HDI PCB

Šta je HDI PCB?

HDI PCB je skraćenica za High-Density Interconnect Printed Circuit Board. Kako mu samo ime kaže, ovo je napredni PCB dizajniran da zadovolji zahtjeve miniaturizacije i visokih performansi elektronskih proizvoda. PCB visoke gustoće karakteriše fina traka i fino razmještanje otvora. U poređenju sa tradicionalnim PCB-om, PCB visoke gustoće optimizuje gustinu povezivanja smanjenjem traka, odbacuje tradicionalni proces provrtanja (Through Hole Via), koristi lasersko bušenje poput mikro otvora (Micro Via), slepih otvora (Blind Via) i skrivenih otvora (Buried Via), te tehnologiju slojeva, kako bi postigao integraciju kola koja daleko nadmašuje tradicionalni PCB, može primiti više komponenti po jedinici površine, može ostvariti složenije funkcije kola u ograničenom prostoru i omogućiti elektronskim proizvodima da imaju jače performanse u manjoj zapremini, na taj način tačno odgovarajući eri elektronskih proizvoda usmjerenih ka lakšoj konstrukciji, inteligenciji i razvoju visokih frekvencija, te postajući ključni nosilac za ostvarivanje proboja u novim oblastima poput 5G, interneta stvari i vještačke inteligencije.

Ključne karakteristike HDI PCB-a

Zahvaljujući svom jedinstvenom dizajnu i procesu, PCB sa visokom gustinom interkonekcija pokazuje niz osnovnih karakteristika koje odgovaraju zahtjevima za visokom gustinom i visokim performansama, uključujući:

1. Veći broj slojeva:

HDI ploče obično imaju veći broj slojeva, najčešće više od 4 sloja. Razlog za to je taj što je kod samo nekoliko slojeva teško izbjeći zagušenje traka i smetnje signala, pa je potrebno povećati broj slojeva i rasporediti trake i povezivanja na više slojeva radi racionalnog planiranja. Većina proizvoda će, na osnovu složenosti funkcije, odabrati dizajn od 6 do 12 slojeva kako bi u ograničenom prostoru ostvarila ravnotežu između gustine traka, složenosti funkcije i performansi kola.

2. Tanje trake i razmak između traka:

Kako bi zadovoljili potrebe miniaturizacije elektronskih uređaja i postigli integraciju kola veće gustine u ograničenom prostoru, ploča HDI kola mora efikasno rasporediti linije. Ploča HDI kola može postići širinu traga i razmak od 3-5mil ili čak manje, dok je razmak između vodova kod tradicionalnih ploča kola obično nekoliko stotina mikrona. Stoga, prilikom izrade štampane ploče HDI, svako malo odstupanje u procesu može izazvati deformaciju linije, kratki spoj ili prekid kola, što je ekstremno teško za obradu.

3. Korištenje mikro otvora, slepih i ukopanih otvora:

Kod HDI ploča dizajn rupa je takođe vrlo fin. Vrste rupa uključuju: Microvia, koja obično ima promjer manji od 6mil, kako bi se tačno povezale fine linije i uštedjelo prostora. Kako bi se postigla veza između više slojeva, često je potrebno ih slagati sloj po sloj, a rupe obično treba popuniti bakrom ili ih galvanski pokriti; Blind Via, koja se proteže od površinskog sloja do određenog unutrašnjeg sloja i vidljiva je samo sa jedne strane. Postiže se kroz proces bušenja u segmentima, čime se efektivno skraćuje put signala i smanjuje interferencija između slojeva; Buried Via, koja je potpuno ugrađena u unutrašnji sloj i ne prodire kroz površinski sloj. Za njen proizvodnju potreban je višestepeni proces laminiranja, što omogućava oslobađanje prostora za površinsku žicu i povećava integritet unutrašnjih snaga/masa; Staggered Via, sastoji se od više pomaknutih mikrorupa koje formiraju stepenastu strukturu povezivanja, prikladnu za situacije gdje su potrebne veze kroz slojeve, ali je prostor ograničen; Stacked Via, gdje su višestruke mikrorupe složene vertikalno u obliku stuba, kako bi se postigla direktna veza više slojeva, ali tačnost bušenja mora biti strogo kontrolisana kako bi se osigurala električna pouzdanost. Razumno kombinovanje i primjena ovih vrsta rupa može zadovoljiti zahtjeve dizajna visokog gustoće i visokih performansi PCB-a.

Kako bi žice bile gušće, HDI će takođe koristiti VIP tehnologiju, odnosno direktno bušenje mikrorupa na pločicama i povezivanje istih tankim linijama, čime se proširuje kanal za žice i rješava problem zagušenja linija u visokogustoćnim scenarijima. Prema prostornom odnosu između pločica i rupa, može se dodatno podijeliti na sljedeće vrste:

• Ugrađeni: Tijelo rupe je potpuno unutar granica pločice, a između ruba rupe i ruba pločice postoji jasno razmakanje, prikazujući potpuno opkoljeno stanje;
  
• Djelimično preklapanje: Struktura rupe djelimično pada unutar područja pločice, a djelimično prelazi granicu pločice, formirajući preklapanje između rupe i ruba pločice;
  
• Ekscentrični: Rupa se nalazi unutar opsega pločice kao cjelina, ali postoji pomak između geometrijskog centra rupe i centra pločice, prikazujući asimetričnu distribuciju.
  

Raspored rupe u HDI PCB mora zadovoljiti zahtjeve za visokogustoćom međusobnom povezanosti i integritetom signala. Tokom proizvodnje, potrebno je precizno kontrolisati tačnost poravnanja slojeva (unutar ±15μm) kako bi se postigao nizak odnos stranica ≤1:3, čime se osigurava stabilna transmisija signala; centralni sloj koristi deblji supstrat, dok projektovanje skrivenih rupa može poboljšati električnu povezanost srednjeg sloja, kako bi bolje bili ispunjeni zahtjevi primjene visokogustinskih i visokoperformantnih elektronskih uređaja.

Višeslojna struktura i karakteristike laminiranja

HDI PCB pokazuje jedinstvene karakteristike u procesima slaganja i laminiranja:

Iako koristi logiku izgradnje sloj po sloj poput tradicionalnih PCB-a, potrebno je više rundi slaganja i laminiranja kako bi se postigli kompleksni dizajni međusobnih veza s višestrukim slijepim i ukopanim provodima. Njegova struktura temelji se na debelom jezgrenom sloju, s tankim dielektričnim slojevima koji su simetrično postavljeni s obje strane kako bi formirali infrastrukturu prikladnu za visokogustoću žice.

Specifičan proizvodni proces je sljedeći: prvo se negativnom fotorezistentnom folijom definiše provodna površina, a zatim se nepotrebni dijelovi uklanjaju korozijom pomoću željeznog hlorida; nakon toga se fotorezistentna folija uklanja hemijskim rastvorom kako bi se otkrila površina koja se dalje obrađuje; proces bušenja se odvija mehanički, laserski ili hemijski, u zavisnosti od zahtjeva gustine; zatim se unutrašnji slojevi povezuju kroz proces metalizacije; na kraju se operacije složenog nanizavanja i galvanskih prevlaka ponavljaju dok se ne formira struktura vanjskog sloja, čime se zadovoljavaju zahtjevi precizne međusobne povezanosti u uslovima visoke gustine.

HDI ploča specifikacija u LHD TECH

Jedinstvene prednosti HDI PCB-a

HDI PCB (printani pločasti kolo visoke gustine) pokazao je značajne prednosti u trendu miniaturizacije i visokih performansi elektronskih uređaja zahvaljujući jedinstvenom dizajnu i procesu, što se prvenstveno ogleda u sljedećim aspektima:

1. Ultra visoka gustina žica, ušteda prostora

Pomoću precizne tehnologije, HDI može ostvariti masovne veze u ograničenom prostoru. U poređenju sa tradicionalnim PCB-om, može smanjiti zapreminu za 30%-50% uz istu funkcionalnost, istovremeno smanjujući težinu uređaja, pružajući prostor i laganu osnovu za uređaj.

2. Smanjenje ukupnih troškova sistema

Iako je trošak proizvodnje ploče hdi relativno visok, smanjenjem broja komponenti, optimizacijom iskorištenja prostora i pojednostavljenjem procesa montaže, trošak dizajna i proizvodnje cjelokupnog sistema se može znatno smanjiti, a dugoročna cijena je bolja.

3. Poboljšajte fleksibilnost dizajna

Višeslojni proces podržava 6-12 slojeva ili čak više slojeva. U kombinaciji sa strukturama poput stepenastih rupa i naslaganih rupa, moguće je fleksibilno planiranje kompleksnih topologija kola.

4. Optimizirajte performanse signala i smanjite smetnje

Kratki i ravni putevi signala smanjuju parazitsku induktivnost i kapacitet, učinkovito kontrolišu buku, smanjuju kašnjenje i gubitak prijenosa signala; višeslojna struktura može odvojiti slojeve napajanja, uzemljenja i signala kako bi se smanjile elektromagnetne smetnje (EMI).

5. Ubrzajte ciklus lansiranja proizvoda

Prilagođavanje brzom razvoju i procesu testiranja kompaktnih uređaja, njegova visoka integracija i fleksibilnost dizajna mogu skratiti ciklus od prototipa do masovne proizvodnje, pomažući proizvodima da brže reaguju na tržišne zahtjeve.

Primjenske oblasti HDI PCB-a

Iako PCB ploče na bazi aluminijuma imaju mnoge prednosti, i dalje imaju neke mane:

1. da se Elektrotehnologija za potrošače:

Prenosni uređaji poput pametnih telefona, tableta, pametnih satova i proizvoda poput proširene stvarnosti (AR) i virtualne stvarnosti (VR) moraju integrisati komponente visokokvalitetnih displeja, senzora, procesora i druge u malom prostoru. HDI-ove mogućnosti visokog gustog povezivanja mogu zadovoljiti zahtjeve njihovog kompaktnog dizajna i visokih performansi;

2. Automobilsk elektronika:

Sustavi za autopilot, sustavi za zabavu i informacije unutar vozila i slično zahtijevaju visokofrekventno povezivanje visokofrekventnih procesora i RAM memorije u ograničenom prostoru vozila, moraju ispunjavati zahtjeve niskog crosstalka, visoke kompatibilnosti i integriteta signala te se prilagoditi interakciji podataka s više senzora i visokofrekventnim scenarijima računanja;

3. Komunikacijska oprema:

5G baze, rutere, satelitske komunikacijske termine i slično oslanjaju se na HDI kako bi optimizirali prijenos signala visoke frekvencije, smanjili kašnjenja i smetnje te podržali interakciju podataka visokog propusnog opsega;

4. Medicinska elektronika:

Prenosivi monitori, ultrazvučna oprema, roboti za minimalno invazivne operacije, kapsulne endoskope i slično zahtijevaju kompaktnu konstrukciju i preciznu kontrolu signala. HDI može izbalansirati volumen i performanse, istovremeno ispunjavajući zahtjeve visokih sigurnosnih standarda i točnosti rada;

5. Zrakoplovstvo, svemir i obrana:

Vojska i oprema za svemir, poput bespilotnih letjelica, teretnih teretnih satelita i radarskih sistema, uključuju komponente visoke snage i visoke osjetljivosti i imaju ekstremno visoke zahtjeve za tačnost podataka, pouzdanost komunikacije i lagani dizajn. Lagana struktura HDI-a i pouzdana tehnologija povezivanja mogu zadovoljiti zahtjeve za performanse u ekstremnim uslovima;

6. Industrijska kontrola:

Kontrolni sistemi preciznih CNC mašina i industrijskih robota zahtijevaju guste žice kako bi podržali prenošenje signala više osa. HDI može poboljšati brzinu reakcije i stabilnost rada opreme.

Poteškoće u projektovanju HDI ploča

Iako projektovanje HDI ploča može zadovoljiti zahtjeve za visoku gustinu i visoke performanse, suočeno je sa višestrukim tehničkim izazovima, koji se uglavnom ogledaju u sljedećim aspektima:

• Komponente su male veličine i gusto raspoređene, što povećava poteškoće u preciznosti žica i montaže;
  
• Dostupna površina štampane ploče je ekstremno ograničena, što postavlja ekstremne zahtjeve u pogledu iskorištenja prostora
• Obje strane ploče moraju primiti veliki broj komponenti, što dodatno smanjuje kanale za vođenje provodnika;
  
• Dugačak provodnik može lako dovesti do kašnjenja u prijenosu signala, što utječe na performanse u visokofrekventnim scenarijima;
  
• Planiranje usmjeravanja je kompleksno, a broj mreža koje treba obraditi je ogroman, što zahtijeva ravnotežu između visoke gustoće i integriteta signala.
  

Ključne tačke za projektovanje i proizvodnju HDI PCB-a

1. Prilagodljivost projektovanja i proizvodnje, koja mora strogo slijediti smjernice za projektovanje pogodno za proizvodnju (DFM), kako bi se osiguralo da projektovanje odgovara proizvodnim mogućnostima;
2. Planiranje broja slojeva, koje se obično odnosi na preporučene standarde BGA uređaja, ili se temelji na kompleksnoj procjeni smjera i dužine mrežnog presjeka, čime se postavlja temelj za kasnije projektovanje;
3. Dizajn strukturalnih rupa, raspodjela rupa će direktno uticati na razumnu postavku debljine i broja slojeva ploče i ključno je za povezivanje linija svakog sloja;
4. Pouzdanost montaže i prilagodljivost okolini, potrebno je osigurati da se ploča neće prekinuti tokom upotrebe, uzimajući u obzir trajnost i stabilnost;
5. Tehnička snaga proizvođača, čiji nivo procesa je direktno povezan sa proizvodivosti cijele ploče, kvalitetom povezivanja i konačnim radnim efektom.

Za PCB ploče sa visokom gustinom interkonekcija, njihova proizvodnja, proizvodni i dizajnerski procesi moraju se strogo sprovesti u skladu sa nizom standarda koje je definisala IPC, uključujući IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 i IPC-6016.

Proizvodna ograničenja HDI PCB-a

Postoji mnogo razlika između proizvodnje HDI PCB-a i standardnog PCB-a, a njegova ograničenja se uglavnom ogledaju u kompatibilnosti materijala i procesa:

1. Baza mora zadovoljiti zahtjeve električnih i mehaničkih svojstava, dielektrični materijal mora biti kompatibilan sa visokim TG vrijednostima, termičkim šokovima i zavarivanjem metala, a takođe mora biti kompatibilan sa različitim tipovima rupa poput mikro provrta, skrivenih provrta i slepih provrta;
2. Prijanjanje i stabilnost bakarnog folija u oblastima poput mikro provrta i skrivenih provrta mora biti pouzdano;

Osim toga, materijal mora imati dobru termalnu stabilnost kako bi izdržao udarce tokom zavarivanja ili termičkog cikliranja.

Pertinentni standardi su IPC-4101B i IPC-4104A, koji obuhvataju materijale poput fotootpornog tečnog dielektričnog sloja, suhog filma dielektričnog sloja, poliimidne folije, termoreaktivne folije, smolom obložene bakarne folije i standardnog FR-4.

Linghangda: 22-godišnja stabilna stručna fabrika za vanjsku trgovinu

U cvjetajućoj globalnoj industriji HDI ploča s kolačićima, Kina je postala ključni proizvodni centar, a mnogi visokokvalitetni proizvođači su se pojavili, među kojima je Linghangda lider. Zahvaljujući dubokom iskustvu i inovativnoj snazi, Linghangda je pokazala značajne prednosti u mnogim aspektima:

• Strog kontrola kvaliteta:

  Prateći standarde ISO9001, ISO13485 i TS16949, proizvodi zadovoljavaju IPC-A-600 klasu 2, dok posebne industrije mogu obezbijediti klase 3/3A, čime se osigurava stabilan rad u kompleksnim scenarijima.
  

• Napredna tehnologija i oprema:

  Uvođenjem napredne opreme, savladavanjem visokopreciznih procesa i tehnologija poput slojevitih slepih poveznica i VIPPO-a, možemo preuzimati naročito zahtjevne HDI narudžbe i ostvariti visokokvalitetnu transformaciju od dizajna do fizičkog proizvoda.
  

• Fleksibilne narudžbe:

  Bez minimalne količine narudžbe, podrška pojedinačnim narudžbama, prilagođavanje potrebama istraživanja i razvoja za početničke firme i probnim proizvodnjama velikih poduzeća, pomaže dugoročnoj saradnji.
  

• Jednostavna usluga punog procesa:

  Obuhvata nabavku materijala, dizajn, proizvodnju, montažu, pakovanje do isporuke, ušteda vremena i truda, ušteda vremena i troškova za kupce.
  

• Savršen sistem usluga:

  Kompletni prodajni tim sa stručnim inženjerstvom pruža usluge kroz cijeli ciklus, trajne naknadne usluge, kvalitetni problemi mogu se preraditi ili nadoknaditi, interesovi kupaca su na prvom mjestu.
  

• Jak resursi lanca snabdijevanja:

  Efikasna kupovina kvalitetnih komponenti, skraćuje vrijeme čekanja, oslanja se na prednosti velike količine za smanjenje troškova i poboljšanje odnosa cijene i kvaliteta rješenja.
  

• Brza sposobnost isporuke:

  Optimizacija proizvodnih procesa i rasporeda resursa, efikasno unapređenje projekata, pomaže kupcima da brzo dovedu proizvode na tržište i iskoriste prilike.