Was ist eine HDI Leiterplatte? Eine HDI Leiterplatte (High-Density Interconnect Printed Circuit Board) ist eine Art von Leiterplatte mit hoher Verbindungsdichte. HDI steht für „High Density Interconnect”. HDI Leiterplatte erreichen durch fortschrittliche Fertigungstechniken und Designmethoden eine höhere Verdrahtungsdichte und kleinere Abmessungen. Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten liegt das wichtigste Merkmal von HDI-Leiterplatten in ihrer Fähigkeit, eine höhere Dichte bei der Anordnung der Schaltkreise und Verbindungen zu erreichen.
Kernmerkmale und Technologien von HDI
Microvia-Technologie: Dies ist das grundlegendste Merkmal von HDI.
Laserbohren: Hier werden hauptsächlich UV- oder CO₂-Laser verwendet, um Microvias (Microvia) mit Durchmessern von typischerweise weniger als 150 µm (üblicherweise 50–100 µm) durch extrem dünne dielektrische Schichten zu bohren.
Blind-/Buried-Vias: HDI verwendet in großem Umfang Blind-Vias (die äußere und innere Schichten verbinden, ohne die gesamte Platine zu durchqueren) und Buried-Vias (die nur innere Schichten verbinden, ohne sich auf äußere Schichten auszudehnen). Dadurch wird erheblich mehr Platz auf der Oberflächenschicht für die Verlegung frei.
Gestapelte/versetzte Durchkontaktierungen: Um zusätzliche Schichten zu verbinden, verwendet HDI gestapelte Durchkontaktierungen (mehrere vertikal gestapelte Mikrobohrungen) oder versetzte Durchkontaktierungen (mehrere Mikrobohrungen, die versetzt angeordnet sind). Der Prozess der gestapelten Durchkontaktierungen ist komplexer und kostspieliger, bietet jedoch kürzere Verbindungswege.
Feine Linien und Abstände: Die Linienbreiten und Abstände werden erheblich reduziert, in der Regel auf unter 100 µm (üblicherweise 50–75 µm oder weniger). Um solche feinen Linienabmessungen zu erreichen, werden fortschrittlichere Fotolithografieverfahren wie das semi-additive Verfahren (mSAP) eingesetzt.
Hohe Routing-Dichte: Die Kombination aus Mikrovias und feinen Linien erhöht die Anzahl der Leiter, die pro Flächeneinheit verlegt werden können, erheblich und ermöglicht so hochdichte Verbindungen für komplexe Schaltungen.
Dünne dielektrische Materialien: Die Verwendung dünnerer (z. B. ≤50 µm) hochleistungsfähiger kupferkaschierter Laminate (CCL) und Prepregs in Verbindung mit flacher Kupferfolie bildet die Grundlage für die Realisierung ultradünner Zwischenschichtstrukturen und feiner Leiterbahnen.
Erhöhte Schichtanzahl und Verbindbarkeit aller Schichten: HDI Leiterplatte ermöglichen problemlos eine höhere Schichtanzahl (8+ Schichten sind üblich). Die hochmoderne Any Layer Interconnect (ELIC)-Technologie ermöglicht Microvia-Verbindungen zwischen beliebigen Schichten und bietet so maximale Designflexibilität.
Fortschrittliche Oberflächenveredelungen: Wie ENEPIG (Electroless Nickel Electroplated Palladium Gold), stromloses Silber, stromloses Zinn und OSP, um die Anforderungen an die Lötzuverlässigkeit für hochdichte Pads und Fine-Pitch-Komponenten zu erfüllen.
Vorteile von HDI Leiterplatte:
HDI Leiterplatte verwenden Mikro-Blind-Durchkontaktierungen und vergrabene Durchkontaktierungen, um eine mehrschichtige Stapelung mit hoher Dichte zu erreichen, wodurch die Routing-Dichte erheblich verbessert wird. Mikro-Pitch-Öffnungen und hochpräzises Laserbohren gewährleisten präzise Schaltungsverbindungen, minimieren Signalwege, um Signalverluste und Übersprechen zu reduzieren und gewährleisten so die Signalintegrität.
Maximierte Raumnutzung
Die HDI-Technologie spart durch Blind- und Buried-Vias Platz auf der Leiterplatte und ermöglicht so kompakte, leichte Gerätedesigns, die den strengen Anforderungen moderner Elektronikprodukte an Größe und Gewicht gerecht werden.
Sicherstellung einer schnellen Signalübertragung
Die Verwendung von Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante und optimierten Laminatstrukturen reduziert die Signalverzögerung und verbessert die Stabilität und Zuverlässigkeit der schnellen Signalübertragung.
Hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit
Mehrschichtige Laminierung und präzise Fertigung gewährleisten strukturelle Robustheit, passen sich komplexen Betriebsumgebungen an und verlängern die Lebensdauer des Produkts.
Verbesserte Designflexibilität
Unterstützt komplexere Schaltungsdesigns und Funktionsintegration und erfüllt damit die Anforderungen vielfältiger, leistungsstarker Elektronikprodukte.
HDI Leiterplatte laminatstruktur:
Einlagige Leiterplatte (einlagige 6-lagige Leiterplatte, Laminatstruktur: (1+4+1))
Dieser HDI-Platintyp weist die einfachste Struktur auf, da die inneren Mehrschichtplatinen keine vergrabenen Durchkontaktierungen enthalten und nur eine einzige Laminierung erforderlich ist, um den Herstellungsprozess abzuschließen. Obwohl sie als einlagiges Laminat klassifiziert sind, ähnelt ihr Herstellungsprozess stark dem Einlagenlaminierungsverfahren für herkömmliche Mehrschichtplatinen. Der Hauptunterschied liegt in den nachfolgenden Schritten, zu denen das Laserbohren von Blinddurchkontaktierungen und andere Prozesse gehören.
Da diese Laminatstruktur keine vergrabenen Durchkontaktierungen umfasst, können die zweite und dritte Schicht als eine Kernplatine hergestellt werden, während die vierte und fünfte Schicht eine weitere Kernplatine bilden. Anschließend werden dielektrische Schichten und Kupferfolie zu den Außenschichten hinzugefügt, wobei vor der Ein-Durchgang-Laminierung eine dazwischenliegende dielektrische Schicht eingefügt wird. Diese Methode ist sehr einfach und bietet im Vergleich zu herkömmlichen Ein-Durchgang-Laminatplatinen geringere Kosten.
Einlagige laminierte Leiterplatte (sechslagiges Einlagenlaminat mit einer (1+4+1)-Stapelkonfiguration)
Die Struktur solcher HDI Leiterplatte wird typischerweise als (1+N+1) bezeichnet, wobei N ≥ 2 und N eine gerade Zahl ist. Dieses Design stellt die gängige Konfiguration für Einlagenlaminate in der aktuellen Industrie dar und zeichnet sich durch interne Mehrlagenplatinen mit vergrabenen Durchkontaktierungen aus, die eine sekundäre Laminierung erfordern, um fertiggestellt zu werden. Über Blind-Durchkontaktierungen hinaus umfasst dieses einlagige Laminat auch vergrabene Durchkontaktierungen. Die Umstellung solcher HDI Leiterplatte auf einfachere einlagige Laminate der Klasse I kommt sowohl Lieferanten als auch Kunden zugute. Viele Kunden haben Empfehlungen zur Optimierung herkömmlicher einlagiger Laminat-Lagenaufbauten der Klasse II hin zur Einfachheit der Klasse I übernommen.
Herkömmliche sekundär laminierte HDI Leiterplatte (z. B. eine 8-lagige sekundär laminierte HDI Leiterplatte mit einer Stapelstruktur von (1+1+4+1+1))
Diese HDI Leiterplatte struktur folgt dem Format (1+1+N+1+1), wobei N ≥ 2 und N eine gerade Zahl ist. Sie entspricht dem aktuellen Industriestandard für sekundär laminierte Designs und verfügt über vergrabene Durchkontaktierungen innerhalb der inneren Mehrschichtplatine, die einen dritten Laminierungsprozess zur Fertigstellung erfordern. Das Hauptmerkmal dieses Designs ist das Fehlen von gestapelten Durchkontaktierungen, was zu einer Fertigungskomplexität auf Standardniveau führt. Durch die Optimierung der Platzierung der vergrabenen Durchkontaktierungen von den Schichten (3-6) zu den Schichten (2-7) würde ein Laminierungsprozess entfallen, wodurch die Produktion rationalisiert und Kosteneinsparungen erzielt werden könnten.
Herkömmliche doppelt gestapelte HDI-Leiterplatten (doppelt gestapelte HDI-8-Lagen-Leiterplatte, gestapelte Struktur: (1+1+4+1+1))
Diese HDI Leiterplatte struktur folgt der Konfiguration (1+1+N+1+1), wobei N≥2 und N eine gerade Zahl ist, was eine sekundäre laminierte Leiterplatten struktur ergibt. Durch die Positionierung der vergrabenen Durchkontaktierungen zwischen den Schichten (2-7) anstelle von (3-6) optimiert dieses Design jedoch die sekundäre laminierte HDI Leiterplatte von einem Drei-Press-Prozess zu einem Zwei-Press-Prozess. Eine weitere Herausforderung bei der Herstellung dieser Leiterplatte besteht darin, dass sie Blind-Durchkontaktierungen auf den Schichten (1-3) enthält, die für die Fertigung in Blind-Durchkontaktierungen auf den Schichten (1-2) und (2-3) getrennt werden müssen. Insbesondere die internen Blind-Durchkontaktierungen in den Schichten (2-3) erfordern zur Fertigstellung eine Durchkontaktierungs-Fülltechnologie.
Dies bedeutet, dass die internen Blind-Durchkontaktierungen im sekundären Laminat unter Verwendung von Durchkontaktierungs-Füllung hergestellt werden müssen. In der Regel verursachen HDI-Platinen, bei denen Durchkontaktierungs-Füllung zum Einsatz kommt, deutlich höhere Kosten und eine komplexere Fertigung als solche ohne diesen Prozess. Daher ist es bei herkömmlichen sekundär laminierten Leiterplatten ratsam, gestapelte Durchkontaktierungen während des Designprozesses zu vermeiden. Stattdessen sollten die (1-3) Blinddurchkontaktierungen in versetzte (1-2) Blinddurchkontaktierungen und (2-3) vergrabene (Blind-)Durchkontaktierungen umgewandelt werden. Erfahrene Designer wenden häufig diesen vereinfachten Ansatz an, um die Herstellungskosten zu senken.
Bei zweilagigen HDI Leiterplatte mit Blind-zu-Blind-Stapelung werden die Blindlöcher (2-7) über den vergrabenen Löchern gestapelt. (Eine 8-lagige zweilagige HDI Leiterplatte weist eine gestapelte Struktur von (1+1+4+1+1) auf).
Die Struktur solcher Leiterplatten ist (1+1+N+1+1), wobei N≥2 und eine gerade Zahl ist, was eine aktuelle Designcharakteristik für einige sekundär laminierte Leiterplatten in der Industrie darstellt. Diese Leiterplatten enthalten vergrabene Durchkontaktierungen innerhalb der inneren Mehrschichtabschnitte, was eine sekundäre Laminierung zur Fertigstellung erforderlich macht. Zu ihren Hauptmerkmalen gehören ein gestapeltes Lochdesign und ein schichtübergreifendes Blindlochdesign.
Darüber hinaus erfordert dieses Design das Stapeln von Blind-Durchkontaktierungen über vergrabenen Durchkontaktierungen auf den Schichten (2-7), was die Komplexität der Herstellung erhöht. Durch die Positionierung der vergrabenen Durchkontaktierungen auf den Schichten (2-7) kann ein einzelner Laminierungsschritt entfallen, wodurch der Produktionsprozess optimiert und Kosteneinsparungen erzielt werden.
Das sekundär laminierte HDI mit Cross-Layer-Blind-Via-Design (sekundär laminierte HDI-8-Lagen-Platine, gestapelte Struktur: (1+1+4+1+1))
Diese Konfiguration, dargestellt als (1+1+N+1+1) (wobei N≥2 und eine gerade Zahl ist), stellt eine der anspruchsvolleren sekundären laminierten Leiterplattenstrukturen dar, die derzeit in der Branche anzutreffen sind.
Solche Designs enthalten in der Regel vergrabene Durchkontaktierungen zwischen den Schichten (3-6) innerhalb der inneren Mehrschichtleiterplatte, was einen dreifachen Presslaminierungsprozess zur Fertigstellung erforderlich macht. Die größte Herausforderung liegt im Design der schichtübergreifenden Blind-Durchkontaktierungen, was die Komplexität der Herstellung erhöht.
Daher haben HDI-Leiterplattenhersteller, denen es an spezifischen technischen Fähigkeiten mangelt, oft Schwierigkeiten bei der Herstellung solcher sekundär laminierter Leiterplatten. Durch die Optimierung der schichtübergreifenden Blind-Durchkontaktierungen zwischen den Schichten (1-3), indem sie in separate (1-2) und (2-3) Schicht-Blind-Durchkontaktierungen aufgeteilt werden – unter Verwendung einer versetzten Anordnung anstelle von gestapelten Durchkontaktierungen – werden die Herstellungskosten erheblich gesenkt und die Produktionsprozesse rationalisiert.
Faktoren, die die Preisgestaltung von HDI Leiterplatte beeinflussen:
Anzahl der Schichten und Kosten
Die Anzahl der Schichten ist ein entscheidender Faktor für die Preisgestaltung von Leiterplatten. Eine höhere Anzahl von Schichten erfordert komplexere Herstellungsprozesse, was zu höheren Kosten führt. Beispielsweise kosten gängige 4- bis 8-lagige HDI Leiterplatte in der Regel zwischen 300 und 800 Yuan pro Quadratmeter. Mehrschichtige Leiterplatten mit mehr als 10 Schichten können Preise von über 1000 Yuan pro Quadratmeter erzielen. Im Allgemeinen entspricht eine höhere Lagenanzahl einem höheren Grundpreis für Leiterplatten.
Leiterbahnbreite, Abstand und Größe der Mikrobohrungen
Die Leiterbahnbreite, der Abstand und die Abmessungen der Mikrobohrungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Preise für HDI Leiterplatte. Wenn die Leiterbahnbreite und der Abstand kleinere Spezifikationen wie 2,5/2,5 mil erreichen, führt die erhöhte Fertigungsschwierigkeit zu höheren Kosten im Vergleich zu Standardkonfigurationen mit 3/3 mil.
Darüber hinaus erhöhen kleinere Mikrobohrungsdurchmesser entsprechend die Produktionskosten. Beispielsweise fallen bei Durchkontaktierungen, die kleiner als 0,25 mm sind, in der Regel zusätzliche Kosten bei den meisten Leiterplattenherstellern an, da die Eindringtiefe des Bohrers pro Durchgang drastisch reduziert wird, was die Produktionseffizienz verringert. Mikro-Durchkontaktierungen werden in der Regel mittels Laserbearbeitung hergestellt, wobei die typischen Bohrmaße zwischen 3 und 5 mil liegen, wobei 4 mil eine Standardgröße für Design und Herstellung darstellt.
Bestellmenge
Die Bestellmenge ist ein entscheidender Faktor, der die Preisgestaltung von HDI Leiterplatte beeinflusst. Die Massenproduktion nutzt Skaleneffekte, um die Stückkosten zu senken. Im Allgemeinen führen größere Bestellmengen zu niedrigeren Stückkosten. Bei der Prototypenfertigung in kleinen Stückzahlen fallen in der Regel höhere Preise an, da Fixkosten wie Konstruktionsgebühren (ca. 300–500 Yen) und Filmkosten (100 Yen pro Schicht) auf weniger Einheiten verteilt werden müssen. Im Gegensatz dazu können bei Großaufträgen Preisnachlässe von 10 % bis 30 % gewährt werden.
