Hdi pcb

ما هو HDI PCB؟

HDI PCB هو اختصار لعبارة High-Density Interconnect Printed Circuit Board. كما يوحي اسمه، هذا هو لوحة دوائر مطبوعة متقدمة تم تصميمها لتلبية متطلبات التصغير والأداء العالي للمنتجات الإلكترونية. تتميز اللوحة الدوائرية عالية الكثافة بخطوط دقيقة وتباعد ثقوب دقيقة. مقارنةً باللوحات التقليدية، تقوم اللوحة عالية الكثافة بتحسين كثافة التوصيل من خلال تقليل الخطوط، وتتخلى عن العملية التقليدية للثقوب المعدنية (Through Hole Via)، وتعتمد تقنيات الحفر بالليزر مثل الثقوب المجوفة الدقيقة (Micro Via) والثقوب العمياء (Blind Via) والثقوب المدفونة (Buried Via)، وتستخدم تقنية التصفيح لتحقيق دمج الدوائر يفوق بكثير ما هو موجود في اللوحات التقليدية، مما يسمح بتجميع عدد أكبر من المكونات في كل وحدة مساحة، وإمكانية تنفيذ وظائف دوائرية أكثر تعقيدًا ضمن مساحة محدودة، ويتيح للمنتجات الإلكترونية حمل أداء أقوى ضمن حجم أصغر، وبالتالي التكيف بدقة مع عصر تطور المنتجات الإلكترونية باتجاه خفة الوزن والذكاء والعالية التردد، ما يجعلها حاملًا رئيسيًا لدعم الاختراقات في المجالات الناشئة مثل الجيل الخامس والإنترنت الذكي والذكاء الاصطناعي.

الميزات الرئيسية لـ HDI PCB

بفضل تصميمها وتقنيتها الفريدة، تُظهر دوائر الاتصال عالية الكثافة (HDI PCB) سلسلة من الميزات الأساسية التي تتوافق مع متطلبات الكثافة والأداء العالي، وتشمل بشكل رئيسي:

1. عدد طبقات أعلى:

عادةً ما تحتوي دوائر HDI على عدد طبقات أعلى، وعادةً ما يكون أكثر من 4 طبقات. وذلك لأن من الصعب تجنب ازدحام الخطوط والتشويش الإشاري باستخدام عدد قليل فقط من الطبقات، لذا من الضروري زيادة عدد الطبقات وتوزيع التوصيلات والاتصالات على عدة طبقات للتخطيط المعقول. وعادةً ما يختار معظم المنتجات تصميمًا يتراوح بين 6 إلى 12 طبقة بناءً على تعقيد الوظيفة، وذلك لتحقيق التوازن بين كثافة التوصيل والتعقيد الوظيفي وأداء الدائرة داخل مساحة محدودة.

2. عرض خط وتباعد خط دقيق أكثر:

ولتلبية متطلبات تصغير الأجهزة الإلكترونية وتحقيق دمج دوائر كثيفة أكثر في مساحة محدودة، يجب على لوحة الدوائر ذات الكثافة العالية (HDI) توزيع المسارات بكفاءة. يمكن أن تحقق لوحة الدوائر ذات الكثافة العالية (HDI) عرض خطوط وتباعدًا بين الخطوط يبلغ 3-5mil أو حتى أصغر، في حين أن تباعد المسارات في اللوحات التقليدية يكون عادةً بالمئات من الميكرونات. لذلك، أثناء تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ذات الكثافة العالية (HDI)، يمكن أن يؤدي أي انحراف بسيط في العملية إلى تشوه في الخطوط أو حدوث دائرة قصر أو انقطاع، مما يجعلها صعبة للغاية في المعالجة.

3. استخدام الثقوب المجهرية والثقوب العمياء والمدفونة:

إن تصميم الثقوب في لوحات HDI دقيقة للغاية أيضًا. تشمل أنواع الثقوب ما يلي: Microvia، والتي تكون قطر الثقب فيها عادة أقل من 6mil، من أجل الاتصال الدقيق بالخطوط الدقيقة وتوفير المساحة. ولتحقيق الاتصال بين عدة طبقات، يلزم في كثير من الأحيان تكديسها طبقة تلو الأخرى، ويجب عادةً ملء الثقوب بالنحاس أو تغطيسها بالكهرباء؛ Blind Via، والتي تمتد من الطبقة السطحية إلى طبقة داخلية محددة، ويُرى فقط من جانب واحد. ويتم تحقيق ذلك من خلال عملية حفر مجزأة، مما يقصر مسار الإشارة بشكل فعال ويقلل التداخل بين الطبقات؛ Buried Via، وهي مُدفنة بالكامل داخل الطبقة الداخلية ولا تخترق الطبقة السطحية. ويجب تصنيعها عبر عملية طرد متعددة المراحل، مما يحرر مساحة التوصيل السطحي ويعزز سلامة مستوى الطاقة/الأرضي الداخلي؛ Staggered Via، وهي تتكون من ثقوب دقيقة صغيرة متداخلة لتشكل بنية اتصال على شكل درجات، وهو ما يناسب السيناريوهات التي تتطلب اتصالات عبر الطبقات ولكن مع محدودية المساحة؛ Stacked Via، حيث يتم تكديس عدة طبقات من الثقوب الدقيقة عموديًا لتشكيل بنية عمودية، من أجل تحقيق اتصال مباشر متعدد الطبقات، ولكن يجب التحكم بدقة الحفر بدقة لضمان الموثوقية الكهربائية. إن الجمع المناسب والتطبيقات لهذه الأنواع من الثقوب يمكنه تلبية متطلبات التصميم للوحات PCB ذات الكثافة العالية والأداء العالي.

ولجعل الأسلاك أكثر كثافة، سيستخدم HDI أيضًا تقنية VIP، أي حفر ثقوب دقيقة مباشرة في الوسادات وتوصيلها بخطوط رفيعة، مما يوسع قناة الأسلاك ويحل مشكلة ازدحام الخطوط في السيناريوهات ذات الكثافة العالية. واعتمادًا على العلاقة المكانية بين الوسادات والثقوب، يمكن تصنيفها إلى الأنواع التالية:

• مُدْخَل: يكون جسم الثقب داخل حدود الوسادة بالكامل، مع وجود مسافة واضحة بين حافة الثقب وحافة الوسادة، مما يُظهر حالة مغلفة بالكامل.
  
• تداخل جزئي: تقع بنية الثقب جزئيًا داخل منطقة الوسادة وجزئيًا خارج حدود الوسادة، مما يشكل تغطية متقاطعة بين حافة الثقب وحافة الوسادة.
  
• غير مركزي: يكون الثقب داخل نطاق الوسادة ككل، ولكن يوجد انحراف بين المركز الهندسي للثقب ومركز الوسادة، مما يُظهر توزيعًا غير متماثل.
  

يجب أن تتماشى تخطيط هيكل الثقوب لـ HDI PCB مع متطلبات الاتصال عالي الكثافة وسلامة الإشارة. أثناء التصنيع، من الضروري التحكم بدقة في دقة التحديد بين الطبقات (ضمن ±15 ميكرومتر) لتحقيق نسبة عمق إلى قطر منخفضة تصل إلى ≤1:3 لضمان انتقال مستقر للإشارات؛ حيث تستخدم الطبقة الأساسية ركيزة سميكة، ويمكن لتصميم الثقوب المدفونة تعزيز الاتصال الكهربائي في الطبقة الوسطى لتلبية متطلبات تطبيق الأجهزة الإلكترونية ذات الكثافة والأداء العاليين بشكل أفضل.

خصائص الهيكل المتعدد الطبقات وعملية التصفيح

يتميز HDI PCB بخصائص فريدة في عمليات التكديس والتصفيح:

على الرغم من استخدامه منطق البناء الطبقي مثل اللوحات المطبوعة التقليدية، إلا أنه يتطلب عدة مراحل من التجميع والتصفيح لتحقيق تصميمات الاتصال المعقدة التي تتضمن ثقوبًا عمياء ومدفونة متعددة الطبقات. يعتمد هيكله على طبقة مركزية سميكة، مع طبقات عازلة رقيقة موضوعة بشكل متماثل على كلا الجانبين لتشكيل بنية تحتية مناسبة لتوصيلات الكثافة العالية.

العملية المحددة للتصنيع هي: أولاً تحديد المنطقة الموصلة باستخدام فيلم مقاوم للضوء سلبي، واستخدام كلوريد الحديد لحفر الأجزاء غير الضرورية؛ ثم استخدام محلول كيميائي لإزالة فيلم المقاوم الضوئي ليتم كشف الركيزة المراد معالجتها؛ وتُحدد عملية الحفر الاختيار بين الطرق الميكانيكية أو الليزرية أو الكيميائية وفقاً لمتطلبات الكثافة؛ ثم تكتمل عملية التوصيل الكهربائي بين طبقات الدائرة الداخلية من خلال عملية المعادنة؛ وأخيراً تُعاد عمليات التكديس والتغطيس حتى تتشكل البنية الخارجية، وبذلك تلبية متطلبات التوصيل الدقيق في السيناريوهات ذات الكثافة العالية.

مواصفات لوحة الدوائر HDI في شركة LHD TECH

المزايا الفريدة لـ HDI PCB

لقد أظهرت لوحة الدوائر المطبوعة ذات الاتصال الكثيف العالي (HDI PCB) مزايا كبيرة في اتجاه تقلص الأحجام وتحقيق الأداء العالي للمعدات الإلكترونية، وذلك بفضل تصميمها وتقنيتها الفريدة، والتي تتجلى بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

1. كثافة توصيل فائقة، وتوفير المساحة

من خلال التكنولوجيا الدقيقة، يمكن لتقنية HDI تحقيق عدد هائل من الاتصالات في مساحة محدودة. مقارنةً بلوحة الدوائر التقليدية (PCB)، يمكنها تقليل الحجم بنسبة 30٪ إلى 50٪ تحت نفس الوظيفة، وفي الوقت نفسه تقليل وزن المعدات، مما يوفر أساسًا للمساحة والوزن الخفيف للمعدات.

2. تقليل التكلفة الإجمالية للنظام

على الرغم من أن تكلفة تصنيع لوحة HDI نسبيًا مرتفعة، إلا أنه يمكن تقليل عدد المكونات، وتحسين الاستفادة من المساحة، وتبسيط عملية التجميع، وبالتالي تقليل تكلفة تصميم وتصنيع النظام بشكل ملحوظ، مما يحقق أداءً أفضل على المدى الطويل من حيث التكلفة.

3. تحسين مرونة التصميم

يدعم عملية متعددة الطبقات تتضمن 6 إلى 12 طبقة أو حتى أكثر. وبدمج هياكل مثل الثقوب المُتَدَرَجَة والثقوب المُتَرَاكَمَة، يمكن التخطيط للمخططات الدائرية المعقدة بشكل مرن.

4. تحسين أداء الإشارة وتقليل التداخل

المسارات الإشارية القصيرة والمباشرة تقلل من الحث والطاقة الاستبطانية، وتتحكم بشكل فعال في الضوضاء، وتقلل من تأخير وفقد الإشارة؛ كما يمكن للهيكل متعدد الطبقات فصل طبقات التغذية الكهربائية والأرضي والإشارات لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).

5. تسريع دورة إدخال المنتج إلى السوق

بما أن هذا النظام يتناسب مع عملية التطوير والاختبار السريعة للمعدات المدمجة، فإن درجة التكامل العالية والمرونة في التصميم يمكن أن تختصر المدة من النموذج الأولي إلى الإنتاج الضخم، مما يساعد المنتجات على الاستجابة بسرعة لاحتياجات السوق.

مجالات تطبيق لوحة الدوائر HDI

على الرغم من أن لوحات الدوائر القائمة على الألومنيوم تمتلك العديد من المزايا، إلا أنها ما زالت تعاني من بعض العيوب:

1. الإلكترونيات الاستهلاكية:

تتطلب الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والساعات الذكية والمنتجات مثل الواقع المعزز (AR) والواقع الافتراضي (VR) دمج شاشات عالية الدقة وأجهزة استشعار ومعالجات ومكونات أخرى في مساحة صغيرة. ويمكن لتكنولوجيا HDI ذات الاتصال الكثيف العالي تلبية متطلبات التصميم المدمج والأداء العالي لهذه الأجهزة؛

2. الإلكترونيات السيارات:

تتطلب أنظمة القيادة الذاتية ونظام الترفيه داخل السيارة إنشاء توصيلات عالية السرعة للمعالجات وذاكرة الوصول العشوائي (RAM) في المساحة المحدودة داخل السيارة، مع تلبية متطلبات انخفاض التداخل الكهربائي (Crosstalk) والتوافق العالي وسلامة الإشارة، والتكيف مع سيناريوهات تبادل البيانات متعددة الاستشعار والحسابات عالية السرعة؛

3. معدات الاتصالات:

تعتمد محطات قاعدة الجيل الخامس والراوترات وأجهزة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وما إلى ذلك على الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI) لتحسين نقل الإشارات ذات التردد العالي، وتقليل التأخير والتشويش، ودعم تبادل البيانات بسرعة عالية؛

4. الإلكترونيات الطبية:

تتطلب الشاشات المحمولة ومعدات الموجات فوق الصوتية والروبوتات الجراحية ذات التدخل الحد الأدنى ومناظير الكبسولة تصميمًا مصغّرًا وتحكمًا دقيقًا في الإشارات. يمكن لدوائر HDI تحقيق توازن بين الحجم والأداء مع الوفاء بمتطلبات السلامة العالية والدقة في التشغيل.

5. الطيران والدفاع:

تدمج معدات الدفاع والفضاء مثل الطائرات بدون طيار وأحمال الأقمار الصناعية وأنظمة الرادار مكونات عالية القدرة وعالية الحساسية، وتتميز بمتطلبات صارمة فيما يتعلق بدقة البيانات وموثوقية الاتصالات والخفّة. يمكن لتقنية HDI ذات البنية الخفيفة والتوصيل الموثوق أن تلبّي متطلبات الأداء في البيئات القاسية.

6. التحكم الصناعي:

تتطلب أنظمة التحكم في ماكينات التشغيل الآلي الدقيقة والروبوتات الصناعية توصيلات كثيفة لدعم نقل إشارات المحاور المتعددة. يمكن لدوائر HDI تحسين سرعة استجابة المعدات واستقرار تشغيلها.

صعوبات في تصميم دوائر HDI

على الرغم من أن تصميم لوحات الدوائر الإلكترونية ذات الكثافة العالية (HDI) يمكنه تلبية متطلبات الكثافة العالية والأداء العالي، فإنه يواجه أيضًا تحديات تقنية متعددة، وتنعكس هذه التحديات بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

• المكونات صغيرة الحجم ومُوزَّعة بكثافة، مما يزيد من صعوبة الدقة في تخطيط الأسلاك والتركيب؛
  
• المساحة المتوفرة في اللوحة الإلكترونية محدودة للغاية، مما يضع متطلبات قصوى على الاستفادة من المساحة
• كلا جانبَي اللوحة يحتاجان إلى استيعاب عدد كبير من المكونات، مما يقلص قنوات الأسلاك أكثر؛
  
• يمكن أن تؤدي طولية الأسلاك إلى تأخير في نقل الإشارات، مما يؤثر على الأداء في السيناريوهات ذات التردد العالي؛
  
• تخطيط الأسلاك معقد، ويجب معالجة عدد ضخم من الشبكات، مما يتطلب تحقيق توازن بين الكثافة العالية وسلامة الإشارة.
  

النقاط الرئيسية في تصميم وتصنيع لوحات الدوائر الإلكترونية ذات الكثافة العالية (HDI PCB)

1. قابلية التكيف في التصميم والتصنيع، والتي يجب أن تتبع بدقة إرشادات التصنيع القابل للتصنيع (DFM) لضمان مطابقة التصميم لقدرات الإنتاج؛
2. تخطيط عدد الطبقات، وهو ما يشير عادةً إلى المعايير الموصى بها لأجهزة BGA، أو يعتمد على الحكم الشامل لاتجاه وطول الشبكة العرضية، مما يضع الأساس للتصميم اللاحق؛
3. تصميم هيكل الثقوب، حيث إن توزيع الثقوب سيؤثر بشكل مباشر على تحديد معقول لسمك اللوحة وعدد طبقاتها، وهو المفتاح لربط خطوط كل طبقة؛
4. موثوقية التجميع والملاءمة البيئية، يجب التأكد من أن لوحة الدوائر لن تنكسر أثناء الاستخدام، مع أخذ المتانة والاستقرار في الاعتبار؛
5. القوة التقنية للمصنّع، حيث يرتبط مستوى العمليات بشكل مباشر بقابلية تصنيع اللوحة بالكامل، ونوعية الأسلاك، والتأثير التشغيلي النهائي.

للوحات الدوائر المطبوعة ذات الترابط عالي الكثافة (HDI PCB)، تحتاج عمليات إنتاجها وتصنيعها وتصميمها إلى تنفيذ صارم وفقًا لسلسلة من المعايير التي وضعتها منظمة IPC، بما في ذلك IPC-2315 وIPC-2226 وIPC-4104 وIPC-6016.

قيود تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ذات الترابط عالي الكثافة (HDI PCB)

توجد العديد من الاختلافات بين تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ذات الترابط عالي الكثافة (HDI PCB) ولوحات الدوائر القياسية، وتنعكس قيودها بشكل رئيسي على توافق المواد والعمليات:

1. يجب أن تفي المادة الأساسية (Substrate) متطلبات الخصائص الكهربائية والميكانيكية معًا، ويجب أن تكون مادة العزل متوافقة مع قيم TG العالية، والمقاومة للصدمات الحرارية، ولحام المعادن، كما يجب أن تكون متوافقة مع مختلف أنواع الثقوب مثل الثقوب المجهرية (Microvias) والثقوب المدفونة (Buried vias) والثقوب العمياء (Blind vias);
2. يجب أن تكون مقاومة التصاق وثبات الأداء للفويل النحاسي في المناطق مثل الثقوب الدقيقة والمدفونة موثوقة؛

بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تمتلك المادة استقراراً حرارياً جيداً لتحمل التأثيرات أثناء عملية اللحام أو دورات التغير الحراري.

أما المعايير ذات الصلة فهي IPC-4101B وIPC-4104A، وتشمل مواد مثل طبقة العزل السائلة الحساسة للضوء، وطبقة العزل الفيلمية الجافة، وفيلم البولي إيميد، وفيلم الحرارة المثبتة، وفويل النحاس المغطى بالراتنج، ونوع FR-4 القياسي.

لينغهانغدا: مصنع محترف مستقر في التجارة الخارجية منذ 22 عاماً

في صناعة اللوحات الدوائرية ذات الكثافة العالية (HDI) التي تزدهر عالمياً، أصبحت الصين مركز تصنيع رئيسي، وظهر العديد من الشركات المصنعة عالية الجودة، ومن بينها تصدّر شركة لينغهانغدا. حيث أظهرت لينغهانغدا مزايا كبيرة في العديد من الجوانب بفضل امتلاكها خبرة عميقة وقوة ابتكارية:

• رقابة صارمة على الجودة:

  تتماشى مع أنظمة ISO9001 وISO13485 وTS16949، حيث تتوافق المنتجات مع معيار IPC-A-600 Class 2، ويمكن لبعض الصناعات الخاصة توفير معايير Class 3/3A لضمان التشغيل المستقر في السيناريوهات المعقدة.
  

• التكنولوجيا والمعدات المتقدمة:

  تقديم معدات متقدمة، والتمكن من العمليات عالية الدقة وتقنيات التوصيل مثل الثقوب المدفونة المتعددة الطبقات وVIPPO، حيث يمكننا تنفيذ أوامر HDI ذات الصعوبة العالية وتحقيق تحول عالي الجودة من التصميم إلى الكائن المادي.
  

• أوامر مرنة:

  لا يوجد كمية طلب حد أدنى، يدعم الطلب من قطعة واحدة، ويلبي احتياجات إثبات البحث والتطوير للشركات الناشئة واحتياجات الإنتاج التجريبي للشركات الكبيرة، ويساعد على التعاون على المدى الطويل.
  

• خدمة شاملة من نقطة واحدة:

  تشمل من استيراد المواد الخام إلى التصميم والتصنيع والتركيب والتغليف والشحن، وتوفير الوقت والجهد، وتوفير الوقت والتكاليف للعملاء.
  

• نظام خدمة مثالي:

  فريق مبيعات شامل مع هندسة متخصصة يوفر خدمات الدورة الكاملة، وضمان ما بعد البيع بشكل دائم، ويمكن إعادة معالجة المشكلات المتعلقة بالجودة أو تعويضها، ويتم ضمان مصالح العملاء أولاً.
  

• موارد قوية في سلسلة التوريد:

  اشترِ مكونات عالية الجودة بكفاءة، وقلل وقت الانتظار، واعتمد على المزايا الناتجة عن الحجم لتقليل التكاليف، وحسّن من كفاءة الحلول من حيث التكلفة.
  

• قدرة توصيل سريعة:

  تحسين عمليات الإنتاج وجدولة الموارد، وتعزيز المشاريع بكفاءة، والمساعدة في إدخال العملاء للمنتجات في السوق بسرعة والاستفادة من الفرص.