Ultra HDI: Es ist nicht nur ein Schlagwort

Da die Nachfrage nach kleineren, schnelleren und effizienteren elektronischen Geräten weiter wächst, musste sich die Technologie der gedruckten Schaltkarten (PCB) schnell weiterentwickeln, um Schritt zu halten. Eine der neuesten Entwicklungen, die in der Branche Wellen schlägt, ist die Ultra High-Density Interconnect (Ultra HDI)-Technologie.

Für PCB-Designer ist das Verständnis von Ultra HDI wichtig, es stellt einen Sprung nach vorne gegenüber der traditionellen HDI (High-Density Interconnect)-Technologie dar und ermöglicht eine noch größere Miniaturisierung, verbesserte Leistung und erhöhte Zuverlässigkeit. Dieser Artikel wird untersuchen, was Ultra HDI ist, wie es sich von standard HDI unterscheidet und warum es zu einem Schlüsselelement im modernen Elektronikdesign wird.

Was ist Ultra HDI?

Ultra HDI baut auf den Prinzipien von HDI auf, treibt aber die Grenzen in Bezug auf Schaltungsdichte und Miniaturisierung noch weiter voran. Es beinhaltet mehrere bahnbrechende Merkmale, die es Designern ermöglichen, mehr Funktionalität auf kleinerem Raum zu packen.

Wesentliche Merkmale von Ultra HDI

• Extrem feine Leiterbahnen und Abstände: Ultra HDI-PCBs weisen Leiterbahnbreiten und -abstände von bis zu 25 Mikron auf, was deutlich dichter ist als bei traditionellen HDI-Designs. Dies ermöglicht kompaktere Schaltungslayouts und erhöhte Flexibilität bei der Komponentenplatzierung.
• Mikrovias und vergrabene Vias: Ultra HDI verwendet Mikrovias—mit Lasern gebohrte Löcher mit Durchmessern von bis zu 50 Mikron—die mehrere Schichten der PCB verbinden, ohne dass größere mechanische Bohrlöcher erforderlich sind. Dies ermöglicht komplexe, mehrschichtige Strukturen, die die Raumeffizienz maximieren.
• Fortgeschrittene Materialauswahl: Hochleistungsmaterialien werden für die Aufbauschichten ausgewählt, um mechanische Spannungen während der thermischen Ausdehnung zu minimieren und die Signalintegrität zu unterstützen, insbesondere für Anwendungen mit hoher Frequenz wie 5G, IoT und Hochgeschwindigkeitscomputing.

Es gibt viele Herausforderungen bei der Herstellung und Montage von Ultra HDI, und viele davon hängen mit der Verwendung von Mikrovias bei feinmaschigen BGA-Fanouts zusammen. Die Verwendung von kleinen Kupfermerkmalen und Mikrovias ist wesentlich für den Umgang mit komponentenreichen Bauteilen, da diese Merkmale erforderlich sind, um in feinmaschige BGA-Pakete zu routen. Die Verwendung von feinmaschigen BGAs ist ein weiteres zentrales Merkmal von Ultra HDI-Bauten, was diese Technologien zum Hauptermöglicher kleinerer innovativer Produkte macht.

Wie unterscheidet sich Ultra HDI von HDI?

Während die HDI-Technologie bereits eine größere Schaltungsdichte als konventionelle PCB-Designs ermöglicht, geht Ultra HDI noch einen Schritt weiter. Hier ist wie:

• Feinere Feature-Größen: HDI-PCBs haben typischerweise Leiterbahnbreiten und -abstände von etwa 50-75 Mikron, während Ultra HDI diese auf 25 Mikron oder weniger reduziert. Diese höhere Dichte bedeutet mehr Routing-Möglichkeiten innerhalb desselben Platinenraums.
• Mehr fortgeschrittene Via-Strukturen: HDI-Designs verwenden Mikrovias, während die fortschrittlicheren Materialien in Ultra HDI die Verwendung von gestapelten und versetzten Mikrovias mit noch kleineren Durchmessern ermöglichen. Dank der CTE-Anpassung zwischen Kupferfolien und Ultra HDI-Dielektrika sind gestapelte Mikrovias weniger anfällig für Ausfälle als in traditionellen Aufbauten.
• Reduzierte Lagenanzahl im Vergleich zu HDI: Ultra HDI ermöglicht die Konsolidierung von Signalen auf Aufbaulagen, sodass eine Ultra HDI-PCB weniger Lagen haben kann als das gleiche Design, das als HDI-Aufbau konstruiert wurde.

Diese Unterschiede bedeuten, dass Ultra HDI nicht nur eine inkrementelle Verbesserung gegenüber HDI ist – es ist ein signifikanter Schritt nach vorne, der neue Möglichkeiten für PCB-Designer eröffnet, die an Produkten der nächsten Generation arbeiten.

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Warum gewinnt Ultra HDI an Beliebtheit?

Die zunehmende Akzeptanz von Ultra HDI wird durch die sich ständig weiterentwickelnden Anforderungen von Branchen getrieben, die hochmoderne Elektronik mit hoher Leistung, kompakten Formfaktoren und robuster Zuverlässigkeit benötigen. Hier sind einige Schlüsselgründe, warum Ultra HDI zur bevorzugten Lösung für fortschrittliches PCB-Design wird:

Miniaturisierung

Die dünnen Schichten, die in Ultra-HDI-PCB-Stackups verwendet werden, ermöglichen es Designern, mehr Komponenten auf kleinerem Raum zu integrieren. Diese dünnen Schichten sind auch erforderlich, um sehr feine Pitch-BGA-Pakete mit kleinem Ballabstand zu verwenden.

Verbessertes Wärmemanagement

Da elektronische Geräte in zunehmend kompakten Räumen mehr Wärme erzeugen, ist Wärmemanagement eine entscheidende Designüberlegung. Ultra-HDI nutzt fortschrittliche Materialien, die die Wärmeableitung verbessern, das Risiko einer Überhitzung reduzieren und die Zuverlässigkeit der Geräte verbessern.

Zukunft der nächsten Generation Technologien

Industrien bewegen sich hin zu komplexeren und anspruchsvolleren elektronischen Architekturen, wie IoT, autonome Fahrzeuge und von KI gesteuerte Systeme. Die Ultra-HDI-Technologie stellt sicher, dass PCBs in der Lage sind, höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten, größere Datenanforderungen und erhöhte Konnektivitätsbedürfnisse zu bewältigen, was die Produkte anpassungsfähiger für zukünftige Fortschritte macht.

Was bedeutet das für PCB-Designer?

Für Designer bietet Ultra-HDI sowohl neue Möglichkeiten als auch Herausforderungen. Während es beispiellose Miniaturisierungs- und Komplexitätsniveaus ermöglicht, erfordert es auch sorgfältige Überlegungen in Bezug auf Layout, Materialien und Herstellungsprozesse. Die Designregeln sind strenger und erfordern ein höheres Maß an Präzision bei der Platzierung von Komponenten, Via-Strukturen und dem Management der Signalintegrität.

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Zusätzlich müssen Designer eng mit Fertigungsspezialisten zusammenarbeiten, um die Herstellbarkeit zu gewährleisten, da Ultra HDI modernste Fertigungstechniken erfordert, wie zum Beispiel Laserbohren für Mikrovias, fortschrittliche Laminierungsprozesse und hochkontrollierte Ätzmethoden. Materiallieferanten spielen ebenfalls eine wichtige Rolle, da sie Materialien empfehlen können, die für bestimmte Anwendungen und Fertigungsprozesse geeignet sind.

Für PCB-Designer, die an der Spitze bleiben möchten, ist die Beherrschung von Ultra HDI unerlässlich. Das Verständnis seiner Vorteile, Herausforderungen und Implementierungsstrategien wird die Entwicklung von elektronischen Produkten der nächsten Generation ermöglichen, die den Bedürfnissen einer zunehmend anspruchsvollen und kompakten digitalen Welt gerecht werden. Da diese Technologie weiterhin fortschreitet, wird ihre Übernahme wahrscheinlich zum neuen Standard für Hochleistungs-Elektronikdesigns werden.