لایه) |
| شیشه کم Dk |
شیشه ی بوروسیلیکات |
Dk: 3.8×4.0 (در مقابل 4.8 برای شیشه استاندارد E) |
کاهش از دست دادن سیگنال در طرح های فرکانس بالا (> 10GHz) |
4. پایان سطح و ماسک های سولدر: محافظت و اتصال
پوشش های سطحی از اکسیداسیون مس جلوگیری می کنند و اطمینان از جوش قابل اعتماد را تضمین می کنند، در حالی که ماسک های جوش کننده ردها را عایق بندی می کنند و از مدار کوتاه جلوگیری می کنند که برای طرح های متراکم HDI بسیار مهم است.
| پوشش سطح |
مزیت اصلی |
Df تاثیر (10GHz) |
کاربرد های ایده آل |
| ENIG (طلای غوطه ور کردن نیکل بدون برق) |
سطح صاف، مقاومت در برابر خوردگی، عمر طولانی |
0.001 ۰.۰۰۲ افزایش |
BGA های باریک (0.4 میلی متر) ، خودروهای با قابلیت اطمینان بالا |
| نقره غوطه ور |
سطح صاف، کمترین از دست دادن سیگنال |
<0.001 افزایش |
ماژول های RF 5G، سیستم های رادار |
| ENEPIG (طلای نیکل-پالادیوم غوطه ور) |
چسبندگی قوی، سازگاری بدون سرب |
0.001 ۰.۰۰۳ افزایش |
هوافضا، تجهیزات پزشکی |
| نوع ماسک جوش |
رزولوشن (حداقل ردیف/فضای) |
مقاومت حرارتی |
بهترین برای |
| LPI (فوتو قابل تصور مایع) |
50μm/50μm |
تا 150 درجه سانتیگراد |
اجزای باریک، میکروویا |
| تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) |
30μm/30μm |
تا 180 درجه سانتیگراد |
HDI فوق ضخیم (2/2 میلیمتر ردیف/فضای) |
انتخاب مواد با استفاده از HDI
مواد مناسب بستگی به فرکانس، محیط و الزامات قابلیت اطمینان برنامه دارد. در زیر موارد استفاده رایج و جفت بندی مواد بهینه آنها آورده شده است:
1زیرساخت و دستگاه های 5G
چالش: فرکانس های بالا (2860GHz) نیاز به از دست دادن بسیار کم و Dk پایدار دارند.
راه حل: بستر PTFE + مس فوق العاده صاف + پایان نقره غوطه ور.
مثال: یک سلول کوچک 5G از Rogers RT / Duroid 5880 (PTFE) با مس فوق العاده صاف 12μm استفاده می کند و نرخ داده 10Gbps را با مصرف 25٪ کمتر از طرح های پیشرفته FR4 به دست می آورد.
2. خودرو ADAS و الکترونیک EV
چالش: دمای شدید (-40 تا 125 درجه سانتیگراد) ، لرزش و رطوبت.
راه حل: بستر اپوکسی BT + شیشه لیزری + ENEPIG
مثال: یک ماژول رادار 77GHz از HDI اپوکسی BT استفاده می کند و دقت تشخیص ±5 سانتی متر را در طول 100،000 مایل حفظ می کند که برای جلوگیری از برخورد حیاتی است.
3دستگاه های پوشیدنی انعطاف پذیر و سنسورهای پزشکی
چالش: انعطاف پذیری (قطر 1 میلی متر) ، سازگاری زیستی و دوام طولانی مدت.
محلول: زیربنای پلی آمید + مس RA + ماسک جوش LPI.
مثال: یک ردیاب تناسب اندام از HDI پلی آمید با مس 18μm RA استفاده می کند، بدون ترکیدن ردیابی 100،000+ خم می شود در حالی که یک مانیتور ضربان قلب، GPS و باتری را در یک کیس 40mm قرار می دهد.
4داده های با سرعت بالا (سرورها و هوش مصنوعی)
چالش: سیگنال های PAM4 112Gbps نیاز به حداقل پراکندگی و کنترل مقاومت دارند.
راه حل: فیلم ABF + مس فوق العاده صاف + پایان ENIG.
مثال: یک سوئیچ مرکز داده از ABF HDI با 2/2 میلیمتر ردیاب استفاده می کند، پشتیبانی از 800Gbps با تاخیر 30٪ کمتر از طرح های استاندارد FR4.
روند در حال ظهور در مواد HDI
صنعت HDI به سرعت در حال تکامل است تا نیازهای 6G، هوش مصنوعی و سیستم های خودرو نسل بعدی را برآورده کند. نوآوری های کلیدی شامل:
1نانوکامپوزیت های کم Dk: مواد جدید (به عنوان مثال PTFE سرامیکی پر شده) با Dk <2.0 کاربردهای هدف 100GHz +، برای تحقیقات 6G حیاتی است.
2اجزای جاسازی شده: دی الکتریک ها با مقاومت های جاسازی شده / خازن ها اندازه تخته را تا 40٪ در IoT و دستگاه های پوشیدنی کاهش می دهند.
3گزینه های سازگار با محیط زیست: FR4 پیشرفته بدون هالوجن و ورق های مس بازیافتی با مقررات پایداری RoHS اتحادیه اروپا و EPA ایالات متحده مطابقت دارند.
4انتخاب مواد مبتنی بر هوش مصنوعی: ابزارهایی مانند Ansys Granta مواد مطلوب را بر اساس پارامترهای کاربرد (فریکونسی، دمای) انتخاب می کنند و چرخه طراحی را 20٪ کاهش می دهند.
سوالات عمومی
س: مواد HDI از مواد PCB استاندارد چگونه متفاوت است؟
ج: مواد HDI دارای تحملات تنگ تر هستند (به عنوان مثال Dk ± 0.05 در مقابل ± 0.3 برای FR4 استاندارد) ، Tg بالاتر (180 °C + در مقابل 130 °C برای FR4 استاندارد) ،و سازگاری با حفاری لیزرمواد استاندارد در فرکانس های بالا (> 10GHz) به دلیل Df بالا شکست می خورند.
س: چه زمانی باید پولیمید را به جای بی تی اپوکسی انتخاب کنم؟
A: پلی آمید برای طراحی های انعطاف پذیر (پوشیدنی ها، قابل تاشو) یا محیط های با دمای بالا (>200°C) ایده آل است.ایستگاه های پایه 5G) نیاز به جذب رطوبت کم و ثبات ابعاد.
س: آیا مس فوق صاف ارزش هزینه برای HDI را دارد؟
A: بله برای طرح های >28GHz (5G mmWave، رادار) ، مس فوق العاده صاف از دست دادن سیگنال را 30٪ کاهش می دهد، محدوده را گسترش می دهد و نیاز به قدرت را کاهش می دهد. برای برنامه های <10GHz (Wi-Fi 6)مس ED استاندارد کافی است.
سوال: تفاوت هزینه بین PTFE و FR4 پیشرفته چیست؟
ج: قیمت PTFE 5×10 برابر بیشتر از FR4 پیشرفته است، اما برای کاربردهای با عملکرد بالا (اتصالات ماهواره ای، رادار میلی متری) توجیه شده است.هزینه و عملکرد تراز FR4 پیشرفته.
س: چگونه می توانم سازگاری مواد با فرآیندهای HDI را تضمین کنم؟
A: با تولید کنندگان مانند LT CIRCUIT در اوایل کار کنید. آنها می توانند تأیید کنند که مواد (به عنوان مثال شیشه لیزری) با حفاری لیزر، ورق بندی متوالی و بازرسی AOI ادغام می شوند.اجتناب از بازکاری گران قیمت.
نتیجه گیری
مواد پیشرفته قهرمانان ناشناخته 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 PTFE ٪ از دست دادن بسیار کم برای 5G mmWave به انعطاف پذیری پلی آمید برای پوشیدنی، هر ماده چالش های منحصر به فرد را حل می کند، اما موفقیت بستگی به هماهنگی خواص مواد با نیازهای کاربرد دارد.
با اولویت بندی معیارهای کلیدی (Dk، Df، Tg) و همکاری با تولید کنندگان با تجربه، مهندسان می توانند پتانسیل کامل فناوری HDI را باز کنند.و خودروهای الکتریکی مرز عملکرد را فراتر می برند.، نوآوری مواد همچنان یک سنگ بنای تضمین PCB های HDI برای نسل بعدی الکترونیک خواهد بود.
برای تولید کننده هایی مثل LT CIRCUIT،استفاده از این مواد پیشرفته ٬ همراه با فرآیندهای دقیق مانند حفاری لیزر و LDI ٬ اطمینان می دهد که PCB های HDI نیازهای سختگیرانه ای از مهمترین برنامه های کاربردی امروز را برآورده می کنند، از دستگاه های پزشکی نجات دهنده تا شبکه های جهانی 5G.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
