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一次概括HDI板的种种!

2021-06-05 11:27

  着手持式、便携式电子产品及其线路板的尺寸不断缩小,设计师们正面临解决传统印制板与高密度互连(HDI板)之间差异的问题。HDI板之所以不断进步,主因是半导体封装技术的带动,但这些差异在互连密度上可能会大于一个数量级。

半导体封装

  PCB设计工艺进一步复杂,很多提供多芯片或多功能半导体封装的公司都不得不大幅增加I/O数,同时减小接触尺寸和间距。I/O增多、间距变小的部分原因是OEM需要在不断变小的空间里增加更多性能。传统PCB设计受到挑战,一些公司摒弃了部分或全部的传统半导体封装。

  例如系统级封装(System-in-package ,简称SiP),不论是晶片堆叠式还是封装堆叠式,都快速渗透到了主要的细分市场中,但都有几个共同点:即上市时间更短、尺寸更小且成本更低。面积效率已经最大程度地涉及到了消费类电子产品领域中。这种混合功能式SiP方案已经在小尺寸外形系统中十分常见,例如手机、存储卡及其他便携式电子产品,并且其数量在快速增加。

  相比之下,开发商开始普遍采购不加外壳的裸芯片,这种元件用于倒装芯片安装。虽然倒装芯片最初被认为是I/O相对较低的芯片,将芯片四周的接触位置重新布置为更加均匀的排列方式后,体积更大且I/O更高的芯片元件就可应用于商业用途。关于倒装芯片的安装,芯片部分和HDI板之间的互连通常是通过合金凸点或合金球来实现,至于超细间距应用,虽然凸起的铜柱接触点非常小,但与常规回流焊工艺兼容。

达到更高的电路密度

  工艺改进包括更高效的成像能力、蚀刻和电镀化学得到改善、基材与层压方法更精细。很多用户公司鉴定关键供应商的专业水平和能力,建立长期合作关系。关于指定窄铜导线宽度和间距,IPC-2226针对内部位置和外部位置定义了三种HDI板复杂程度(表1)。

表1: IPC-2226给出了HDI技术的复杂级别

  很多制造商都采用了激光技术直接将电路图形式从CAD文件转移到面板的光阻涂层上,从而简化了工艺流程。激光直接成像(LDI)和数字成像(DI)系统已成为PCB制造业各种细分市场中的主流技术。直接成像消除了准备底片时所需的繁复工艺步骤,避免了聚合物底片因热量及湿度变化而导致的物理变形。

通孔及导通孔成形方法

1、机械钻孔

世界上有很多公司生产钻孔系统,从小批量使用的单轴钻头系统,到大批量生产所需的多轴钻头系统。机械钻孔是电路板成本最低且效率最高的打孔方法。最新几代的精密NC钻孔系统都是为了达到高精度和高产量而设计的,很多系统都支持层压后外形铣板功能。

关于指定导通孔尺寸,机械钻孔和电镀导通孔孔径可达到100 μm至150 μm (4−6 mils),但选择钻取孔径为200 μm (8 mil)的钻头则更切合实际一些,这样的孔更不容易出现破损,因为钻嘴锋利,使用寿命长。

2、激光烧蚀

激光烧蚀和电镀导通孔有5个常见种类:通孔、盲孔、埋孔、叠孔及交错孔。激光烧蚀和电镀的通孔通常用于连接线路板外表层的导体,以及实现多层电路结构中内层的连接。除了通孔应用外,激光烧蚀和电镀盲孔可以实现线路板任意一个外表面与指定内层上的导体连接。

这种工艺用于更复杂的结构,要求电路层依次进行加工和层压,在铜箔上烧蚀和电镀通孔,并且要在层压下一层之前化学蚀刻出电路特征。叠层孔的另一种变体是交错孔,也就是一层上的通孔焊盘会和另一层上的稍有偏移。

导通孔直径与铜及介质总厚度的孔径比是关键问题。导通孔直径与焊盘直径的比例要求可能会因为供应商的不同而不同,但下表可以作为参考依据(表2)。

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