Any layer HDI è l’acronimo di “Any layer High Density Interconnect” (circuito stampato ad alta densità di interconnessione su qualsiasi strato) ed è una delle forme più avanzate della tecnologia HDI PCB, rappresentando l’architettura di interconnessione più all’avanguardia attualmente utilizzata nei prodotti elettronici di fascia alta. Any layer HDI si riferisce a un PCB HDI multistrato in cui tutti gli strati sono interconnessi tramite microfori (microvia) realizzati al laser.
Dal punto di vista terminologico, “Any layer” significa “qualsiasi strato”, mentre ‘HDI’ è l’acronimo di “High Density Interconnect” (interconnessione ad alta densità); la combinazione dei due termini indica con precisione il nucleo della tecnologia: realizzare l’interconnessione diretta tra due strati qualsiasi del circuito stampato, superando i limiti dell’interconnessione interstrato dei PCB tradizionali e degli HDI standard.
L’essenza dell’Any layer HDI consiste nel costruire, attraverso l’innovazione di processo, un sistema di interconnessione dei circuiti “senza vincoli di livello, ad alta integrazione e ad alta efficienza di trasmissione”, fornendo alle apparecchiature elettroniche di fascia alta il massimo in termini di utilizzo dello spazio e prestazioni di trasmissione del segnale.
Dal punto di vista dell’evoluzione tecnologica, l’Any layer HDI rappresenta un’evoluzione avanzata della tecnologia HDI. L’HDI tradizionale adotta un’architettura “pannello centrale + laminato esterno”, in cui i percorsi di interconnessione sono limitati dalla combinazione fissa tra il pannello centrale e lo strato esterno, consentendo solo interconnessioni limitate tra “strato esterno e pannello centrale interno” o “tra pannelli centrali interni”, con evidenti vincoli gerarchici.
l’Any layer HDI abbandona completamente questo modello fisso, costruendo attraverso il processo di laminazione una struttura di circuiti “sovrapposta strato per strato, con conduttività arbitraria”; sia tra strati superficiali, tra uno strato superficiale e qualsiasi strato interno, sia tra strati interni, è possibile costruire direttamente canali di interconnessione senza dover ricorrere al passaggio attraverso il core board. Questa caratteristica di interconnessione “senza limiti gerarchici” libera il layout dei circuiti dai vincoli della struttura fisica, realizzando la ‘massimizzazione’ dei percorsi di interconnessione e l’ “ottimizzazione” del layout dei circuiti.
Dal punto di vista dell’applicazione, l’Any layer HDI non è una tecnologia PCB generica, ma una soluzione dedicata creata per risolvere i punti critici dei dispositivi elettronici di fascia alta: “alta integrazione, dimensioni ridotte, trasmissione ad alta velocità”. È pensata principalmente per scenari che richiedono il massimo in termini di utilizzo dello spazio sul PCB, efficienza di trasmissione del segnale e affidabilità, come smartphone di punta, dispositivi indossabili intelligenti di fascia alta, dispositivi AR/VR e strumenti medici di precisione.
L’avvento di questa tecnologia ha superato i limiti imposti dalla tecnologia PCB tradizionale all’aggiornamento dei dispositivi elettronici, rendendo possibile la progettazione di prodotti “più piccoli, più funzionali e più veloci”.
La caratteristica di “interconnessione su qualsiasi strato” dell’Any layer HDI non è stata realizzata dal nulla, ma si basa sul supporto sinergico di due processi fondamentali: la tecnologia dei fori ciechi micro-laser e il processo di produzione a strati:
1.Tecnologia dei fori ciechi micro-laser
La miniaturizzazione dei canali di interconnessione è un prerequisito per realizzare interconnessioni ad alta densità, e la tecnologia dei fori ciechi micro-laser è proprio il supporto tecnologico chiave che ha permesso l’implementazione dell’Any layer HDI. I PCB tradizionali si basano principalmente sulla foratura meccanica per la creazione dei fori di interconnessione; a causa dei limiti di precisione delle attrezzature e dei metodi di lavorazione, il diametro dei fori è solitamente superiore a 100 μm e si tratta prevalentemente di fori passanti che attraversano l’intero pannello.
Questi fori passanti non solo occupano molto spazio all’interno del pannello, ma causano anche evidenti interferenze con la continuità delle tracce e l’integrità del layout. Sebbene l’HDI standard abbia introdotto il processo di foratura laser, il diametro dei fori rimane generalmente compreso tra 60 e 80 μm; inoltre, il numero e la posizione dei fori ciechi e sepolti sono vincolati dalla struttura “pannello centrale + strati aggiuntivi”, con una libertà di interconnessione limitata.
L’HDI Any-layer, grazie a una tecnologia di foratura laser di maggiore precisione, riduce ulteriormente il diametro dei fori ciechi e sepolti a 30–50 μm; alcuni processi avanzati consentono addirittura di ottenere fori di dimensioni minime, pari a circa 20 μm, equivalenti a un quarto del diametro di un capello umano. Ancora più importante, la foratura laser consente un controllo preciso della profondità e della posizione dei fori, permettendo di creare in modo flessibile, in base alle esigenze di progettazione, fori ciechi che collegano solo lo strato superficiale con uno specifico strato interno, oppure fori sepolti che collegano solo gli strati interni, senza danneggiare i circuiti degli altri strati.
Questo metodo di interconnessione miniaturizzata altamente controllabile aumenta il numero di fori di interconnessione che possono essere disposti per unità di superficie a più del triplo rispetto alle strutture tradizionali, fornendo una solida base per il cablaggio ad altissima densità.
Inoltre, la foratura laser è un processo di lavorazione senza contatto che evita il rischio di concentrazione di sollecitazioni e microfessurazioni sul substrato causato dalla foratura meccanica, contribuendo a migliorare la stabilità strutturale complessiva e l’affidabilità a lungo termine del circuito stampato.
2.Processo di produzione a stratificazione
Se la tecnologia dei fori ciechi e sepolti micro-laser risolve il problema di “ridurre le dimensioni” dei canali di interconnessione, il processo di produzione a stratificazione risolve radicalmente il problema di “limitazione dei livelli” che da tempo affligge le interconnessioni multistrato.
I PCB tradizionali e gli HDI convenzionali adottano solitamente un approccio di produzione che prevede la “realizzazione del core board prima della laminazione degli strati esterni su entrambi i lati”; la configurazione del numero di strati del core board e la distribuzione dei circuiti vengono fissate nella fase iniziale, e le interconnessioni successive possono essere realizzate solo all’interno della struttura prestabilita, presentando una caratteristica evidente di “struttura prima, interconnessione limitata”.
Any layer HDI, invece, grazie all’introduzione del processo di laminazione “costruzione strato per strato, interconnessione strato per strato”, ha realizzato una trasformazione radicale dalla logica di progettazione al percorso di produzione, ovvero pianificare prima le relazioni di interconnessione e poi costruire la struttura gerarchica in base alle esigenze.
Dal punto di vista del flusso di processo, il metodo di laminazione può essere inteso come un processo ciclico altamente standardizzato: si utilizza un circuito a singolo strato come base iniziale, ricoprendone la superficie con un mezzo isolante; successivamente, tramite foratura laser, si formano microfori in posizioni specificate; quindi, utilizzando un processo di galvanizzazione, si riempiono i fori con metallo, realizzando così il collegamento elettrico tra lo strato corrente e il nuovo strato di circuiti.
Una volta completato l’interconnessione, si procede alla formazione di un nuovo strato di circuiti. I passaggi sopra descritti (“realizzazione dei circuiti – rivestimento isolante – foratura laser – interconnessione metallizzata”) si ripetono continuamente, consentendo al circuito stampato di formarsi gradualmente, strato dopo strato.
In questo modello di produzione, ogni strato di circuiti gode di un’elevata libertà di progettazione indipendente; qualsiasi coppia di strati può essere collegata direttamente tramite processi di foratura e metallizzazione precisi e controllati, liberandosi completamente dai vincoli imposti dalla struttura tradizionale del substrato sui percorsi di interconnessione interstrato.
Allo stesso tempo, poiché il metodo di laminazione riduce o addirittura sostituisce i processi di pressatura complessiva multipla, lo stress tra gli strati si riduce significativamente, diminuendo efficacemente i rischi strutturali quali delaminazione e fessurazione, migliorando così ulteriormente le prestazioni complessive di Any layer HDI nelle applicazioni ad alta densità e affidabilità.
Differenze fondamentali rispetto all’HDI tradizionale
| Parametro di confronto | HDI tradizionale | Any layer HDI |
| Interconnessione tra strati | Solo strati esterni adiacenti | Da qualsiasi strato a qualsiasi altro strato |
| Struttura dei fori passanti | Combinazione di PTH e microfori | Struttura interamente a microfori |
| Libertà di tracciatura | Limitata dagli strati centrali | Interconnessione simile a quella dei circuiti integrati |
| Complessità del processo | Media | Elevatissima |
| Livello dei costi | Elevato | Molto elevato |
I principali vantaggi dell’Any layer HDI
Massima libertà di cablaggio
La progettazione non è più vincolata dalla posizione dei fori passanti e degli strati centrali, rendendo più semplice la pianificazione di segnali complessi ad alta velocità.
Dimensioni e spessore della scheda notevolmente ridotti
Ideale per prodotti ultrasottili e ad altissima integrazione.
Eccellenti prestazioni elettriche
Fori micro-corti e bassi parametri parassiti, favorevoli alla trasmissione di segnali ad alta velocità e alta frequenza.
Supporto di forme di incapsulamento avanzate
Soddisfa le esigenze di interconnessione di SoC, AP e moduli RF con elevato numero di I/O.
Direzioni future di aggiornamento dell’Any layer HDI
Con il continuo aggiornamento delle funzionalità dei dispositivi elettronici di fascia alta, anche la tecnologia HDI Any-layer si sta evolvendo verso una maggiore precisione, efficienza ed ecocompatibilità; in futuro si presenteranno tre principali tendenze di aggiornamento.
Il primo è il progresso verso la “microminiaturizzazione”. Attualmente, l’Any layer HDI è in grado di realizzare fori con diametro di 20 μm e larghezza/spaziatura delle linee di 15/15 μm; in futuro si supereranno i 15 μm di diametro e i 10/10 μm di larghezza/spaziatura delle linee, migliorando ulteriormente la densità dei circuiti e l’utilizzo dello spazio, per soddisfare le esigenze dei chip a più alta integrazione. Questo progresso richiede una tecnologia di foratura laser più precisa e processi di placcatura più avanzati; attualmente, il settore ha avviato lo sviluppo della tecnologia di foratura laser a ultravioletti profondi per ottenere una lavorazione precisa con fori di diametro ancora più piccolo.
In secondo luogo, la “multistratificazione” e l’“integrazione multifunzionale”. Per soddisfare le esigenze di interconnessione di un numero maggiore di componenti funzionali, il numero di strati dell’Any layer HDI passerà dagli attuali 8-12 a 16-20, integrando gradualmente componenti passivi quali resistenze e condensatori sepolti, realizzando così l’integrazione unificata “PCB + componenti passivi” e riducendo ulteriormente le dimensioni dei dispositivi.
Ad esempio, l’incorporazione diretta di resistenze e condensatori nello strato isolante del PCB consentirà di ridurre il numero di componenti superficiali, migliorando la compattezza del layout dei circuiti.
In terzo luogo, l’aggiornamento verso la “sostenibilità ambientale”. Spinti dagli obiettivi globali “doppia carbonio”, i requisiti ambientali nel settore della produzione elettronica stanno diventando sempre più severi; l’Any layer HDI adotterà gradualmente processi e materiali ecologici quali la placcatura senza cianuro, inchiostri per mask a basso contenuto di VOC e materiali isolanti biodegradabili, riducendo le emissioni inquinanti durante il processo di produzione.
Allo stesso tempo, il settore rafforzerà il riciclaggio dei rifiuti derivanti dalla produzione di PCB, aumentando il tasso di recupero dei rifiuti solidi come i PCB di scarto e le scorie di rame, promuovendo così lo sviluppo sostenibile e ecologico dell’Any layer HDI.
L’Any layer HDI è il risultato dell’evoluzione della tecnologia HDI verso l’integrazione estrema e l’interconnessione libera; la sua essenza consiste nell’utilizzare una struttura interamente microporosa e a strati aggiuntivi per superare i limiti gerarchici dei tradizionali PCB multistrato, fornendo ai prodotti elettronici di fascia alta una capacità di interconnessione vicina a quella dei semiconduttori.