HDI-kretskort | Designgrunder och tillverkningsprocess

Miniatyrisering förändrade allt. Fler lager. Finare spår. Tätare avstånd. Men vanliga kretskort kan inte hålla jämna steg.

Här är HDI – High Density Interconnect. Dessa kort använder mikrovias, tunna dielektrikum och avancerad laminering för att dirigera komplexa signaler i kompakta format. Du hittar dem i smartphones, RF-moduler, medicinska implantat och avancerade förarassistanssystem. Det är inte bara mindre – det är smartare routing, bättre signalintegritet och högre tillförlitlighet.

I den här guiden kommer vi att gå igenom HDI-kretskort och mikroviastrukturer och förklara varför den här tekniken driver modern högpresterande elektronik.

 

 

  

  

Vad är en HDI PCB?

HDI står för High Density Interconnect. Men det är mer än bara ett kompakt kretskort. Det är en avancerad designstrategi som används för att få in mer funktionalitet på mindre utrymme – utan att offra prestanda. Dessa kort använder mikrovias, blinda och nedgrävda vias, ultratunna dielektriska material och flera staplade lager för att uppnå otroligt tät routing.

Du hittar inte dessa i enkla konsumentprylar. Ett högdensitets-sammankopplings-PCB är avgörande i högpresterande system – tänk flyg- och rymdstyrningar, 5G-moduler, LiDAR-system, neurala implantat och militär kommunikation. Överallt där storlek, hastighet och tillförlitlighet spelar roll dyker HDI upp.

De är utformade för att hantera komponenter med fin stigning, ofta under 0.5 mm. Det möjliggör tätare anslutningar, snabbare signaler och minskad elektromagnetisk störning. Traditionella kretskort klarar helt enkelt inte av den komplexitetsnivån.

Det handlar inte bara om att spara utrymme. HDI-kretskortsteknik minskar signalförlust, förbättrar strömförsörjningen och stöder snabbare switchhastigheter. I en värld som drivs av AI, edge computing och kompakta sensorsystem har HDI blivit en viktig infrastruktur – och driver tyst nästa våg av intelligent elektronik inifrån och ut.

Struktur av HDI-kretskort

Nu ska vi prata om vad som gör ett HDI-kort annorlunda underr huven. Traditionella kretskort har stora mekaniskt borrade vior och relativt breda spår. HDI-kretskort använder:

•  laserborrade mikrovias,

•  snävare spåravstånd,

•  och staplade lagerteknik.

Hela strukturen är utformad för att optimera varje kvadratmillimeter. Det finns en tydlig anledning till det: behovet av fler I/O-enheter, mindre komponenter och snabbare signaler.

Lagerstruktur

Vanliga HDI-kretskort följer en 1+N+1-struktur, där:

   

•  "N" är antalet kärnlager.

•  "1" på vardera sidan är de yttre HDI-lagren som är sammankopplade med mikrovias.

Det slutar inte där. Avancerade HDI-layouter använder 2+N+2. Den har:

  

•  Två HDI-lager på toppen och två på botten.

•  Fler routingkanaler. Mer andrum.

Fortfarande inte tillräckligt? Du kan gå vidare: 3+N+3, eller ännu högre. Det är en skalbar metod. Du lägger bara till lager när designen faktiskt behöver dem, vilket håller kostnaderna (och huvudvärken) under kontroll.

Any-layer HDI, även kallat ELIC (Every Layer Interconnect), tar bort begränsningarna. Mikrovias kan nu ansluta två lager direkt – inget behov av att gå steg för steg. Routing blir otroligt effektivt. Så här får din smartphone all den prestandan packad in i ett kort som är mindre än ett kreditkort.

Dessa kort byggs med sekventiell laminering. Det innebär att du laminerar, borrar, pläterar och upprepar processen lager för lager. Detta möjliggör ultraprecisa anslutningar mellan täta interna kretsar.

Strukturen inkluderar vanligtvis:

•  KärnlagerVanligtvis FR-4 eller ett högpresterande laminat.

•  prepregHartsimpregnerade glasfiberark som binder kopparlager.

•  KopparfolieFör signalspår och plan.

•  MicroviasLaserborrade hål med en diameter på mindre än 150 mikron, kopparpläterade.

Alla dessa element samverkar för att stödja BGA:er (Ball Grid Arrays) med 0.4 mm stigning eller mindre. Det är nästan omöjligt med traditionell via-teknik.

En viktig punkt: HDI handlar inte bara om att krympa saker. Det handlar om att möjliggöra tillförlitlig prestanda i kompakta layouter. Det kräver perfekt lagerregistrering, konsekvent genom plätering och exakt uppriktning under tillverkning.

HDI-kretskortsuppbyggnad

Designers säger ofta: om du gör fel stapling kommer brädan att misslyckas – oavsett hur bra din layout är.

En HDI-kretskortsuppsättning är mer än bara ett arrangemang av koppar- och dielektriska lager. Det är en noggrant konstruerad elektrisk arkitektur. Varje lager fyller en funktion – signal, ström, jord, skärmning – och via-strategin binder samman allt.

Låt oss gå igenom en förenklad HDI-uppställning:

1. Översta signalskiktet

2. Dielektrisk (förimpregnerad)

3. Jordplan

4. kärna

5. Kraftplan

6. Dielektrisk

7. Nedre signalskikt

Låter enkelt, eller hur? Inte exakt. I HDI-design skapar mikrovias och blinda/nedgrävda vias vertikala anslutningar mellan specifika lager. Du kan ha en via från lager 1 till lager 2, och en separat nedgrävd via från lager 3 till lager 5. Eller en staplad via som går från lager 1 hela vägen till lager 6.

Dessa val är inte slumpmässiga. De är baserade på:

•  Krav på signaltid

•  Impedanskontroll

•  Överhörningsminimering

•  Strategier för kraftfördelning och frikoppling

För höghastighetsdigitala konstruktioner – till exempel DDR4, USB 3.0 eller HDMI – ser man ofta dedikerade stripline- eller mikrostripimpedansstyrda spår inbäddade i specifika lager. Och allt detta är packat på ett kort som kanske bara är 0.8 mm tjockt.

Avancerade HDI-kretskortsuppsättningar kan inkludera:

•  Flera begravda via lager

•  Hartsbelagda kopparfolier

•  Fyllda och täckta via-in-pad-strukturer

•  Hybridmaterial för specifika elektriska eller termiska egenskaper

Ett verkligt exempel: ett kretskort för en mobil processor kan använda en 3+N+3-stackup, med totalt 10 lager, staplade mikrovias och en hartsfylld via-in-pad för att stödja en 0.35 mm BGA-delning.

Viktig slutsats? I HDI-kretskort är stack-up ett prestandaverktyg – inte barast en mekanisk. Den avgör signalintegritet, EMI-beteende och till och med tillverkningsbarhet.

Laminering och material för HDI-skivor

Vid det här laget är det tydligt att HDI-design bara är halva arbetet. Tillverkning är den andra. HDI-kort byggs genom sekventiella lamineringscykler. Det innebär att lager pressas, borras, pläteras och limmas ett i taget. Varje laminering lägger till nya routingalternativ via mikrovias och nedgrävda vias. Men materialen spelar lika stor roll som processen.

Vanliga material i HDI-kretskort:

•  FR-4 (varianter med hög Tg)Billig och pålitlig för konstruktioner med medelhastighet.

•  polyimidHög termisk stabilitet för flyg- och rymdteknik och försvar.

•  Rogers, Isola, Panasonic MegtronAnvänds i höghastighets-RF/mikrovågs-HDI-applikationer.

•  Halogenfria eller blyfria laminatUppfyller strikta miljöstandarder.

Vad gör material HDI-kompatibla?

•  Hög glasövergångstemperatur (Tg)

•  Låg Z-axelutvidgning

•  Snäva Dk/Df-toleranser för signalintegritet

•  Stabila dielektriska egenskaper över frekvens och temperatur

Laserborrning kräver också material med rent ablationsbeteende, så att kanterna på mikrovias förblir intakta utan skräp eller underskärning. Hartssystem måste flyta ordentligt under laminering men härda med hög styvhet.

Kort sagt, ditt materialval handlar inte bara om kostnad. Det påverkar direkt borrbarhet, tillförlitlighet och RF-prestanda.

Viktiga fördelar med HDI-kretskort

Här är vad som skiljer det åt:

1. Kompakt storlek

HDI-kretskort ger högre routingstäthet på mindre kortyta. Det är avgörande vid design för enheter som bärbara enheter, implantat eller edge-AI-moduler. Det finns inget utrymme för överdimensionerade spår eller djupgående vias. Mikrovias och fineliner-routing låter dig skala ner utan att tappa bort funktioner. Inga döda zoner. Inget slöseri med utrymme. Bara en effektiv layout.

2. Förbättrad signalintegritet

Kortare signalvägar. Färre stubbar. Bättre kontrollerad impedans. Mikrovia minskar induktansen, vilket leder till renare höghastighetssignalöverföring. Det är en stor sak när du routar DDR-, PCIe-, USB 3.2- eller HDMI-signaler.

3. Optimering av lagerantal

Behöver du en 12-lagersplatta? Med HDI kan du få det gjort i 8 lager. Det ger lägre materialkostnad, minskad plattjocklek och enklare laminering. Staplade mikrovias bidrar till effektiv lageranvändning, så att layouten förblir kompakt och effektiv.

4. Minskad överhörning och EMI

Mindre vias = tätare koppling. Det innebär minskade slingarea och mindre utstrålat brus. HDI är idealisk när elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) blir kritisk – som inom medicinska, flygelektroniska eller fordonsapplikationer.

5. Termisk och energihantering

Microvia-in-pad-designer förbättrar värmeavledningen. Dessutom möjliggör mer routingutrymme bättre placering av avkopplingskondensatorer, vilket direkt förbättrar effektleveransen.

6. Mekanisk styrka

Mindre borrning. Inga stora genomgående hål. Bättre kopparbalans. HDI-kort erbjuder mer robusthet under vibrationer och termiska cykler – en viktig faktor inom försvar, flyg- och rymdindustrin och elbilar.

Om PCBasic

Tid är pengar i dina projekt – och PCBasic får det. PCGrundläggande är en PCB monteringsföretag som ger snabba, felfria resultat varje gång. Vår omfattande PCB monteringstjänster inkludera expertkunskapsstöd i varje steg, vilket säkerställer högsta kvalitet på varje kretskort. Som en ledande Tillverkare av PCB-montage, Vi erbjuder en komplett lösning som effektiviserar din leveranskedja. Samarbeta med våra avancerade PCB-prototypfabrik för snabba leveranser och överlägsna resultat du kan lita på.

Vanliga användningsområden för HDI-kretskort

HDI-tekniken är inte begränsad till hemelektronik. Den finns överallt. Här är var HDI dyker upp bakom kulisserna:

1. Smartphones och surfplattor

Utrymme är fienden. HDI-kretskort hjälper till att pressa in processorer, RAM-minne, kameror och batterier i eleganta höljen – utan att kompromissa med prestandan. De flesta moderna smartphones har ELIC HDI-kort med 10+ lager.

2. Medicinsk utrustning

Implanterbara defibrillatorer. Bärbara glukosmätare. Bärbar EKG. Dessa produkter kräver ultrasmå format och strikt tillförlitlighet. HDI gör dem möjliga.

3. Bilelektronik

ADAS, infotainment, LiDAR-styrkort och batterihanteringssystem för elbilar drar alla nytta av HDI-layout. Speciellt med ökande autonoma funktioner är signalintegritet och miniatyrisering oförhandlingsbara.

4. Nätverksutrustning

Routrar, switchar och basstationer behöver HDI-kort för höghastighetsdatarouting, exakt impedanskontroll och minskad EMI.

5. Militär och rymd

Försvarsklassade radarmoduler, avionikprocessorer och navigationskontroller förlitar sig på HDIs hållbarhet och signaltydlighet i extrema miljöer.

Riktlinjer för HDI-kretskortdesign

Att designa ett HDI-kort är delvis vetenskap, delvis konst. Du placerar inte bara spår. Du hanterar fysiken – elektromagnetiskt beteende, termisk expansion och tillverkningsbegränsningar. Det är därför HDI-layouten kräver särskild uppmärksamhet.

Här är det som är viktigast inom HDI-kretskortsdesign. 

1. Via urvalsstrategi

•  MicroviasAnvänd dem för att ansluta två angränsande lager. Undvik att stapla mer än 3 nivåer om det inte är nödvändigt.

•  Staggered vs StackedFörskjutna mikrovias är mer tillförlitliga, men staplade möjliggör tätare BGA-utsläpp.

•  Begravda ViasHåll dem isolerade från de inre lagren. Planera deras placering tidigt för att undvika problem med routing.

2. Via-in-Pad-design

Används i täta BGA-kapslar, särskilt när stigningsavståndet understiger 0.5 mm. Dessa vior måste fyllas, pläteras och planas ordentligt för att undvika lödtransport.

Inte alla tillverkare kan göra detta bra. Rådgör alltid med din HDI-kretskortstillverkare innan du bestämmer dig.

3. Regler för spårning och mellanrum

•  SpårbreddOfta mellan 3–4 mil för HDI.

•  FörbandHåll signalspårsavståndet ≥2× spårbredden om möjligt för att minska överhörning.

•  För kontrollerad impedans, simulera din stack-up med hjälp av fältlösare eller verktyg som Polar Si9000.

4. Att beakta bildförhållande

Mikrovia har låga bildförhållanden – mindre än 1:1. Det är därför djupet mellan lagren är viktigt.

Undvik att placera för många mikrovior på ett och samma ställe. Det kan orsaka porer i hartset eller ojämn kopparplätering.

5. Via fyllnad och tillförlitlighet

Fyllda och täckta vias är viktiga för staplade strukturer. Använd hartsfylld eller elektropläterad fyllning baserat på IPC-standarder.

Ofullständig via ifyllning = tillförlitlighetsproblem = felaktigt kort i fält.

6. DFM- och DFA-kontroller

Innan du tapar ut, kör kontroller för:

•  Borrregistrering

•  Lödmaskjustering

•  Koppar-till-koppar-avstånd

•  Termiska reliefer

•  Via tältning eller övertäckning

Målet? Tillverkningsklar design med minimala revideringar.

HDI PCB tillverkningsprocess

Tillverkning av HDI-kort är inte alls som vanliga kretskort. Det är flerstegs, precisionsdrivet och mycket sekventiellt.

Här är ett förenklat flöde:

1. Avbildning och etsning av inre lager: Inre kopparskikt mönstras med fotolitografi.

2. Kärnlaminering: De etsade kärnorna är laminerade med prepreg och kopparfolie.

3. Laserborrning (mikrovias): Laserborrar vias på under 0.15 mm genom det översta lagret. UV- eller CO2-lasrar används vanligtvis.

4. Avsmearing och hålrengöring: Plasmarengöring säkerställer skräpfria viahål för tillförlitlig plätering.

5. Elektrolös kopparavsättning: Ett tunt kopparlager avsätts inuti mikrovias för konduktivitet.

6. Galvanisering: Ytterligare koppar pläteras för att öka väggtjockleken.

7. Avbildning och etsning av yttre lager: Översta signallager skapas. Fina spår mönstras.

8. Sekventiell laminering: Ytterligare lager läggs till efter behov, och steg 3–7 upprepas för varje HDI-cykel.

9. Via fyllning och planering: Via-in-pad-strukturer fylls med epoxiharts och planariseras via CNC.

10. Lödmask och ytbehandling: ENIG- eller OSP-ytbehandlingar appliceras.

11. Avslutaal Testning: Slutligen bekräftar elektriska tester integriteten.

Denna process kan innefatta flera lamcykler beroende på komplexiteten i uppbyggnaden. Varje cykel medför kostnader och tid, så den måste utformas klokt.

Typer av vias i HDI-routing

I HDI-kort är vias inte bara hål. De är designelement.

Här är en snabb uppdelning:

Vias genomgående hål

Gå från topp till botten. Används inte ofta i HDI på grund av utrymmesslöseri.

Blinda Vias

Anslut det yttre lagret till ett inre lager. Utmärkt för ytmonterad komponentdragning.

Begravda Vias

Håll dig helt inom de inre lagren. Användbart för att hålla de yttre lagren rena.

Microvias

Laserborrad, <150 µm diameter. Ansluter intilliggande lager. Låg induktans och perfekt för HDI.

Staplade Microvias

Placerade direkt ovanpå varandra. Möjliggör vertikal anslutning från topp till kärna.

Staggered Microvias

Förskjuten med en liten mängd. Mer mekaniskt tillförlitlig än staplad.

Via-in-Pad

Placering via direkt under en pad. Används för ultratäta BGA:er och hjälper till att minska induktiv fördröjning.

Varje typ har avvägningar vad gäller kostnad, tillverkningsbarhet och signalprestanda. Ditt val bör vara i linje med layout, uppbyggnad och komponentdelning.

PCBasic: Din pålitliga HDI-kretskortstillverkare i Kina

Design är bara halva ekvationen. Det svåra? Att förvandla designen till ett kort som faktiskt fungerar – in i minsta detalj.

Det är där PCBasic levererar.

Vi tillverkar inte bara kretskort. Vi bygger HDI – från prototyper med tät pitch till fullständiga produktionsserier. Behöver du en 1+N+1? Vi har det du behöver. Kör du 3+N+3 eller ELIC? Inga problem.

Varför ingenjörer väljer PCBasic:

•  Laserborrningsprecision upp till 75 µm

•  Kontrollerad impedansjustering

•  Microvia tillförlitlighetstestning

•  IPC 6012-, ISO- och RoHS-efterlevnad

•  Anpassad stack-up-teknik

•  Snabb HDI-kretskortsprototypning

•  DFM-konsultation ingår

Vi har hjälpt kunder inom medicin-, flyg-, telekom- och fordonsindustrin. Oavsett om du behöver en liten HDI-kretskortsprototyp eller full volymproduktion, är vi rustade att leverera.

Har du ett projekt i åtanke? Låt oss prata.

Slutsats

HDI-kretskort är viktiga idag. De är inte längre bara ett val – de är standarden. När din design behöver mer utrymme, högre hastigheter eller bättre signalintegritet är HDI svaret. Från struktur till uppbyggnad är det avgörande för framgång att förstå detaljerna.

Oavsett om du är en startup eller ett etablerat team, är rätt design och tillverkare viktiga. Precision är allt.

Letar du efter en pålitlig partner för HDI-kretskort? Välj PCBasic eftersom vi kan tekniken och levererar kvalitet varje gång.