Bahan Lanjutan untuk Produksi PCB HDI: FR4, Polyimide, BT-Epoxy & Beyond

PCB High-Density Interconnect (HDI) telah merevolusi elektronik dengan memungkinkan perangkat yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih kuat – mulai dari smartphone 5G hingga implan medis.Inti dari inovasi ini terletak pada bahan canggih yang menyeimbangkan kinerja listrikTidak seperti PCB standar, desain HDI bergantung pada substrat khusus, foil tembaga dan penguat untuk mendukung mikro (≤150μm),jejak nada halus (3/3 mil), dan jumlah lapisan yang tinggi (hingga 20 lapisan).

Panduan ini mengeksplorasi bahan yang paling penting dalam manufaktur HDI, membandingkan sifat, aplikasi, dan metrik kinerja mereka.Dari varian FR4 canggih ke poliamid berkinerja tinggi dan BT-epoksi, kami akan merinci bagaimana masing-masing bahan memecahkan tantangan unik dalam frekuensi tinggi, desain kepadatan tinggi.Memahami bahan-bahan ini adalah kunci untuk mengoptimalkan keandalan dan kinerja.

Hal-Hal Utama
1Keanekaragaman bahan: PCB HDI memanfaatkan FR4 canggih, poliamida, BT-epoksi, PTFE, dan ABF (Ajinomoto Build-up Film) untuk memenuhi kebutuhan khusus dari kehilangan sinyal rendah hingga desain fleksibel.
2.Performance Drivers: Dielektrik konstan (Dk), faktor disipasi (Df), dan suhu transisi kaca (Tg) adalah kritis; bahan rendah Dk/Df (misalnya,PTFE) unggul dalam aplikasi frekuensi tinggi (> 10GHz).
3Inovasi Tembaga: Foil tembaga yang sangat halus dan tipis memungkinkan jejak yang lebih halus (50μm) dan mengurangi hilangnya sinyal dalam desain 5G dan mmWave.
4.Sinergi manufaktur: Bahan harus bekerja dengan proses HDI seperti pengeboran laser dan laminasi berurutan
5.Fokus Aplikasi: Polyimide mendominasi HDI fleksibel; BT-epoxy bersinar dalam elektronik otomotif; FR4 canggih menyeimbangkan biaya dan kinerja dalam perangkat konsumen.

Bahan Inti dalam Manufaktur PCB HDI Lanjutan
PCB HDI bergantung pada serangkaian bahan, masing-masing disesuaikan untuk memenuhi permintaan listrik, termal, dan mekanis tertentu.

1Substrat Dielektrik: Dasar Integritas Sinyal
Bahan dielektrik memisahkan lapisan konduktif, mengendalikan kecepatan sinyal, kehilangan, dan impedansi.

Pembagian Kinerja Menurut Frekuensi
a.<10GHz (misalnya, Wi-Fi 6): FR4 canggih (misalnya, Isola FR408HR) menawarkan kinerja yang cukup dengan biaya yang lebih rendah.
b.10-30GHz (misalnya, 5G sub-6GHz): kehilangan keseimbangan dan stabilitas BT-epoksi dan poliamid.
c.>30GHz (misalnya, mmWave 28/60GHz): PTFE dan ABF meminimalkan attenuasi sinyal, penting untuk radar dan tautan satelit.

2Foil tembaga: Memungkinkan jejak halus dan kehilangan rendah
Foil tembaga membentuk jalur konduktif dalam PCB HDI, dan kualitasnya secara langsung mempengaruhi integritas sinyal, terutama pada frekuensi tinggi.

Mengapa Kerapatan Permukaan Penting: Pada frekuensi tinggi, arus mengalir di dekat permukaan tembaga (efek kulit).peningkatan kehilangan √ tembaga ultra-lembut mengurangi ini dengan 30% pada 60GHz dibandingkan dengan tembaga standar.

3Bahan penguat: Kekuatan dan kompatibilitas proses
Penguatan (biasanya berbasis kaca) menambah kekuatan mekanik pada substrat dielektrik dan memungkinkan proses manufaktur HDI seperti pengeboran laser.

4. Penutupan Permukaan dan Topeng Solder: Melindungi dan Menghubungkan
Penutup permukaan melindungi tembaga dari oksidasi dan memastikan pengelasan yang dapat diandalkan, sementara topeng pengelasan mengisolasi jejak dan mencegah sirkuit pendek.

Pemilihan bahan untuk aplikasi HDI khusus
Memilih bahan yang tepat tergantung pada frekuensi aplikasi, lingkungan, dan kebutuhan keandalan:
1. 5G dan Telekomunikasi
Tantangan: Frekuensi tinggi (2860GHz) membutuhkan kerugian rendah dan Dk yang stabil.
Solusi: substrat PTFE (misalnya, Rogers RT/duroid 5880) dengan tembaga ultra-lemes mengurangi kehilangan sisipan menjadi 0,3dB/inci pada 60GHz.
Contoh: Sel kecil 5G menggunakan PTFE HDI dengan finishing ENIG, mencapai kecepatan data 10Gbps dengan konsumsi daya 20% lebih sedikit.

2. Elektronik Otomotif
Tantangan: Suhu ekstrim (-40°C sampai 125°C) dan getaran.
Solusi: BT-epoxy substrat dengan kaca yang bisa dibor dengan laser dan ENEPIG finish tahan terhadap kelembaban dan siklus termal.
Contoh: Modul radar ADAS menggunakan BT-epoxy HDI, mempertahankan kinerja 77GHz selama 100.000+ mil.

3Perangkat Fleksibel dan Wearable
Tantangan: Membutuhkan fleksibilitas dan daya tahan.
Solusi: Substrat poliamida dengan tembaga RA tahan 100.000+ tikungan (radius 1 mm) tanpa jejak retakan.
Contoh: Pelacak kebugaran menggunakan HDI fleksibel dengan poliamida, yang memadai 3 kali lebih banyak sensor dalam kasus 40mm.

4. Data Berkecepatan Tinggi (Server, AI)
Tantangan: 112Gbps sinyal PAM4 membutuhkan dispersi minimal.
Solusi: Film ABF dengan stabilitas tembaga ultra-lemes ∆Dk (± 0,05) memastikan kontrol impedansi (100Ω ± 5%).
Contoh: Switch pusat data menggunakan ABF HDI, mendukung throughput 800Gbps dengan latensi 30% lebih rendah.

Tren dan Inovasi Bahan HDI
Industri HDI terus berkembang, didorong oleh permintaan untuk frekuensi yang lebih tinggi dan faktor bentuk yang lebih kecil:

1. Nanocomposites Low-Dk: Bahan baru (misalnya, PTFE yang diisi keramik) menawarkan Dk <2.0, yang ditujukan untuk aplikasi 100GHz +.
2Komponen tertanam: Dielektrik dengan resistor/kondensator tertanam mengurangi ukuran papan sebesar 40% pada perangkat IoT.
3Opsi ramah lingkungan: FR4 bebas halogen dan foil tembaga yang dapat didaur ulang memenuhi peraturan keberlanjutan UE dan AS.
4Pemilihan Bahan yang Didorong oleh AI: Alat seperti Ansys Granta memilih bahan optimal berdasarkan parameter aplikasi (frekuensi, suhu), mengurangi siklus desain sebesar 20%.

FAQ
T: Bagaimana bahan HDI berbeda dari bahan PCB standar?
A: Bahan HDI menawarkan toleransi Dk/Df yang lebih ketat, Tg yang lebih tinggi, dan kompatibilitas dengan pengeboran laser yang kritis untuk microvias dan jejak halus.02, sehingga tidak cocok untuk sinyal >10GHz, sedangkan PTFE kelas HDI memiliki Df <0.002.

T: Kapan saya harus memilih poliamida daripada BT-epoksi?
A: Polyimide sangat ideal untuk desain fleksibel (misalnya, wearables) atau lingkungan suhu tinggi (> 200 ° C). BT-epoxy lebih baik untuk aplikasi otomotif kaku atau 5G yang membutuhkan penyerapan kelembaban rendah.

T: Apa dampak keropos permukaan tembaga pada sinyal frekuensi tinggi?
A: Pada 60GHz, tembaga kasar (1μm) meningkatkan kehilangan sinyal sebesar 0,5dB/inci dibandingkan dengan tembaga ultra-lemes (0,1μm) – perbedaan penting untuk tautan mmWave jarak jauh.

T: Apakah bahan HDI canggih lebih mahal?
A: Ya, biaya PTFE 5×10 kali lebih tinggi daripada FR4 canggih. Namun, mereka mengurangi biaya sistem dengan memungkinkan desain yang lebih kecil dan meningkatkan keandalan, membenarkan investasi dalam aplikasi berkinerja tinggi.

T: Bagaimana saya memilih finishing permukaan yang tepat untuk HDI?
A: Untuk BGA dengan nada halus, gunakan ENIG untuk ketebalan. Untuk frekuensi tinggi, perak perendaman meminimalkan kehilangan sinyal. Untuk otomotif, ENEPIG menawarkan keandalan yang unggul di lingkungan yang keras.

Kesimpulan
Bahan canggih adalah tulang punggung inovasi HDI PCB, memungkinkan perangkat yang kompak dan berkinerja tinggi yang mendefinisikan elektronik modern.,Setiap bahan memecahkan tantangan unik dalam integritas sinyal, manajemen termal, dan manufacturability.

Dengan memahami sifat dan aplikasi bahan-bahan ini, dikombinasikan dengan kolaborasi antara tim desain dan manufaktur, insinyur dapat membuka potensi penuh teknologi HDI.Al, dan elektronik fleksibel terus maju, inovasi material akan tetap menjadi pendorong utama, mendorong batas-batas apa yang mungkin dalam desain PCB.

Untuk produsen seperti LT CIRCUIT, memanfaatkan bahan-bahan ini dikombinasikan dengan proses presisi seperti pengeboran laser dan LDI memastikan HDI PCB memenuhi persyaratan elektronik generasi berikutnya,dari 100Gbps data link untuk sistem otomotif yang kokoh.