让诺的电子来告诉你什么是HDI线路板

2022-04-11 15:14:57 徐继 353

一、什么是HDI板?

HDI板(High Density Interconnector),即高密度互连板,是使用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路板。HDI板有内层线路和外层线路,再利用钻孔、孔内金属化等工艺,使各层线路内部实现连结。

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二、HDI板与普通pcb的区别

HDI板一般采用积层法制造,积层的次数越多,板件的技术档次越高。普通的HDI板基本上是1次积层,高阶HDI采用2次或以上的积层技术,同时采用叠孔、电镀填孔、激光直接打孔等先进PCB技术。当PCB的密度增加超过八层板后,以HDI来制造,其成本将较传统复杂的压合制程来得低。

 

HDI板的电性能和讯号正确性比传统PCB更高。此外,HDI板对于射频干扰、电磁波干扰、静电释放、热传导等具有更佳的改善。高密度集成(HDI)技术可以使终端产品设计更加小型化,同时满足电子性能和效率的更高标准。

 

HDI板使用盲孔电镀 再进行二次压合,分一阶、二阶、三阶、四阶、五阶等。一阶的比较简单,流程和工艺都好控制。二阶的主要问题,一是对位问题,二是打孔和镀铜问题。二阶的设计有多种,一种是各阶错开位置,需要连接次邻层时通过导线在中间层连通,做法相当于2个一阶HDI。第二种是,两个一阶的孔重叠,通过叠加方式实现二阶,加工也类似两个一阶,但有很多工艺要点要特别控制,也就是上面所提的。第三种是直接从外层打孔至第3层(或N-2层),工艺与前面有很多不同,打孔的难度也更大。对于三阶的以二阶类推即是。

 

在PCB打样中,HDI造价较高,故一般的PCB打样厂家都不愿意做。捷多邦可以做别人不愿意做的HDI盲埋PCB板。现阶段,捷多邦采用的HDI技术已突破最高层数为20层;盲孔阶数1~4阶;最小孔径0.076mm,工艺为激光钻孔。

 

三、HDI板的优势

这种PCB在突显优势的基础上发展迅速:

1.HDI技术有助于降低PCB成本;

2.HDI技术增加了线密度;

3.HDI技术有利于使用先进的包装;

4.HDI技术具有更好的电气性能和信号有效性;

5.HDI技术具有更好的可靠性;

6.HDI技术在散热方面更好;

7.HDI技术能够改善RFI(射频干扰)/EMI(电磁干扰)/ESD(静电放电);

8.HDI技术提高了设计效率;

 

四、HDI板的材料

对HDI PCB材料提出了一些新的要求,包括更好的尺寸稳定性,抗静电移动性和非胶粘剂。HDI PCB的典型材料是RCC(树脂涂层铜)。RCC有三种类型,即聚酰亚胺金属化薄膜,纯聚酰亚胺薄膜,流延聚酰亚胺薄膜。

RCC的优点包括:厚度小,重量轻,柔韧性和易燃性,兼容性特性阻抗和优异的尺寸稳定性。在HDI多层PCB的过程中,取代传统的粘接片和铜箔作为绝缘介质和导电层的作用,可以通过传统的抑制技术用芯片抑制RCC。然后使用非机械钻孔方法如激光,以便形成微通孔互连。

RCC推动PCB产品从SMT(表面贴装技术)到CSP的发生和发展(芯片级封装),从机械钻孔到激光钻孔,促进PCB微通孔的发展和进步,所有这些都成为RCC领先的HDI PCB材料。

在实际的PCB中在制造过程中,对于RCC的选择,通常有FR-4标准Tg 140C,FR-4高Tg 170C和FR-4和Rogers组合层压,现在大多使用。随着HDI技术的发展,HDI PCB材料必须满足更多要求,因此HDI PCB材料的主要趋势应该是:

1.使用无粘合剂的柔性材料的开发和应用;

2.介电层厚度小,偏差小;

3 .LPIC的发展;

4.介电常数越来越小;

5.介电损耗越来越小;

6.焊接稳定性高;

7.严格兼容CTE(热膨胀系数);

 

五、HDI板制造的应用技术

HDI PCB制造的难点在于微观通过制造,通过金属化和细线。


1、微通孔制造

微通孔制造一直是HDI PCB制造的核心问题。主要有两种钻井方法:

a.对于普通的通孔钻孔,机械钻孔始终是其高效率和低成本的最佳选择。随着机械加工能力的发展,其在微通孔中的应用也在不断发展。

b.有两种类型的激光钻孔:光热消融和光化学消融。前者是指在高能量吸收激光之后加热操作材料以使其熔化并且通过形成的通孔蒸发掉的过程。后者指的是紫外区高能光子和激光长度超过400nm的结果。

有三种类型的激光系统应用于柔性和刚性板,即准分子激光,紫外激光钻孔,CO 2 激光。激光技术不仅适用于钻孔,也适用于切割和成型。甚至一些制造商也通过激光制造HDI。虽然激光钻孔设备成本高,但它们具有更高的精度,稳定的工艺和成熟的技术。激光技术的优势使其成为盲/埋通孔制造中最常用的方法。如今,在HDI微通孔中,99%是通过激光钻孔获得的。


2、通过金属化

通孔金属化的最大困难是电镀难以达到均匀。对于微通孔的深孔电镀技术,除了使用具有高分散能力的电镀液外,还应及时升级电镀装置上的镀液,这可以通过强力机械搅拌或振动,超声波搅拌,水平喷涂。此外,在电镀前必须增加通孔壁的湿度。

除了工艺的改进外,HDI的通孔金属化方法也看到了主要技术的改进:化学镀添加剂技术,直接电镀技术等。


3、细线

细线的实现包括传统的图像传输和激光直接成像。传统的图像转移与普通化学蚀刻形成线条的过程相同。

对于激光直接成像,不需要摄影胶片,而图像是通过激光直接在光敏膜上形成的。紫外波灯用于操作,使液体防腐解决方案能够满足高分辨率和简单操作的要求。不需要摄影胶片,以避免因薄膜缺陷造成的不良影响,可以直接连接CAD/CAM,缩短制造周期,使其适用于限量和多种生产。

 

六、结尾

硬件工程师刚接触多层PCB的时候,很容易看晕。动辄十层八层的,线路像蜘蛛网一样。

今天画了几张多层PCB电路板内部结构图,用立体图形展示各种叠层结构的PCB图内部架构。

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图例:高密度互联板的核心在过孔


多层PCB的线路加工,和单层双层没什么区别,最大的不同在过孔的工艺上。

线路都是蚀刻出来的,过孔都是钻孔再镀铜出来的,这些做硬件开发的大家都懂,就不赘述了。

多层电路板,通常有通孔板、一阶板、二阶板、二阶叠孔板这几种。更高阶的如三阶板、任意层互联板平时用的非常少,价格贼贵,先不多讨论。

一般情况下,8位单片机产品用2层通孔板;32位单片机级别的智能硬件,使用4层-6层通孔板;Linux和Android级别的智能硬件,使用6层通孔至8一阶HDI板;智能手机这样的紧凑产品,一般用8层一阶到10层2阶电路板。

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图例:8层2阶叠孔


只有一种过孔,从第一层打到最后一层。不管是外部的线路还是内部的线路,孔都是打穿的,叫做通孔板。

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通孔板和层数没关系,平时大家用的2层的都是通孔板,而很多交换机和军工电路板,做20层,还是通孔的。

用钻头把电路板钻穿,然后在孔里镀铜,形成通路。

这里要注意,通孔内径通常有0.2mm、0.25mm和0.3mm,但一般0.2mm的要比0.3mm的贵不少。因为钻头太细容易断,钻得也慢一些。多耗费的时间和钻头的费用,就体现在电路板价格上升上了。

高密度板的激光孔

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这张图是6层1阶HDI板的叠层结构图,表面两层都是激光孔,0.1mm内径。内层是机械孔,相当于一个4层通孔板,外面再覆盖2层。

激光只能打穿玻璃纤维的板材,不能打穿金属的铜。所以外表面打孔不会影响到内部的其他线路。

激光打了孔之后,再去镀铜,就形成了激光过孔。

2阶HDI板 两层激光孔

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这张图是一个6层2阶错孔HDI板。平时大家用6层2阶的少,大多是8层2阶起。这里更多层数,跟6层是一样的道理。

所谓2阶,就是有2层激光孔。

所谓错孔,就是两层激光孔是错开的。

为什么要错开呢?因为镀铜镀不满,孔里面是空的,所以不能直接在上面再打孔,要错开一定的距离,再打上一层的空。

6层二阶=4层1阶外面再加2层。

8层二阶=6层1阶外面再加2层。

叠孔板 工艺复杂价格更高

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错孔板的两层激光孔重叠在一起。线路会更紧凑。

需要把内层激光孔电镀填平,然后再做外层激光孔。价格比错孔更贵一些。

超贵的任意层互联板 多层激光叠孔

就是每一层都是激光孔,每一层都可以连接在一起。想怎么走线就怎么走线,想怎么打孔就怎么打孔。


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