Any layer HDI är en förkortning av ”Any-layer High Density Interconnect” (högdensitetskopplade kretskort med kopplingar mellan valfria skikt) och är en av de mest avancerade formerna inom HDI kretskorts tekniken. Den representerar den mest avancerade kopplingsarkitekturen i dagens högteknologiska elektronikprodukter. Any layer HDI avser ett flerskiktat HDI kretskort där alla skikt är kopplade med hjälp av mikrovia (laserborrade hål).
Ur ett terminologiskt perspektiv betyder ”Any-layer” ”valfritt lager”, medan ”HDI” är en förkortning av ”High Density Interconnect” (högdensitetsinterkonnektivitet). Kombinationen av de två begreppen beskriver exakt teknikens kärna – att uppnå direkt interkonnektivitet mellan valfria två lager på kretskortet och därmed bryta de begränsningar som finns för interkonnektivitet mellan lager hos traditionella kretskort och vanliga HDI kretskort. Any layer HDI bygger i grunden på processinnovation för att skapa ett ledningsförbindelsessystem utan lagerbegränsningar, med hög integrationsgrad och effektiv överföring, vilket ger avancerad elektronisk utrustning optimal utrymmesutnyttjande och signalöverföringsprestanda.
Ur ett tekniskt utvecklingsperspektiv är Any layer HDI en avancerad uppgradering av HDI tekniken. Traditionell HDI använder en arkitektur med ”kärnkort + yttre skikt laminerat”, där kopplingsvägarna begränsas av den fasta kombinationen mellan kärnkortets skikt och det yttre skiktet. Detta möjliggör endast begränsad koppling mellan ”yttre skikt – inre kärnkort” eller ”mellan inre kärnkort”, vilket innebär tydliga begränsningar i skiktuppbyggnaden.
Any layer HDI bryter helt med detta fasta mönster och använder en skiktningsteknik för att skapa en ledningsstruktur med ”skiktvis överlagring och valfri ledning”. Oavsett om det gäller ytskikt till ytskikt, ytskikt till valfritt inre skikt eller inre skikt till inre skikt kan man direkt bygga upp kopplingskanaler utan att behöva förlita sig på kärnplattan som mellanled. Denna ”hierarkifria” interkonnektivitet befriar kretslayouten från fysiska strukturella begränsningar och möjliggör ”minimering” av interkonnektivitetsvägar samt ”optimering” av kretslayouten.
Ur ett tillämpningsperspektiv är Any layer HDI inte en allmän PCB-teknik, utan en specialiserad lösning utvecklad för att lösa utmaningarna med ”hög integration, liten volym och höghastighetsöverföring” hos avancerad elektronisk utrustning. Den är främst avsedd för tillämpningar som ställer extremt höga krav på PCB-utrymmesutnyttjande, signalöverföringseffektivitet och tillförlitlighet, såsom flaggskeppssmartphones, avancerade smarta bärbara enheter, AR/VR-utrustning och medicinsk precisionsutrustning. Denna teknik har brutit de begränsningar som traditionell PCB-teknik innebar för uppgradering av elektronisk utrustning och möjliggjort produktdesign med ”mindre volym, fler funktioner och högre hastighet”.
Any layer HDI:s egenskap att ”koppla samman valfria lager” uppnås inte ur tomma intet, utan bygger på samverkan mellan två centrala processer: tekniken för mikrosluten blindhål med laser och tillverkningsprocessen med skiktning:
1.Teknik för mikrosluten blindhål med laser
Miniatyrisering av kopplingskanalerna är en förutsättning för att uppnå högdensitetskoppling, och tekniken för mikrosluten blindhål med laser är just den avgörande process som möjliggör Any layer HDI. Traditionella kretskort förlitar sig huvudsakligen på mekanisk borrning för att skapa anslutningshål. På grund av begränsningar i utrustningens precision och bearbetningsmetoder är håldiametern vanligtvis 100 μm eller större, och består främst av genomgående hål som går igenom hela kretskort.
Denna typ av genomgående hål tar inte bara upp mycket utrymme på kretskort, utan stör också tydligt ledningarnas kontinuitet och layoutens integritet. Även om vanlig HDI har infört laserborrningsteknik ligger hålstorleken i allmänhet fortfarande inom intervallet 60–80 μm. Samtidigt begränsas antalet och placeringen av blind- och begravda hål av strukturramen ”kärnkort + tilläggsskikt”, vilket ger begränsad frihet vid sammankoppling.
Any layer HDI använder däremot laserborrningsteknik med högre precision för att ytterligare minska diametern på blinda och begravda hål till 30–50 μm. Vissa avancerade tillverkningsprocesser kan till och med uppnå extremt små hål på cirka 20 μm, vilket motsvarar endast en fjärdedel av diametern på ett människohår. Ännu viktigare är att laserborrning möjliggör exakt kontroll över håldjup och placering.
Beroende på designkrav kan man flexibelt skapa blinda hål som endast förbinder ytskiktet med ett specifikt inre skikt, eller begravda hål som endast förbinder inre skikt, utan att skada ledningarna i andra skikt. Denna högkontrollerade, mikrominiatyriserade kopplingsmetod ökar antalet kopplingshål som kan placeras per ytenhet till mer än tre gånger jämfört med traditionella strukturer, vilket ger en solid grund för ledningsdragning med extremt hög densitet.
Dessutom är laserborrning en beröringsfri bearbetningsmetod som undviker den risk för spänningskoncentration och mikrosprickor som mekanisk borrning medför för substratet, vilket bidrar till att förbättra kretskortets övergripande strukturella stabilitet och långsiktiga tillförlitlighet.
2.Tillverknings processen med skiktläggning
Om tekniken för mikroblygda och begravda hål med laser löser problemet med att göra interkonnektionskanalerna ”mindre”, så löser tillverkningsprocessen med skiktläggning på ett grundläggande sätt det långvariga problemet med ”skiktbegränsningar” i flerskiktsinterkonnektioner. Traditionella kretskort och vanliga HDI kort tillverkas vanligtvis enligt principen ”tillverka kärnkortet först, pressa sedan ihop ytterlagren på båda sidor”.
Kärnkortets skiktkonfiguration och ledningsfördelning fastställs redan i ett tidigt skede, och efterföljande interkonnektivitet kan endast utvecklas inom den fastställda strukturen, vilket ger upphov till en tydlig ”struktur först, begränsad interkonnektivitet”-karaktär. Any layer HDI har genom att införa den skiktbaserade tillverkningsmetoden ”bygg skikt för skikt, koppla samman skikt för skikt” åstadkommit en grundläggande omvandling från designlogik till tillverkningsprocess, det vill säga att först planera kopplingsrelationerna och sedan bygga upp skiktstrukturen efter behov.
Ur ett processperspektiv kan lamineringsmetoden ses som en högt standardiserad cyklisk process: en enkelskiktskrets används som utgångsbas, vars yta täcks med ett isolerande medium; därefter bildas mikrohål på angivna platser genom laserborrning; sedan fylls hålen med metall genom elektroplätering, vilket skapar en elektrisk anslutning mellan det aktuella skiktet och det nya ledningsskiktet; när anslutningen är klar formas ett nytt ledningsskikt. Ovanstående steg – ”tillverkning av ledningar – isoleringsbeläggning – laserborrning – metalliserad interkonnektivitet” – upprepas kontinuerligt, varigenom kretskortet staplas lager för lager och gradvis formas.
I denna tillverknings modell har varje ledningslager en hög grad av oberoende designfrihet, och valfria två lager kan direkt kopplas samman genom noggrant kontrollerade borrnings- och metalliseringsprocesser, vilket helt frigör sig från de begränsningar som den traditionella kärnplattarkonstruktionen innebär för interkonnektivitetsvägarna mellan lagren. Samtidigt, eftersom lamineringsmetoden minskar eller till och med ersätter processen med upprepade helpressningar, minskar spänningarna mellan skikten avsevärt, vilket effektivt minskar strukturella risker som delaminering och sprickbildning, vilket ytterligare förbättrar Any layer HDI:s övergripande prestanda i applikationer med hög densitet och hög tillförlitlighet.
Den väsentliga skillnaden jämfört med traditionell HDI
| Jämförelsedimensioner | Traditionell HDI | Any layer HDI |
| Lager-till-lager-anslutningar | Endast angränsande yttre lager | Vilket lager som helst till vilket lager som helst |
| Genomgående hålstruktur | Blandning av PTH och mikrohål | Helt mikrohålsstruktur |
| Frihet vid ledningsdragning | Begränsad av kärnlager | Nära IC-nivå |
| Process komplexitet | Medel | Muy alta |
| Kostnadsnivå | Hög | Mycket hög |
De främsta fördelarna med Any layer HDI
Maximal frihet vid ledningsdragning
Konstruktionen begränsas inte längre av placeringen av genomgående hål och kärnlager, vilket underlättar planeringen av komplexa höghastighetssignaler.
Avsevärt mindre kortstorlek och tjocklek
Mycket lämpligt för ultratunna produkter med extremt hög integrationsgrad.
Utmärkta elektriska egenskaper
Korta mikrohål och låga parasitparametrar, vilket gynnar överföring av höghastighets och högfrekvenssignaler.
Stöd för avancerade förpackningsformer
Uppfyller kraven på interkonnektivitet för SoC, AP och RF-moduler med högt antal I/O.
Framtida utvecklingsriktningar för Any layer HDI
I takt med att funktionerna i avancerad elektronisk utrustning kontinuerligt uppgraderas, utvecklas Any layer HDI-tekniken mot att bli mer precis, effektiv och miljövänlig. I framtiden kommer tre huvudsakliga utvecklingstrender att framträda.
För det första ett genombrott inom ”ultra-miniatyrisering”. För närvarande kan Any layer HDI uppnå en hålstorlek på 20 μm och en linjebredd/linjeavstånd på 15/15 μm. I framtiden kommer man att bryta igenom till en hålstorlek på 15 μm och en linjebredd/linjeavstånd på 10/10 μm, vilket ytterligare förbättrar ledningsdensiteten och utrymmesutnyttjandet för att möta kraven på chip med högre integrationsgrad. Detta genombrott kräver mer precis laserborrningsteknik och mer avancerade galvaniseringsprocesser. Inom branschen har man redan börjat utveckla djup-UV-laserborrningsteknik för att möjliggöra precis bearbetning av ännu mindre hål.
För det andra: ”flerlagersstruktur” och ”multifunktionell integration”. För att möta behovet av sammankoppling av fler funktionskomponenter kommer antalet lager i Any layer HDI att uppgraderas från dagens 8–12 lager till 16–20 lager. Samtidigt kommer passiva komponenter som inbäddade resistorer och kondensatorer gradvis att integreras, vilket möjliggör en integrerad kombination av ”PCB + passiva komponenter” och ytterligare minskar utrustningens storlek. Genom att exempelvis placera resistorer och kondensatorer direkt i PCB:ns isoleringsskikt kan antalet ytmonterade komponenter minskas, vilket förbättrar kretslayoutens kompakthet.
För det tredje: uppgradering mot ”grön miljöanpassning”. Drivet av de globala ”dubbla koldioxidmålen” blir miljökraven inom elektronikindustrin allt strängare. Any layer HDI kommer gradvis att införa miljövänliga processer och material, såsom cyanidfri elektroplätering, VOC-fattiga maskeringsfärger och biologiskt nedbrytbara isoleringsmaterial, för att minska utsläppen av föroreningar under tillverkningen. Samtidigt kommer branschen att stärka återvinningen av avfall från PCB-tillverkningen, öka återvinningsgraden för fast avfall såsom kasserade kretskort och kopparslagg, och främja en grön och hållbar utveckling av Any layer HDI.
Any layer HDI är resultatet av HDI teknikens utveckling mot extrem integration och fri interkonnektivitet. Dess essens är att med en struktur bestående av helt mikroporösa och helt uppbyggda skikt bryta de traditionella begränsningarna hos flerskikts PCB och tillhandahålla interkonnektivitet nära halvledarnivå för avancerade elektroniska produkter.
