HDI Conception de circuits imprimés Guide complet: maîtriser la technologie d'interconnexion à haute densité en 2025

Les cartes de circuit imprimé à interconnexion à haute densité (HDI) sont à l'avant-garde de la fabrication électronique contemporaine, permettant la nouvelle génération de très petits facteurs de forme et de dispositifs de haute performance. Alors que l'électronique grand public se miniaturise avec une fonctionnalité croissante, HDI conception de circuits imprimés est maintenant une exigence pour les ingénieurs qui conçoivent des applications dans les smartphones, les tablettes, les wearables et les systèmes informatiques haut de gamme.

Selon les recherches de MarketsandMarkets, le monde entier circuit imprimé HDI Le marché était de 16,2 milliards de dollars en 2024 et devrait atteindre 24,8 milliards de dollars d'ici 2029. Cette augmentation météorique est indicative de l'importance de l'IDH Conception de circuits imprimés devient dans l'électronique avancée, comme toujours en rétrécissement circuit imprimé immobilier et l'augmentation des exigences de performance s'étendent traditionnellement circuit imprimé technologies au point de rupture.

Comprendre circuit imprimé HDI Fondamentaux technologiques

HDI Conception de circuits imprimés très différent des traditionnels Conception de circuits imprimés avec son application de microvias, de vias enterrés et de vias aveugles pour une densité de circuit plus élevée. Les cartes ont généralement des largeurs de traces de 25 micromètres et des diamètres de 50 micromètres, contrairement aux PCB classiques, les traces de 100 micromètres et les vias de 200 micromètres sont rares.

Le processus permet aux concepteurs d'accumuler plus de puissance dans des empreintes plus serrées en utilisant plusieurs couches d'accumulation des deux côtés du substrat central. Il est maintenant possible de concevoir une couche de 20 circuit imprimé HDI avec une épaisseur similaire à celle d'une couche standard 8 circuit imprimé Ces améliorations de densité sont possibles grâce à de nouveaux matériaux tels que des résines époxy modifiées et des films de polyimide présentant des caractéristiques électriques et une stabilité thermique exceptionnelles.

Caractéristiques caractéristiques du HDI Conception de circuits imprimés incluent la technologie via-in-pad, qui permet aux composants de lutter sur le comptoir d'être placés directement sur les vias, et la construction séquentielle d'accumulation dans laquelle différentes couches sont ajoutées progressivement au lieu d'en même temps. Ces capacités permettent des densités de routage bien supérieures à 130 connexions par pouce carré par opposition à 50-70 connexions d'autres types.

Le processus technologique de fabrication pour les circuits imprimés HDI

La production de HDI Conception de circuits imprimés comprend une technologie avancée d'accumulation séquentielle, le contrôle de chaque détail est essentiel. Ce flux est important pour que les concepteurs adaptent leurs mises en page pour un rendement et une fiabilité élevés.

Préparation du substrat et traitement du noyau

Le processus commence par la préparation d'un matériau de base d'excellente qualité qui a été développé spécifiquement pour les applications HDI. Le matériau de substrat est généralement diélectrique à faible perte, qui contrôlait la constante diélectrique allant de 3,2 à 4,5. En cas d'utilisation de HDI haut de gamme Conception de circuits imprimés Les substrats comprenant des composants ou des cavités embarqués peuvent être utilisés pour augmenter la densité des composants. Le traitement principal consiste à percer, plaquer et modeler les couches de base avec des procédures d'assemblage similaires fines avec des techniques fines utilisées dans circuit imprimé avec circuit imprimé HDI cependant, les tolérances doivent être beaucoup plus strictes, avec une tolérance de forage de ±12,5 microns et une tolérance d'épaisseur de cuivre sur le panneau de ±10%. Ces gammes assurent la formation de vias fiables dans les niveaux d'accumulation ultérieurs.

Construction de couche de construction séquentielle

Et quand il s'agit de circuit imprimé HDI fabrication, le cœur du processus est l'accumulation séquentielle de stratification par l'ajout de couches, une par une. Dans chaque couche d'accumulation, des matériaux préimprégnés qui ont généralement une épaisseur de 3 à 5 millimètres. Ils sont utilisés pour être posés et ensuite le laminage de la feuille de cuivre est effectué avec une température et une pression prédéterminées.

Les températures pendant les opérations de stratification sont généralement comprises entre 130 et 260°C et les pressions sont maintenues entre 300 et 400 PSI. Le durcissement doit être soigneusement contrôlé pour éviter la délamination et obtenir une bonne liaison entre les couches. Laminage assisté par vide qui assure l'épaisseur de couche libre de vide et uniforme dans le moderne circuit imprimé HDI fabrication .

Technologies de formation Microvia

Parmi les diverses difficultés dans la fabrication de circuit imprimé HDI le forage par microvoie est l'un des plus importants. Il existe trois technologies majeures qui contrôlent ce processus: le forage au laser, le forage mécanique et la gravure au plasma. Le forage laser avec des lasers CO2 ou UV est responsable de 85% de la création de microvias dans HDI Conception de circuits imprimés arènes.

Le forage au laser au CO2 dans les fréquences ultrarouges d'environ 10,6 micromètres est utilisé pour abler les produits organiques, tels que les couches diélectriques, mais laisser les couches de cuivre inaltérées. Cette sélectivité permet des profondeurs précises de vias aveugles, qui se lient par certaines paires de couches. Les lasers UV à 355 nanomètres offrent des possibilités de performance sous-75 microns.

L'optimisation du processus de forage laser nécessite un ajustement minutieux des paramètres de l'énergie d'impulsion, du taux de répétition et de la focalisation du faisceau. Paramètres standard pour circuit imprimé HDI applications sont des énergies d'impulsion entre 0,1-0,5mJ à des taux de répétition de 1-10kHz. Ces conditions sont réalisées par des taux de formation de 200-500 trous par seconde et une précision de la taille du trou à ±5 microns.

Procédés de métallisation et de placage

Après la formation, HDI Conception de circuits imprimés La fabrication nécessite des techniques de métallisation spéciales pour fournir des connexions électriques stables. Traitements tels que des solutions de permanganate ou du plasma pour la désméarisation, pour retirer la résine des parois et améliorer l'adhésion du cuivre.

Dépôt de la couche conductrice initiale, habituellement de 0,2 à 0. 5 µm, et un placage en cuivre électrolytique d'une épaisseur finale de 15 à 25 µm. Le placage doit également offrir une répartition uniforme de l'épaisseur entre toutes les tailles via et les rapports d'aspect, qui varient considérablement en HDI Conception de circuits imprimés utilisations.

Vias remplis – beaucoup ou peu ? HDI moderne Conception de circuits imprimés utilise souvent des vias remplis de matériaux conducteurs ou non conducteurs. Le remplissage conducteur utilise une pâte de cuivre ou de l'époxy rempli d'argent, tandis que le remplissage non conducteur utilise des résines spéciales qui pourraient être planifiées pour un traitement ultérieur. Cette construction permet la construction via-in-pad (VIP) et une gestion thermique améliorée sur les systèmes à haute puissance.

Formation et gravure de motifs

Dans HDI Conception de circuits imprimés La formation de motifs de circuit nécessite un haut niveau d'outil de photolithographie qui peut créer des géométries de lignes fines. Typiquement, on utilise un photorésist à film sec d'épaisseur de 15 à 40 micromètres, en fonction de l'épaisseur du cuivre et de la largeur de la ligne requise.

Les capacités de résolution des systèmes d'exposition doivent être de 10 micromètres ou moins et la précision d'alignement entre les couches doit être de +5 micromètres. Processus de l'HDI Conception de circuits imprimés La fabrication aujourd'hui, la circuit imprimé L'industrie bénéficie de systèmes d'imagerie directe, qui ne nécessitent pas de masques photo et conduisent à une plus grande précision et à une production plus rapide.

Le cuivre indésirable est retiré lors de la gravure tandis que les schémas de circuit souhaités sont protégés. Les gravures alcalines, généralement du chlorure de cuivre ou du chlorure de ferrique, sont utilisées à température, concentration et pression de pulvérisation contrôlées. Les taux de gravure doivent être ajustés de manière optimale afin d'assurer l'uniformité du contrôle de la largeur de la ligne et de garder la sous-coupe au minimum.

Finition de surface et traitement final

circuit imprimé HDI fabrication finit avec des traitements de finition de surface qui servent à protéger le cuivre exposé et à rendre possible la soudure. Les finitions courantes sont Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG), Immersion Silver et Organic Solderability Preservative (OSP).

L'or CSC atteint une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,2 µm sur environ 3-6 µm de nickel par ENIG, le procédé de finition le plus approprié pour les applications à pas fin. Cette finition au plomb a une bonne soudabilité et une bondabilité de fil, et est résistante au stockage. Le processus implique le maintien de la chimie du bain et de la température avec un contrôle fin pour éliminer les défauts de tampon noir, ce qui peut réduire la fiabilité des joints.

Après traitement final, les unités sont ensuite testées électriquement avec une sonde volante ou des dispositifs à lit d'ongles capables d'atteindre le nombre de points d'essai très dense typique de circuit imprimé HDI par rapport au style de conception du paquet. Le système AOI doit confirmer les dimensions maximales et minimales et les défauts susceptibles de causer une défaillance dans l'ensemble.

Protocoles de contrôle qualité et d'essai

Interconnecteur haute densité circuit imprimé La production de mise en page nécessite un contrôle de qualité strict dans le processus de production. Le contrôle statistique du processus est utilisé pour surveiller des paramètres critiques tels que la distribution des tailles, l'épaisseur et l'uniformité du cuivre et les dimensions. Les limites de commande typiques ne permettent pas que le diamètre traversé varie de plus de ± 10 % par rapport au poids nominal, ou que le poids du cuivre soit de ± 15 %.

circuit imprimé HDI Les protocoles de test de fiabilité de conception sont le cycle thermique, les tests de vibration et le vieillissement accéléré avec une température et une humidité contrôlées. Ces tests confirment que le processus d'accumulation séquentielle peut tolérer les contraintes éprouvées dans les applications d'utilisation finale.

Tendances et innovations futures

La conception HDI progresse encore avec des innovations telles que la technologie de composants intégrés, l'impression 3D de traces conductrices et des matériaux avancés avec des propriétés thermiques et électriques supérieures. Ces développements indiquent que la miniaturisation et la fonctionnalisation de l’électronique sont sur le point d’atteindre de nouvelles hauteurs.

Selon une étude de l'industrie, il y aura une intelligence artificielle équipée dans la prochaine génération circuit imprimé HDI pour réaliser une optimisation automatique du routage et un contrôle de qualité prédictif. Ces progrès continueront d'améliorer l'efficacité de la fabrication tout en introduisant de nouveaux niveaux de densité et de performance d'emballage de circuits.

Questions fréquemment posées sur HDI Conception de circuits imprimés

Quel est le plus petit VIA qui peut être atteint dans HDI Conception de circuits imprimés Aujourd'hui ?

Le plus petit diamètre entier acceptable est actuellement d'environ 50 (et dans certains procédés spécialisés, 25) micromètres. Cependant, les vias de 75 à 100 micromètres sont plus typiques dans une production HDI Conception de circuits imprimés pour des raisons de fiabilité et de rendement.

Quel est le maximum en HDI Conception de circuits imprimés concernant les couches de construction ?

Aujourd'hui, HDI Conception de circuits imprimés prend en charge jusqu'à 6 couches de chaque côté du noyau, ce qui se traduit par des cartes ayant plus de 20 couches au total. Cependant, 2 à 4 couches d'accumulation par côté sont utilisées dans la plupart des applications commerciales pour compromettre le coût et la complexité.

Que fait HDI Conception de circuits imprimés coût par rapport à un régulier circuit imprimé - Oui?

HDI Conception de circuits imprimés habituellement est environ 2 à 5 fois plus élevé que conventionnel similaire circuit imprimé l'acquisition de matières premières spécifiques et l'utilisation d'équipements particuliers. Mais le coût supplémentaire est souvent négocié contre un coût d'assemblage plus bas et une meilleure performance du produit.

Quelles sont les règles de conception à suivre pour HDI Conception de circuits imprimés C'est réussi ?

Les principales règles de conception sont une largeur minimale de trace de 50 μm, un espacement minimum de 100 μm et l'évitement d'angles aigus dans les lignes de circuit du film. Intégrité du signal - Le contrôle de l'empilement et de l'impédance est également critique.

Comment la conception thermique est-elle affectée par HDI Conception de circuits imprimés - Oui?

circuit imprimé HDI Les conceptions peuvent aider à la gestion thermique en utilisant des concentrations plus élevées de cuivre ainsi que des vias thermiques. Mais la présence de couches diélectriques minces et de haute densité de composants peut également entraîner des problèmes thermiques et doit être prise en compte dans la modélisation thermique et l'optimisation des agencements.

HDI bien maîtrisé Conception de circuits imprimés La technologie de fabrication est un avantage concurrentiel très important dans l'industrie électronique aujourd'hui. Avec des dispositifs nécessitant de plus en plus de fonctionnalités dans des produits plus petits, la connaissance de ces étapes de fabrication avancées est essentielle pour le développement de produits réussi et le leadership du marché.