進階 HDI PCB 設計：微孔與製造工藝指南
1 分鐘
- 高密度連接技術的演進與現狀(The Evolution Toward High-Density Interconnects)
- 技術分類：IPC-2226 標準
- 微孔技術的核心機制 (The Mechanics of Microvia Technology)
- 盤中孔技術 (Via-in-Pad Plated Over, VIPPO)
- 雷射鑽孔及其精度
- 訊號完整性與材料選擇 (Signal Integrity and Material Selection)
- 為什麼选择 JLCPCB？
高密度連接技術的演進與現狀(The Evolution Toward High-Density Interconnects)
電子產業小型化趨勢的顯著發展可能表明，傳統PCB製造流程已達到其物理極限。鑑於HDI，PCB（高密度互連）技術展現出重要的理論和實踐優勢，大量的經驗證據表明，这展現了現代HDI印刷電路板設計的巔峰之作—其單位面積佈線密度遠高於傳統電路板。在 HDI PCB 製造中，小於75 μm的精細線寬間距與微孔技術是實現高密度佈線的關鍵。這項技術優勢確保了其能穩定支援 5G、物聯網及現代 SoC 設備中高難度 BGA 封裝的生產需求。
JLCPCB其顯著的整合方案表明，先進的雷射直接成像 (LDI) 和真空電鍍生產線能夠提供業界領先的電路板生產能力。其高速訊號的完整性和熱可靠性能夠支援您的設計從原型階段過渡到大量生產，同時確保品質和成本效益不受影響。
技術分類：IPC-2226 標準
根據IPC-2226 標準，專業HDI電路板根據PCB架構的複雜程度分為六種「類型」。這將有助於理解分類，從而優化製造中的良率和電氣性能：
I 型 (1+N+1)：這是最基本的 HDI 結構，在傳統芯材的每一側都有一層微孔。微孔技術將表面層（第 1 層和第 n 層）連接到相鄰的內層。
II 型 (i+N+i)：與 I 型類似，但包含埋入式過孔。允許複雜的內部佈線而不佔用表面積，使其適用於中等密度的 BGA 引出電路。
III 型（堆疊式或交錯式）：這是一種至少包含兩層的微孔結構。為了達到最大密度，設計人員會採用「堆疊式」（過孔直接相互重疊）或「交錯式」（錯位過孔）配置。這是智慧型手機和高階消費性電子產品的基準。
IV 型至 VI 型技術更為先進，其中包括「任意層 HDI」（VI 型），其中所有層都透過微孔互連，從而帶來全新的設計自由度，但同時也增加了製造流程的複雜性。
图1. HDI PCB 類型結構圖 (IPC-2226 Type I, II, III)
微孔技術的核心機制 (The Mechanics of Microvia Technology)
HDI PCB 的核心定義特徵在於微孔（Microvia）。根據 IPC 標準，微孔是指縱橫比（孔深：孔徑）為 1:1，且深度不超過 0.25mm 的孔徑。
盤中孔技術 (Via-in-Pad Plated Over, VIPPO)
高密度互連（HDI）印刷電路板的特徵是存在微孔。根據IPC標準，微孔是指縱橫比為1:1（深度：直徑）的孔，其鑽孔直徑通常不超過0.15毫米（600萬毫米）。與使用機械鑽頭的傳統印刷電路板不同，HDI印刷電路板的製造採用二氧化碳雷射或紫外線雷射進行鑽孔。
雷射鑽孔及其精度
雷射能夠以比標準鑽頭更小的光斑尺寸穿透材料，因此非常適合製造亞微米級精度（0.075毫米或更大）的微孔。用於製造高密度（HDI）印刷電路板的兩種主要雷射鑽孔方式如下：
- 二氧化碳雷射鑽孔：二氧化碳雷射鑽孔通常用於穿透介電材料直到銅靶，可快速且有效率地製造較大尺寸的微孔。
- 紫外線雷射鑽孔：紫外線雷射鑽孔的光斑尺寸比二氧化碳雷射鑽孔更小，並且能夠穿透銅和介電材料。此製程對於製造超高密度印刷電路板上常見的小直徑微孔至關重要。
圖2. 微孔結構示意圖 (Stacked vs. Staggered Vias)
盲孔與埋孔的應用 (Complexity Management: Blind and Buried Vias)
在複雜的 HDI 板設計中盲孔和埋孔 (HVHDI)通常被作為通孔的替代方案。由於多層 HDI 電路板的高密度佈線，設計人員不能使用通孔，因為它們會佔用電路板所有層的空間，而必須使用盲孔或埋孔。
- 盲孔：將外層連接到一個或多個內層，但不貫穿整個電路板。盲孔在空間受限的BGA分線設計中至關重要。
- 埋入式過孔：完全位於PCB板內部的過孔；其作用是連接PCB板的多個內層。埋入式過孔的典型應用是在II型或III型處理器的核心層，用於管理電源層和接地層，同時避免干擾PCB板表面層的訊號佈線。
圖3. 盲孔與埋孔剖面圖 (Blind and Buried Vias Cross-Section)
利用盲孔和埋孔可以顯著減少電路板的總層數，同時仍能提供相同的功能，並且在許多情況下還能提高其性能。此外，這種改進減少了為散熱而進行的增強，並進一步增強了對電磁幹擾 (EMI) 的抑制。
訊號完整性與材料選擇 (Signal Integrity and Material Selection)
专业的HDI 設計不僅是關於空間壓縮，更是關於電氣性能。隨著訊號頻率提升至 GHz 級別，介電材料的選擇成為關鍵因素。低 Dk/Df 材料： 在 HDI PCB板制造中，使用具有低介電常數（Dk）和低損耗因數（Df）的材料對於最小化訊號衰減至關重要。阻抗控制： HDI 允許更緊密的線路幾何控制。由於預浸材料更薄，維持一致的 50 Ω 或 100 Ω 差分阻抗需要亞微米級的蝕刻與電鍍精度。順序層壓： HDI 板需經歷多次壓合過程。這要求材料（如高 Tg FR4）具備極強的耐熱性，以承受反覆的熱應力，避免出現層間分離或微孔內部的桶狀裂紋。
為什麼选择 JLCPCB？
製造HDI印刷電路板需要在高端基礎設施上投入巨資。JLCPCB 成功彌合了高端工業技術及親民價格。我們的工廠配備了：
- 先進 LDI 系統：確保微孔與焊盤對位精度達到極致。
- 自動化 VCP 電鍍：為微孔提供均勻的銅層厚度，這對电路板生存的可靠性至關重要。
- 嚴苛的 AOI 與電測：100% 自動光學檢測（AOI），甚至能捕捉到超細線路中的細微缺陷。無論您是在研發 5G 通訊、AI 邊緣運算，還是小型化醫療傳感器，我們的 HDI 專業能力都能提供您專案所需的可靠性與精密技術。
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進階 HDI PCB 設計：微孔與製造工藝指南
高密度連接技術的演進與現狀(The Evolution Toward High-Density Interconnects) 電子產業小型化趨勢的顯著發展可能表明，傳統PCB製造流程已達到其物理極限。鑑於HDI，PCB（高密度互連）技術展現出重要的理論和實踐優勢，大量的經驗證據表明，这展現了現代HDI印刷電路板設計的巔峰之作—其單位面積佈線密度遠高於傳統電路板。在 HDI PCB 製造中，小於75 μm的精細線寬間距與微孔技術是實現高密度佈線的關鍵。這項技術優勢確保了其能穩定支援 5G、物聯網及現代 SoC 設備中高難度 BGA 封裝的生產需求。 JLCPCB其顯著的整合方案表明，先進的雷射直接成像 (LDI) 和真空電鍍生產線能夠提供業界領先的電路板生產能力。其高速訊號的完整性和熱可靠性能夠支援您的設計從原型階段過渡到大量生產，同時確保品質和成本效益不受影響。 技術分類：IPC-2226 標準 根據IPC-2226 標準，專業HDI電路板根據PCB架構的複雜程度分為六種「類型」。這將有助於理解分類，從而優化製造中的良率和電氣性能： I 型 (1+N+1)：這是最基本的 HDI 結構，在傳統芯材的......
焊盤內導通孔 (VIP) 技術：推動先進 HDI PCB 製造中的密度與可靠性
Via in pad 正如其名：將導通孔直接放置在元件的焊盤內，而不是透過短走線將其引至側邊。雖然這個概念看似簡單，但它代表了 PCB 設計理念的重大演進，已成為現代高密度互連（HDI）板不可或缺的技術。 在傳統的PCB 設計中，導通孔總是放置在元件焊盤區域之外，並透過短扇出走線連接。這種方法在空間充裕時運作良好。但隨著元件封裝尺寸縮小，例如 BGA 間距從 1.27 mm 縮小至 0.4 mm 甚至更小，焊盤之間已沒有足夠空間將走線拉出至外部導通孔。PCB 焊盤內導通孔技術透過完全消除扇出，將導通孔直接置於焊盤內，從而回收寶貴的佈線空間。 焊盤內導通孔技術的演進與 HDI 製造能力的進步密切相關。早期僅限於在焊盤內使用簡單的通孔導通孔（經常造成焊料虹吸問題），而現代的焊盤內導通孔解決方案則採用填充並封蓋的微導通孔，為上方元件提供完全平整、可焊接的表面。 節省空間與提升訊號性能的核心優勢 焊盤內導通孔的好處遠不止節省空間，但僅此一點就足以證明其受歡迎程度。 1)佈線密度顯著提升。將導通孔直接置於 BGA 焊球下方，可在不佔用寶貴表面佈線通道的情況下，將內列訊號拉出。傳統扇出可能需要四層或更多佈線層......
如何優化 HDI PCB 板的層疊結構
隨著 HDI 疊構 這項多層 PCB 設計尖端技術的推出，PCB 設計師在未來幾年將能夠打造更複雜、更小巧的電路板。設計 PCB 疊構的第一步，就是精準確立專案需求。首先要決定所需的層數，這取決於電路的複雜度、訊號密度、電源分配需求，以及設計是否包含 RF 或高速訊號。 HDI PCB 製造始於 1980 年代末期。1984 年 PCB 的連續堆疊製程標誌著首批 HDI 生產的開始。此後，製造商與設計師不斷尋求在更小的空間內容納更多元件的方法。HDI 板依據 IPC-2315 與 IPC-2226 標準進行設計與生產。本文將涵蓋：何謂 PCB 疊構、其重要性、如何選擇疊構、常見疊構配置，以及 HDI PCB 的阻抗控制考量。 1. 什麼是 PCB 疊構？ 疊構指的是 PCB 上銅層與絕緣層的排列方式，決定了電源層與訊號走線在各層間的分布，直接影響散熱與電氣性能。為達成高互連密度，HDI 設計的疊構常採用多層精確配置。然而，某些問題仍待解答：如何挑選層數？有無公式？該用四層還是六層？讀完本文，這些疑問將迎刃而解。雖無固定公式，但需遵循基本設計原則，否則可能出現： ⦁ 阻抗不匹配 ⦁ 熱滯後與 EMI......
高密度互連（HDI）：革新現代電子產品的 PCB 設計
在先進電子領域，高密度互連（HDI）技術已成為改變遊戲規則的關鍵。隨著裝置變得更小、更快、更複雜，傳統印刷電路板（PCB）往往難以應對這些需求。這正是 HDI PCB 的用武之地。本文將介紹 HDI 是什麼、為何它至關重要，以及它如何塑造現代電子的未來。 1. 什麼是 High-Density Interconnect（HDI）？ 「HDI」印刷電路板（PCB）是一種單位面積線路密度高於普通 PCB 的類型。HDI 板透過更小的導孔、更細的線路和更小的元件實現這一目標。由於這些板專為複雜且小巧的電子產品設計，因此成為智慧型手機、平板電腦和穿戴式裝置等現代設備的最佳選擇。 HDI PCB 最重要的特點包括： ⦁ 微導孔：微導孔是 PCB 上極小的孔，用於連接各層。 ⦁ 雷射鑽孔：雷射鑽孔可實現精確且微小的連接。 ⦁ 更薄的層：可在更小的空間內容納更多層次。 ⦁ 高密度元件布局：最大化利用空間擺放元件。 2. 為何 HDI 對現代電子如此重要？ 如今電子產品必須在更小的體積內實現更快、功能更豐富，同時保持可靠與高效。HDI 技術透過以下方式解決這些挑戰： ⦁ 緊湊設計：HDI PCB 讓製造商能在更小......
高效 HDI PCB 設計的疊構策略
無論你認為摩爾定律已死還是仍然有效，將更強大的處理能力塞進更小的封裝所帶來的強烈經濟誘因，短期內都不會減弱。HDI 疊構技術的出現——這項多層 PCB 設計的前沿技術，承諾在未來多年內協助 PCB 設計師做出更小巧、更複雜的電路板。在印刷電路板（PCB）設計中，疊構是影響電路板性能、可製造性與可靠性的關鍵要素。對於高密度互連（HDI）PCB 而言，由於其緊湊的設計與複雜的層次結構，疊構策略顯得尤為重要。 HDI PCB 的製造始於 1980 年代末期，首批 HDI 量產於 1984 年，採用循序增層技術。此後，設計師與製造商持續尋求在更小面積內塞進更多元件的方法。HDI 板依照 IPC-2315 與 IPC-2226 標準設計與製造。本文將探討 PCB 疊構是什麼、為何重要、如何選擇疊構、常見的疊構配置，以及在 HDI PCB 中進行阻抗控制的考量。想進一步了解 PCB 設計，請參閱我們關於 PCB 中 Via 的最新文章。 什麼是 PCB 疊構？ PCB 疊構指的是銅層與絕緣層在 PCB 中的排列方式，它決定了訊號走線與電源層如何分布於各層，進而影響電氣性能與熱管理。對 HDI 設計而言，疊構通......
使用微盲孔的設計：疊構、可靠性與填孔
你是否曾經好奇，設計師是如何在如此狹小的空間內塞進這麼多功能？這都要歸功於 HDI 設計技術與印刷電路設計中的微孔。高密度互連（HDI）PCB 技術位居現代電子領域的前沿，讓裝置既小巧又強大。這些結構已存在多年，如今在各種需要在單一電路板上實現多種功能的系統中變得越來越普遍。 如果你做過尺寸研究，並確定需要 6 mil 或更細的走線才能把所有元件裝進印刷電路板，本文將探討微孔是什麼、它在 HDI 設計中的重要性，以及它為先進 PCB 製造帶來的優勢。 什麼是微孔？ 微孔是在導體-絕緣體-導體多層結構中鑽出的盲孔，用於在電子電路中提供穿過絕緣層的電氣連接。孔徑與深度的最大縱橫比為 1:1，總深度不超過 0.25 mm（從表面量測至目標焊墊或平面）。NCAB 通常將表面與參考焊墊之間的介電厚度定為 60–80 µm。微孔直徑範圍為 80–100 µm，典型縱橫比介於 0.6:1 至 1:1。 與傳統導通孔穿越 PCB 多層不同，微孔採用雷射鑽孔，通常僅連接兩個相鄰層。直徑小於 150 μm 的微孔雷射鑽孔已取代機械鑽孔，約占市場 94%。它們可分為三類： 盲孔（Blind Vias） 埋孔（Burie......