HDI-PCB-микровиа: анализ затрат и выгод от свертываемых и свертываемых конструкций

Высокоточные межконтактные (HDI) печатные платформы стали основой современной электроники, обеспечивая миниатюризацию и производительность, необходимую для устройств 5G, медицинских имплантатов и датчиков Интернета вещей.В центре HDI-технологии находятся микровиации с небольшим диаметром (≤0.15 мм), которые соединяют слои, не потребляя ценное пространство на поверхности.В то время как оба позволяют более высокую плотность компонентов, чем традиционные через отверстие vias, их стоимость, характеристики и пригодность для конкретных применений существенно различаются.помогает инженерам и командам по закупкам принимать обоснованные решения, которые сбалансируют производительность, надежность и бюджет.

Понимание микровиа HDI: накладываемые против застрявших
Микровиа - это лазерные или механические отверстия, покрытые медью, предназначенные для соединения слоев в ПКЖ с высоким содержанием.2 мм) позволяют более тесное расстояние между следами и более высокую плотность компонентов, чем стандартные каналы.

Складываемые микроволы
Накопленные микровиа вертикально выровнены, с каждой через верхний слой напрямую соединяется с через в нижнем слое, образуя непрерывную проводящую колонну через несколько слоев.Сложившаяся микровода может соединять слой 1 с слоем 2, слой 2 до слоя 3, и так далее, создавая путь от верхнего слоя до слоя 4 без проникновения в промежуточные слои.

Ключевая особенность: устраняет необходимость в пропусках, которые обходят слои, максимизируя эффективность пространства.

Типичная конфигурация: Используется в 6+ слоях HDI ПХБ, где вертикальное пространство критично.

Микровиа с задержкой
Стойные микровиации смещаются горизонтально, без вертикального выравнивания между виасами в соседних слоях.Через соединяющий слой 1 к слою 2 будет расположен между vias соединяющих слой 2 к слою 3, избегая прямого вертикального наложения.
Ключевая особенность: уменьшает механические нагрузки на соединениях, поскольку в одной вертикальной линии не сосредоточена масса меди.
Типичная конфигурация: Часто встречается в 4-6-слойных ПХБ HDI, где производственная способность и стоимость являются приоритетными.

Сравнение затрат: наложенные и застрявшие микровиа
Разница в стоимости между наложенными и сдвинутыми микровиями обусловлена сложностью производства, использованием материалов и показателями урожайности.
1Производственные затраты

Общие издержки производства: Складываемые микроволы обычно стоят на 30-50% дороже, чем скрещенные микроволы для эквивалентного количества слоев.

2Материальные затраты
Субстрат: наложенные микровиа требуют ламинатов с низкими потерями и высоким уровнем Tg (например, Rogers RO4830) для поддержания целостности сигнала через вертикальные пути,увеличение затрат на материалы на 15~20% по сравнению со стандартным FR-4, используемым с этапными проводами.
Медь: наложенные конструкции требуют на 20-30% больше меди для обеспечения надежных соединений через несколько слоев, что увеличивает расходы на материалы.

3. Ставки доходности
Складываемые микровиа: доходность в среднем 75-85% из-за строгих требований к выравниванию и непрерывности.
Стойкость микровиа: урожайность выше (85-95%), потому что ошибки выравнивания оказывают меньшее влияние на функциональность.
Воздействие затрат на урожайность: для производства 10 000 единиц насыщенной микровиации потребуется ~ 1500 дополнительных ПХБ для компенсации снижения урожайности, увеличивая общие затраты на 15-20%.

Преимущества производительности: когда наложенные микроволы оправдывают затраты
Несмотря на более высокие затраты, сложенные микровиа предлагают преимущества производительности, которые делают их незаменимыми для определенных приложений:

1. Более высокая плотность компонентов
Складываемые микровиа сокращают горизонтальное пространство, необходимое для переходов слоев, на 40-60% по сравнению с этапными конструкциями, что позволяет:
Меньшие отпечатки ПКЖ (критические для носимых устройств, слуховых аппаратов и датчиков дронов).
Более высокое количество компонентов на квадратный дюйм (до 2000 компонентов против 1200 с шаг за шагом).
Пример: смартфон 5G с использованием наложенных микровиа помещает на 25% больше радиочастотных компонентов на той же 100 см2 площади, чем развернутый дизайн, что позволяет быстрее обрабатывать данные.

2Улучшенная целостность сигнала
В высокочастотных конструкциях (28 ГГц +) наложенные микровиа минимизируют потерю сигнала:
Сокращение сигнальных путей (на 30-40% меньше, чем поэтапные каналы).
Уменьшение прерывистости импеданса (выдвижные каналы создают ′′стопы′′, которые отражают высокочастотные сигналы).
Испытания показывают, что сложенные микровиа снижают потерю вставки на 0,5-1,0 дБ/дюйм при 60 ГГц по сравнению с этапными конструкциями, критически важными для приложений 5G mmWave.

3Лучшее управление тепловой энергией
Вертикальные медные колонны в наложенных микровиях действуют как тепловые провода, распределяя тепло от горячих компонентов (например, процессоров) на охлаждающие плоскости на 20-30% эффективнее, чем шаг за шагом.Это уменьшает температуру горячих точек на 10 ≈ 15 ° C в плотно упакованных ПХБ, продлевая срок службы компонента.

Практические преимущества микровиа
Микровиа с застежкой превосходят приложения, где стоимость, производительность и надежность имеют приоритет над экстремальной плотностью:
1. Ниже риск механических сбоев
Стойкостные провода распределяют напряжение более равномерно по ПКБ, что делает их более устойчивыми к:
Тепловой цикл (выдвижные виа выдерживают 1500+ циклов против 1000+ для наложенных виа).
Механическое изгибание (критическое для гибко-жестких ПХБ в автомобильных и медицинских изделиях).
Исследование случая: производитель автомобильных ПКБ ADAS перешел от наложенных на сдвинутые микровиа, уменьшив сбои поля из-за вибрации на 40%.

2Проще изготовление и переработка
Требования к расслабленному выравниванию с помощью микровиа с задержкой упрощают:
Ламинация (меньше отбросов из-за смещения слоев).
Переработка (дефектные проемы легче восстанавливать, не затрагивая соседних слоев).
Это делает поэтапные проекты идеальными для малого объема производства или прототипирования, где быстрый оборот имеет решающее значение.

3. Экономическая эффективность для средней плотности
Для ПХБ, которые не требуют крайней миниатюризации (например, промышленные датчики, бытовые приборы), этапные микровиа предлагают баланс плотности и стоимости:
Плотность на 30-40% выше, чем через отверстия.
Стоимость на 30-50% ниже, чем наложенные микровиа.

Рекомендации для конкретного применения
Выбор между наложенными и сдвинутыми микровиями зависит от требований приложения.
1. Выберите " Настроенные микроволновки ", когда:
Плотность имеет решающее значение: носимые устройства, слуховые аппараты и модули 5G, где размер является основным ограничением.
Высокочастотные показатели: 28 ГГц + 5G, радарные и спутниковые ПКБ связи.
Тепловое управление является ключевым: высокопроизводительные устройства (например, модули вычислительных узлов искусственного интеллекта) с плотной компоновкой компонентов.

2. Выберите " Стойкость микровиации ", когда:
Стоимость является приоритетом: потребительская электроника (например, смарт-телевизоры, IoT-хабы) с умеренной плотностью потребности.
Надежность в суровых условиях: ПХБ для автомобилей, аэрокосмических и промышленных изделий подвержены вибрациям и колебаниям температуры.
Производство малого объема: прототипы или индивидуальные ПКБ, где производительность и переработаемость имеют решающее значение.

Гибридные подходы: балансировка затрат и производительности
Многие HDI-проекты используют гибрид сложенных и сдвинутых микровиа для оптимизации затрат и производительности:
Критические пути: наложенные микровиа в районах с высокой частотой или высокой плотностью (например, прокладки BGA).
Некритические зоны: микровиа с задержкой в областях мощности или низкоскоростного сигнала.
Такой подход снижает затраты на 15-20% по сравнению с полностью наложенными конструкциями, сохраняя при этом производительность в критических секциях.

Тематическое исследование: Расходы и выгоды в ПКБ базовых станций 5G
Производитель телекоммуникаций оценил сложенные и сдвинутые микровиа для 12-слойного ПКБ базовой станции 5G:

Решение: производитель выбрал гибридную конструкцию ‒ микровиа с накладом на пути сигнала 28 ГГц ‒ достигнув 80% преимущества от производительности при 90% стоимости полнонакладной виа.

Будущие тенденции в микроводах HDI
Прогресс в производстве размывает границы между наложенными и отложенными микровиями:
Продвинутое лазерное бурение: лазеры следующего поколения с точностью ± 1 мкм снижают затраты на выравнивание для стеклянных проходов.
Дизайн, основанный на искусственном интеллекте: инструменты машинного обучения оптимизируют размещение микровиа, уменьшая потребность в чистых наложенных или сдвинутых конфигурациях.
Инновации в материалах: новые ламинатные материалы с лучшей теплопроводностью улучшают производительность скрещенных виасов в высокомощных приложениях.

Частые вопросы
Вопрос: Можно ли использовать в одном и том же ПКБ сгруппированные и сгруппированные микровиа?
О: Да, гибридные конструкции являются распространенными, используя сложенные каналы в районах с высокой плотностью/высокой частотой и развернутые каналы в других местах для сбалансирования затрат и производительности.

Вопрос: Каков самый маленький диаметр микроволы, возможный с наложенными и сдвинутыми конструкциями?
Ответ: Складываемые микровиа могут быть такими же маленькими, как 0,05 мм (50 мкм) при передовой лазерной бурении, в то время как скрещенные микровиа обычно варьируются от 0,1 до 0,15 мм.

Вопрос: Подходят ли скрещенные микровиа для гибких ПХБ?
Ответ: Да, для гибких ПКБ предпочтительнее использовать микровиа, потому что их смещенная конструкция снижает концентрацию напряжения во время изгиба, минимизируя риск трещин.

Вопрос: Как количество слоев влияет на разницу в стоимости между наложенными и сдвинутыми микровиями?
Ответ: разрыв в стоимости расширяется с увеличением количества слоев. В 4-слойных печатных платах наложенные каналы стоят на ~ 30% дороже; в 12-слойных печатных платах разница может достигать 50% из-за повышенных требований к выравниванию и проверке.

Заключение
Выбор между наложенными и сдвинутыми микровиями в ПХДИ зависит от балансировки затрат, плотности и производительности.Складываемые микровиа оправдывают их более высокую стоимость на 30-50% в приложениях, требующих крайней миниатюризации, высокочастотная производительность и тепловая эффективность, такие как устройства 5G и медицинские имплантаты.с лучшей надежностью в суровых условиях.
Для многих конструкций гибридный подход обеспечивает лучшее из обоих миров, используя наложенные каналы в критических областях и разрозненные каналы в других местах.Соответствие конфигурации микроволы требованиям приложения, инженеры могут оптимизировать HDI ПХБ как для производительности, так и для стоимости.
Ключевой вывод: наложенные и отложенные микровизы - это не конкурирующие технологии, а дополняющие друг друга решения.надежность, и производительность.