Flachgalvanisierung und Lochfüllung in HDI-Leiterplatten: Präzisionstechniken für hochdichte Designs

High-Density Interconnect (HDI) -PCBs haben die Elektronik revolutioniert, indem sie kleinere, schnellere und leistungsfähigere Geräte ermöglicht haben, von 5G-Smartphones bis hin zu medizinischen Implantaten.Im Zentrum dieser fortschrittlichen PCBs liegen zwei kritische FertigungsprozesseDiese Techniken sorgen dafür, daß die winzigen Durchläufe (bis zu 50 μm) und die feinschallenden Spuren in HDI-Konstruktionen elektrisch zuverlässig und mechanisch robust sind.und bereit, die Anforderungen von Hochgeschwindigkeitssignalen zu erfüllen.

In diesem Leitfaden wird untersucht, wie Flachplatte und Lochfüllung funktionieren, ihre Rolle bei der Leistung von HDI-Leiterplatten, Schlüsseltechniken und warum sie für moderne Elektronik unverzichtbar sind.Egal, ob Sie ein kompaktes tragbares Gerät oder ein Hochfrequenz-Radarmodul entwerfen, ist das Verständnis dieser Prozesse unerlässlich, um zuverlässige, leistungsstarke HDI-PCBs zu erzielen.

Wichtige Erkenntnisse
1Flatplattenplattierung erzeugt über HDI-PCBs einheitliche Kupferschichten (± 5 μm Dicke) und sorgt für eine gleichbleibende Impedanz (50Ω/100Ω) für Hochgeschwindigkeitssignale (25Gbps+).
2Durch die Durchfüllung von Löchern (durch leitfähige oder nicht leitfähige Materialien) werden Luftbeutel in Mikrovia beseitigt, wodurch der Signalverlust um 30% reduziert und die Wärmeleitfähigkeit um 40% verbessert wird.
3Verglichen mit der herkömmlichen Plattierung reduziert die flache Elektroplattierung die Oberflächenrauheit um 50%, was für die Minimierung der Signaldämpfung bei Hochfrequenzkonstruktionen entscheidend ist.
4.Industrien wie Luft- und Raumfahrt, Telekommunikation und Medizinprodukte verlassen sich auf diese Techniken, um HDI-PCBs mit 0,4 mm Abstand BGA und 10.000+ Via pro Quadratzoll zu erreichen.

Was sind Flachplattierung und Lochfüllung in HDI-PCBs?
HDI-PCBs erfordern dicht verpackte Komponenten und winzige Durchläufe, um Platz zu sparen, aber diese Eigenschaften schaffen einzigartige Herausforderungen bei der Herstellung.
Flat Electroplating: Ein spezialisierter Elektroplating-Prozess, bei dem eine gleichmäßige Kupferschicht über die PCB-Oberfläche und in die Durchläufe gelegt wird, um eine glatte, gleichmäßige Oberfläche mit minimaler Dickenvariation zu gewährleisten.Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung einer kontrollierten Impedanz in Hochgeschwindigkeitsspuren.
2.Hole Filling: Der Prozess der Füllung von Mikrovia ( winzigen Löchern, die Schichten verbinden) mit leitfähigen oder nicht leitfähigen Materialien, um Hohlräume zu beseitigen, die mechanische Festigkeit zu erhöhen,und die thermische und elektrische Leistung verbessern.

Warum HDI-PCB diese Prozesse benötigen
Bei herkömmlichen Leiterplatten mit großen Durchgängen (≥ 200 μm) kann ein Standardplattierungssystem verwendet werden, aber HDI-Konstruktionen mit Mikrovia (50-150 μm) erfordern eine hohe Präzision:
a.Signalintegrität: Hochgeschwindigkeitssignale (25 Gbps+) sind empfindlich gegenüber Oberflächenrauheit und Impedanzschwankungen, die durch flaches Galvanisieren minimiert werden.
b.Mechanische Zuverlässigkeit: Ungefüllte Durchläufe wirken als Spannungspunkte, wodurch während des Wärmezyklus Risse entstehen können.
c.Wärmeverwaltung: Gefüllte Durchläufe führen Wärme von heißen Komponenten (z. B. 5G-Transceiver) weg und senken die Betriebstemperaturen um 15 ̊20 °C.

Flachelektroplattierung: Einheitliche Kupferschichten
Flaches Galvanisieren sorgt dafür, dass die Kupferdicke auf der Leiterplatte gleich bleibt, auch in engen Räumen wie an Wänden und unter Komponenten.

Wie funktioniert die Flachplatte?
1.Vorbehandlung: Das PCB wird gereinigt, um Oxide, Öle und Verunreinigungen zu entfernen, um eine angemessene Kupferhaftung zu gewährleisten.
2.Elektrolytbad Einrichtung: Das PCB wird in ein Kupfersulfat-Elektrolytbad mit Zusatzstoffen (Levellern, Aufhellungsmitteln), die die Kupferdeposition kontrollieren, eingetaucht.
3.Stromanwendung: Es wird ein geringer, geregelter Strom (13 A/dm2) aufgetragen, wobei das PCB als Kathode fungiert.gleichmäßig über die Oberfläche und in die Durchläufe abgelagert.
4.Ebenstellungsmittel: Zusatzstoffe im Elektrolyt wandern in hochströmende Bereiche (z. B. Spurenkante), verlangsamen dort die Kupferablagerung und sorgen für eine gleichmäßige Dicke.
Ergebnis: Kupferdickenvariation von ±5 μm im Vergleich zu ±15 μm bei herkömmlicher Plattierung, die für die hohen Impedanztoleranzen (±10%) von HDI-Inhibitoren kritisch ist.

Vorteile der Flachplattierung in HDI-PCBs
1.Kontrollierte Impedanz: Durch eine einheitliche Kupferdicke bleibt die Spurenimpedanz innerhalb der Konstruktionsspezifikationen (z. B. 50Ω ± 5Ω für HF-Signale), wodurch die Signalreflexion reduziert wird.
2.Reduzierter Signalverlust: Glatte Oberflächen (Ra < 0,5 μm) minimieren bei hohen Frequenzen (28 GHz +) den Verlust der Hautwirkung und übertreffen die herkömmliche Beschichtung (Ra 1 ‰ 2 μm).
3Verbesserte Schweißbarkeit: Flachflächen sorgen für eine gleichbleibende Schweißverbindungsbildung, die für BGA mit 0,4 mm Abstand von entscheidender Bedeutung ist, wo selbst kleine Schwankungen zu Öffnungen oder Kurzschlägen führen können.
4.Verbesserte Zuverlässigkeit: Einheitliche Kupferschichten widerstehen beim thermischen Zyklus (-40 °C bis 125 °C) dem Riss, ein häufiger Fehlerpunkt bei HDI-PCBs.

Löcher füllen: Leere in Mikrovia beseitigen
Mikrovia in HDI-PCBs (50-150 μm Durchmesser) sind zu klein für die traditionelle Durchlöcherbeschichtung, die Hohlräume hinterlässt.Die Löcherfüllung löst dies durch vollständige Füllung der Durchläufe mit leitfähigen oder nicht leitfähigen Materialien.

Arten von Bohrungen

Warum es wichtig ist, Löcher zu füllen
1.Elimination von Leeren: Leeren in den Durchgängen fangen Luft ein, was Signalverlust (aufgrund von dielektrischen Konstantenvariationen) und thermische Hotspots verursacht.
2.Mechanische Festigkeit: Die gefüllten Durchläufe dienen als Strukturunterstützung, verhindern die Verformung von PCB während der Lamierung und reduzieren die Belastung der Lötverbindungen.
3.Wärmeleitfähigkeit: Leitfähige Kupfer-gefüllte Durchläufe übertragen 4x besser Wärme als ungefüllte Durchläufe, was für wärmeempfindliche Komponenten wie 5G-PA-Module von entscheidender Bedeutung ist.
4Vereinfachte Montage: Gefüllte und planarisierte Durchläufe erzeugen eine flache Oberfläche, die eine genaue Platzierung feiner Bauteile ermöglicht (z. B. 0201 Passive).

Der Prozess, die Lücke zu füllen
Für eine leitfähige Befüllung aus Kupfer (am häufigsten bei HDI-PCB mit hoher Zuverlässigkeit):
1.Vorbereitung: Die Mikrovia werden (laser- oder mechanisch) gebohrt und abgeschmiert, um Epoxidrückstände zu entfernen und die Kupferhaftung zu gewährleisten.
2.Seed Layer Deposition: Eine dünne (0,5 μm) Kupfer-Samen-Schicht wird über Wände aufgebracht, um das Galvanisieren zu ermöglichen.
3Elektroplattierung: Es wird ein hoher Strompuls (510 A/dm2) aufgetragen, der dazu führt, dass sich Kupfer schneller an der Unterseite ablagert und von innen nach außen gefüllt wird.
4Planalisierung: Überschüssiges Kupfer auf der Oberfläche wird durch chemische mechanische Polierung (CMP) entfernt, wodurch die Via gefüllt und mit der PCB-Oberfläche gespült wird.

Vergleiche zwischen traditioneller und HDI-Belagung/Füllung
Bei herkömmlichen PCB-Prozessen gibt es Probleme mit den winzigen Eigenschaften von HDI, weshalb ein flaches Galvanisieren und ein Lochfüllen unerlässlich sind:

Anwendungen, bei denen eine flache Elektroplattierung und ein Lochfüllen erforderlich sind
Diese Techniken sind in Branchen von entscheidender Bedeutung, in denen die Leistung und Zuverlässigkeit von HDI-PCBs nicht verhandelbar sind:
1Telekommunikation und 5G
a.5G-Basisstationen: HDI-PCBs mit Kupfer-gefüllten Durchgängen und flacher Plattierung verarbeiten 28GHz/39GHz mmWave-Signale und gewährleisten einen geringen Datenverlust und einen hohen Datendurchsatz (10Gbps+).
b.Smartphones: 5G-Smartphones verwenden HDI-PCBs mit 6 ̊8 Schichten mit 0,4 mm Tonhöhe und setzen auf diese Prozesse, um Modems, Antennen und Prozessoren in schlanke Designs zu bringen.
Beispiel: Die Hauptplatte eines führenden 5G-Smartphones verwendet mehr als 2.000 Kupfer-gefüllte Mikrovia und flache elektroplatierte Spuren, die eine Downloadgeschwindigkeit von 4 Gbps in einem 7,5 mm dicken Gerät ermöglichen.

2. Medizinische Geräte
a.Implantatoren: Herzschrittmacher und Neurostimulatoren verwenden biocompatible (ISO 10993) HDI-PCBs mit epoxy-gefüllten Durchgängen, die eine Zuverlässigkeit in Körperflüssigkeiten gewährleisten und die Größe im Vergleich zu herkömmlichen PCBs um 40% reduzieren.
b. Diagnoseausrüstung: Die tragbaren Blutanalysatoren verwenden plattierte HDI-PCBs, um winzige Sensoren und Prozessoren mit gefüllten Durchgängen zu verbinden, die das Eindringen von Flüssigkeiten verhindern.

3Luft- und Raumfahrt
a.Satelliten-Nutzlasten: HDI-PCBs mit Kupfer-gefüllten Durchgängen sind beständig gegen Strahlung und extreme Temperaturen (-55°C bis 125°C),mit einer Flachplatte, die eine stabile Signalintegrität für die Satellitenkommunikation gewährleistet.
b.Militärische Funkgeräte: Robuste HDI-PCBs nutzen diese Verfahren, um in kompakten, stoßbeständigen Gehäusen eine Hochfrequenzleistung (18 GHz) zu erzielen.

4. Industrieelektronik
a.Automotive ADAS: HDI-PCBs in Radarsystemen und LiDAR-Systemen sind für die Schwingungsbeständigkeit (20G+) auf gefüllte Durchläufe und für die Integrität des 77GHz-Signals auf flache Plattierung angewiesen, was für die Kollisionsvermeidung entscheidend ist.
b.Robotik: Kompakte Roboterarm-Controller verwenden HDI-PCBs mit 0,2 mm Abstandskomponenten, die durch flaches Galvanisieren und Lochfüllen ermöglicht werden, um die Größe zu reduzieren und die Reaktionszeiten zu verbessern.

Herausforderungen und Lösungen bei der HDI-Plattierung/Füllung
Diese Prozesse ermöglichen zwar Innovationen im Bereich der HDI, bringen aber auch besondere Herausforderungen mit sich:

Häufig gestellte Fragen
F: Was ist der kleinste Durchgang, der mit diesen Techniken gefüllt werden kann?
A: Mit dem Laser gebohrte Mikrovia von 50 μm können zuverlässig mit Kupfer oder Epoxid gefüllt werden, obwohl 100 μm für die Herstellbarkeit häufiger verwendet werden.

F: Ist eine nichtleitende Füllung (Epoxidextrin) so zuverlässig wie eine Kupferfüllung?
A: Für Signalleitungen bietet die Epoxidhüllung eine gute mechanische und thermische Leistung zu geringeren Kosten.

F: Wie beeinflusst die flache Galvanisierung die PCB-Flexibilität?
A: Bei der Flachplattierung werden dünnere Kupferschichten (1235 μm) als bei der herkömmlichen Plattierung verwendet, wodurch sie für flexible HDI-PCBs (z. B. faltbare Telefonscharniere) mit verbesserter Biegbarkeit geeignet sind.

F: Wie lange dauert die typische Vorlaufzeit für HDI-PCBs bei diesen Verfahren?
A: 10­14 Tage für Prototypen, verglichen mit 5­7 Tagen für herkömmliche PCB, aufgrund der präzisen Schritte beim Plattieren und Füllen.

F: Sind diese Verfahren mit RoHS und anderen Umweltnormen vereinbar?
A: Ja, Kupferbeschichtung und Epoxidfüllung verwenden bleifreie Materialien, die den Normen RoHS, REACH und IPC-4552 für Elektronik entsprechen.

Schlussfolgerung
Flatplattenplatten und Lochfüllungen sind die unbekannten Helden der HDI-PCB-Fertigung, die die Miniaturisierung und hohe Leistung ermöglichen, die moderne Elektronik definieren.Durch einheitliche KupferschichtenDiese Prozesse ermöglichen es, mehr Funktionalität in kleinere Räume zu packen, von 5G-Smartphones bis hin zu lebensrettenden Medizinprodukten.
Da sich HDI-PCBs weiterentwickeln (mit Sub-50μm-Vias und 112Gbps-Signalen am Horizont), werden die flache Galvanisierung und die Lochfüllung noch kritischer werden.Hersteller und Konstrukteure, die diese Techniken beherrschen, werden in einem Markt, in dem die Größe, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit sind alles.
Letztendlich beweisen diese Präzisionsprozesse, dass die kleinsten Details bei der PCB-Herstellung oft die größten Auswirkungen auf die Geräte haben, auf die wir uns täglich verlassen.