2025-09-16
PCB kết nối mật độ cao (HDI) là xương sống của điện tử hiện đại, cho phép thu nhỏ, tốc độ và độ tin cậy của các thiết bị như điện thoại thông minh 5G, cảm biến ADAS ô tô,và thiết bị dùng trong y tếKhông giống như PCB tiêu chuẩn, các thiết kế HDI dựa trên các vật liệu tiên tiến để hỗ trợ microvias (≤ 150μm), dấu vết sắc nét (3/3 mil) và tín hiệu tần số cao (lên đến 100GHz).Sự lựa chọn vật liệu phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến tính toàn vẹn của tín hiệu, quản lý nhiệt, và độ bền làm cho nó rất quan trọng cho các kỹ sư để hiểu những điểm mạnh và đánh đổi của mỗi lựa chọn.
Hướng dẫn này phân loại các vật liệu tiên tiến thiết yếu nhất cho sản xuất PCB HDI, so sánh các tính chất chính của chúng và lập bản đồ chúng cho các ứng dụng thực tế.Cho dù bạn đang thiết kế một liên kết dữ liệu 10Gbps hoặc một giám sát sức khỏe linh hoạt, phân tích này sẽ giúp bạn chọn vật liệu cân bằng hiệu suất, chi phí và khả năng sản xuất.
Những điểm quan trọng
1Các yếu tố điều khiển hiệu suất vật liệu: hằng số điện áp (Dk), nhân phân tán (Df), nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh (Tg),và tính dẫn nhiệt là không thể thương lượng cho thành công HDI các vật liệu Dk/Df thấp xuất sắc trong thiết kế tần số cao (> 10GHz).
2Các loại vật liệu cốt lõi: FR4 tiên tiến, polyimide, BT-epoxy, PTFE và ABF (Ajinomoto Build-up Film) thống trị sản xuất HDI, mỗi loại giải quyết những thách thức độc đáo (ví dụ: linh hoạt,Kháng nhiệt cao).
3Các đổi mới về đồng: Các tấm đồng siêu mịn và mỏng cho phép các dấu vết mịn hơn (50μm) và giảm mất tín hiệu trong các ứng dụng 5G / mmWave.
4Định hướng ứng dụng: Polyimide dẫn đầu trong HDI linh hoạt; BT-epoxy tỏa sáng trong điện tử ô tô; PTFE thống trị radar mmWave
5Tăng cường sản xuất: Vật liệu phải được tích hợp với các quy trình HDI (đào laser, lớp phủ liên tục) ), ví dụ, gia cố thủy tinh có thể khoan bằng laser đơn giản hóa việc tạo ra microvia.
Vật liệu quan trọng cho PCB HDI tiên tiến
PCB HDI phụ thuộc vào một bộ vật liệu được lựa chọn cẩn thận, mỗi vật liệu được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu điện, nhiệt và cơ học cụ thể.
1Các chất nền điện đệm: Nền tảng của tính toàn vẹn tín hiệu
Các vật liệu dielectric tách các lớp dẫn điện, kiểm soát tốc độ tín hiệu, mất mát và cản trở.bố cục tần số cao.
| Loại vật liệu | Dk (10GHz) | Df (10GHz) | Tg (°C) | Khả năng dẫn nhiệt (W/m·K) | Ưu điểm chính | Các ứng dụng lý tưởng |
|---|---|---|---|---|---|---|
| FR4 tiên tiến (ví dụ: Isola FR408HR) | 4.244.8 | 0.015 ¥0.025 | 170-180 | 0.3 ¢ 0.5 | Chi phí thấp, dễ sản xuất, cân bằng hiệu suất tốt | Điện tử tiêu dùng (điện thoại thông minh, máy tính bảng), cảm biến IoT |
| Polyimide (ví dụ, DuPont Kapton) | 3.0 ¢3.5 | 0.008 ¢0.012 | 250 ¢ 300 | 0.3 ¢ 0.5 | linh hoạt, chống nhiệt độ cao, hấp thụ độ ẩm thấp | Thiết bị đeo, cảm biến ô tô, màn hình gấp |
| BT-Epoxy (Bismaleimide-Triazine) | 3.84.2 | 0.008 ¢0.010 | 180 ¢ 200 | 0.6 ¢0.8 | Sự ổn định kích thước, khả năng hàn tuyệt vời | ADAS ô tô, trạm cơ sở 5G, mô-đun điện |
| PTFE (ví dụ: Rogers RT/duroid 5880) | 2.222.5 | 0.0009 ¢0.002 | >260 | 0.290.35 | Mất tín hiệu cực thấp, hiệu suất tần số cao | Radar sóng mm, truyền thông vệ tinh, sóng mm 5G |
| ABF (Ajinomoto Build-up Film) | 3.0 ¢3.3 | 0.006 ¢0.008 | >210 | 0.4 ¥0.6 | Khả năng đường siêu mỏng (2/2 mil), phân tán thấp | Máy chủ tốc độ cao, máy gia tốc AI, nền IC |
Hiệu suất một cái nhìn: Mất tín hiệu tần số cao
Ở 60GHz (còn quan trọng đối với 5G mmWave), sự lựa chọn vật liệu trực tiếp ảnh hưởng đến sự suy giảm tín hiệu:
a.PTFE: 0,3dB / inch (mất tối thiểu, lý tưởng cho các liên kết tầm xa)
b. Polyimide: 0,8dB/inch (cân bằng cho các thiết bị 5G linh hoạt)
c. FR4 tiên tiến: 2,0dB/inch (quá cao cho các ứng dụng > 30GHz)
2. Bảng giấy đồng: Cho phép dấu vết mịn và mất mát thấp
Các tấm đồng tạo thành các đường dẫn trong PCB HDI,và chất lượng của chúng là làm hoặc phá vỡ cho sự toàn vẹn tín hiệu tần số cao, đặc biệt là do hiệu ứng da (dòng chảy hiện tại gần bề mặt đồng ở tần số cao).
| Loại tấm đồng | Phạm vi độ dày | Độ thô bề mặt (μm) | Lợi ích chính | Ứng dụng mục tiêu |
|---|---|---|---|---|
| Đồng mỏng điện lắng đọng (ED) | 918μm (0.250.5oz) | 0.5 ¢1.0 | Cho phép 50μm dấu vết / không gian cho bố cục dày đặc | Điện thoại thông minh, thiết bị đeo, cảm biến IoT |
| Đồng ED siêu mịn | 1235μm (0,351oz) | <0.1 | Giảm mất hiệu ứng da trong thiết kế > 28GHz | Các mô-đun 5G mmWave, hệ thống radar |
| Vàng đúc (RA) | 18 ‰ 70 μm (0,5 ‰ 2 oz) | 0.3 ¢ 0.5 | Nâng cao tính linh hoạt cho HDI cứng-dẻo | Máy cảm biến ô tô, màn hình gấp |
Tại sao độ thô của bề mặt lại quan trọng: Một bề mặt đồng thô 1μm làm tăng mất tín hiệu 0,5dB/inch ở 60GHz so với đồng siêu mịn (0,1μm) đủ để giảm phạm vi của trạm cơ sở 5G 20%.
3- Vật liệu gia cố: Sức mạnh và tương thích quy trình
Tăng cường (thường là dựa trên thủy tinh) thêm độ cứng cơ học cho nền điện bao phủ và đảm bảo khả năng tương thích với các quy trình sản xuất HDI như khoan laser và mảng mảng.
| Loại tăng cường | Thành phần vật liệu | Tài sản chính | Lợi ích sản xuất HDI |
|---|---|---|---|
| Kính có thể khoan bằng laser | Sợi E-glass | Dệt đồng nhất, ít mỡ nhựa trong khoan | Dễ dàng tạo ra microvia (50 ‰ 100 μm đường kính) |
| Kính có CTE thấp | thủy tinh S hoặc thạch anh | Hệ số giãn nở nhiệt (CTE): 3-5 ppm/°C | Giảm độ cong của bảng trong HDI đa lớp (10 + lớp) |
| Kính Dk thấp | thủy tinh borosilicate | Dk: 3,8 ∼ 4,0 (so với 4,8 cho kính E tiêu chuẩn) | Giảm mất tín hiệu trong thiết kế tần số cao (> 10GHz) |
4. Xét bề mặt & Mặt nạ hàn: Bảo vệ và kết nối
Các kết thúc bề mặt ngăn ngừa oxy hóa đồng và đảm bảo hàn đáng tin cậy, trong khi mặt nạ hàn cách nhiệt dấu vết và ngăn chặn mạch ngắn quan trọng đối với bố cục dày đặc của HDI.
| Xét bề mặt | Ưu điểm chính | Df Impact (10GHz) | Các ứng dụng lý tưởng |
|---|---|---|---|
| ENIG (Vàng ngâm nickel không điện) | bề mặt phẳng, chống ăn mòn, thời gian sử dụng dài | 0.001_0.002 tăng | BGA mỏng (0,4mm), cao độ tin cậy ô tô |
| Bạc ngâm | Bề mặt mịn, mất tín hiệu tối thiểu | < 0,001 tăng | Các mô-đun RF 5G, hệ thống radar |
| ENEPIG (Vàng đắm nickel-palladium không điện) | Sự bám chặt mạnh, tương thích không chì | 0.001·0.003 tăng | Hàng không vũ trụ, thiết bị y tế |
| Loại mặt nạ hàn | Độ phân giải (Chỉ số dấu vết/không gian tối thiểu) | Kháng nhiệt | Tốt nhất cho |
|---|---|---|---|
| LPI (Liquid Photo-Imaginable) | 50μm/50μm | Tối đa 150°C | Các thành phần sắc nét, microvias |
| Hình ảnh trực tiếp bằng laser (LDI) | 30μm/30μm | Tối đa 180°C | HDI siêu dày đặc (2/2 mil trace/space) |
Chọn vật liệu bằng ứng dụng HDI
Vật liệu phù hợp phụ thuộc vào tần số, môi trường và yêu cầu độ tin cậy của ứng dụng. Dưới đây là các trường hợp sử dụng phổ biến và sự kết hợp vật liệu tối ưu của chúng:
1Cơ sở hạ tầng và thiết bị 5G
Thách thức: Tần số cao (2860GHz) đòi hỏi mất mát cực thấp và Dk ổn định.
Giải pháp: chất nền PTFE + đồng siêu mịn + kết thúc bạc ngâm.
Ví dụ: Một tế bào nhỏ 5G sử dụng Rogers RT / duroid 5880 (PTFE) với đồng siêu mịn 12μm, đạt tốc độ dữ liệu 10Gbps với mức tiêu thụ năng lượng ít hơn 25% so với các thiết kế FR4 tiên tiến.
2. ADAS ô tô & điện tử EV
Thách thức: Nhiệt độ cực đoan (-40 đến 125 độ C), rung động và độ ẩm.
Giải pháp: BT-substrate epoxy + kính khoan bằng laser + kết thúc ENEPIG.
Ví dụ: Một mô-đun radar 77GHz sử dụng BT-epoxy HDI, duy trì độ chính xác phát hiện ± 5cm trong khoảng thời gian hơn 100.000 dặm, quan trọng để tránh va chạm.
3. Thiết bị đeo linh hoạt & cảm biến y tế
Thách thức: Độ uốn cong (kích thước 1mm), khả năng tương thích sinh học và độ bền lâu dài.
Giải pháp: Polyimide substrate + RA đồng + mặt nạ hàn LPI.
Ví dụ: Máy theo dõi thể dục sử dụng polyimide HDI với đồng RA 18μm, tồn tại hơn 100.000 vòng cong mà không có vết nứt trong khi lắp một máy đo nhịp tim, GPS và pin trong vỏ 40mm.
4. Dữ liệu tốc độ cao (Server & AI)
Thách thức: Các tín hiệu PAM4 112Gbps đòi hỏi sự phân tán và kiểm soát trở ngại tối thiểu.
Giải pháp: Bộ phim ABF + đồng siêu mịn + kết thúc ENIG.
Ví dụ: Một bộ chuyển đổi trung tâm dữ liệu sử dụng ABF HDI với 2 / 2 mil dấu vết, hỗ trợ thông lượng 800Gbps với độ trễ thấp hơn 30% so với các thiết kế FR4 tiêu chuẩn.
Xu hướng mới trong vật liệu HDI
Ngành công nghiệp HDI đang phát triển nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu của 6G, AI và hệ thống ô tô thế hệ tiếp theo.
1.Nanocomposites low-Dk: Vật liệu mới (ví dụ: PTFE chứa gốm) với Dk <2.0 nhắm mục tiêu ứng dụng 100GHz +, quan trọng đối với nghiên cứu 6G.
2Các thành phần nhúng: Các chất điện bao gồm các kháng cự / tụ điện nhúng làm giảm kích thước bảng bằng 40% trong IoT và các thiết bị đeo.
3Các tùy chọn thân thiện với môi trường: FR4 tiên tiến không chứa halogen và các tấm đồng tái chế phù hợp với các quy định bền vững của EU RoHS và EPA của Hoa Kỳ.
4Chọn vật liệu dựa trên AI: Các công cụ như Ansys Granta chọn vật liệu tối ưu dựa trên các thông số ứng dụng (thần suất, nhiệt độ), giảm 20% chu kỳ thiết kế.
Câu hỏi thường gặp
Q: Các vật liệu HDI khác nhau như thế nào với các vật liệu PCB tiêu chuẩn?
A: Vật liệu HDI có độ khoan dung chặt chẽ hơn (ví dụ: Dk ± 0,05 so với ± 0,3 cho FR tiêu chuẩn), Tg cao hơn (180 °C + so với 130 °C cho FR tiêu chuẩn4),và tương thích với khoan laserCác vật liệu tiêu chuẩn bị hỏng ở tần số cao (> 10GHz) do Df cao.
Q: Khi nào tôi nên chọn polyimide thay vì BT-epoxy?
A: Polyimide là lý tưởng cho các thiết kế linh hoạt (như thiết bị đeo, gấp) hoặc môi trường nhiệt độ cao (> 200 °C).Các trạm cơ sở 5G) cần hấp thụ độ ẩm thấp và ổn định kích thước.
Q: Đồng siêu mịn có đáng giá chi phí cho HDI không?
Đáp: Có ở thiết kế > 28GHz (5G mmWave, radar), đồng siêu mịn làm giảm mất tín hiệu 30%, mở rộng phạm vi và giảm nhu cầu điện.đồng ED tiêu chuẩn là đủ.
Q: Sự khác biệt về chi phí giữa PTFE và FR4 tiên tiến là gì?
A: Chi phí PTFE cao hơn 5 ‰ 10 lần so với FR4 tiên tiến, nhưng nó được biện minh cho các ứng dụng hiệu suất cao (giao tiếp vệ tinh, radar mmWave).chi phí và hiệu suất cán cân FR4 tiên tiến.
Q: Làm thế nào tôi đảm bảo sự tương thích của vật liệu với các quy trình HDI?
A: Làm việc với các nhà sản xuất như LT CIRCUIT sớm, họ có thể xác minh rằng các vật liệu (ví dụ: thủy tinh khoan bằng laser) tích hợp với khoan bằng laser, mảng xếp theo chuỗi và kiểm tra AOI,tránh việc tái chế tốn kém.
Kết luận
Vật liệu tiên tiến là những anh hùng không được ca ngợi của đổi mới PCB HDI, cho phép các thiết bị nhỏ gọn, hiệu suất cao xác định điện tử hiện đại.Từ lỗ cực thấp của PTFE cho 5G mmWave đến tính linh hoạt của polyimide cho thiết bị đeo, mỗi vật liệu giải quyết những thách thức độc đáo, nhưng thành công phụ thuộc vào việc phù hợp các tính chất vật liệu với nhu cầu ứng dụng.
Bằng cách ưu tiên các chỉ số chính (Dk, Df, Tg) và hợp tác với các nhà sản xuất có kinh nghiệm, các kỹ sư có thể khai thác toàn bộ tiềm năng của công nghệ HDI.và xe điện đẩy ranh giới của hiệu suất, đổi mới vật liệu sẽ vẫn là nền tảng để đảm bảo PCB HDI tiếp tục cung cấp năng lượng cho thế hệ điện tử tiếp theo.
Đối với các nhà sản xuất như LT CIRCUIT,Tận dụng các vật liệu tiên tiến này kết hợp với các quy trình chính xác như khoan laser và LDI đảm bảo PCB HDI đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của các ứng dụng quan trọng nhất ngày nay, từ các thiết bị y tế cứu mạng đến các mạng 5G toàn cầu.
Gửi yêu cầu của bạn trực tiếp đến chúng tôi
