Von HDI zu Ultra HDI: Via-Struktur im PCB-Design

Wenn Sie mit HDI-Technologie (High-Density Interconnect) gearbeitet haben, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass die Branche die Grenzen des Möglichen immer weiter verschiebt. Traditionelle HDI-Designs haben sich auf lasergebohrte Mikrovias von etwa 4 Mil Größe verlassen, mit Fangpad-Durchmessern, die typischerweise 8–10 Mil größer sind. Doch die Technologie steht niemals still, und nun bringt Ultra HDI die Dinge auf ein völlig neues Niveau, indem die Via-Struktur und -Dichte auf Weisen neu definiert werden, die zuvor undenkbar waren.

Ultra HDI: Größenreduzierung

Die Ultra-HDI-Technologie dreht sich darum, die Größenmerkmale von gedruckten Schaltungsplatinen auf das Äußerste zu treiben, und das schließt nicht nur Leiterbahnen, sondern auch Mikrovias ein. Wir betrachten nun Via-Größen, die so klein wie 2 Mil sind, mit absoluten Mindestfangpads von 6 Mil – obwohl 8 Mil immer noch ein Sweet Spot für Zuverlässigkeit ist. Um das in Perspektive zu setzen, bedeutet dies, dass Sie ein 75-Mikron-Via mit einem 8–10 Mil Fangpad haben können, was Ihren PCB-Fußabdruck dramatisch verkleinert und die Verwendung von hochdichten Komponenten ermöglicht.

Warum ist das wichtig? Weil mit der zunehmenden Komplexität und Kompaktheit elektronischer Geräte die Nachfrage nach höheren Verbindungsdichten weiter steigt. Ultra HDI macht es möglich, mehr Funktionalität auf kleinerem Raum zu packen, ohne dabei die Zuverlässigkeit zu opfern. Es ist ein Game-Changer für Branchen, die die Grenzen der Miniaturisierung ausreizen, wie die Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte und Hochleistungsrechnen.

Die Technologie hinter Ultra HDI

Was macht Ultra HDI möglich? Die Antwort liegt in fortschrittlicher Aufbautechnologie, ultra-dünnen Materialien und präzisen Via-Fülltechniken.

Zuerst sprechen wir über die Build-up-Technologie. Ultra HDI setzt auf unglaublich dünne dielektrische Schichten und ultra-dünnes Kupferfolie (z.B. 1/4 oz./sq. ft. Kupfergewicht), um seine engen Toleranzen zu erreichen. Diese dünnen Materialien ermöglichen die Herstellung feinerer Merkmale mit engeren Toleranzen als bei gröberem Ätzen, was hilft, die Signalintegrität auf dünnen Schichten zu bewahren. Der Schlüssel zum Erfolg liegt darin, das Via-Aspektverhältnis (Materialdicke zu Via-Durchmesser-Verhältnis) unter 1:1 zu halten. Wenn Sie beispielsweise ein 2 mil Via entwerfen, muss Ihre dielektrische Schicht weniger als 2 mil dick sein. Das bedeutet in der Regel, mit 35-Mikron oder sogar 25-Mikron-Dielektrika zu arbeiten. Ein etwas größeres 3 mil Via könnte eine 2 mil dicke dielektrische Schicht erlauben, aber in jedem Fall ist Präzision entscheidend.

Dann gibt es die Herausforderung, vergrabene Vias in den internen Ultra-HDI-Schichten zu füllen. Bei diesen Maßstäben ist das Füllen von gestaffelten vergrabenen Vias mit Harz keine zuverlässige Option, da PCB-Materialharze Schwierigkeiten haben werden, den offenen Raum in einem vergrabenen Via zu füllen. Stattdessen müssen Vias mit Kupfer gefüllt werden, um eine zuverlässige elektrische Leistung und strukturelle Integrität zu gewährleisten. Kupfergefüllte Vias verbessern die Signalintegrität und thermische Leistung, beides ist entscheidend für Hochfrequenzanwendungen und Designs mit extremen Platzbeschränkungen. Durch die Eliminierung von Lufttaschen und die Verbesserung der Leitfähigkeit hilft das Kupferfüllen, Ultra HDI zuverlässig zu machen.

Einfluss von Ultra HDI auf Via-Strukturen

Einer der größten Vorteile von Ultra HDI ist die Fähigkeit, die Trace-Routen für Hochgeschwindigkeitssignale auf eine kleinere Anzahl von Schichten zu konsolidieren. Zum Beispiel kann ein HDI-Design, das eine minimale Trace-Breite von 2 mil und einen minimalen Via-Durchmesser von 4 mil erforderte, als Ultra-HDI-Design mit einer Trace-Breite von 1 mil und einem Via-Durchmesser von 2-3 mil eine viel höhere Dichte erreichen. Mit kleineren Vias und dünneren dielektrischen Schichten können Designer mehr Traces pro Quadratzoll in eine hochdichte Komponente bei dünneren Trace-Breiten bei derselben Impedanz wie auf dickeren Schichten routen.

Zusätzlich verbessert Ultra HDI die Stromverteilung und das thermische Management. Die Verwendung von kupfergefüllten Vias verbessert die Wärmeableitung, was für Hochleistungsanwendungen wesentlich ist. Die kleineren Via-Strukturen reduzieren auch die parasitäre Kapazität und Induktivität, was zu einer besseren Leistung bei Hochgeschwindigkeits- und RF-Designs führt. Als Ergebnis adoptieren Branchen, die eine präzise Signalperformance benötigen, wie Telekommunikation und fortschrittliches Computing, Ultra HDI schnell, um ihre sich entwickelnden Bedürfnisse zu erfüllen.

Der Einfluss auf Via-Strukturen ist tiefgreifend. Traditionelle Durchgangsbohrungen und selbst konventionelle Mikrovias reichen für Designs der nächsten Generation nicht mehr aus. Ultra HDI ermöglicht gestapelte und versetzte Via-Strukturen mit engeren Abständen, was die Schichtverbindungen und die Designflexibilität verbessert. Dies erlaubt eine effizientere Nutzung des Platinenplatzes und erhöht die Zuverlässigkeit in mission-kritischen Anwendungen.

Frühzeitige Planung und Partnerschaft mit dem Hersteller

Die Ultra HDI-Technologie ist spannend, führt aber auch neue Komplexitäten ein. Bei solch engen Toleranzen und fortschrittlichen Materialien ist die Fertigung nichts, was man als selbstverständlich ansehen kann. Deshalb ist eine frühzeitige Zusammenarbeit mit Ihrem PCB-Hersteller wesentlich.

Das Design für Ultra HDI beschränkt sich nicht nur auf die Verkleinerung von Vias; es geht darum, den gesamten Prozess – von der Materialauswahl bis zu den Fertigungstechniken – für den Erfolg zu optimieren. Eine enge Zusammenarbeit mit Ihrem Hersteller während der Designphase hilft dabei, potenzielle Hindernisse zu identifizieren, bevor sie zu kostspieligen Problemen werden. Angesichts der erforderlichen Präzision können selbst kleine Anpassungen frühzeitig größere Kopfschmerzen später verhindern.

Technologie auf dieses Niveau zu bringen, kann mit zusätzlichen Fertigungskosten verbunden sein. Aber ein proaktiver Ansatz kann helfen, diese Ausgaben zu mildern. Indem Sie frühzeitig mit Ihrem Hersteller zusammenarbeiten, können Sie sicherstellen, dass Prozessoptimierungen vorhanden sind, was das Risiko kostspieliger Neugestaltungen reduziert und die Gesamtherstellbarkeit verbessert.

Wenn Sie an Designs arbeiten, die eine höhere Dichte, bessere Signalintegrität und Spitzenleistung erfordern, könnte Ultra HDI die Lösung sein, die Sie suchen. Aber denken Sie daran, der Erfolg mit Ultra HDI beginnt mit der Planung. Die Einbindung eines erfahrenen Herstellers früh im Prozess kann den Unterschied ausmachen zwischen einem Design, das funktioniert, und einem, das kostspielige Überarbeitungen benötigt.