Any layer HDI это сокращение от «Any-layer High Density Interconnect» (печатная плата с межслойными соединениями высокой плотности), представляющее собой одну из самых совершенных форм технологии HDI PCB и олицетворяющее самую передовую архитектуру межслойных соединений в современной высокотехнологичной электронике. Any layer HDI обозначает многослойную печатную плату HDI, в которой все слои соединены с помощью лазерных микроотверстий (Microvia).
Если рассматривать состав термина, «Any-layer» означает «любой слой», а «HDI» — это аббревиатура от «High Density Interconnect» (высокоплотное соединение). Сочетание этих двух терминов точно отражает суть технологии — реализация прямого соединения между любыми двумя слоями печатной платы, что позволяет преодолеть ограничения межслойного соединения, характерные для традиционных печатных плат и обычных HDI-плат. Суть Any layer HDI заключается в создании, благодаря технологическим инновациям, системы межсоединений, «не ограниченной иерархией, обладающей высокой степенью интеграции и обеспечивающей эффективную передачу», что обеспечивает максимальную эффективность использования пространства и высокие характеристики передачи сигнала для высокотехнологичного электронного оборудования.
С точки зрения эволюции технологий, Any layer HDI представляет собой усовершенствованную форму технологии HDI. Традиционная технология HDI использует архитектуру «основная плата + внешний слой», при этом пути соединения ограничены фиксированным сочетанием основной платы и внешнего слоя, что позволяет реализовать только ограниченное соединение «между внешним слоем и внутренней основной платой» или «между внутренними основными платами», что создает явные ограничения, связанные с иерархией; в то время как Any layer HDI полностью отказывается от этой фиксированной модели, используя технологию многослойной печати для создания структуры трасс, характеризующейся «послойным наложением и произвольной проводимостью».
Независимо от того, идет ли речь о соединении между поверхностными слоями, между поверхностным слоем и любым внутренним слоем или между внутренними слоями, можно напрямую создавать каналы соединения без необходимости использования промежуточной основной платы. Такая характеристика соединений «без иерархических ограничений» освобождает компоновку трасс от ограничений физической структуры, обеспечивая «минимизацию» путей соединения и «оптимизацию» компоновки трасс.
С точки зрения применения, Any layer HDI это не универсальная технология печатных плат, а специализированное решение, созданное для устранения проблем высокоинтегрированных электронных устройств, таких как «высокая интеграция, малые размеры и высокоскоростная передача данных». Она предназначена для сценариев, предъявляющих крайне высокие требования к использованию пространства на печатных плат, эффективности передачи сигнала и надежности, таких как флагманские смартфоны, высокотехнологичные носимые устройства, устройства AR/VR, прецизионные медицинские приборы и т. д. Появление этой технологии сняло ограничения, налагаемые традиционными технологиями печатных плат на модернизацию электронного оборудования, сделав возможным проектирование продуктов с «меньшими габаритами, большим функционалом и более высокой скоростью».
Возможность «межслойного соединения» Any layer HDI не возникла на пустом месте, а основана на взаимодействии двух основных технологий: технологии лазерного пробивания микро-слепых и потайных отверстий и технологии многослойного производства:
1.Технология лазерного пробивания микро-слепых и потайных отверстий
Микроминиатюризация соединительных каналов является необходимым условием для реализации высокоплотных соединений, а технология лазерного пробивания микро-слепых и потайных отверстий является ключевой технологической опорой, позволяющей реализовать Any layer HDI. Традиционные печатные платы в основном полагаются на механическое сверление для формирования соединительных отверстий. Из-за ограничений, связанных с точностью оборудования и методами обработки, диаметр отверстий обычно составляет более 100 мкм, причем преобладают сквозные отверстия, проходящие через всю плату.
Такие сквозные отверстия не только занимают значительное пространство внутри платы, но и создают заметные помехи для непрерывности трассировки и целостности компоновки. Хотя в обычных HDI и используется технология лазерного сверления, диаметр отверстий, как правило, остается в диапазоне 60–80 мкм, а количество и расположение слепых и потайных отверстий ограничиваются структурной схемой «основная плата + дополнительные слои», что ограничивает свободу межсоединений.
В технологии Any layer HDI благодаря применению лазерного сверления с более высокой точностью диаметр слепых и потайных отверстий удалось уменьшить до 30–50 мкм, а в некоторых передовых технологических процессах даже достигается сверхмалый диаметр около 20 мкм, что составляет всего четверть диаметра человеческого волоса.
Что еще более важно, лазерное сверление позволяет точно контролировать глубину и расположение отверстий. В зависимости от требований проекта можно гибко формировать слепые отверстия, соединяющие только поверхностный слой с определенным внутренним слоем, или потайные отверстия, соединяющие только внутренние слои, без повреждения трасс на других слоях. Такой высококонтролируемый метод микроскопического соединения позволяет увеличить количество соединительных отверстий на единицу площади более чем в три раза по сравнению с традиционными конструкциями, создавая прочную основу для трассировки сверхвысокой плотности.
Кроме того, лазерное сверление относится к бесконтактным технологиям обработки, что позволяет избежать риска концентрации напряжений и образования микротрещин в материале основы, характерных для механического сверления, и способствует повышению общей структурной стабильности и долгосрочной надежности печатной платы.
2.Технология многослойного производства
Если технология лазерного сверления микро-слепых и потайных отверстий решает проблему «уменьшения размеров» соединительных каналов, то технология многослойного производства коренным образом решает давно существующую проблему «ограничения по слоям» в многослойных соединениях. Традиционные печатные платы и обычные HDI обычно изготавливаются по принципу «сначала изготавливается центральная плата, а затем с обеих сторон прижимаются внешние слои».
Конфигурация количества слоев центральной платы и распределение трасс фиксируются на начальном этапе, и последующее соединение может осуществляться только в рамках заданной структуры, что демонстрирует явную особенность «структура в первую очередь, ограниченное соединение». В то время как Any layer HDI, благодаря внедрению технологии послойного наслоения, предполагающей «последовательное построение и соединение слоев», осуществила коренной переход от логики проектирования к технологическому процессу, то есть сначала планируются соединительные отношения, а затем по мере необходимости строится многоуровневая структура.
С точки зрения технологического процесса метод послойного наложения можно рассматривать как высокостандартизированный циклический процесс: в качестве исходной основы используется однослойная трасса, поверхность которой покрывается изоляционным материалом; затем с помощью лазерного сверления в заданных местах формируются микроотверстия; далее с помощью гальванического процесса отверстия заполняются металлическим покрытием, что обеспечивает электрическое соединение текущего слоя с новым слоем трассы; после завершения соединения происходит формирование нового слоя трассы. Вышеупомянутые этапы — «изготовление трассировки — нанесение изоляции — лазерное сверление — металлизация для соединения» — постоянно повторяются, благодаря чему печатная плата формируется послойно.
В рамках этой модели производства каждый слой трассировки обладает высокой степенью свободы проектирования, а между любыми двумя слоями можно обеспечить прямое соединение с помощью точно контролируемых процессов сверления и металлизации, что позволяет полностью избавиться от ограничений традиционной архитектуры основной платы в отношении путей межслойного соединения. В то же время, поскольку метод многослойного наложения ослабляет или даже заменяет процесс многократного прессования целого блока, межслойное напряжение значительно снижается, что эффективно уменьшает структурные риски, такие как расслоение и растрескивание, тем самым еще больше повышая комплексные характеристики Any layer HDI в приложениях с высокой плотностью и надежностью.
Основные отличия от традиционных HDI
| Параметр сравнения | Традиционные HDI | Any layer HDI |
| Межслойные соединения | Только соседние внешние слои | Любой слой с любым слоем |
| Структура сквозных отверстий | Комбинация PTH и микроотверстий | Полностью микроотверстиевая структура |
| Свобода трассировки | Ограничена ядровыми слоями | Близка к уровню межсоединений в интегральных схемах |
| Сложность технологического процесса | Средняя | Очень высокая |
| Уровень затрат | Довольно высокий | Очень высокий |
Основные преимущества Any layer HDI
Максимальная свобода трассировки
Проектирование больше не ограничивается расположением сквозных отверстий и основных слоев, что упрощает планирование сложных высокоскоростных сигналов.
Значительное уменьшение размеров и толщины платы
Идеально подходит для сверхтонких продуктов с очень высокой степенью интеграции.
Превосходные электрические характеристики
Короткие микроотверстия и низкие паразитные параметры способствуют передаче высокоскоростных и высокочастотных сигналов.
Поддержка передовых форм корпусирования
Удовлетворение требований к межсоединениям SoC, AP и РЧ-модулей с большим количеством входов/выходов.
Направления будущего развития Any layer HDI
По мере постоянного совершенствования функциональности высокотехнологичного электронного оборудования технология Any layer HDI также развивается в направлении большей точности, эффективности и экологичности. В будущем будут наблюдаться три основные тенденции развития.
Во-первых, прорыв в области «суперминиатюризации». В настоящее время диаметр отверстий в Any layer HDI достигает 20 мкм, а ширина и расстояние между линиями — 15/15 мкм. В будущем планируется достичь диаметра отверстий 15 мкм и ширины/расстояния между линиями 10/10 мкм, что позволит еще больше повысить плотность трассировки и эффективность использования пространства, а также удовлетворить потребности в чипах с более высокой степенью интеграции.
Этот прорыв требует использования более точной технологии лазерного сверления и более передовых процессов гальваники. В настоящее время в отрасли уже начаты исследования и разработки в области технологии лазерного сверления в глубоком ультрафиолетовом диапазоне, чтобы обеспечить точную обработку отверстий еще меньшего диаметра.
Во-вторых, «многослойность» и «многофункциональная интеграция». Для удовлетворения потребностей в соединении большего количества функциональных элементов количество слоев Any layer HDI будет увеличено с нынешних 8–12 до 16–20, при этом будут постепенно интегрироваться пассивные элементы, такие как встроенные резисторы и конденсаторы, что позволит реализовать интеграцию «печатная плата + пассивные элементы» и еще больше уменьшить размеры оборудования. Например, прямой монтаж резисторов и конденсаторов в изоляционный слой печатной платы позволяет уменьшить количество поверхностных компонентов и повысить компактность компоновки схемы.
В-третьих, модернизация в направлении «экологичности». Под влиянием глобальных целей «двойного углеродного баланса» экологические требования к электронной промышленности становятся все более строгими. Any layer HDI будет постепенно внедрять экологичные технологии и материалы, такие как безциановое гальваническое покрытие, паяльные краски с низким содержанием летучих органических соединений (VOC) и биоразлагаемые изоляционные материалы, чтобы снизить выбросы загрязняющих веществ в процессе производства.
Одновременно с этим отрасль усилит переработку отходов производства печатных плат в целях вторичного использования, повысит коэффициент утилизации твердых отходов, таких как отработанные печатные платы и медный шлак, способствуя экологически устойчивому развитию Any layer HDI.
Any layer HDI является результатом развития технологии HDI в направлении максимальной интеграции и свободного соединения. Суть этой технологии заключается в использовании полностью микропористой, многослойной структуры, которая преодолевает ограничения традиционных многослойных печатных плат и обеспечивает для высокотехнологичной электроники возможности соединения, приближенные к уровню полупроводников.
