2025-09-16
高密度の相互接続（HDI）PCBは、最新の電子機器のバックボーンであり、5Gスマートフォン、自動車ADASセンサー、医療ウェアラブルなどのデバイスの小型化、速度、および信頼性を可能にします。標準のPCBとは異なり、HDI設計は、マイクロバイア（≤150μm）、ファインピッチトレース（3/3ミル）、および高周波信号（最大100GHz）をサポートするために高度な材料に依存しています。適切な材料の選択は、信号の完全性、熱管理、耐久性に直接影響を与えます。エンジニアが各オプションの強みとトレードオフを理解することが重要です。
このガイドは、HDI PCB製造に最も重要な先進材料を分解し、重要な特性を比較し、それらを実際のアプリケーションにマッピングします。 10Gbpsのデータリンクを設計するか、柔軟なヘルスモニターを設計するかどうかにかかわらず、この分析は、パフォーマンス、コスト、製造可能性のバランスをとる材料を選択するのに役立ちます。
キーテイクアウト
1.材料性能ドライバー：誘電率（DK）、散逸係数（DF）、ガラス遷移温度（TG）、および熱伝導率は、HDIの成功には交渉不可能です。
2.コア材料カテゴリ：高度なFR4、ポリイミド、BT-Epoxy、PTFE、およびABF（Ajinomoto Build-Up Film）がHDI製造を支配し、それぞれ独自の課題（柔軟性、高耐熱性など）を解決します。
3.コッパーの革新：超滑らかで薄い銅箔により、より細かいトレース（50μm）が可能になり、5G/MMWAVEアプリケーションの信号損失を減らします。
4.アプリケーションアライメント：ポリイミドは柔軟なHDIでリードします。 BT-Epoxyは自動車電子機器で輝いています。 PTFEはMMWaveレーダーを支配します。消費者デバイスのFR4バランスコストとパフォーマンスを高めます。
5.製造の相乗効果：材料は、HDIプロセス（レーザー掘削、連続ラミネーション）と統合する必要があります。
高度なHDI PCBの重要な材料
HDI PCBは、特定の電気、熱、および機械的需要に対処するように調整された慎重にキュレーションされた材料のセットに依存しています。以下は、最もインパクトのあるカテゴリの詳細な内訳です。
1。誘電体基板：信号の整合性の基礎
誘電体材料は、信号速度、損失、およびインピーダンスを制御する導電性層を分離します。 HDI設計では、高密度の高周波レイアウトでの信号分解を避けるために、緊密な許容範囲を持つ基質が必要です。
| 材料タイプ | DK（10GHz） | DF（10GHz） | TG（°C） | 熱伝導率（w/m・k） | 重要な利点 | 理想的なアプリケーション |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Advanced FR4（例えば、Isola fr408hr） | 4.2–4.8 | 0.015–0.025 | 170–180 | 0.3–0.5 | 低コスト、簡単な製造可能性、パフォーマンスの良いバランス | 家電（スマートフォン、タブレット）、IoTセンサー |
| ポリイミド（例、デュポンカプトン） | 3.0–3.5 | 0.008–0.012 | 250–300 | 0.3–0.5 | 柔軟で高温抵抗、低水分吸収 | ウェアラブル、自動車センサー、折りたたみ可能なディスプレイ |
| BT-EPOXY（ビスマレイミド - トリアジン） | 3.8–4.2 | 0.008–0.010 | 180–200 | 0.6–0.8 | 寸法の安定性、優れたはんだき性 | Automotive Adas、5Gベースステーション、電源モジュール |
| PTFE（例えば、Rogers RT/Duroid 5880） | 2.2–2.5 | 0.0009–0.002 | ＞260 | 0.29–0.35 | 超低信号損失、高周波性能 | mmwaveレーダー、衛星通信、5g mmwave |
| ABF（アジノモトビルドアップ映画） | 3.0–3.3 | 0.006–0.008 | ＞210 | 0.4–0.6 | ウルトラファインライン機能（2/2ミル）、低分散 | 高速サーバー、AI加速器、IC基質 |
一目でのパフォーマンス：高周波信号損失
60GHz（5G MMWaveにとって重要）で、材料の選択は直接シグナルの減衰に影響を与えます。
a.ptfe：0.3db/inch（最小損失、長距離リンクに最適）
B.ポリイミド：0.8dB/インチ（柔軟な5Gデバイスのバランス）
c.advanced fr4：2.0db/inch（30GHzアプリケーションには高すぎます）
2。銅箔：細かい痕跡と低損失を有効にします
銅箔はHDI PCBの導電性経路を形成し、その品質は、特に皮膚効果（高周波数の銅表面の近くに流れます）のために、高周波信号の完全性のメイクまたはブレークです。
| 銅箔の種類 | 厚さ範囲 | 表面粗さ（μm） | 重要な利点 | ターゲットアプリケーション |
|---|---|---|---|---|
| 薄い電気堆積（ED）銅 | 9–18μm（0.25–0.5oz） | 0.5–1.0 | 密なレイアウトのために50μmのトレース/スペースを有効にします | スマートフォン、ウェアラブル、IoTセンサー |
| 超滑らかなED銅 | 12–35μm（0.35–1oz） | ＜0.1 | 28GHzデザインの皮膚効果損失を減らします | 5G MMWaveモジュール、レーダーシステム |
| ロールアニール（RA）銅 | 18〜70μm（0.5〜2 z） | 0.3–0.5 | 剛体flex HDIの柔軟性の向上 | 自動車センサー、折りたたみ可能なディスプレイ |
なぜ表面の粗さが重要なのか：1μmの粗い銅表面は、超滑らかな（0.1μm）銅と比較して60GHzで信号損失を0.5dB/インチ増加させます。これは、5Gベースステーションの範囲を20％減らします。
3。補強材：強度とプロセスの互換性
強化（通常はガラスベース）は、誘電体基板に機械的剛性を追加し、レーザー掘削や連続ラミネーションなどのHDI製造プロセスとの互換性を確保します。
| 補強型 | 材料組成 | キープロパティ | HDI製造の利点 |
|---|---|---|---|
| レーザードリルガラス | e-glass yarnsを広げます | 均一な織り、掘削中の最小限の樹脂塗抹標本 | マイクロビアの作成（直径50〜100μm）を簡素化する |
| ローチグラス | S-GlassまたはQuartz | 熱膨張係数（CTE）：3〜5 ppm/°C | マルチ層HDI（10以上のレイヤー）のボードワページを減らす |
| 低Dkガラス | ホウケイ酸ガラス | DK：3.8–4.0（標準Eグラスの場合は4.8） | 高周波（＞10GHz）設計の信号損失を低下させます |
4。表面仕上げとはんだマスク：保護と接続
表面仕上げは銅の酸化を防ぎ、信頼できるはんだ付けを保証しますが、はんだマスクが痕跡を断熱し、HDIの密なレイアウトのために批判的な短絡を防ぎます。
| 表面仕上げ | 重要な利点 | DFインパクト（10GHz） | 理想的なアプリケーション |
|---|---|---|---|
| Enig（Electroless Nickel Immersion Gold） | 平坦な表面、耐食性、長寿命 | 0.001–0.002増加 | Fine-Pitch BGA（0.4mm）、高解放性の自動車 |
| 浸漬シルバー | 滑らかな表面、最小限の信号損失 | ＜0.001増加 | 5G RFモジュール、レーダーシステム |
| Enepig（Electroless Nickel-Palladium-Immersion Gold） | 強い接着、鉛のない互換性 | 0.001–0.003増加 | 航空宇宙、医療機器 |
| はんだマスクタイプ | 解像度（最小トレース/スペース） | 熱抵抗 | に最適です |
|---|---|---|---|
| LPI（液体写真想像能力） | 50μm/50μm | 最大150°C | ファインピッチコンポーネント、マイクロバイア |
| レーザーダイレクトイメージング（LDI） | 30μm/30μm | 最大180°C | 超高密度HDI（2/2ミルトレース/スペース） |
HDIアプリケーションによる材料選択
適切な材料は、アプリケーションの頻度、環境、信頼性の要件に依存します。以下は、一般的なユースケースとその最適な材料の組み合わせです。
1。5Gインフラストラクチャとデバイス
課題：高周波数（28〜60GHz）は、超低損失と安定したDKを需要があります。
解決策：PTFE基板 +超滑らかな銅 +浸漬シルバー仕上げ。
例：5Gスモールセルは、12μmの超滑らかな銅でRogers RT/Duroid 5880（PTFE）を使用し、高度なFR4設計よりも25％少ない消費電力で10Gbpsのデータレートを達成します。
2。自動車Adas＆EV Electronics
課題：極端な温度（-40°C〜125°C）、振動、および水分。
解決策：BT-Epoxy Substrate +レーザードリルガラス + Enepig仕上げ。
例：77GHzレーダーモジュールは、BT-Epoxy HDIを使用し、100,000マイル以上を超える±5cm検出精度を維持します。これは衝突回避のために批判的です。
3。柔軟なウェアラブルと医療センサー
課題：曲げ可能性（半径1mm）、生体適合性、および長期耐久性。
解決策：ポリイミド基質 + RA銅 + LPIはんだマスク。
例：フィットネストラッカーは、18μmRA銅のポリイミドHDIを使用し、40mmのケースで心拍数モニター、GPS、およびバッテリーをフィットしながら、トレースクラックなしで100,000以上の曲がりを担います。
4。高速データ（サーバー＆AI）
課題：112Gbps PAM4信号には、最小限の分散制御とインピーダンス制御が必要です。
解決策：ABFフィルム +超滑らかな銅 +エニグ仕上げ。
例：データセンタースイッチは、2/2ミルのトレースでABF HDIを使用し、標準のFR4デザインよりも30％低いレイテンシで800gbpsスループットをサポートしています。
HDI材料の新たな傾向
HDI業界は、6G、AI、および次世代の自動車システムの需要を満たすために急速に進化しています。重要な革新には次のものがあります。
1.Low-DKナノコンポジット：DK <2.0ターゲット100GHz+アプリケーションを備えた新しい材料（セラミックで満たされたPTFEなど）は、6G研究に重要です。
2.組み込まれたコンポーネント：埋め込まれた抵抗器/コンデンサを備えた誘電体は、IoTおよびウェアラブルデバイスでボードサイズを40％削減します。
3.エコフレンドリーオプション：ハロゲンフリーの高度なFR4およびリサイクル可能な銅箔は、EU ROHSおよび米国EPAの持続可能性規制に沿っています。
4.AI駆動型の材料の選択：ANSYS Angraのようなツールは、アプリケーションパラメーター（周波数、温度）に基づいて最適な材料を選択し、設計サイクルを20％削減します。
よくある質問
Q：HDI材料は標準のPCB材料とどう違うのですか？
A：HDI材料は、耐性が強い（例：標準FR4の場合はdk±0.05対±0.3）、より高いTG（標準FR4の場合は180°C+対130°C）、およびレーザー掘削との互換性 - マイクロバイアスと細かいトレースのエッセンシャル。標準材料は、DFが高いため、高周波数（＞10GHz）で失敗します。
Q：BT-Epoxyよりもいつポリイミドを選択する必要がありますか？
A：ポリイミドは、柔軟な設計（ウェアラブル、折りたたみ可能性）または高温環境（＞ 200°C）に最適です。 BT-Epoxyは、水分の吸収と寸法の安定性が低い必要がある剛性アプリケーション（自動車ADA、5Gベースステーション）に適しています。
Q：超滑らかな銅はHDIのコストに見合うだけですか？
A：はい - 28GHzデザイン（5g mmwave、レーダー）の場合、超滑らかな銅は信号損失を30％減らし、範囲を延長し、電力ニーズを低下させます。 ＜10GHzアプリケーション（Wi-Fi 6）の場合、標準のED銅で十分です。
Q：PTFEとAdvanced FR4のコストの違いは何ですか？
A：PTFEは高度なFR4よりも5〜10倍高くなりますが、高性能アプリケーション（衛星通信、MMWAVEレーダー）で正当化されます。消費者デバイスの場合、高度なFR4バランスコストとパフォーマンス。
Q：HDIプロセスとの材料互換性を確保するにはどうすればよいですか？
A：LTサーキットのようなメーカーと早期に作業します。これらは、レーザー掘削、連続ラミネーション、およびAOI検査と統合されている材料（レーザードリル可能なガラスなど）を確認でき、費用のかかるリワークを回避できます。
結論
高度な材料は、HDI PCBイノベーションの名のないヒーローであり、最新の電子機器を定義するコンパクトで高性能デバイスを可能にします。 5G MMWaveのPTFEの超低損失からウェアラブルに対するポリイミドの柔軟性まで、各材料は独自の課題を解決しますが、成功は材料特性をアプリケーションのニーズに合わせて調整することにかかっています。
キーメトリック（DK、DF、TG）に優先順位を付け、経験豊富なメーカーと協力することにより、エンジニアはHDIテクノロジーの可能性を最大限に引き出すことができます。 6G、AI、および電気自動車がパフォーマンスの境界を押し広げるにつれて、材料の革新は存続し続けます。HDIPCBの供給は、次世代の電子機器を強化し続けます。
LTサーキットなどのメーカーの場合、これらの高度な材料を活用して、レーザー掘削やLDIなどの精密なプロセスを備えており、HDI PCBは、命を救う医療機器からグローバル5Gネットワークまで、今日の最も重要なアプリケーションの厳しい要求を満たしています。
問い合わせを直接私たちに送ってください.
