Zaawansowane materiały dla HDI PCB: Optymalizacja wydajności w 5G, motoryzacji i urządzeniach ubieralnych

PCB o wysokiej gęstości połączenia (HDI) są podstawą nowoczesnej elektroniki, umożliwiając miniaturyzację, prędkość i niezawodność urządzeń takich jak smartfony 5G, czujniki ADAS samochodowe,i urządzenia medyczneW przeciwieństwie do standardowych płyt PCB, projekty HDI opierają się na zaawansowanych materiałach do obsługi mikrowia (≤ 150 μm), śladów cienkiej głośności (3/3 mil) i sygnałów o wysokiej częstotliwości (do 100 GHz).Wybór odpowiedniego materiału ma bezpośredni wpływ na integralność sygnału, zarządzania cieplnym i trwałości, co sprawia, że inżynierowie muszą zrozumieć mocne i negatywne strony każdej opcji.

W niniejszym przewodniku podzielone są najważniejsze zaawansowane materiały do produkcji PCB HDI, porównane są ich kluczowe właściwości i mapowane do rzeczywistych zastosowań.Niezależnie od tego, czy projektujesz łącze danych 10Gbps, czy elastyczny monitor zdrowia, analiza ta pomoże wybrać materiały, które równoważą wydajność, koszty i wydajność.

Kluczowe wnioski
1Czynniki charakterystyczne dla materiału: stała dielektryczna (Dk), współczynnik rozpraszania (Df), temperatura przejścia szklanego (Tg),Wykorzystanie wzorów o wysokiej częstotliwości (> 10 GHz).
2Kategorie podstawowych materiałów: zaawansowane FR4, poliamid, BT-epoksy, PTFE i ABF (Ajinomoto Build-up Film) dominują w produkcji HDI, z których każdy rozwiązuje wyjątkowe wyzwania (np. elastyczność,wysoka odporność na ciepło).
3Innowacje w zakresie miedzi: ultragładkie i cienkie folie miedzi umożliwiają drobniejsze ślady (50 μm) i zmniejszają utratę sygnału w zastosowaniach 5G/mmWave.
4.Pracowanie: Polimid prowadzi w elastycznym HDI; BT-epoksy świeci w elektronikach samochodowych; PTFE dominuje w radarze mmWave
5Synergia w produkcji: Materiały muszą być zintegrowane z procesami HDI (wiercenie laserowe, laminowanie sekwencyjne)

Materiały krytyczne dla zaawansowanych PCB HDI
PCB HDI zależą od starannie wyselekcjonowanego zestawu materiałów, z których każdy jest dostosowany do specyficznych wymagań elektrycznych, termicznych i mechanicznych.

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

Przegląd wydajności: utrata sygnału o wysokiej częstotliwości
Przy częstotliwości 60 GHz (krytyczne dla fal milimetrowych 5G) wybór materiału bezpośrednio wpływa na tłumienie sygnału:

a.PTFE: 0,3dB/calowy (minimalna strata, idealna do połączeń dalekiego zasięgu)
b.Polyimid: 0,8dB/calowy (wyważony dla elastycznych urządzeń 5G)
c.Zaawansowane FR4: 2,0 dB/cms (zbyt wysokie dla zastosowań > 30 GHz)

2Folie miedziane: pozwalające na drobne ślady i niskie straty
folie miedzi stanowią przewodzące szlaki w PCB HDI,a ich jakość jest decydująca dla integralności sygnału wysokiej częstotliwości, zwłaszcza ze względu na efekt skóry (prąd przepływa w pobliżu powierzchni miedzi o wysokiej częstotliwości).

Dlaczego szorstkość powierzchni ma znaczenie?Powierzchnia miedzi 1 μm zwiększa utratę sygnału o 0,5 dB/ cali na częstotliwości 60 GHz w porównaniu z miedzią ultragładką (0,1 μm), która jest wystarczająca do zmniejszenia zasięgu stacji bazowej 5G o 20%.

3Materiały wzmocnienia: wytrzymałość i kompatybilność procesów
Wzmocnienia (zazwyczaj na bazie szkła) dodają sztywności mechanicznej do substratów dielektrycznych i zapewniają kompatybilność z procesami produkcji HDI, takimi jak wiercenie laserowe i sekwencyjne laminowanie.

4- Wykończenia powierzchniowe i maski lutowe: ochrona i połączenie
Powierzchniowe wykończenia zapobiegają utlenianiu miedzi i zapewniają niezawodne lutowanie, podczas gdy maski lutowe izolują ślady i zapobiegają zwarciom, które są krytyczne dla gęstych układów HDI.

Wybór materiału poprzez zastosowanie HDI
Odpowiedni materiał zależy od częstotliwości zastosowania, środowiska i wymagań w zakresie niezawodności.
1Infrastruktura i urządzenia 5G
Wyzwanie: Wysokie częstotliwości (2860 GHz) wymagają bardzo niskiej straty i stabilnego Dk.
Rozwiązanie: podłoże PTFE + ultragładka miedź + wykończenie srebrne z zanurzeniem.

Przykład: Mała komórka 5G wykorzystuje Rogers RT/duroid 5880 (PTFE) z 12μm ultragładkiej miedzi, osiągając szybkość transmisji danych 10Gbps przy 25% mniejszym zużyciu energii niż zaawansowane projekty FR4.

2. Automotive ADAS & EV Electronics
Wyzwanie: ekstremalne temperatury (od -40 do 125 stopni Celsjusza), wibracje i wilgoć.
Rozwiązanie: podłoże epoksydowe BT + szkło wiertalne laserowo + wykończenie ENEPIG.
Przykład: Moduł radarowy o częstotliwości 77 GHz wykorzystuje BT-epoxy HDI, utrzymując dokładność wykrywania ±5 cm w czasie ponad 100 000 mil, co jest kluczowe dla unikania kolizji.

3Elastyczne urządzenia do noszenia i czujniki medyczne
Wyzwanie: skłonność (1 mm promienia), biokompatybilność i długotrwała trwałość.
Roztwór: podłoże poliamid + miedź RA + maska lutowa LPI.
Przykład: urządzenie do śledzenia sprawności fizycznej wykorzystuje poliamid HDI z miedzią RA o pojemności 18 μm, przetrwając ponad 100 000 zakrętów bez śladu pęknięć podczas monitowania częstotliwości serca, GPS i baterii w obudowie o pojemności 40 mm.

4Wysokiej prędkości dane (serwery i sztuczna inteligencja)
Wyzwanie: sygnały PAM4 112Gbps wymagają minimalnej dyspersji i kontroli impedancji.
Rozwiązanie: folia ABF + ultragładka miedź + wykończenie ENIG.
Przykład: przełącznik centrum danych wykorzystuje ABF HDI z 2/2 mil śladów, obsługując przepustowość 800Gbps z 30% niższą opóźnieniem niż standardowe projekty FR4.

Wzrastające trendy w zakresie materiałów HDI
Przemysł HDI szybko ewoluuje, aby sprostać wymaganiom 6G, sztucznej inteligencji i systemów motoryzacyjnych nowej generacji.

1.Nanokompozyty o niskiej częstotliwości Dk: Nowe materiały (np. PTFE wypełnione ceramiką) o częstotliwości Dk < 2,0 mają na celu zastosowanie w częstotliwościach 100 GHz+ i są kluczowe dla badań nad 6G.
2Wbudowane komponenty: Dielektryki z wbudowanymi rezystorami/kondensatorami zmniejszają rozmiar płyty o 40% w urządzeniach IoT i urządzeniach noszonych.
3.Opcje przyjazne dla środowiska: zaawansowane folie FR4 i folie miedzi podlegające recyklingowi, wolne od halogenów, są zgodne z przepisami UE RoHS i amerykańskiego EPA dotyczącymi 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?
A: Materiały HDI mają ściślejsze tolerancje (np. Dk ±0,05 w porównaniu z ±0,3 w przypadku standardowego FR4), wyższe Tg (180°C+ w porównaniu z 130°C w przypadku standardowego FR4),), a także kompatybilność z wiertarką laserowąStandardowe materiały ulegają awarii przy wysokich częstotliwościach (> 10 GHz) z powodu wysokiego Df.

P: Kiedy powinienem wybrać poliamid zamiast BT-epoksy?
Odpowiedź: Polyimid jest idealny do elastycznych konstrukcji (przewodów noszonych, składanych) lub środowisk o wysokiej temperaturze (> 200°C).Stacje bazowe 5G) wymagające niskiej absorpcji wilgoci i stabilności wymiarowej.

P: Czy ultragładka miedź jest warta kosztów HDI?
Odpowiedź: Tak, w przypadku urządzeń o częstotliwości > 28 GHz (5G mmWave, radar), ultragładka miedź zmniejsza utratę sygnału o 30%, zwiększając zasięg i zmniejszając zapotrzebowanie na energię.Standardowa miedź ED wystarcza.

P: Jaka jest różnica kosztów między PTFE a zaawansowanym FR4?
A: PTFE kosztuje 5-10 razy więcej niż zaawansowany FR4, ale jest uzasadnione dla zastosowań o wysokiej wydajności (komunikacja satelitarna, radar mmWave).zaawansowane saldo FR4 koszt i wydajność.

P: Jak zapewnić zgodność materiału z procesami HDI?
A: Praca z producentami takimi jak LT CIRCUIT na wczesnym etapie – mogą one sprawdzić, czy materiały (np. szkło wiertalne laserowo) łączą się z wierceniem laserowym, sekwencyjnym laminowaniem i inspekcją AOI,unikanie kosztownych zmian.

Wniosek
Zaawansowane materiały są nieznanymi bohaterami innowacji HDI PCB, umożliwiając kompaktowe, wydajne urządzenia, które definiują współczesną elektronikę.Od ultra niskiej straty PTFE® dla 5G mmWave do elastyczności poliamidów dla urządzeń noszonych, każdy materiał rozwiązuje wyjątkowe wyzwania, ale sukces zależy od dostosowania właściwości materiału do potrzeb zastosowania.

Dzięki priorytetowi kluczowych wskaźników (Dk, Df, Tg) i współpracy z doświadczonymi producentami inżynierowie mogą wykorzystać pełny potencjał technologii HDI.i pojazdy elektryczne przekraczają granice wydajności, innowacje w zakresie materiałów pozostaną kamieniem węgielnym zapewniającym, że PCB HDI będą nadal zasilać następną generację elektroniki.

Dla producentów takich jak LT CIRCUIT,Wykorzystanie tych zaawansowanych materiałów w połączeniu z precyzyjnymi procesami, takimi jak wiercenie laserowe i LDI, zapewnia, że płytki HDI spełniają rygorystyczne wymagania dzisiejszych najważniejszych zastosowań., od ratowniczych urządzeń medycznych po globalne sieci 5G.