Any layer HDI ist die Abkürzung für „Any-Layer High Density Interconnect“ (hochdichte Verbindung zwischen beliebigen Schichten) und gehört zu den fortschrittlichsten Formen der HDI Leiterplatten technologie. Sie steht für die derzeit modernste Verbindungsarchitektur in High-End-Elektronikprodukten. Any layer HDI bezeichnet eine mehrschichtige HDI-Leiterplatte, bei der alle Schichten durch Laser-Mikrovias miteinander verbunden sind.
Betrachtet man die Zusammensetzung des Begriffs, so bedeutet „Any-layer“ „beliebige Schicht“, während „HDI“ die Abkürzung für „High Density Interconnect“ (hochdichte Verbindung) ist. Die Kombination beider Begriffe verdeutlicht präzise den Kern der Technologie: die Realisierung einer direkten Verbindung zwischen zwei beliebigen Schichten der Leiterplatte, wodurch die Einschränkungen der Schichtverbindung bei herkömmlichen Leiterplatten und gewöhnlichen HDI Leiterplatten überwunden werden.
Im Wesentlichen schafft Any layer HDI durch technologische Innovationen ein Leiterbahn-Verbindungssystem, das „keine Schichtenbeschränkungen, hohe Integrationsdichte und effiziente Übertragung“ bietet und damit für High-End-Elektronikgeräte eine optimale Raumausnutzung und Signalübertragungsleistung gewährleistet.
Aus Sicht der technologischen Entwicklung stellt Any layer HDI eine hochgradige Weiterentwicklung der HDI Technologie dar. Herkömmliches HDI verwendet eine Architektur aus „Kernplatte + Außenlagen“, wobei die Verbindungswege durch die feste Kombination von Kernplattenlagen und Außenlagen begrenzt sind. Es können nur begrenzte Verbindungen zwischen „Oberfläche und innerer Kernplatte“ oder „inneren Kernplatten“ realisiert werden, was zu deutlichen Einschränkungen hinsichtlich der Ebenen führt; Any layer HDI hingegen bricht vollständig mit diesem festen Schema und schafft durch den Laminierungs prozess eine Leitungsstruktur, die sich „Schicht für Schicht aufbaut und beliebige Verbindungen ermöglicht“.
So können direkte Verbindungswege zwischen Oberflächenlagen, zwischen einer Oberflächenlage und einer beliebigen inneren Lage sowie zwischen inneren Lagen hergestellt werden, ohne auf die Kernplatte als Zwischenstufe angewiesen zu sein. Diese „hierarchiefreie“ Verbindungsstruktur befreit das Leiterplatten layout von den Einschränkungen der physikalischen Struktur und ermöglicht die „Minimierung“ der Verbindungspfade sowie die „Optimierung“ des Leiterplatten layouts.
Aus Anwendungssicht ist Any layer HDI keine universelle PCB-Technologie, sondern eine spezielle Lösung, die entwickelt wurde, um die Herausforderungen „hohe Integration, geringe Größe und schnelle Datenübertragung“ bei High-End-Elektronikgeräten zu bewältigen. Sie kommt vor allem in Anwendungsbereichen zum Einsatz, die höchste Anforderungen an die Platzausnutzung, die Übertragungseffizienz und die Zuverlässigkeit von Leiterplatten stellen,wie beispielsweise bei Flaggschiff-Smartphones, hochwertigen Smart-Wearables, AR/VR-Geräten und medizinischen Präzisionsinstrumenten. Das Aufkommen dieser Technologie durchbricht die Einschränkungen, die herkömmliche Leiterplattentechnologien für die Weiterentwicklung elektronischer Geräte mit sich brachten, und ermöglicht Produktdesigns mit „geringerer Größe, mehr Funktionen und höherer Geschwindigkeit“.
Die Eigenschaft der „beliebigen Schichtenverbindung“ bei Any layer HDI entsteht nicht aus dem Nichts, sondern beruht auf dem Zusammenspiel zweier Kernverfahren: der Laser-Mikro-Blind-Buried-Vias-Technologie und dem Laminierverfahren:
1.Laser-Mikro-Blind-Buried-Vias-Technologie
Die Miniaturisierung der Verbindungskanäle ist eine Voraussetzung für hochdichte Verbindungen, und die Laser-Mikro-Blind-Buried-Vias-Technologie ist genau das entscheidende Verfahren, das die Umsetzung von Any layer HDI ermöglicht. Herkömmliche Leiterplatten sind hauptsächlich auf mechanisches Bohren angewiesen, um Verbindungslöcher zu erzeugen.
Aufgrund der Einschränkungen durch die Präzision der Anlagen und die Bearbeitungsmethoden liegt der Lochdurchmesser in der Regel bei über 100 μm, wobei es sich überwiegend um Durchgangslöcher handelt, die die gesamte Leiterplatte durchdringen. Solche Durchgangslöcher nehmen nicht nur viel Platz auf der Leiterplatte ein, sondern beeinträchtigen auch deutlich die Kontinuität der Leiterbahnen und die Integrität des Layouts.
Obwohl bei herkömmlichen HDI Leiterplatten das Laserbohrverfahren eingeführt wurde, liegt der Durchmesser der Bohrungen in der Regel weiterhin im Bereich von 60–80 μm. Gleichzeitig sind Anzahl und Position der Blind- und Buried-Vias durch den strukturellen Rahmen „Kernplatte + zusätzliche Schichten“ begrenzt, was die Freiheit bei der Verbindung einschränkt.
Any layer HDI hingegen reduziert den Durchmesser von Blind- und Buried-Löchern durch hochpräzise Laserbearbeitung weiter auf 30–50 μm; bei einigen fortschrittlichen Verfahren lassen sich sogar extrem kleine Durchmesser von etwa 20 μm realisieren, was nur einem Viertel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht. Noch wichtiger ist, dass beim Laserbohren die Bohrtiefe und -position präzise gesteuert werden können.
Je nach Designanforderungen lassen sich flexibel Blindbohrungen erstellen, die nur die oberste Schicht mit einer bestimmten inneren Schicht verbinden, oder vergrabene Bohrungen, die ausschließlich die inneren Schichten miteinander verbinden, ohne die Leiterbahnen anderer Schichten zu beschädigen. Diese hochgradig kontrollierbare, miniaturisierte Verbindungsmethode erhöht die Anzahl der pro Flächeneinheit anbringbaren Verbindungsbohrungen auf mehr als das Dreifache herkömmlicher Strukturen und bietet eine solide Grundlage für eine extrem hohe Verdrahtungsdichte.
Darüber hinaus handelt es sich beim Laserbohren um ein berührungsloses Bearbeitungsverfahren, das die bei mechanischem Bohren auftretenden Spannungskonzentrationen und das Risiko von Mikrorissen im Substrat vermeidet und somit zur Verbesserung der allgemeinen strukturellen Stabilität und der langfristigen Zuverlässigkeit der Leiterplatte beiträgt.
2.Das Laminierungsverfahren
Während die Laser-Mikro-Blind-Buried-Vias-Technologie das Problem der „Verringerung der Größe“ von Verbindungskanälen löst, überwindet das Laminierungsverfahren grundlegend das seit langem bestehende Problem der „Ebenenbeschränkung“ bei mehrschichtigen Verbindungen. Bei herkömmlichen Leiterplatten und gewöhnlichen HDI-Leiterplatten wird üblicherweise nach dem Prinzip „zuerst die Kernplatte herstellen, dann die Außenlagen auf beiden Seiten laminieren“ vorgegangen.
Die Anzahl der Schichten der Kernplatte und die Verteilung der Leiterbahnen werden bereits in der Anfangsphase festgelegt, sodass die nachfolgende Verbindung nur innerhalb der vorgegebenen Struktur erfolgen kann, was deutlich die Eigenschaft „Struktur zuerst, Verbindung eingeschränkt“ aufweist.
Any layer HDI hingegen hat durch die Einführung des Laminierverfahrens mit dem Prinzip „Schicht für Schicht aufbauen, Schicht für Schicht verbinden“ einen grundlegenden Wandel vom Designkonzept bis zum Fertigungsprozess bewirkt, d. h. zunächst werden die Verbindungsbeziehungen geplant und anschließend wird die Schichtstruktur bedarfsgerecht aufgebaut.
Aus Sicht des Fertigungsprozesses lässt sich das Laminierungsverfahren als hochstandardisierter zyklischer Prozess verstehen: Eine einlagige Leiterbahn dient als Ausgangsbasis, deren Oberfläche mit einem isolierenden Medium bedeckt wird; anschließend werden durch Laserbohren an festgelegten Stellen Mikrobohrungen erzeugt; mittels Galvanisierung werden die Bohrungen metallisch ausgefüllt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen der aktuellen Schicht und der neuen Leiterbahnschicht hergestellt wird; nach Abschluss der Verbindung wird die nächste Leiterbahnschicht geformt. Die oben genannten Schritte „Leiterbahnherstellung – Isolierbeschichtung – Laserbohren – metallische Verbindung“ wiederholen sich kontinuierlich, wodurch die Leiterplatte Schicht für Schicht aufgebaut und schrittweise geformt wird.
Bei diesem Fertigungsmodell verfügt jede Leiterbahnschicht über ein hohes Maß an unabhängiger Gestaltungsfreiheit. Zwischen beliebigen zwei Schichten kann durch präzise gesteuerte Bohr- und Metallisierungsverfahren eine direkte Verbindung hergestellt werden, wodurch die Einschränkungen der traditionellen Kernplattenarchitektur hinsichtlich der Verbindungswege zwischen den Schichten vollständig beseitigt werden.
Da das Laminierverfahren zudem den Prozess des wiederholten Gesamtpressens abschwächt oder sogar ersetzt, werden die Spannungen zwischen den Schichten deutlich reduziert. Dies verringert strukturelle Risiken wie Delamination und Rissbildung wirksam und verbessert somit die Gesamtleistung von Any layer HDI in Anwendungen mit hoher Dichte und Zuverlässigkeit.
Wesentliche Unterschiede zum herkömmlichen HDI
| Vergleichsparameter | Herkömmliches HDI | Any layer HDI |
| Verbindungen zwischen den Schichten | Nur benachbarte Außenschichten | Beliebige Schicht zu beliebiger Schicht |
| Durchkontaktierungsstruktur | Kombination aus PTH und Mikrobohrungen | Vollständig mikrobohrungsbasierte Struktur |
| Flexibilität bei der Verdrahtung | Durch die Kernschicht begrenzt | Nahezu auf IC-Niveau |
| Prozesskomplexität | Mittel | Sehr hoch |
| Kostenniveau | Relativ hoch | Sehr hoch |
Die wichtigsten Vorteile von Any layer HDI
Maximale Freiheit bei der Leiterbahnführung
Das Design ist nicht mehr durch die Position von Durchkontaktierungen und Kernschichten eingeschränkt, wodurch sich komplexe Hochgeschwindigkeitssignale leichter planen lassen.
Deutliche Reduzierung von Leiterplattengröße und -dicke
Ideal für ultradünne Produkte mit extrem hoher Integrationsdichte.
Hervorragende elektrische Eigenschaften
Kurze Leiterbahnen und geringe parasitäre Parameter begünstigen die Übertragung von Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzsignalen.
Unterstützung fortschrittlicher Gehäuseformen
Erfüllt die Anforderungen an die Verbindung von SoCs, APs und HF-Modulen mit hoher I/O-Anzahl.
Zukünftige Entwicklungsrichtungen für Any layer HDI
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Funktionen hochwertiger elektronischer Geräte entwickelt sich auch die Any layer HDI Technologie in Richtung höherer Präzision, Effizienz und Umweltfreundlichkeit. In Zukunft werden sich drei zentrale Entwicklungstrends abzeichnen.
Erstens: Durchbruch bei der „Ultra-Miniaturisierung“. Derzeit sind bei Any layer HDI Leiterplatten Lochdurchmesser von 20 μm sowie Leiterbahnbreiten und -abstände von 15/15 μm realisierbar. In Zukunft werden Lochdurchmesser von 15 μm sowie Leiterbahnbreiten und -abstände von 10/10 μm erreicht werden, wodurch die Leiterbahndichte und die Raumausnutzung weiter verbessert werden, um den Anforderungen von Chips mit höherer Integrationsdichte gerecht zu werden. Dieser Durchbruch erfordert präzisere Laserbohrtechniken und fortschrittlichere Galvanisierungsverfahren. Derzeit hat die Branche bereits mit der Entwicklung von Tief-UV-Laserbohrtechniken begonnen, um die präzise Bearbeitung noch kleinerer Lochdurchmesser zu ermöglichen.
Zweitens: „Mehrschichtigkeit“ und „multifunktionale Integration“. Um den Anforderungen an die Verbindung von mehr Funktionskomponenten gerecht zu werden, wird die Anzahl der Schichten bei Any layer HDI von derzeit 8–12 auf 16–20 erhöht. Gleichzeitig werden passivierte Komponenten wie vergrabene Widerstände und Kondensatoren schrittweise integriert, um eine einheitliche Kombination aus „PCB + passiven Komponenten“ zu erreichen und die Geräteabmessungen weiter zu reduzieren. Beispielsweise können durch die direkte Einbettung von Widerständen und Kondensatoren in die Isolationsschicht der Leiterplatte die Anzahl der Oberflächenkomponenten reduziert und die Kompaktheit des Schaltungslayouts verbessert werden.
Drittens: die Weiterentwicklung im Sinne von „Umweltfreundlichkeit“. Angetrieben durch die globalen „Dual-Carbon“-Ziele werden die Umweltanforderungen in der Elektronikfertigungsindustrie immer strenger. Any layer HDI wird schrittweise umweltfreundliche Verfahren und Materialien wie cyanidfreie Galvanisierung, VOC-arme Lötstopplacke und biologisch abbaubare Isoliermaterialien einsetzen, um die Schadstoffemissionen im Produktionsprozess zu senken. Gleichzeitig wird die Branche die Verwertung von Abfällen aus der Leiterplatten produktion verstärken, die Recyclingquote von festen Abfällen wie Altleiterplatten und Kupferschlacke erhöhen und die grüne, nachhaltige Entwicklung von Any layer HDI vorantreiben.
Any layer HDI ist das Ergebnis der Entwicklung der HDI-Technologie hin zu extremer Integration und freier Verbindung. Im Wesentlichen durchbricht es mit seiner vollständig mikroporösen, vollständig aufgeschichteten Struktur die Schichtenbeschränkungen herkömmlicher mehrschichtiger Leiterplatten und bietet für High-End-Elektronikprodukte eine Verbindungsfähigkeit, die fast dem Niveau von Halbleitern entspricht.
