Detaillierte Erläuterung gängiger HDI-PCB-Stack-up-Strukturen

Gängige Schichtstrukturen für HDI-Leiterplatten

HDI-Leiterplatten (High-Density Interconnect) zeichnen sich durch Mikro-Vias, feine Leiterbahnbreiten und -abstände sowie gestapelte Lagen aus und ermöglichen so eine dichte Vernetzung und ein kompaktes Design. Dank dieser Eigenschaften eignen sich HDI-Leiterplatten für leistungsstarke Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.

Gängige Schichtstrukturen für HDI-Leiterplatten:

1. 2+N+2-Struktur: 2 Innenlagen, N Außenlagen (für 6-Lagen-Platinen verwendet).
2. 3+N+3-Struktur: 3 Innenlagen, N Außenlagen (für 8-Lagen-Platinen verwendet).
3. 4+N+4-Struktur: 4 Innenlagen, N Außenlagen (verwendet für Platinen mit 10 Lagen und mehr).
4. 5+N+5-Struktur: 5 Innenlagen, N Außenlagen (verwendet für Platinen mit 12 Lagen und mehr).

Blind Vias: Blind Vias verbinden innere und äußere Schichten und reduzieren so die Leiterplattendicke.

Vergrabene Vias: Vergrabene Durchkontaktierungen stellen Verbindungen zwischen inneren Schichten her und optimieren so die Schichtnutzung.

Typischerweise haben blinde und vergrabene Vias einen Durchmesser von 0.075 bis 0.2 mm und werden mit Methoden wie Laserbohren, Plasmaätzen und lichtempfindlichem Ätzen hergestellt, wobei Laserbohren am häufigsten vorkommt.

HDI-Leiterplatten mit ihrer hohen Dichte an Komponenten und Verbindungen eignen sich ideal für komplexe Designs wie 5G, IoT und Automobilanwendungen. Ihr Stapeldesign wird an die spezifischen Anforderungen jedes Projekts angepasst.

Einfache laminierte Leiterplatte erster Ordnung (laminierte 6-Schicht-Platine erster Ordnung, Stapelstruktur ist (1+4+1))

Diese Art des HDI-PCB-Aufbaus, insbesondere eine laminierte Leiterplatte erster Ordnung, ist die einfachste. Die innere Mehrschichtplatte weist keine vergrabenen Löcher auf und wird durch einmaliges Pressen fertiggestellt. Obwohl es sich um eine laminierte 6-Schicht-Platine erster Ordnung handelt, ähnelt ihr Herstellungsprozess stark dem eines herkömmlichen, einmal laminierten Mehrschicht-PCB-Designs. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das Laserbohren von Blind Vias und mehrere Prozesse erforderlich sind.

Da diese HDI-PCB-Stackup-Struktur keine vergrabenen Löcher aufweist, können die zweite und dritte Schicht in der Produktion zu einer Kernplatine verarbeitet werden, während die vierte und fünfte Schicht als weitere Kernplatine verwendet werden. Die äußere Schicht wird mit einer dielektrischen Schicht und Kupferfolie versehen, die mittlere mit einer dielektrischen Schicht und anschließend einmal gepresst. Dies ist sehr einfach und kostengünstiger als herkömmliche laminierte Leiterplatten erster Ordnung.

Herkömmliche laminierte HDI-Leiterplatte erster Ordnung (6-lagige laminierte HDI-Platine erster Ordnung, Stapelstruktur ist (1+4+1))

Die Struktur dieses HDI-PCB-Stackups ist (1+N+1), (N≥2, N ist gerade). Diese Struktur ist derzeit das gängige Design für erstklassige laminierte Leiterplatten in der Branche. Die innere Mehrschichtplatte hat vergrabene Vias und muss zweimal gepresst werden. Neben Sacklöchern weist diese Art von einschichtiger laminierter Platte auch vergrabene Löcher auf.

Wenn der Designer diese Art von HDI-Leiterplatte in die oben erwähnte erste Art von einfacher laminierter Leiterplatte erster Ordnung umwandeln kann, ist dies sowohl für die Angebots- als auch für die Nachfrageseite von Vorteil. Auf unseren Vorschlag hin haben sich viele unserer Kunden entschieden, die Stapelstruktur herkömmlicher laminierter HDI-Leiterplatten erster Ordnung in eine einfache laminierte Leiterplatte erster Ordnung ähnlich der ersten Art zu ändern.

Herkömmliche laminierte HDI-Leiterplatte zweiter Ordnung (8-lagige laminierte HDI-Platine zweiter Ordnung, Stapelstruktur ist (1+1+4+1+1))

Die Struktur dieses HDI-PCB-Stackups ist (1+1+N+1+1), (N≥2, N ist gerade). Diese Struktur ist derzeit das gängige Design für laminierte HDI-Platinen zweiter Ordnung in der Branche. Die innere Multilayer-Platine verfügt über vergrabene Vias und muss dreimal gepresst werden. Der Hauptgrund dafür ist das Fehlen eines gestapelten Lochdesigns, was die Herstellungsschwierigkeiten moderat gestaltet.

Wie bereits erwähnt, kann jedoch ein Pressvorgang reduziert werden, wenn die vergrabenen Vias der Lagen (3–6) auf die vergrabenen Vias der Lagen (2–7) optimiert werden. Diese Prozessoptimierung kann zu Kostensenkungen führen und gleichzeitig die strukturelle Integrität der HDI-Leiterplatte erhalten. Dieser Typ entspricht dem folgenden Beispiel.

Eine weitere herkömmliche laminierte HDI-Leiterplatte zweiter Ordnung (laminierte 8-lagige HDI-Platine zweiter Ordnung, Stapelstruktur ist (1+1+4+1+1))

Die Struktur dieses HDI-PCB-Stackups ist (1+1+N+1+1), (N ≥ 2, N ist gerade). Obwohl es sich um eine laminierte HDI-Platinenstruktur zweiter Ordnung handelt, kann die Anzahl der Pressungen um eins reduziert werden, da die Position der vergrabenen Vias nicht zwischen den Lagen (3–6), sondern zwischen den Lagen (2–7) liegt. Dadurch wird die laminierte HDI-Platine zweiter Ordnung, die typischerweise einen 3-Pressvorgang erfordert, auf einen 2-Pressvorgang optimiert.

Dieser Platinentyp bringt jedoch eine weitere Schwierigkeit bei der Herstellung von HDI-Leiterplatten mit sich. In den Lagen (1–3) befinden sich Blind Vias, die für die Herstellung in Blind Vias der Lagen (1–2) und (2–3) unterteilt werden. Für die Herstellung der inneren Blind Vias der Lagen (2–3) ist eine Via-Füllung erforderlich. Das heißt, die inneren Blind Vias der doppellagigen Laminierung werden durch Via-Füllung erzeugt. HDI-Leiterplatten mit Via-Füllung sind in der Regel teurer und der Herstellungsaufwand deutlich höher.

Daher wird für konventionelle laminierte HDI-Platinen zweiter Ordnung empfohlen, im Stapeldesign auf gestapelte Löcher zu verzichten und stattdessen (1-3) Blind Vias in versetzte (1-2) Blind Vias und (2-3) vergrabene (blinde) Vias umzuwandeln. Erfahrene HDI-Leiterplattendesigner können diese Vermeidung und Vereinfachung bzw. Optimierung nutzen, um die Herstellungskosten ihrer Produkte zu senken.

Eine weitere unkonventionelle laminierte HDI-Leiterplatte zweiter Ordnung (6-lagige laminierte HDI-Platine zweiter Ordnung, Stapelstruktur ist (1+1+2+1+1))

Die Struktur dieses HDI-PCB-Stackups ist (1+1+N+1+1), (N ≥ 2, N ist gerade). Obwohl es sich um eine laminierte Leiterplattenstruktur zweiter Ordnung handelt, sind auch lagenübergreifende Sacklöcher vorhanden, deren Tiefe deutlich erhöht ist. Die Tiefe der Lagensacklöcher (1–3) ist im Vergleich zu herkömmlichen Lagensacklöchern (1–2) doppelt so hoch. Kunden mit diesem Design haben individuelle Anforderungen und erlauben nicht, die lagenübergreifenden Sacklöcher (1–3) als gestapelte Sacklöcher (1–2) (2–3) zu verarbeiten.

Neben dem Laserbohren sind auch das anschließende Kupfersenken (PTH) und die Galvanisierung schwierig. Leiterplattenhersteller ohne entsprechendes technisches Niveau haben in der Regel Schwierigkeiten, solche Leiterplatten herzustellen. Der Herstellungsaufwand ist deutlich höher als bei herkömmlichen laminierten Leiterplatten zweiter Ordnung. Dieses Design wird nur bei besonderen Anforderungen empfohlen.

Laminiertes HDI zweiter Ordnung mit Sackloch-Stapelkonstruktion, vergrabene Löcher (2–7) Schichten über den gestapelten Sacklöchern. (Laminierte HDI-8-Lagen-Platte zweiter Ordnung, Stapelstruktur ist (1+1+4+1+1))

Die Struktur dieses HDI-PCB-Stackups ist (1+1+N+1+1), (N≥2, N ist gerade). Diese Struktur wird derzeit in einigen laminierten Leiterplatten zweiter Ordnung in der Industrie verwendet. Die innere Mehrschichtplatte weist vergrabene Löcher auf und muss zur Fertigstellung zweimal gepresst werden. Der Hauptgrund dafür ist das gestapelte Lochdesign, das den oben erwähnten fünften Punkt des schichtübergreifenden Sacklochdesigns ersetzt.

Das Hauptmerkmal dieses Designs besteht darin, dass die Sacklöcher über den (2-7) vergrabenen Löchern gestapelt werden müssen, was den Herstellungsaufwand erhöht. Das Design der vergrabenen Löcher in der (2-7)-Schicht kann eine Laminierung reduzieren, den Prozess optimieren und die Kosten senken.

Laminiertes HDI zweiter Ordnung mit Kreuzschicht-Sackloch-Design (8-lagige laminierte HDI-Platte zweiter Ordnung, Stapelstruktur ist (1+1+4+1+1))

Die Struktur dieses HDI-PCB-Stackups ist (1+1+N+1+1), (N≥2, N ist gerade). Diese Struktur ist derzeit eine laminierte Platte zweiter Ordnung, deren Herstellung in der Industrie mit gewissen Schwierigkeiten verbunden ist. Bei diesem Design weist die innere Mehrschichtplatte Löcher in den (3-6) Lagen auf und muss zur Fertigstellung dreimal gepresst werden. Der Hauptgrund dafür ist das schichtübergreifende Sacklochdesign, das hohe Fertigungsschwierigkeiten mit sich bringt.

Für Hersteller von HDI-Leiterplatten ohne entsprechende technische Kapazitäten ist die Herstellung solcher laminierten Leiterplatten zweiter Ordnung schwierig. Optimiert man die kreuzlagigen Sacklöcher (1-3) und teilt sie in (1-2) und (2-3) Sacklöcher auf, handelt es sich bei dieser Aufteilungsmethode nicht um die im vierten und sechsten Punkt erwähnte Stapelmethode. Stattdessen handelt es sich um eine versetzte Sacklochaufteilung, die die Herstellungskosten deutlich senkt und den Produktionsprozess optimiert.

Optimierung anderer Stapelstrukturen von HDI-Boards

Ähnliche Optimierungsprinzipien lassen sich auf Laminierungen dritter Ordnung und höhere HDI-PCB-Stackup-Strukturen anwenden, um unnötige Laminierungszyklen zu vermeiden. Das Verschieben von Vias zur Vermeidung gestapelter Vias reduziert Fertigungsschritte und verbessert die Ausbeute im HDI-PCB-Herstellungsprozess.

Es ist wichtig zu beachten, dass HDI-PCB-Stackups zwar zahlreiche Vorteile bieten, aber auch spezielle HDI-PCB-Designrichtlinien und Fertigungskompetenz erfordern. Designer müssen Faktoren wie Signalintegrität, Wärmemanagement und Herstellbarkeit sorgfältig berücksichtigen, um die Vorteile der HDI-Technologie voll auszuschöpfen.

Darüber hinaus arbeiten wir eng mit erfahrenen Leiterplattenherstellern und zuverlässigen HDI-Leiterplattenfertigung Dienstleistungen sind für eine erfolgreiche HDI-Leiterplattenproduktion unerlässlich.

Der übliche HDI-Stack ist wie folgt aufgebaut

Das Verständnis verschiedener HDI-PCB-Stackup-Strukturen bietet Designern mehr Flexibilität bei der Lagenzuordnung, den Routing-Optionen und der Bauteilplatzierung. Dies ermöglicht eine effiziente Nutzung des verfügbaren Platzes und die Optimierung des PCB-Layouts.

Warum Sie sich bei der Produktion von HDI-Leiterplatten für Highleap Electronic entscheiden sollten

Highleap Electronic ist dank seiner fortschrittlichen Fertigungskapazitäten und seiner umfassenden Expertise in der High-Density-Interconnect-Technologie die erste Wahl für die Produktion von HDI-Leiterplatten. Unsere hochmodernen Anlagen sind mit modernsten Maschinen für Präzisions-Laserbohren, Plasmaätzen und fortschrittliche lichtempfindliche Techniken ausgestattet und gewährleisten, dass jede HDI-Leiterplatte höchste Qualitäts- und Leistungsstandards erfüllt.

Wir beschäftigen ein Team hochqualifizierter Ingenieure, die sich auf die Optimierung von Stack-Up-Designs spezialisiert haben, um die Signalintegrität, die Stromversorgung und das Wärmemanagement zu verbessern und sicherzustellen, dass Ihre HDI-Leiterplatten sind sowohl zuverlässig als auch effizient.

Darüber hinaus legt Highleap Electronic Wert auf herausragenden Kundenservice und Support während des gesamten Produktionsprozesses. Von der ersten Designberatung bis zur Auslieferung des Endprodukts arbeiten wir eng mit unseren Kunden zusammen, um ihre spezifischen Anforderungen zu verstehen und maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln, die ihren individuellen Bedürfnissen gerecht werden.

Unser Engagement für kontinuierliche Verbesserung und Innovation stellt sicher, dass wir den Branchentrends und technologischen Fortschritten immer einen Schritt voraus sind und Ihnen modernste HDI-Leiterplattenlösungen die Ihre Projekte mit Zuversicht und Erfolg vorantreiben.

Häufig gestellte Fragen zu HDI PCB Stackup Professional

1. Was sind die wichtigsten Überlegungen zur Optimierung der Signalintegrität in HDI-PCB-Stackups?

Um die Signalintegrität in HDI-PCB-Stackups zu optimieren, müssen sich Designer auf die Minimierung von Übersprechen, die Steuerung der Leiterbahnimpedanz und die Sicherstellung einer korrekten Signalführung konzentrieren. Impedanzkontrolliertes Routing, Differential Pair Routing und die Vermeidung unnötiger Via-Übergänge können die Signalqualität deutlich verbessern.

2. Welchen Einfluss hat die Materialauswahl auf die Leistung von HDI-Leiterplatten?

Die Wahl der Materialien für HDI-Leiterplatten, einschließlich der Art des Dielektrikums und der Kupferfolie, wirkt sich direkt auf die elektrische Leistung, das Wärmemanagement und die mechanische Stabilität der Platine aus. Hochwertige, verlustarme dielektrische Materialien können die Signalgeschwindigkeit erhöhen und Leistungsverluste reduzieren, während hochleitfähiges Kupfer für eine effiziente Stromversorgung sorgt.

3. Welche Vorteile bietet die Verwendung von Microvias in HDI-Leiterplattendesigns?

Microvias in HDI-Leiterplattendesigns ermöglichen eine höhere Komponentendichte und eine verbesserte elektrische Leistung, indem sie kürzere Signalwege ermöglichen und parasitäre Induktivität reduzieren. Sie ermöglichen außerdem mehrschichtige Verbindungen und verbessern so die Gesamtzuverlässigkeit und Signalintegrität der Platine.

4. Wie können Designer thermische Probleme in HDI-Leiterplatten effektiv bewältigen?

Ein effektives Wärmemanagement in HDI-Leiterplatten kann durch den Einsatz von thermischen Durchkontaktierungen, Kühlkörpern und geeigneten Schichtaufbau-Designs erreicht werden. Die Verwendung von Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und die Gewährleistung einer ausreichenden Luftzirkulation im Endprodukt können ebenfalls zur Wärmeableitung und Aufrechterhaltung optimaler Betriebstemperaturen beitragen.

5. Was sind die üblichen Herausforderungen bei der Herstellung von HDI-Leiterplatten und wie können sie bewältigt werden?

Zu den häufigsten Herausforderungen bei der Herstellung von HDI-Leiterplatten gehören das Sicherstellen eines präzisen Bohrens von Mikrovias, die Aufrechterhaltung der Schichtausrichtung und das Erreichen einer gleichbleibenden Laminierungsqualität. Diese Herausforderungen können durch den Einsatz fortschrittlicher Laserbohrtechniken, strenger Qualitätskontrollmaßnahmen und die Zusammenarbeit mit erfahrenen Leiterplattenherstellern, die über spezielles Fachwissen in der HDI-Technologie verfügen, bewältigt werden.