Wie PCB-Fertigungsunternehmen mit Multilayer- und HDI-Boards umgehen: Technologie, Präzision und Qualität

Im Wettlauf um kleinere, schnellere und leistungsstärkere Elektronik – von 5G-Routern über medizinische Wearables bis hin zu Elektrofahrzeugen – sind Multilayer- und High-Density Interconnect (HDI)-Leiterplatten unverzichtbar geworden. Diese fortschrittlichen Platinen packen mehr Funktionalität auf engstem Raum, aber ihre Komplexität erfordert spezialisiertes Fertigungs-Know-how. Professionelle Hersteller wie LT CIRCUIT nutzen modernste Technologie, strenge Prozesse und Präzisionsausrüstung, um zuverlässige, leistungsstarke Leiterplatten zu liefern. Hier erfahren Sie, wie sie die Kunst der Herstellung dieser kritischen Komponenten beherrschen.

Wichtigste Erkenntnisse
  1. Multilayer-Leiterplatten (3+ Schichten) und HDI-Boards verwenden fortschrittliche Designs (Mikro-Vias, Laserbohren), um die Dichte und Leistung zu steigern.
  2. Präzisionsfertigung – von der Materialauswahl bis zum Laserbohren – stellt sicher, dass diese Platinen strenge Toleranzen für Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Gesundheitswesen erfüllen.
  3. Die HDI-Technologie reduziert die Größe um 40 % und erhöht gleichzeitig die Bauteildichte um über 400 % im Vergleich zu Standard-Leiterplatten.
  4. Strenge Tests (AOI, Röntgen, Thermoschock) garantieren Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen.

Multilayer- vs. HDI-Leiterplatten: Was sie unterscheidet?
Bevor man sich in die Fertigung stürzt, ist es wichtig zu verstehen, wie sich diese Platinen unterscheiden. Beide ermöglichen die Miniaturisierung, aber ihre Designs und Anwendungsfälle variieren:

Der Herstellungsprozess: Vom Design bis zur Auslieferung
Professionelle Hersteller folgen einem strengen, technologiegesteuerten Workflow, um die Qualität sicherzustellen. So verwandeln LT CIRCUIT und andere Designs in zuverlässige Leiterplatten:

1. Design & Engineering: Die Grundlage der Qualität
Jede Platine beginnt mit einem präzisen Design, das sich an Industriestandards (IPC-2226, IPC/JPCA-2315) orientiert. Ingenieure konzentrieren sich auf:

  a. Schichtaufbau: Symmetrische Designs (z. B. 1+N+1 für HDI) verhindern ein Verziehen während der Laminierung. Dedizierte Strom-/Masseebenen reduzieren das Rauschen und verbessern die Signalintegrität.
  b. Via-Planung: HDI-Leiterplatten verwenden Blind- (Oberfläche zur Innenschicht) und Buried-Vias (Innenschicht zur Innenschicht) sowie Mikro-Vias, um eine Überfüllung zu vermeiden. Laserbohren erreicht eine Präzision von 20 μm – kleiner als ein menschliches Haar.
  c. Materialanpassung: Die Dielektrizitätskonstante (Dk) und der Verlustfaktor (Df) werden auf die Endanwendungen zugeschnitten. Für 5G minimieren verlustarme Materialien wie Isola I-Tera MT40 (Df <0,0025) die Signalverschlechterung.

2. Materialauswahl: Leistung trifft auf Zweck
Die richtigen Materialien stellen sicher, dass die Platinen rauen Bedingungen (Hitze, Vibrationen, Feuchtigkeit) standhalten. Hersteller kategorisieren Materialien nach Geschwindigkeit und Verlust:

3. Laminierung & Bohren: Aufbau der Struktur
Die Laminierung verbindet Schichten (Kupfer, Prepreg, Kerne) unter Verwendung von kontrollierter Wärme (180–200 °C) und Druck. LT CIRCUIT erreicht eine Ausrichtung von ±25 μm – entscheidend für 20-Schicht-Platinen.

Beim Bohren unterscheiden sich HDI- und Multilayer-Leiterplatten:

  a. Multilayer-Leiterplatten: Mechanische Bohrer (250.000 U/min) erzeugen Durchgangslöcher mit einer Größe von bis zu 50 μm.
  b. HDI-Leiterplatten: Laserbohrer (CO2 für 30–40 μm, UV für 20 μm) stanzen 1.000 Löcher/Sekunde, wodurch Mikro-Vias ermöglicht werden, die die Routing-Dichte um das 2–4-fache erhöhen.

4. Via-Technologie: Zuverlässiges Verbinden von Schichten
Vias sind die „Brücken“ zwischen den Schichten, und ihre Qualität wirkt sich direkt auf die Leistung aus:

  a. Via-Füllung: Die Galvanisierung füllt Löcher mit Kupfer (15–20 μm Dicke), wodurch die Leitfähigkeit sichergestellt und Signalverluste verhindert werden.
  b. Seitenverhältnis: HDI-Vias verwenden ein Verhältnis von 6:1 (im Vergleich zu 12:1 für Standard), wodurch die Belastung reduziert und die Zuverlässigkeit bei Thermoschocks verbessert wird.
  c. EMI-Reduzierung: Die strategische Platzierung von Vias reduziert elektromagnetische Störungen um 25–40 dB – unerlässlich für medizinische Geräte und Luft- und Raumfahrtsysteme.

5. Qualitätskontrolle: Kein Raum für Fehler
Keine Platine wird ausgeliefert, ohne strenge Tests zu bestehen:

  a. Automatische optische Inspektion (AOI): Kameras und KI erkennen 99,5 % der Oberflächenfehler (nicht ausgerichtete Komponenten, Lötbrücken) schneller als manuelle Kontrollen.
  b. Röntgeninspektion: Zeigt versteckte Fehler (Hohlräume in BGA-Lötstellen) in Multilayer- und HDI-Leiterplatten.
  c. Thermische und mechanische Tests: Die Platinen halten Thermoschocks von -40 °C bis 125 °C und Vibrationstests von 10 G stand, um den realen Einsatz zu simulieren.
  d. Elektrische Tests: Fliegende Sonden prüfen Durchgang, Impedanz (Toleranz ±5 %) und Isolationswiderstand, um Kurzschlüsse oder Unterbrechungen zu erkennen.

Warum einen professionellen Hersteller wählen?
Die Komplexität von Multilayer- und HDI-Leiterplatten erfordert Fachwissen. Der Prozess von LT CIRCUIT liefert:

  a. Höhere Ausbeuten: 95 % der Platinen bestehen die erste Inspektion (im Vergleich zu 70 % bei nicht spezialisierten Herstellern).
  b. Schnellere Bearbeitung: Laserbohren und automatisierte Workflows verkürzen die Produktionszeit um 30 %.
  c. Konformität: Die Einhaltung von IPC-A-600 (Klasse 3 für hohe Zuverlässigkeit) und ISO 13485 (Medizin) gewährleistet die Kompatibilität mit strengen Branchen.

FAQs
F: Wann sollte ich HDI einer Standard-Multilayer-Leiterplatte vorziehen?
A: HDI ist ideal für kleine, leistungsstarke Geräte (Smartphones, Wearables), bei denen der Platz entscheidend ist. Es reduziert die Größe um 40 % und erhöht gleichzeitig die Bauteildichte.

F: Wie hoch ist die maximale Schichtanzahl für Multilayer-Leiterplatten?
A: Professionelle Hersteller wie LT CIRCUIT produzieren bis zu 40 Schichten, geeignet für Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungssysteme.

F: Wie wirken sich Vias auf die Signalintegrität aus?
A: Mikro-Vias und eine optimierte Platzierung minimieren die Induktivität und halten Hochgeschwindigkeitssignale (10+ GHz) intakt – entscheidend für 5G und Radar.

In einer Welt, in der Elektronik von Tag zu Tag kleiner und intelligenter wird, sind Multilayer- und HDI-Leiterplatten das Rückgrat der Innovation. Durch die Zusammenarbeit mit Herstellern, die Präzision, Technologie und Qualität beherrschen, stellen Sie sicher, dass Ihre Produkte den Anforderungen des Marktes von morgen gewachsen sind.