HDI PCB лазерное сверление и заполнение переходных отверстий: полное руководство по межсоединениям высокой плотности

Высокоточные межконтактные (HDI) печатные платформы произвели революцию в электронике, позволив использовать более мощные устройства - от смартфонов до медицинских имплантатов.В основе технологии HDI лежит лазерное бурение и с помощью точных процессов заполнения, которые создают крошечныеВ отличие от традиционного механического бурения, лазерное бурение создает микровиа (диаметр ≤ 150 мкм), которые позволяют размещать более плотные компоненты, более короткие пути сигналов,и улучшение производительностиВ сочетании с заполнением с использованием проводящих материалов для уплотнения этих микровиаций, ПКБ HDI достигают превосходной электрической целостности, теплового управления и механической стабильности.

В данном руководстве объясняется, как работает HDI лазерное бурение и заполнение, их основные преимущества и почему они незаменимы для современной электроники.понимание этих процессов имеет решающее значение для раскрытия полного потенциала ПХБ высокой плотности.

Что такое ПХБ и микровиа?
HDI-PCB - это передовые платы, предназначенные для поддержки высокой плотности компонентов и высокой скорости сигнала.Они достигают этого с помощью крошечных отверстий, которые соединяют слои, не занимая чрезмерного пространства.В отличие от стандартных виасов (диаметр ≥ 200 мкм, пробурение механическим способом), микровиасы:

Измеряйте диаметр 50-150 мкм.
Соедините смежные слои (слепые проходы) или несколько слоев (наложенные проходы).
Исключить ′′stubs′′ (неиспользуемые через сегменты), которые вызывают отражение сигнала в высокочастотных конструкциях.

Лазерное бурение является единственным практическим методом создания этих микровиа, поскольку механические сверлы не могут достичь требуемой точности или небольших размеров.С помощью заполнения – с использованием меди или смолы для заполнения этих микровиаций – затем обеспечивается возможность передачи сигналов, рассеивать тепло, и поддерживать монтаж компонента.

Как работает лазерное бурение для микровиа HDI

Лазерное бурение заменяет механические сверла высокоэнергетическими лазерами для создания микровиа, предлагая непревзойденную точность и контроль:
1Типы лазеров и их применение

2. Шаги бурения
Подготовка субстрата: панель ПХБ (обычно FR-4, Rogers или LCP) очищается для удаления пыли и масел, обеспечивая постоянное поглощение лазера.
Лазерная абляция: лазер выпускает короткие импульсы (от наносекунды до пикосекунды), чтобы испарить материал субстрата, создавая отверстия с гладкими стенами.Энергия и продолжительность импульса калибровываются, чтобы избежать повреждения соседних слоев.
Удаление мусора: системы сжатого воздуха или вакуума удаляют мусор из отверстия, предотвращая короткое замыкание во время последующих шагов.
Инспекция: автоматическая оптическая инспекция (AOI) проверяет диаметр, глубину и расположение отверстия (толерантность до ± 5 мкм).

3Почему лазерное бурение превосходит механическое

Точность лазерного бурения позволяет 3×5 раз больше прохождений на квадратный дюйм, чем механические методы, что имеет решающее значение для высокой плотности HDI.

Заполнение: запечатка микровиа для производительности
Создание микроводов - это только половина процесса, их заполнение обеспечивает их надежную работу в качестве электрических и тепловых проводов:
1. Материалы и методы заполнения

Медная начинка наиболее распространена для электрической подключения, в то время как смоловая начинка используется для создания плоских поверхностей для монтажа компонентов (проекты через подкладку).

2Шаг за шагом через процесс заполнения
Очищение: химическая или плазменная обработка удаляет остаточную смолу из стен, обеспечивая сильное сцепление с заполнительными материалами.
Осаждение семенного слоя: тонкий слой меди (1μm) наносится на стены с помощью электролесной покрытия, позволяющей последующее электропокрытие.
Наполнение: для наполнения меди электропластировка накапливает медь внутри провода, пока он не будет полностью заполнен.
Планировка: избыточный материал удаляется с помощью механического шлифования или химического гравирования, оставляя плоскую поверхность, сжимающуюся с ПХБ.
Проверка: рентгеновский анализ и анализ поперечного сечения подтверждают полное заполнение (нет пустоты > 5% объема).

3Критические показатели качества
Пустота (воздушные карманы) в заполненных прокладках вызывают потерю сигнала и тепловые точки.
Плоскость: плоскость поверхности (вариация ≤5 мкм) обеспечивает надежное запорное устройство компонентов, особенно для тонкозвуковых BGA.
Сцепление: заполненные прокладки должны выдерживать тепловые циклы (от -40 до 125 °C) без деламинирования, проверенные с помощью IPC-TM-650 2.6.27А.

Преимущества лазерного бурения и заполнения ПХБ с высокой интенсивностью
Эти процессы обеспечивают преимущества по сравнению с традиционным производством ПХБ:
1Улучшенная целостность сигнала
a.Краткие пути: микровиации сокращают расстояние прохождения сигнала на 30-50%, снижая задержку и ослабление при высокоскоростных конструкциях (≥10 Гбит/с).
b.Уменьшенный EMI: меньшие каналы действуют как меньшие антенны, сокращая электромагнитные помехи на 20-30% по сравнению со стандартными каналами.
c. Контролируемая импеданс: лазерные пробивающие провода с постоянными габаритами поддерживают импеданс (± 5% толерантности), критически важный для приложений 5G и mmWave.

2Улучшенное тепловое управление
a. Распространение тепла: заполненные медью прокладки создают тепловые пути между слоями, уменьшая точки горячего света на 15-25°C в высокопроизводительных компонентах (например, процессорах).
b.Нет индуктивности ступней: заполненные каналы устраняют ступни, которые действуют как тепловые ловушки в традиционных каналах.

3Экономия пространства и миниатюризация
a.Установка более плотных компонентов: микровиации позволяют увеличить количество компонентов в 2×3 раза на квадратный дюйм, сокращая размер ПКБ на 40×60% (например, с 100 см2 до 40 см2 в смартфонах).
b. Дизайн через прокладку: заполненные прокладки под прокладками BGA устраняют необходимость в следах ′′dogbone′′, экономия дополнительного места.

4Механическая надежность
a. Более сильные соединения слоев: заполненные каналы распределяют напряжение между слоями, улучшая долговечность в условиях, подверженных вибрации (например, автомобильная электроника).
b.Устойчивость к влаге: запечатанные каналы предотвращают проникновение воды, что имеет решающее значение для наружных устройств (например, датчиков IoT).

Приложения: где HDI лазер через наполнение светит
HDI ПХБ с лазерным пробурением, заполненными виарами незаменимы в отраслях промышленности, требующих миниатюризации и производительности:
1Потребительская электроника
a.Смартфоны и носимые устройства: позволяют использовать 5G-модемы, несколько камер и батареи в стройных конструкциях.
b.Ноутбуки и планшеты: поддерживают высокоскоростные интерфейсы (Thunderbolt 4, Wi-Fi 6E) с минимальной потерей сигнала.

2Автомобильные и аэрокосмические
a.ADAS и Infotainment: HDI-PCB с заполненными шлюзами выдерживают температуру от -40°C до 125°C в радиолокационных и GPS-системах, обеспечивая надежную работу.
b.Аэрокосмические датчики: Микровиации уменьшают вес в авионике, улучшая топливную эффективность при обработке скорости передачи данных более 100 Гбит/с.

3. Медицинские изделия
a.Имплантируемые: крошечные биосовместимые ПХБ HDI (например, кардиостимуляторы) используют микровиа для размещения сложных схем объемом 1 см3.
b. Диагностическое оборудование: высокоскоростные данные от МРТ и ультразвуковых аппаратов зависят от целостности сигнала HDI.

4Промышленный Интернет вещей
a.Сенсоры и контроллеры: компактные HDI-PCB с заполненными каналами работают в суровой промышленной среде, поддерживая краевые вычисления и данные в режиме реального времени.

Сравнительный анализ: HDI против традиционных ПХБ

В то время как ПХВ с высоким содержанием углекислого газа стоят дороже, их размер и преимущества в отношении производительности оправдывают инвестиции в высококачественные приложения.

Будущие тенденции HDI лазерного бурения и наполнения
Прогресс в лазерных технологиях и материалах способствует дальнейшему развитию возможностей HDI:

1Ультрабыстрые лазеры: пятьсекундные лазеры уменьшают тепловое повреждение, позволяя создавать микровиации в хрупких материалах, таких как полимид (используемый в гибких ПКБ HDI).
2.3D-печать проемов: разрабатываются методы аддитивного производства для прямой печати проводящих проемов, исключая шаги бурения.
3.Экологически чистый наполнитель: безсвинцовые медные пасты и перерабатываемые смолы уменьшают воздействие на окружающую среду, соответствуя стандартам RoHS и REACH.
4Инспекция на основе искусственного интеллекта: алгоритмы машинного обучения анализируют качество в режиме реального времени, уменьшая дефекты на 30-40%.

Частые вопросы
Вопрос: Какая самая маленькая микровода, возможная с помощью лазерного бурения?
О: УФ-лазеры могут просверлять микровиа с диаметром до 50 мкм, хотя 80-100 мкм более распространены для баланса между точностью и производительностью.

Вопрос: Необходимы ли заполненные проемы для всех ПХБ с высоким содержанием дизельных газов?
О: Наполнение имеет решающее значение для каналов, которые переносят высокие токи, поддерживают компоненты (встроенные в подушку) или требуют теплопроводности.

Вопрос: Как лазерные пробивающие провода работают в условиях высокой температуры?
A: Медно наполненные прокладки сохраняют целостность в тепловых циклах от -40 до 125 °C (1000+ циклов), что делает их подходящими для автомобильного и промышленного использования.

Вопрос: Можно ли восстанавливать ПХД с микровиа?
Ответ: Ремонт возможен в ограниченном объеме (например, переработка сварных соединений), но сами микровиа очень сложно отремонтировать из-за их размера, что делает контроль качества во время производства критичным.

Вопрос: Какие материалы совместимы с лазерным бурением?
A: Большинство ПКБ-субстратов работают, включая FR-4, Rogers (ламинированные высокочастотные материалы), полимид (гибкий) и LCP (жидкий кристаллический полимер для мм-волны).

Заключение
Лазерное бурение и заполнение являются основой технологии HDI PCB, что позволяет создавать небольшие мощные устройства, определяющие современную электронику.Создавая точные микровиа и запечатывая их проводящими материалами, эти процессы обеспечивают превосходную целостность сигнала, тепловое управление и эффективность использования пространства - преимущества, которые не подлежат обсуждению для 5G, IoT и медицинских технологий.

Поскольку устройства продолжают уменьшаться и требуют более высоких скоростей, ПХД HDI будут только расти в важности.и производители используют эти технологии, чтобы оставаться конкурентоспособными на рынке, где инновации измеряются в микрометрах.

Ключевой вывод: лазерное бурение и наполнение с помощью HDI - это не просто производственные этапы, они способствуют созданию следующего поколения электроники, где размер, скорость и надежность определяют успех.