Zaawansowane materiały do produkcji płytek HDI: FR4, poliamid, BT-epoksy & Beyond

PCB o wysokiej gęstości łączenia (HDI) zrewolucjonizowały elektronikę, umożliwiając mniejsze, szybsze i bardziej wydajne urządzenia – od smartfonów 5G po implanty medyczne.W centrum tej innowacji leżą zaawansowane materiały, które równoważą wydajność elektrycznąW odróżnieniu od standardowych płyt PCB, projekty HDI opierają się na specjalistycznych podłogach, foliach miedzianych i wzmocnieniach do podtrzymania mikrowia (≤ 150 μm),ślady cienkiej głośności (3/3 mil), oraz wysoka liczba warstw (do 20 warstw).

Niniejszy poradnik analizuje najważniejsze materiały w produkcji HDI, porównując ich właściwości, zastosowania i parametry wydajności.Od zaawansowanych wariantów FR4 do wysokowydajnych poliamidów i BT-epoksyW tym artykule pokażemy, w jaki sposób każdy materiał rozwiązuje wyjątkowe wyzwania w projektach o wysokiej częstotliwości i wysokiej gęstości.Zrozumienie tych materiałów jest kluczem do optymalizacji niezawodności i wydajności.

Kluczowe wnioski
1.Różnorodność materiałów: PCB HDI wykorzystują zaawansowane FR4, poliamid, BT-epoksy, PTFE i ABF (Ajinomoto Build-up Film) w celu zaspokojenia specyficznych potrzeb od niskiej straty sygnału do elastycznych konstrukcji.
2.Sprawnienie: stała dielektryczna (Dk), współczynnik rozpraszania (Df) i temperatura przejścia szklanego (Tg) są kluczowe; materiały o niskim Dk/Df (np.PTFE) doskonale sprawdza się w zastosowaniach wysokiej częstotliwości (> 10 GHz).
3Innowacje w zakresie miedzi: ultragładkie i cienkie folie miedzi umożliwiają drobniejsze ślady (50 μm) i zmniejszają utratę sygnału w projektach 5G i mmWave.
4Synergia w produkcji: Materiały muszą współpracować z procesami HDI, takimi jak wiercenie laserowe i laminacja sekwencyjna, np. wzmocnienia szkła wiertalne laserowo ułatwiają tworzenie mikrovia.
5.Fokusa zastosowań: poliamid dominuje w elastycznym HDI; BT-epoksy błyszczy w elektronikach motoryzacyjnych; zaawansowany FR4 równoważy koszty i wydajność w urządzeniach konsumenckich.

Materiały podstawowe w zaawansowanej produkcji PCB HDI
PCB HDI zależą od zestawu materiałów, z których każdy jest dostosowany do specyficznych wymagań elektrycznych, cieplnych i mechanicznych.

1Substraty dielektryczne: podstawa integralności sygnału
Materiały dielektryczne oddzielają warstwy przewodzące, kontrolując prędkość sygnału, utratę i impedancję.

Podział wyników według częstotliwości
a.<10GHz (np. Wi-Fi 6): Zaawansowany FR4 (np. Isola FR408HR) oferuje wystarczającą wydajność przy niższych kosztach.
b.10-30GHz (np. 5G sub-6GHz): utrata równowagi i stabilność BT-epoksy i poliamidów.
c.> 30 GHz (np. falę mm 28/60 GHz): PTFE i ABF minimalizują tłumienie sygnału, które jest kluczowe dla łączy radarów i satelitarnych.

2Folie miedziane: pozwalające na drobne ślady i niskie straty
Folie miedzi stanowią przewodzące szlaki w PCB HDI, a ich jakość bezpośrednio wpływa na integralność sygnału, zwłaszcza w przypadku wysokich częstotliwości.

Dlaczego ma znaczenie szorstkość powierzchni: Przy wysokich częstotliwościach prąd przepływa w pobliżu powierzchni miedzi (efekt skóry).Zwiększenie strat ≈ ultragładka miedź zmniejsza ją o 30% w zakresie 60 GHz w porównaniu ze standardową miedź.

3Materiały wzmocnienia: wytrzymałość i kompatybilność procesów
Wzmocnienia (zwykle na bazie szkła) dodają wytrzymałości mechanicznej do podłoża dielektrycznego i umożliwiają procesy produkcji HDI, takie jak wiercenie laserowe.

4Powierzchniowe wykończenia i maski lutowe: ochrona i połączenie
Powierzchniowe wykończenia chronią miedź przed utlenianiem i zapewniają niezawodne lutowanie, natomiast maski lutowe izolują ślady i zapobiegają zwarciom.

Wybór materiału do konkretnych zastosowań HDI
Wybór odpowiedniego materiału zależy od częstotliwości zastosowania, środowiska i potrzeb w zakresie niezawodności:
15G i telekomunikacje
Wyzwanie: Wysokie częstotliwości (2860 GHz) wymagają niskiej straty i stabilnego Dk.
Rozwiązanie: Substraty PTFE (np. Rogers RT/duroid 5880) z ultragładką miedzią zmniejszają stratę wstawienia do 0,3 dB/c na częstotliwości 60 GHz.
Przykład: Mała komórka 5G wykorzystuje PTFE HDI z wykończeniem ENIG, osiągając szybkość transmisji danych 10 Gbps przy 20% mniejszym zużyciu energii.

2. Elektronika motoryzacyjna
Wyzwanie: ekstremalne temperatury (od -40 do 125°C) i wibracje.
Rozwiązanie: Substraty epoksydowe BT ze szkłem wiertalnym laserowo i wykończeniem ENEPIG są odporne na wilgoć i cykle termiczne.
Przykład: Moduły radarowe ADAS wykorzystują HDI epoksydowe BT, utrzymując wydajność 77GHz na długości ponad 100 000 mil.

3. Elastyczne i noszone urządzenia
Wyzwanie: Potrzeba giętości i trwałości.
Rozwiązanie: Substraty poliamidów z miedzią RA® wytrzymują ponad 100 000 zakrętów (1 mm promienia) bez śladów pęknięć.
Przykład: urządzenie do śledzenia sprawności fizycznej wykorzystuje elastyczny HDI z poliamidą, włączając 3x więcej czujników do obudowy o średnicy 40 mm.

4Wysokiej prędkości dane (serwery, sztuczna inteligencja)
Wyzwanie: sygnały PAM4 112 Gbps wymagają minimalnej dyspersji.
Rozwiązanie: folia ABF z ultragładką stabilnością miedzi ∆Dk (±0,05) zapewnia kontrolę impedancji (100Ω ±5%).
Przykład: przełącznik centrum danych wykorzystuje ABF HDI, obsługujący przepustowość 800Gbps z 30% niższą opóźnieniem.

Trendy i innowacje w zakresie materiałów HDI
Przemysł HDI nadal ewoluuje, napędzany popytem na wyższe częstotliwości i mniejsze czynniki kształtu:

1.Nanokompozyty o niskiej zawartości Dk: Nowe materiały (np. PTFE wypełnione ceramiką) oferują Dk < 2.0, skierowane do zastosowań o częstotliwości 100 GHz+.
2Wbudowane komponenty: Dielektryki z wbudowanymi rezystorami/kondensatorami zmniejszają rozmiar płyty o 40% w urządzeniach IoT.
3.Opcje przyjazne dla środowiska: FR4 bez halogenów i folie miedziane podlegające recyklingowi spełniają przepisy UE i USA dotyczące zrównoważonego rozwoju.
4Wybór materiałów opartych na sztucznej inteligencji: narzędzia takie jak Ansys Granta wybierają optymalne materiały na podstawie parametrów zastosowania (częstotliwość, temperatura), skracając cykle projektowania o 20%.

Częste pytania
P: Czym różnią się materiały HDI od standardowych materiałów PCB?
Odpowiedź: Materiały HDI oferują ściślejsze tolerancje Dk/Df, wyższe Tg i kompatybilność z wiertarkami laserowymi, które są kluczowe dla mikrovia i drobnych śladów.02, co czyni go nieodpowiednim dla sygnałów > 10 GHz, podczas gdy PTFE HDI ma Df < 0.002.

P: Kiedy powinienem wybrać poliamid zamiast BT-epoksy?
Odpowiedź: Polyimid jest idealny do elastycznych konstrukcji (np. urządzeń do noszenia) lub środowisk o wysokiej temperaturze (> 200 °C). BT-epoksy jest lepszy do sztywnych zastosowań motoryzacyjnych lub 5G wymagających niskiej absorpcji wilgoci.

P: Jaki wpływ ma szorstkość powierzchni miedzi na sygnały wysokiej częstotliwości?
Odpowiedź: Przy częstotliwości 60 GHz surowa miedź (1 μm) zwiększa utratę sygnału o 0,5 dB/calo w porównaniu z ultragładką miedźą (0,1 μm) – kluczowa różnica dla łączy długodystansowych w zakresie mmWave.

P: Czy zaawansowane materiały HDI są droższe?
Odpowiedź: Tak, PTFE kosztuje 5-10 razy więcej niż zaawansowane FR4. Jednak zmniejszają one koszty systemu, umożliwiając mniejsze projekty i poprawiając niezawodność, uzasadniając inwestycje w aplikacje o wysokiej wydajności.

P: Jak wybrać odpowiednie wykończenie powierzchni dla HDI?
Odpowiedź: W przypadku cienkiego dźwięku BGA użyj ENIG dla płaskości. W przypadku wysokiej częstotliwości srebrne zanurzenie minimalizuje utratę sygnału. W przypadku samochodów ENEPIG oferuje wyższą niezawodność w trudnych warunkach.

Wniosek
Zaawansowane materiały stanowią podstawę innowacji w zakresie płytek HDI, umożliwiając kompaktowe, wydajne urządzenia, które definiują współczesną elektronikę.,Każdy materiał rozwiązuje wyjątkowe wyzwania w zakresie integralności sygnału, zarządzania cieplnym i możliwości produkcji.

Dzięki zrozumieniu właściwości i zastosowań tych materiałów, w połączeniu ze współpracą pomiędzy zespołami projektowymi i produkcyjnymi, inżynierowie mogą wykorzystać cały potencjał technologii HDI.Al., a elastyczna elektronika nadal postępuje, innowacje materiałowe pozostaną kluczowym czynnikiem napędowym, posuwając granice możliwości w projektowaniu PCB.

Dla producentów takich jak LT CIRCUIT, wykorzystanie tych materiałów łącznie z precyzyjnymi procesami, takimi jak wiercenie laserowe i LDI, zapewnia, że PCB HDI spełniają wymagające wymagania nowej generacji elektroniki.z połączeń danych 100Gbps do wytrzymałych systemów motoryzacyjnych.