Hdi pcb

Co je HDI deska?

HDI PCB je zkratka pro High-Density Interconnect Printed Circuit Board. Jak už název napovídá, jedná se o pokročilý typ plošných spojů, který je navržen tak, aby vyhovoval požadavkům na miniaturizaci a vysoký výkon elektronických produktů. Vysokohustotní plošné spoje se vyznačují jemnými spoji a jemným roztečí děr. Ve srovnání s tradičními plošnými spoji optimalizují hustotu vodičů redukcí šířky spojů, opouštějí tradiční technologii vrtaných otvorů (Through Hole Via), používají místo toho technologie jako mikrospojky (Micro Via), slepé otvory (Blind Via) a vnořené otvory (Buried Via) vytvořené pomocí laserového vrtání a technologie vrstvení, čímž je dosaženo integrace obvodu, která výrazně překračuje možnosti tradičních plošných spojů. Tyto spoje umožňují umístění většího počtu součástek na jednotku plochy, realizaci složitějších obvodových funkcí v omezeném prostoru a umožňují elektronickým produktům dosahovat vyššího výkonu v menších rozměrech. To přesně odpovídá vývojovým potřebám elektronických produktů směřujícím k lehkosti, inteligenci a vysokým frekvencím a zároveň se stává klíčovým nosným prvkem pro průlomové aplikace v nových oblastech, jako jsou 5G, internet věcí a umělá inteligence.

Klíčové vlastnosti HDI desek plošných spojů

Díky svému jedinečnému návrhu a procesu výroby vykazují desky plošných spojů s vysokou hustotou zapojení řadu základních vlastností, které odpovídají požadavkům na vysokou hustotu a vysoký výkon. Mezi ně hlavně patří:

1. Větší počet vrstev:

HDI desky plošných spojů obvykle mají větší počet vrstev, zpravidla více než 4 vrstvy. Je to proto, že při použití pouze několika vrstev je obtížné zabránit přetížení vodičů a rušení signálů, a proto je nutné zvýšit počet vrstev a rozmístit zapojení a spoje na více vrstev pro optimální plánování. Většina produktů si na základě složitosti funkce vybere 6 až 12vrstvový návrh, aby bylo dosaženo rovnováhy mezi hustotou zapojení, složitostí funkce a výkonem obvodu v omezeném prostoru.

2. Jemná šířka vodičů a vzdálenost mezi nimi:

Aby bylo možné uspokojit potřebu miniaturizace elektronických zařízení a dosáhnout vyšší hustoty integrace obvodů v omezeném prostoru, musí deska HDI efektivně rozvádět vodiče. Deska HDI může dosáhnout šířky a rozteče vodičů 3–5 mil nebo dokonce menší, zatímco rozteč vodičů u tradičních desek je obvykle několik set mikronů. Proto jakákoli malá odchylka v procesu výroby desky HDI může způsobit deformaci vodičů, zkrat nebo přerušení obvodu, což je extrémně obtížné zpracovat.

3. Použití mikroprovrtemů, slepých a zabetonovaných provrtemů:

Návrh otvorů v deskách HDI je také velmi jemný. Typy otvorů zahrnují: Microvia, která obvykle má průměr otvoru menší než 6 mil, aby přesně spojovala jemné vodiče a ušetřila místo. Aby bylo možné dosáhnout spojení mezi více vrstvami, je často nutné je vrstvit jednu na druhou, a otvory je obvykle třeba vyplnit mědí nebo pokovovat; Blind Via, která vede od povrchové vrstvy ke konkrétní vnitřní vrstvě a je viditelná pouze z jedné strany. Toto je dosaženo dírou v segmentech, čímž se efektivně zkrátí vedení signálu a sníží interference mezi vrstvami; Buried Via, která je zcela zabudovaná ve vnitřní vrstvě a neproniká povrchovou vrstvou. Její výroba vyžaduje proces vícestupňového laminování, což uvolní místo pro vodiče na povrchu a zvýší integritu vnitřních napájecích/zemních rovin; Staggered Via, složená z více střídavých mikrovia, které vytvářejí schodišťovou strukturu propojení, vhodná pro scénáře, kdy jsou potřeba příčné propojení mezi vrstvami, ale prostor je omezený; Stacked Via, kdy je více vrstev mikrovia svisle nad sebou a vytvářejí sloupcovou strukturu, aby bylo dosaženo přímého propojení více vrstev, přičemž je třeba přesně kontrolovat přesnost vrtání, aby byla zajištěna elektrická spolehlivost. Rozumná kombinace a použití těchto typů otvorů mohou splnit návrhové požadavky na vysokou hustotu a výkon desek plošných spojů.

Aby se zapojení mohlo stát hustší, HDI bude také využívat technologii VIP, tedy přímo vrtat mikro otvory v kontaktních plochách a propojit je tenkými spoji, čímž se rozšíří kanál pro zapojení a vyřeší se problém s přetížením vodičů ve vysoce hustých scénářích. Podle prostorového vztahu mezi kontaktními plochami a otvory lze tuto technologii dále rozdělit na následující typy:

• Vnořený: Tělo otvoru je zcela uvnitř hranice kontaktní plochy, přičemž mezi okrajem otvoru a okrajem kontaktní plochy je jasná vzdálenost, což ukazuje na plně obklopený stav;
  
• Částečně překrývající se: Struktura otvoru částečně zasahuje do oblasti kontaktní plochy a částečně přesahuje její hranice, čímž vzniká překryv mezi otvorem a okrajem kontaktní plochy;
  
• Excentrický: Otvor se celkově nachází v rámci rozsahu kontaktní plochy, ale mezi geometrickým středem otvoru a středem kontaktní plochy existuje posun, což vykazuje asymetrické rozložení.
  

Rozložení struktury otvorů HDI desky plošných spojů musí splňovat požadavky na vysokou hustotu vzájemných spojení a integritu signálu. Během výroby je nutné přesně kontrolovat přesnost zarovnání mezi vrstvami (v rámci ±15 μm) za účelem dosažení nízkého poměru stran ≤1:3, aby byla zajištěna stabilní přenos signálu; pro jádrovou vrstvu se používá silnější substrát a návrh zapuštěných otvorů může vylepšit elektrickou vodivost střední vrstvy, čímž lépe odpovídá požadavkům na vysokou hustotu a výkon elektronických zařízení.

Vícevrstvá struktura a charakteristiky procesu laminace

HDI deska plošných spojů vykazuje při procesu vrstvení a laminace tyto specifické vlastnosti:

Ačkoliv používá vrstvenou konstrukční logiku jako tradiční DPS, je k dosažení komplexních návrhů s vícevrstvými slepými a zapuštěnými vývody potřeba vícekolový proces laminace. Jeho struktura vychází z tlusté nosné vrstvy, na jejíž obě strany jsou symetricky naneseny tenké dielektrické vrstvy, čímž vznikne infrastruktura vhodná pro vysokohustotní zapojování.

Specifický výrobní proces je následující: nejprve definujte vodivou oblast pomocí negativního fotorezistního filmu a pomocí chloridu železitého vyryjte nepotřebné části; poté použijte chemický roztok k odstranění fotorezistního filmu, abyste vystavili substrát určený k opracování; vrtací proces vybírá mechanické, laserové nebo chemické metody v závislosti na požadavcích na hustotu; poté se propojení vnitřních obvodů dokončí pomocí metalizačního procesu; nakonec se opakují operace vrstvení a pokovení, dokud se nevytvoří struktura vnější vrstvy, aby byly splněny požadavky na přesné propojení v prostředích s vysokou hustotou.

Specifikace HDI desky na PCBally

Jedinečné výhody HDI PCB

HDI PCB (tištěný obvod s vysokou hustotou zapojení) prokázal značné výhody ve vývoji směřujícím k miniaturizaci a vysokému výkonu elektronických zařízení díky svému jedinečnému návrhu a technologii. Tyto výhody se projevují zejména v následujících aspektech:

1. Ultra vysoká hustota zapojení, úspora prostoru

Díky precizní technologii může HDI dosáhnout masivních spojů v omezeném prostoru. Ve srovnání s tradičními PCB může být objem zařízení při stejné funkci snížen o 30 % - 50 %, zároveň je snížena hmotnost zařízení, což poskytuje základnu pro úsporu prostoru a lehkost zařízení.

2. Snížení celkových nákladů systému

Ačkoliv výrobní náklady HDI desky jsou relativně vysoké, lze díky snížení počtu součástek, optimalizaci využití prostoru a zjednodušení montážního procesu výrazně snížit náklady na návrh a výrobu celého systému, čímž se dosáhne lepší nákladové efektivity na dlouhou trať.

3. Zvýšení flexibility návrhu

Vícevrstvý proces podporuje 6 až 12 vrstev nebo dokonce více vrstev. V kombinaci se strukturami, jako jsou schodovité a přesýpací díry, lze flexibilně plánovat složité topologie obvodů.

4. Optimalizovat výkon signálu a snížit rušení

Krátké a přímé cesty signálů snižují parazitní indukčnost a kapacitu, účinně kontrolují šum, snižují zpoždění a ztráty při přenosu signálů; vícevrstvá struktura může oddělit vrstvy napájení, uzemnění a signálové vrstvy, čímž se sníží elektromagnetické rušení (EMI).

5. Zrychlit životní cyklus produktu

Díky přizpůsobení rychlému vývoji a testovacímu procesu kompaktních zařízení může jeho vysoká integrace a návrhová flexibilita zkrátit cyklus od prototypu po sériovou výrobu, čímž pomáhá produktům rychleji reagovat na tržní požadavky.

Obory použití HDI desek plošných spojů

Ačkoli hliníkové desky plošných spojů mají mnoho výhod, stále mají některé nevýhody:

1. Spotřební elektronika:

Přenosná zařízení, jako jsou chytré telefony, tablety, chytré hodinky a produkty jako rozšířená realita (AR) a virtuální realita (VR), potřebují integrovat displeje s vysokým rozlišením, senzory, procesory a další komponenty do malého prostoru. HDI s vysokou hustotou interconnectivity může splnit jejich kompaktní návrh a vysoké výkonové požadavky;

2. Automobilová elektronika:

Systémy automatického řízení, palubní zábavní systémy atd. potřebují dosáhnout vysokorychlostního zapojení vysokorychlostních procesorů a pamětí RAM v omezeném prostoru vozidla, splnit požadavky na nízkou přeslech, vysokou kompatibilitu a integritu signálu a přizpůsobit se interakcím dat z více senzorů a scénám s vysokou rychlostí výpočtů;

3. Komunikační zařízení:

5G základnové stanice, routery, terminály satelitní komunikace atd., spoléhají na HDI k optimalizaci přenosu vysokofrekvenčních signálů, snížení zpoždění a rušení a podpoře interakce dat s vysokou propustností;

4. Lékařská elektronika:

Přenosné monitory, ultrazvukové vybavení, roboty pro minimálně invazivní chirurgii, kapslové endoskopy atd. vyžadují miniaturizovaný design a přesnou kontrolu signálu. HDI může vyvážit objem a výkon, a zároveň splnit vysoké bezpečnostní standardy a požadavky na provozní přesnost;

5. Letecký a obranný průmysl:

Vojenské a letecké systémy, jako jsou drony, užitečné zatížení satelitů a radarové systémy, integrují výkonné a vysoce citlivé komponenty a kladou extrémní požadavky na přesnost dat, spolehlivost komunikace a lehkou konstrukci. Lehká struktura HDI a spolehlivá interkonekční technologie mohou splnit požadavky na výkon v extrémních prostředích;

6. Průmyslová automatizace:

Řídicí systémy přesných CNC obrábecích strojů a průmyslových robotů vyžadují vysokohustotní zapojení, aby podpořily přenos signálu při víceosém propojení. HDI může zlepšit rychlost reakce a provozní stabilitu zařízení.

Obtíže při návrhu HDI desek plošných spojů

Ačkoli návrh HDI desek plošných spojů dokáže splnit požadavky na vysokou hustotu a vysoký výkon, čelí také vícečetným technickým výzvám, které se hlavně odrážejí v následujících aspektech:

• Komponenty mají malou velikost a jsou hustě rozmístěny, což zvyšuje obtížnost přesného vytváření spojů a montáže;
  
• Dostupná plocha desky plošných spojů je velmi omezená, což klade extrémní nároky na využití prostoru;
• Obě strany desky musí pojmout velké množství komponent, což dále zužuje kanály pro vedení spojů;
  
• Dlouhá délka vodiče může snadno vést ke zpoždění při přenosu signálu a ovlivnit výkon ve scénářích s vysokou frekvencí;
  
• Plánování vedení spojů je složité a počet sítí, které je třeba zpracovat, je obrovský, což vyžaduje vyvážení mezi vysokou hustotou a integritou signálu.
  

Klíčové body pro návrh a výrobu HDI desek plošných spojů

1. Přizpůsobitelnost návrhu a výroby, která musí přísně sledovat pokyny pro návrh vhodný pro výrobu (DFM), aby bylo zajištěno, že návrh bude odpovídající výrobním kapacitám;
2. Plánování počtu vrstev, které se obvykle vztahuje na doporučené standardy BGA součástek, nebo je založené na komplexním posouzení směru a délky spojů, čímž je položen základ pro následný návrh;
3. Návrh struktury otvorů, rozložení otvorů přímo ovlivňuje úpravu tloušťky a počtu vrstev desky a je klíčové pro propojení spojů jednotlivých vrstev;
4. Spolehlivost montáže a přizpůsobení prostředí, je nutné zajistit, že se deska pídit během používání nerozlomí a zohlednit trvanlivost a stabilitu;
5. Technická síla výrobce, jehož úroveň procesu souvisí s výrobními možnostmi celé desky, kvalitou zapojení a konečným provozním efektem.

U desek s vysokou hustotou propojení (HDI PCB) musí být výrobní, výrobně-technologické a konstrukční kroky přísně realizovány v souladu se souborem norem vydaných organizací IPC, včetně IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 a IPC-6016.

Výrobní omezení HDI PCB

Mezi výrobou HDI PCB a standardních PCB existuje mnoho rozdílů, přičemž jejich omezení se hlavně odrážejí v kompatibilitě materiálů a procesů:

1. Substrát musí splňovat požadavky na elektrické i mechanické vlastnosti, dielektrický materiál musí být kompatibilní s vysokou hodnotou TG, odolností proti tepelnému šoku a s pájením kovů a musí být kompatibilní s různými typy otvorů, jako jsou mikrokontaktní otvory, zahloubené otvory a slepé otvory;
2. Přilnavost a stabilita výkonu měděné fólie v oblastech jako jsou mikroprovrty a zapuštěné provrty musí být spolehlivé;

Kromě toho musí materiál mít dobré tepelné stability, aby odolal nárazům během svařování nebo tepelného cyklování.

Příslušné normy jsou IPC-4101B a IPC-4104A, které zahrnují materiály jako světlocitelná kapalná dielektrická vrstva, suchá filmová dielektrická vrstva, polyimidová fólie, tepelně zpracovatelná fólie, měďová fólie s nanesenou pryskyřicí a standardní FR-4.

PCBally: 22letá stabilní odborná výroba pro zahraniční obchod

Ve florujícím globálním průmyslu HDI desek se Čína stala klíčovým výrobním centrem, ze kterého se vytyčil řadu vysokokvalitních výrobců, mezi nimiž je PCBally lídr. S hlubokými zkušenostmi a inovační silou PCBally vykazuje významné výhody v mnoha oblastech:

• Přísná kontrola kvality:

  V souladu s normami ISO9001, ISO13485 a TS16949 odpovídají produkty normě IPC-A-600 Class 2 a pro speciální odvětví můžeme poskytnout normy Class 3/3A, čímž se zajistí stabilní provoz v náročných scénářích.
  

• Přední technologie a zařízení:

  Zavedení pokročilých zařízení, osvojení vysokopřesných procesů a technologií včetně vícevrstvých slepých přechodů a VIPPO, umožňuje přijímat náročné zakázky HDI a dosáhnout kvalitní transformace od návrhu k fyzickému produktu.
  

• Pružné objednávky:

  Bez minimálního objednávacího množství, podpora objednávky od 1 kusu, přizpůsobení potřebám vývojového ověřování startupů a zkušební výroby velkých podniků, podpora dlouhodobé spolupráce.
  

• Komplexní servis „jedním tahem“:

  Zahrnuje nákup materiálů, návrh, výrobu, montáž, balení až po expedici, šetří čas a námahu, ušetří zákazníkům čas a náklady.
  

• Dokonalý servisní systém:

  Kompletní prodejní tým s profesionálním inženýrstvím poskytuje služby ve všech fázích, trvalý servis po prodeji, kvalitní problémy lze předělat nebo uhrazení škody, zájmy zákazníků jsou zaručeny v první řadě.
  

• Silné zdroje dodavatelského řetězce:

  Efektivní nákup vysoce kvalitních komponent, zkrácení doby čekání, využití výhod měřítka k redukci nákladů a zvýšení cenové výhodnosti řešení.
  

• Rychlá dodací schopnost:

  Optimalizace výrobních procesů a plánování zdrojů, efektivní realizace projektů a pomoc zákazníkům při rychlém uvedení produktů na trh a využití příležitostí.