Плоское электролитическое осаждение и заполнение отверстий в печатных платах HDI: Прецизионные методы для конструкций высокой плотности

Высокоточные межконтактные печатные платы (ПКБ) произвели революцию в электронике, сделав возможными более мелкие, быстрые и более мощные устройства, начиная от смартфонов 5G и заканчивая медицинскими имплантатами.В основе этих передовых ПХБ лежат два важных процесса производстваЭти методы обеспечивают электрическую надежность и механическую прочность крошечных (до 50 мкм) и тонкозвуковых проемов в конструкциях HDI.и готовы справиться с требованиями высокоскоростных сигналов.

В этом руководстве рассматривается, как работают плоская электропластика и заполнение отверстий, их роль в производительности ПКЖ с высоким содержанием, ключевые методы и почему они необходимы для современной электроники.Независимо от того, проектируете ли вы компактный носимый аппарат или высокочастотный радиолокационный модуль, понимание этих процессов имеет важное значение для достижения надежных, высокопроизводительных ПХД.

Ключевые выводы
1Плоская электропластика создает равномерные слои меди (толщина ± 5 мкм) на ПКЖ HDI, обеспечивая постоянный импеданс (50Ω/100Ω) для высокоскоростных сигналов (25Gbps +).
2Наполнение отверстий (с помощью проводящих или непроводящих материалов) устраняет воздушные карманы в микроводах, уменьшая потерю сигнала на 30% и улучшая теплопроводность на 40%.
3По сравнению с традиционным покрытием, плоское электропокрытие уменьшает шероховатость поверхности на 50%, что имеет решающее значение для минимизации ослабления сигнала в высокочастотных конструкциях.
4Такие отрасли, как аэрокосмическая, телекоммуникационная и медицинская промышленность, полагаются на эти методы для создания ПХД с диаметром BGA 0,4 мм и более 10 000 проходов на квадратный дюйм.

Что такое плоская электропластика и заполнение отверстий в ПХВ с высоким содержанием диоксида?
Для HDI-PCB требуются плотно упакованные компоненты и крошечные провода для экономии места, но эти особенности создают уникальные проблемы в производстве.
Плоская электропластика: Специализированный процесс электропластики, который откладывает равномерный слой меди на поверхности ПКБ и в проемы, обеспечивая гладкую, равномерную отделку с минимальными изменениями толщины.Это имеет решающее значение для поддержания контролируемого импеданса на высокоскоростных трассах.
2.Заполнение отверстий: процесс заполнения микровиа (небольших отверстий, соединяющих слои) проводящими или непроводящими материалами для устранения пустоты, повышения механической прочности,и улучшить тепловые и электрические характеристики.

Почему ПХБ с высоким содержанием кислорода нуждаются в этих процессах
Традиционные печатные платы с большими проемами (≥ 200 мкм) могут использовать стандартную покрытие, но HDI-конструкции с микропроемами (50 ‰ 150 мкм) требуют точности:
a. целостность сигнала: высокоскоростные сигналы (25 Гбит/с+) чувствительны к шероховатости поверхности и колебаниям импеданса, которые минимизируются плоской электропластировкой.
b.Механическая надежность: незаполненные каналы действуют как точки напряжения, рискуя трещины во время теплового цикла. Заполненные каналы распределяют напряжение, уменьшая показатели отказов на 50%.
c. Термическое управление: заполненные каналы уводят тепло от горячих компонентов (например, 5G-передатчики), снижая рабочую температуру на 15-20 °C.

Плоская электропластика: достижение однородных слоев меди
Плоская электропластика обеспечивает постоянную толщину меди на ПКБ, даже в узких помещениях, таких как стены и под компонентами.

Как работает плоская электропластика
1.Предварительная обработка: ПХБ очищается, чтобы удалить оксиды, масла и загрязнители, обеспечивая правильную адгезию меди. Это включает микроэтирование для создания грубой поверхности для лучшей ссылки.
2Установка электролитной ванны: ПХБ погружается в электролитную ванну сульфата меди с добавками (нивелировщиками, подсвечивающими), которые контролируют осаждение меди.
3Применение тока: применяется низкий, управляемый ток (1 ‰ 3 А/dm2), при этом ПКБ выступает катодом.равномерно откладываясь по поверхности и в проемы.
4Унивелирующие агенты: добавки в электролите мигрируют в области с высоким током (например, в края следов), замедляя осаждение меди там и обеспечивая равномерную толщину по всей панели.
Результат: изменение толщины меди ±5μm по сравнению с ±15μm при традиционной покрытии, что является критическим для HDI с ограниченными допусками импеданса (±10%).

Преимущества плоской электропластировки в ПХБ с высоким содержанием
1Контролируемый импеданс: единая толщина меди обеспечивает пребывание импеданса следа в пределах проектных спецификаций (например, 50Ω ± 5Ω для радиочастотных сигналов), уменьшая отражение сигнала.
2Уменьшенная потеря сигнала: гладкие поверхности (Ra < 0,5 мкм) минимизируют потери эффекта кожи при высоких частотах (28 ГГц +), превосходя традиционные покрытия (Ra 1 ‰ 2 мкм).
3Улучшенная сварная способность: плоские поверхности обеспечивают последовательное формирование сварного соединения, что имеет решающее значение для BGA с толщиной 0,4 мм, где даже небольшие изменения могут вызвать открытия или короткие шорты.
4.Улучшенная надежность: однородные слои меди устойчивы к трещинам во время теплового цикла (-40 °C до 125 °C), что является распространенной точкой отказа в ПКБ HDI.

Заполнение отверстий: устранение пустоты в микроводах
Микроволы в ПХВ с высоким содержанием (диаметр 50-150 мкм) слишком малы для традиционного проходного покрытия, что оставляет пустоты.Наполнение отверстий решает эту проблему, полностью заполняя пропускные пути проводящими или непроводящими материалами.

Виды методов заполнения отверстий

Почему важно заполнять дыры
1.Устраняет пустоты: пустоты в проходах ловят воздух, что вызывает потерю сигнала (из-за вариаций диэлектрической константы) и тепловые горячие точки.
2Механическая прочность: заполненные прокладки действуют как структурные опоры, предотвращая деформацию ПКБ во время ламинирования и уменьшая напряжение на сварные соединения.
3Теплопроводность: проводящие медистые проводники передают тепло в 4 раза лучше, чем незаполненные проводники, что имеет решающее значение для теплочувствительных компонентов, таких как модули 5G PA.
4.Упрощенная сборка: заполненные и плоскообразные проемы создают плоскую поверхность, позволяющую точно размещать тонкозвуковые компоненты (например, пассивные 0201).

Процесс заполнения дыры
Для проводящей меди наполнителя (наиболее распространенный в высоконадежных HDI ПХБ):
1Подготовка: микровиа пробуриваются (лазерным или механическим способом) и очищаются от эпоксида, чтобы убрать эпоксидные остатки, обеспечивая адгезию меди.
2.Осаждение семенного слоя: тонкий (0,5 мкм) слой медных семян наносится через стены, чтобы обеспечить электропластировку.
3Электропластировка: применяется импульс высокого тока (510 A/dm2), в результате чего мед быстрее оседает на дне, заполняя его изнутри.
4Планаризация: избыток меди на поверхности удаляется с помощью химической механической полировки (CMP), оставляя провод заполненным и промытым с поверхностью ПКБ.

Сравнение традиционной и высококачественной пленки/наполнения
Традиционные процессы ПХБ борются с крошечными особенностями HDI, что делает плоскую электропластировку и заполнение отверстий необходимыми:

Приложения, требующие плоской электропластики и заполнения отверстий
Эти методы имеют решающее значение в отраслях промышленности, где производительность и надежность HDI PCB не подлежат обсуждению:
1Телекоммуникации и 5G
a.5G Базовые станции: HDI-PCB с медно-наполненными проводами и плоской покрытием обрабатывают 28GHz/39GHz мм-волновые сигналы, обеспечивая низкую потерю и высокую пропускную способность данных (10Gbps+).
b.Смартфоны: 5G-смартфоны используют 6-8-слойные HDI-PCB с 0,4 мм продольным BGA, опираясь на эти процессы для установки модемов, антенн и процессоров в стройные конструкции.
Пример: Основная плата питания 5G-смартфонов использует более 2000 медно-наполненных микровиа и плоские электропластированные следы, позволяющие загрузить скорость 4 Гбит/с на устройстве толщиной 7,5 мм.

2. Медицинские изделия
a.Имплантируемые устройства: кардиостимуляторы и нейростимуляторы используют биосовместимые (ISO 10993) ПХБ HDI с эпоксидными проводами, обеспечивающими надежность в жидкостях организма и уменьшающие размер на 40% по сравнению с традиционными ПХБ.
b. Диагностическое оборудование: переносные анализаторы крови используют плоские HDI-PCB для подключения крошечных датчиков и процессоров, с заполненными каналами, предотвращающими проникновение жидкости.

3Аэрокосмическая и оборонная промышленность
a.Спутниковые полезные нагрузки: ПКЖ с высококачественным диафрагмой с заполненными медью проводами выдерживают излучение и экстремальные температуры (-55°C - 125°C),с плоской покрытием, обеспечивающей стабильную целостность сигнала для межспутниковой связи.
b. Военные радиоприемники: прочные ПХД с высокой частотой используют эти процессы для достижения высокочастотных (18 ГГц) характеристик в компактных, устойчивых к ударам корпусах.

4Промышленная электроника
a.Автомобильные АДАС: ПКВ HDI в радиолокационных и LiDAR системах используют заполненные виасы для сопротивления вибрациям (20G+) и плоское покрытие для сохранения целостности сигнала на частоте 77 ГГц, что имеет решающее значение для предотвращения столкновений.
b.Робототехника: компактные контроллеры роботизированных рук используют HDI-PCB с компонентами диаметром 0,2 мм, которые позволяют уменьшить размер и улучшить время отклика с помощью плоской электропластики и заполнения отверстий.

Вызовы и решения в области HDI-пластинки/наполнения
Хотя эти процессы способствуют инновациям в области ИРК, они сопряжены с уникальными проблемами:

Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Какой самый маленький канал можно заполнить с помощью этих методов?
A: Лазерно пробуренные микроволы размером до 50 мкм можно надежно заполнить медью или эпоксидом, хотя 100 мкм более распространены для изготовления.

Вопрос: Непроводящая наполнитель (эпоксид) так же надежна, как медная наполнитель?
Ответ: для сигнальных каналов, да ≈ эпоксидная начинка предлагает хорошие механические и тепловые характеристики при меньших затратах.

Вопрос: Как плоская электропластика влияет на гибкость ПКБ?
О: Плоская электропластика использует более тонкие слои меди (12 ‰ 35 мкм) по сравнению с традиционной пластинкой, что делает ее подходящей для гибких ПКЖ HDI (например, складываемые пандусы телефонов) с улучшенной изгибкостью.

Вопрос: Сколько времени требуется для производства ПХД с использованием этих процессов?
Ответ: 10-14 дней для прототипов по сравнению с 5-7 днями для традиционных ПХБ, из-за точных шагов при покрытии и заполнении.

Вопрос: Совместимы ли эти процессы с RoHS и другими экологическими стандартами?
Ответ: Да, медное покрытие и эпоксидное наполнение используют материалы без свинца, соответствующие стандартам RoHS, REACH и IPC-4552 для электроники.

Заключение
Плоская электропластика и заполнение отверстий являются неизвестными героями производства высококачественных печатных плат, что позволяет миниатюризировать и повышать производительность, которые определяют современную электронику.Обеспечивая равномерные слои меди, устраняя пустоты и сохраняя целостность сигнала, эти процессы позволяют упаковать больше функциональных возможностей в меньшие пространства, от смартфонов 5G до спасающих жизни медицинских устройств.
Поскольку ПХДИ продолжают развиваться (с проходами до 50 мкм и сигналами 112 Гбит / с на горизонте), плоская электропластика и заполнение отверстий станут еще более важными.Производители и дизайнеры, которые владеют этими методами, останутся впереди на рынке, где размер, скорость и надежность - это все.
В конце концов, эти точные процессы доказывают, что самые мелкие детали в производстве печатных пластин часто оказывают наибольшее влияние на устройства, на которые мы полагаемся каждый день.