Печатная плата Ultra HDI | Полное руководство по технологиям

Ускоренное развитие электронных устройств диктует необходимость в более компактных, мощных и надежных печатных платах (PCB). Технология Ultra HDI PCB является самой передовой в этой области, предлагая потенциал для обеспечения размеров и производительности, подобных которым мы никогда не видели ранее. Эта статья знакомит вас с технологией с ее определением, процедурой производства, правилами проектирования, приложениями и проблемами разработки в форме достоверных точек данных и отраслевой перспективы.

О технологии Ultra HDI PCB

Ultra HDI PCB (печатная плата сверхвысокой плотности соединений) знаменует собой верхний уровень миниатюризации печатных плат. По определению, ширина линии и расстояние между ней составляют менее 40 микрометров, в дополнение к микроотверстиям диаметром менее 50 микрометров и умеренно толстым диэлектрическим слоям. IPC-2226 определяет плотность HDI PCB, а Ultra-HDI расширяет эти пределы, делимые для поддержки конструкций, поддерживаемых несколькими межсоединениями на квадратный сантиметр, чем те, которые обеспечиваются обычными двухслойными наращиваниями.

Ultra HDI PCB — это то, что отличает особенность конструкции межсоединений 4×4, позволяя сверхсложную маршрутизацию в пределах такой малой площади. Этот взвешенный подход достигается с помощью современных материалов, лазерных микроотверстий и процессов многократного последовательного наращивания (MSBU). Следовательно, эта технология играет незаменимую роль в современных продуктах, особенно для смартфонов, носимых устройств, высокочастотных радиочастотных модулей и современных медицинских имплантатов.

Производство Ultra HDI PCB

Создание ultra HDI PCB — это передовой процесс, который опирается на различные передовые технологии. он начинается с выбора подложки. Использование материалов с низкими диэлектрическими потерями и высокой термостойкостью (модифицированные полиимиды или LCP) является предпочтительным для повышения целостности сигнала на высоких частотах.

Центральным элементом производства печатных плат Ultra HDI является лазерное сверление. В отличие от классического механического сверления, использование лазера приводит к размерам микроотверстий всего 25 микрометров. Эти микроотверстия имеют решающее значение для соединения нескольких слоев, не занимая много места на плате. Процесс контролируется очень хорошо, часто отслеживается автоматизированной системой оптического контроля (AOI) для проверки качества.

Технология последовательного наращивания (SBU) является важной частью этого другого куска гигантской африканской рыбы. Она включает в себя ламинатор и отдельно структурированный диэлектрик, а медные слои добавляются по одному слою меди за раз, что позволяет иметь сложенные и смещенные структуры микроотверстий. Таким образом, структура позволяет использовать усовершенствованные схемы переходов в контактных площадках, очень важные для высокоплотной трассировки печатных плат Ultra HDI.

Процессы меднения и травления также разработаны для печатных плат Ultra HDI. Чтобы обеспечить соответствие параметрам определения линии, толщина меди тщательно контролируется (часто менее 15 микрометров). Для создания схемы используются передовые методы прямой визуализации (DI), поскольку геометрия линии/пространства варьируется от 20/20 микрометров и менее.

Проектирование печатной платы Ultra HDI

Проектирование печатной платы Ultra HDI требует многопрофильной оптимизации электрических, механических и тепловых ограничений. Целостность сигнала имеет первостепенное значение, особенно для скоростей передачи данных, которые значительно превышают 25 Гбит/с в современных устройствах. Импеданс и обслуживающий хост проблемы межсоединений через определение размеров, перекрестные помехи и электромагнитные помехи (EMI) должны управляться путем определения геометрии трассы и стека.

Целостность питания — это то, с чем нельзя экономить. Из-за плотной природы печатной платы Ultra HDI все сети распределения питания (PDN) должны быть спроектированы так, чтобы гарантировать минимальное падение напряжения и шум. Многие из этих компонентов размещаются в шаблоне декапирования более или менее регулярно и поддерживаются встроенным емкостным материалом. Управление температурой само по себе является сложной задачей. Локальные горячие точки могут быть вызваны плотным размещением компонентов и тонкими диэлектрическими слоями. Для эффективного охлаждения чипов используются усовершенствованные тепловые переходы, теплораспределители и иногда микрожидкостные интегрированные радиаторы на корпусе.

Руководящие принципы DFM для печатных плат Ultra HDI очень строгие, учитывая, что они являются аспектом производства. Повышенная точность и более тонкие характеристики, а также использование высококачественных материалов требуют поэтапного взаимодействия проектировщиков и производителей. Интегрированный партнер по производству печатных плат может помочь выявить проблемы осуществимости проекта и внести изменения для обеспечения надежности выхода/излучения.

Применения и использование технологии печатных плат Ultra HDI

Технология находит разнообразное применение в многочисленных перспективных высокотехнологичных секторах. Печатные платы Ultra HDI также используются в производстве бытовой электроники: для производства сверхтонких смартфонов, планшетов и носимых устройств. Например, логические платы Apple iPhone имеют печатную плату Ultra HDI для обеспечения высокой функциональности в малом форм-факторе.

Например, имеет решающее значение при производстве миниатюрных имплантируемых устройств, таких как кардиостимуляторы и нейростимуляторы в пределах м

секторы медицинских передовых технологий. По прогнозам MarketsandMarkets, мировой рынок медицинской электроники вырастет до 8,2 млрд долларов США, Ultra HDI PCB станет ключевым фактором для создания диагностических и терапевтических устройств следующего поколения.

Автомобильный сектор работает с Ultra HDI PCB для усовершенствованных систем помощи водителю (ADAS), информационно-развлекательных модулей и управления питанием электромобилей (EV). Необходим для критически важных для безопасности автомобильных приложений, обеспечивает функциональность реле безопасности и целостность высокоскоростного сигнала.

Ultra HDI PCB жизненно важен в таких отраслях, как аэрокосмическая и оборонная промышленность для высокочастотных радаров, спутниковой связи и критически важных авионик. Это позволяет повысить производительность и снизить затраты на запуск за счет уплотнения большего количества функций в более мелких и легких корпусах.

Тенденции и отраслевая аналитика

Глобальный рынок ultra HDI PCB переживает сильный рост, обусловленный увеличением количества устройств на базе 5G, IoT и AI. Согласно отчету Prismark Partners, в 2023 году ожидается рост сегмента HDI PCB с годовым темпом роста 8,5% в период с 2023 по 2028 год. Этот рост спроса обусловлен растущим спросом на плотные, высокопроизводительные электронные сборки.

Производство Ultra HDI PCB, с точки зрения их существенного объема, осуществляется в Китае, Южной Корее и Тайване, которые доминируют в отрасли. Азиатско-Тихоокеанский регион остается крупнейшим поставщиком Ultra HDI PCB на данный момент, причем Китай и Южная Корея, включая такие ведущие фирмы, как Unimicron, Zhen Ding Technology и AT&S, все устанавливают свои производственные линии с современными лазерными сверлильными и прямыми машинами для визуализации.

Ultra HDI PCB не внедряется без своих препятствий. Высокие затраты, связанные как с материалами, так и с оборудованием, а также требуемая квалифицированная рабочая сила могут стать барьерами для входа на рынок для небольших OEM-производителей. Тем не менее, поскольку заводы начинают достигать экономии масштаба и увеличивать производительность процесса, себестоимость единицы продукции должна снизиться, что позволит сделать Ultra HDI более доступной во многих из тех же приложений.

Проверка и тестирование надежности печатных плат Ultra HDI

Поскольку печатные платы Ultra HDI используются в критически важных приложениях, их надежность вызывает беспокойство. Стандарты IPC-6012DA настолько явны, что касаются целостности микропереходов HDI или Ultra HDI PCB, сопротивления изоляции и характеристик термоциклирования.

Это особенно касается надежности микропереходов. Общая надежность микропереходов Журнал исследований электронных материалов показывает, что непоследовательные процессы заполнения переходов, параметры гальванизации можно контролировать, чтобы предотвратить отсутствие или очень низкую частоту отказов микропереходов в печатных платах Ultra HDI.

Для определения качества микропереходов обычно проводятся анализ поперечного сечения и рентгеновский контроль. Печатная плата Ultra HDI испытывается в условиях окружающей среды, таких как тепловой удар, влажность и т. д., и гарантирует, что она может работать в этих суровых рабочих условиях. Современные материалы с высокой температурой стеклования (Tg) и низким коэффициентом теплового расширения (CTE) могут даже повысить надежность.

Продвижение технологии Ultra HDI PCB

Будущее Ultra HDI PCB будет определяться тем, как развиваются корпуса полупроводников. По мере того, как мы вступаем в эру систем в корпусе (SiP) и чиплетов, поиск более плотных межсоединений вдохновляет на дальнейшие достижения. Это станет вехой в реализации этих решений для корпусирования следующего поколения, поскольку это позволяет поддерживать точки меньшего размера и переносить больше входов/выходов.

Исследование новых материалов, таких как стеклянные подложки и верхние полиимидные слои или усовершенствованные органические ламинаты, для раскрытия границ Ultra HDI PCB — это еще одно направление. Стекло также обладает удивительной размерной стабильностью и гладкими поверхностями, поэтому оно было предложено для будущих приложений HDI.

В дополнение к этому, изготовление Ultra HDI PCB интегрирует методы аддитивного производства (струйная печать и лазерное прямое структурирование) и LDS. Методы полезны для быстрого прототипирования и изготовления сложных трехмерных структур межсоединений.

В дополнение к этому, некоторые инновации представляют собой пассивные и активные компоненты, встроенные непосредственно в подложку печатной платы Ultra HDI. От резисторов и конденсаторов до целых кремниевых кристаллов, это начало встраиваемых корпусов ИС, которые обеспечивают очень чистую сборку и улучшают электрические характеристики.

Устойчивость и воздействие на окружающую среду

Одним из наиболее важных соображений при производстве печатных плат Ultra HDI является возможность вторичной переработки. При производстве припоев с низким содержанием свинца и галогенов и обрабатывающих химикатов, по крайней мере, для соответствия экологическим стандартам. Ведущие производители также создают замкнутую инфраструктуру переработки для извлечения драгоценных металлов и минимизации отходов.

Крошечный размер печатной платы Ultra HDI преобразуется в устойчивость и бесполезное количество сырья на устройство. Одним из последствий более компактной и легкой электроники является ее более высокая энергоэффективность при транспортировке и эксплуатации, что дополняет глобальную тенденцию к сокращению выбросов углерода.

Заключение
Технология печатных плат Ultra HDI является следующим

этап разработки электронных устройств, прокладывая путь электронным гаджетам. Благодаря исключительному сочетанию миниатюризации, производительности и надежности он становится неизменным и незаменимым практически для каждой отрасли от бытовой электроники до аэрокосмической. И по мере того, как технологии изготовления продолжают развиваться и становятся доступными новые материалы, сфера применения ультра HDI PCB будет еще больше расширяться.

Для инженеров, дизайнеров и производителей тот, кто освоил технологию ультра HDI PCB, сможет выжить в быстро меняющемся ландшафте электронной инженерии. Чтобы использовать последние достижения, при строгом соблюдении отраслевых стандартов заинтересованные стороны могут сделать шаг вперед в раскрытии будущего электронных инноваций.

Не технологическая веха, а краеугольный камень. Эти ультра HDI PCB находятся в центре цифровой революции, которая преобразует — или больше птиц на орбите, или телефоны, которые вы держите· наш мир, то, как мы работаем и живем сегодня

Ссылки:

IPC-2226, «Стандарт секционного проектирования для печатных плат с высокой плотностью межсоединений (HDI)»

Prismark Partners, «Отчет о мировом рынке печатных плат 2023»

MarketsandMarkets, «Рынок медицинской электроники — глобальный прогноз до 2027 года»

Journal of Electronic Materials, «Надежность микропереходов в печатных платах с высокой плотностью межсоединений»

AT&S, Высококачественные печатные платы, отчеты о корпоративной устойчивости Zhen Ding Technology