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HDI-Leiterplatten - hochdichte Verdrahtung und kleinste Durch­kontaktierungen

Mit der High-Density-Interconnection-Technik (HDI) lassen sich größere Packungsdichten elektronischer Bauteile realisieren. HDI-Leiterplatten bieten feinere Leitungsstrukturen und benötigen zur Umsetzung der hochdichten Verdrahtung Durchkontaktierungen.

Für die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) werden bei HDI-Leiterplatten Microvias, eine spezielle Form von Blind Vias genutzt. Microvias sind mechanisch oder ‑ immer häufiger ‑ lasergebohrte Verbindungen zwischen zwei, maximal drei Lagen der Leiterplatte. Mit der Via in Pad Technik können Microvias direkt in die Lötanschlussflächen platziert werden. Die Anbindung der inneren Lagen des Multilayer kann in zwei Varianten ausgeführt werden. Staggered, das heißt in Stufen oder Stacked, die Microvias sind übereinandergestapelt. Dies setzt allerdings voraus, dass mindestens die innenliegenden Microvias als Copperfilled Vias (kupfergefüllte Vias) ausgeführt sind.

Durch die Via in Pad Technik mit Microvias steht die Außenlage für die Entflechtung zur Verfügung und mit Leiterbahnbreiten und -abständen ≤ 0,12 mm können BGA Footprints optimal entflochten werden. Durch die deutliche Reduktion der Durchkontaktierungen PTHs werden Flächen frei und bei optimaler Nutzung können Entflechtungslagen reduziert werden.  

Eine weitere Option bei HDI-Leiterplatten sind innenliegende Durchkontaktierungen, so genannte Burried Vias. Diese können als harzverfüllte oder geplugged Variante ausgeführt sein. Geplugged besteht die Option die Burried Vias durch Überkupfern zu verschließen (IPC-Typ VI/VII).

Vorteile

  • höhere Verdrahtungs- bzw. Verbindungsdichte
  • Höhere Packungsdichte durch Via-Technologie verringert den Flächenbedarf
  • feinere Leitungsstrukturen und kleinere Durchkontaktierungen durch Microvias
  • reduziert bei Bedarf die Leiterplattengröße und die Zahl der Lagen
  • schafft alternativ mehr Platz für Bauteile
  • Entflechtungsmöglichkeit von kleinsten BGA-Pitch
  • hohe Leitfähigkeit durch die üblicherweise verwendete Kupferfüllung der Vias
  • Verbesserte thermische Eigenschaften durch Wärmeableitung über die Microvias
  • hohe Zuverlässigkeit bei thermischen Zyklen durch die kleine Dimension von Microvias
  • Dichtere Leiterbahnführung
  • Verringerung der parasitären Induktivitäten und Kapazitäten
  • Verbesserte Signalintegrität
  • Aufbau mit beliebig vielen Lagen mit Microvias schafft umfangreiche Möglichkeiten zur Layoutgestaltung (Stacked Vias)
  • Besonders gut geeignet für miniaturisierte Elektroniken

Begriffserklärung HDI-Leiterplatten

  • Blind Via (Sackloch): Eine Kontaktierung von einer Außenlage verbunden mit einer oder mehreren Innenlagen
  • Buried Via (Vergrabenes Loch): In den Innenlagen liegende Durchkontaktierung, verbindet mindestens zwei Innenlagen und ist auf den Außenlagen nicht sichtbar
  • Microvia: Blind Via mit einem typischen Lochdurchmesser ≤ 0.15mm und Bohrungen (üblicherweise per Laser) mit einer Aspect Ratio von knapp 1:1
  • Via Plugging  :
    a) Gefüllte Vias mit Harz oder Lötstopplack, IPC Type V, VIb
    b) Gefüllte Vias mit Harz und Kupfer übermetallisiert, IPC Type VII z.B. VIPPO- Via, Via in Pad plated over
  • Stacked Via (Gestapelte Microvias): eine spezielle Methode zur Verbindung mit Microvias, die jeweils on top auf dem darunterliegenden, kupfergefüllten Microvia platziert sind.

Anwendungsbeispiele:

  • Steuergeräte-, Automobil-, Satelliten-, Mikrosystem-, Industrietechnik
  • Kommunikationselektronik
  • Kamera- und Video-Überwachung für "Autonomes Fahren"

Technologiespektrum

  • Einsatz von HDI-Mikrovias bei Multilayern (4-48 Lagen)
  • 1+, 2+, 3+ Konfigurationen mit gestaffelten und gestapelten Microvias
  • Microvia Bohrungsdurchmesser von 0,05 mm bis 0,15 mm
  • Kupfergefüllte Microvias für stacked Aufbauten in Any-Layern