超高密度互连UHDI板

随着电子行业不断朝着更小、更高性能的方向发展,智能手机、可穿戴设备和物联网产品不但需要更紧凑的外形,而且要支持更先进的功能,这些都推动着传统高密度电路板,即HDI板的演进。而超高密度互连板,UHDI板,即是电子行业与PCB制造技术不断演进的产物,它既实现了超高密度互连,又保持了信号完整性和可靠性。
对于UHDI板,我们不能简单地将其理解为是传统HDI板的升级,因为UHDI板除了采用传统HDI制造技术,如激光/镭射钻孔,还采用了IC载板的制造技术,如mSAP、amSAP、SAP……
UHDI板在PCB发展历程中的位置
在PCB板制造行业,PCB板厂通常分为传统PCB板厂和IC载板厂IC Substrate,但随着电子产品功能的不断需求,传统PCB板厂与IC载板厂都在扩展其版图,二者的制造工艺也日趋重叠,所以市场上出现了UHDI板这个细类,如我们之前分享的类载板SLP即是UHDI板的分支。
UHDI的定义与传统HDI的区别
HDI:高密度互连,High Density Interconnect,简称HDI。
UHDI:超高密度互连,Ultra-HDI,简称UHDI。
UHDI板凭借更小的微孔及孔盘、更高的通孔密度和先进的层堆叠技术,超越了传统的HDI板功能。微孔直径及孔盘减小至50μm以下,从而实现了更高的互连密度并释放布线空间。
UHDI板的盲孔和埋孔通常占导通孔总数的80%以上,可以最大限度地减少层间转换并优化信号路径。
UHDI板的设计通常包含12-20层或更多层,支持任意层的HDI堆叠,线宽和间距可小至25μm,可适应倒装芯片BGA和WLCSP等高密度封装。
WLP:晶圆级封装Wafer Level Packaging
CSP:芯片级CSP封装Chip Scale Packaging
WLCSP:晶圆级芯片封装Wafer Level Chip Scale Packaging

Item

UHDI

HDI

Microvia diameter

减小至50um及以下

75-100μm

Blina/Buried Via ratio

> 80

40-60%

Layer count

通常>= 12 layers

< 12layers

Any-layer design

常见设计

有限的支持

Line width/space

25/25μm Min

50/50um Min

目标组件包

先进的倒装芯片BGAWLCSP、超高密度封装

QFP、标准BGA

互连密度

超高

路由效率和空间利用率

最大化布线空间

标准版

UHDI板的核心特征与关键技术
UHDI板结合了超精细结构、先进的过孔技术以及优化的信号和电源布线,可实现极其紧凑且高性能的设计。
核心特征与优势:
  • 超高布线密度和超高密度集成
    支持超过每平方毫米 300 个 I/O 的布线密度,并通过焊盘上通孔布局最大限度地增加可用的布线通道。
    在同等甚至更小的板面内实现远超常规PCB的元件装载密度,是设备微型化的核心技术支撑。
  • 微孔和通孔填充
    用铜或导电膏填充的激光孔/镭射孔确保了机械稳定性和可靠的堆叠/交错配置。
  • 信号/电源完整性与高速性能
    精细线路与受控阻抗(如阻抗控制偏差<5%)显著提升信号完整性,完美适配5G、AI加速器、高速总线等对带宽与信号质量要求严苛的应用场景。
  • 高级多层堆叠
    HDI-on-HDI或无芯Coreless结构可实现不对称层构建,将超细外层与机械强度高的内芯相结合。
  • 结构优势
    采用高纵横比(>1:1)的微孔互连,减少了层间连接的寄生效应,提升了电气可靠性,尤其利于高频应用。
  • 综合成本潜力
    虽然UHDI板工艺复杂,但规模化后,更高的空间利用率与制程优化有望降低单位功能成本,并减少材料消耗。
    在相同功能需求下,高密度布线可以实现走线合并到更小的层次数,这减少了叠层的复杂度,在一定程度上可以对冲UHDI板的制造成本。
关键技术与挑战:
  • 镭射钻孔:更小的孔径和更高的孔密度都是镭射钻孔面临的挑战。
  • 电镀技术:小孔径叠加高纵横比,电镀过程需要精确控制以保证镀层的均匀性与完整性。
  • 高精度蚀刻技术:在线宽和线距不断下探的趋势下,高精度的蚀刻技术将成为决定性因素。
    mSAP工艺是是目前UHDI板制造中广泛应用的一种工艺,能够实现线路的微细化,有效提升布线密度。
  • 薄层压合技术:UHDI板介层厚度多在30um及以下,这要求压合技术能够实现极薄的层厚和均匀性,又能保证可靠的电气性能。
  • 层间对准度技术:精确的层间对准精度对UHDI板性能至关重要。
  • 表面处理技术:表面处理会影响组件的可靠性和长期性能,而不断缩小的焊盘是表面处理技术面临的挑战。
UHDI板的未来趋势
更高的集成度与微型化
随着5G、物联网、高性能计算的普及和AI的不断发展,电子产品集成度也越来越高。uHDI板将是更高密度布线、更小元件封装尺寸的有力选择。所以,uHDI板将在更多高端电子产品中得到应用。
材料
  • 更薄、更精细:采用超薄介电层与更细的玻璃纤维布或非玻璃增强的堆积膜(类似IC载板材料)。
  • 高尺寸稳定性:在层压与图形化过程中保持极低的尺寸变化,以保障对位精度。
  • 优异的电气性能:采用低介电常数(Dk)、低损耗因子(Df)的材料以降低高速信号传输损耗。
  • 高可靠性:具备低且可控的热膨胀系数(CTE)以控制翘曲,并显著提升耐导电阳极丝(CAF)能力,这对微间距设计至关重要。
  • 高频高速基材的应用将成为趋势,以支持5G通信、高性能计算、AI等需求。
工艺
mSAP工艺已经成为UHDI板制造的主流,未来将进一步优化,以实现更高的精度和更低的成本。这包括更高精度的蚀刻和更薄的铜层应用,使得UHDI板能够支持更复杂的电路设计。
智能制造与自动化
随着UHDI板制造工艺的日趋复杂,智能制造和自动化将成为趋势。通过引入人工智能、机器学习和自动化生产线,企业能够提高生产效率,减少人工错误,从而提升产品质量的一致性。
小结
UHDI板契合电子产品微型化和高性能化的需求和趋势,所以UHDI板的技术进步和快速发展完全可期。
相信,随着5G、AI、物联网及边缘计算的普及,UHDI板预计将向工业自动化、高端精密仪器等更广泛的领域渗透。

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