EN
Γρήγοροι Σύνδεσμοι
Αρχική Σελίδα > Κατασκευή PCB > Πλακέτα Κυκλώματος > Hdi pcb
Το PCB HDI είναι το ακρώνυμο του High-Density Interconnect Printed Circuit Board. Όπως υποδηλώνει το όνομά του, πρόκειται για ένα προηγμένο PCB που έχει σχεδιαστεί για να καλύπτει τις απαιτήσεις των ηλεκτρονικών προϊόντων σε μικροσκοπικό μέγεθος και υψηλή απόδοση. Το PCB υψηλής πυκνότητας χαρακτηρίζεται από λεπτές γραμμές και μικρή απόσταση μεταξύ των οπών. Σε σχέση με τα παραδοσιακά PCB, τα PCB υψηλής πυκνότητας βελτιώνουν την πυκνότητα των ενώσεων μειώνοντας τις γραμμές, εγκαταλείπουν την παραδοσιακή διαδικασία των οπών διέλευσης (Through Hole Via), υιοθετούν διάτρηση με λέιζερ, όπως μικροσκοπικές οπές (Micro Via), τυφλές οπές (Blind Via) και ενσωματωμένες οπές (Buried Via), καθώς και τεχνολογία στρώσεων, για να επιτευχθεί ολοκλήρωση των κυκλωμάτων που υπερβαίνει σημαντικά τα παραδοσιακά PCB. Μπορεί να φιλοξενήσει περισσότερα εξαρτήματα ανά μονάδα επιφανείας, μπορεί να πραγματοποιήσει πιο πολύπλοκες λειτουργίες κυκλωμάτων σε περιορισμένο χώρο και επιτρέπει στα ηλεκτρονικά προϊόντα να διαθέτουν ισχυρότερη απόδοση σε μικρότερο όγκο, προσαρμοζόμενα έτσι με ακρίβεια στις ανάγκες της εποχής για ελαφριά, έξυπνα και υψηλής συχνότητας ηλεκτρονικά προϊόντα, καθιστώντας το κρίσιμο μέσο για την υποστήριξη πρωτοποριακών εξελίξεων σε νέους τομείς, όπως το 5G, το Διαδίκτυο των Πραγμάτων και η τεχνητή νοημοσύνη.
Με μοναδικό σχεδιασμό και διαδικασία, τα PCB υψηλής πυκνότητας (HDI) παρουσιάζουν μια σειρά από βασικά χαρακτηριστικά που ανταποκρίνονται στις ανάγκες υψηλής πυκνότητας και απόδοσης, τα οποία περιλαμβάνουν κυρίως:
Τα PCB HDI διαθέτουν συνήθως μεγαλύτερο αριθμό στρώσεων, συνήθως περισσότερες από 4 στρώσεις. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι είναι δύσκολο να αποφευχθεί η συμφόρηση των γραμμών και οι παρεμβολές σήματος με μόνο λίγες στρώσεις, γι’ αυτό είναι απαραίτητο να αυξηθεί ο αριθμός των στρώσεων και να κατανεμηθούν οι διαδρομές και οι συνδέσεις σε πολλαπλές στρώσεις για λογικό σχεδιασμό. Τα περισσότερα προϊόντα επιλέγουν σχεδιασμό 6 έως 12 στρώσεων, με βάση την πολυπλοκότητα της λειτουργίας, ώστε να επιτευχθεί ισορροπία μεταξύ πυκνότητας διαδρομών, πολυπλοκότητας λειτουργίας και απόδοσης κυκλώματος σε περιορισμένο χώρο.
Για να καλυφθούν οι ανάγκες της μικροεπιστροφής των ηλεκτρονικών συσκευών και να επιτευχθεί υψηλότερη πυκνότητα ολοκλήρωσης κυκλωμάτων σε περιορισμένο χώρο, το hdi κυκλωματικό χρειάζεται να κατανέμει τις γραμμές αποτελεσματικά. Το hdi κυκλωματικό μπορεί να επιτύχει πλάτος και απόσταση γραμμής 3-5mil ή ακόμα και μικρότερο, ενώ η απόσταση των γραμμών στα παραδοσιακά κυκλώματα είναι συνήθως μερικές εκατοντάδες microns. Επομένως, κατά την κατασκευή hdi εκτυπωμένου κυκλώματος, κάθε μικρή απόκλιση στη διαδικασία μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση της γραμμής, βραχυκύκλωμα ή ανοιχτό κύκλωμα, γεγονός που καθιστά εξαιρετικά δύσκολη την επεξεργασία.
Η σχεδίαση των οπών στις πλακέτες HDI είναι επίσης πολύ λεπτή. Οι τύποι οπών περιλαμβάνουν: Microvia, η οποία έχει συνήθως διάμετρο οπής μικρότερη από 6mil, ώστε να μπορεί να συνδέει με ακρίβεια λεπτές γραμμές και να εξοικονομείται χώρος. Για να επιτευχθούν συνδέσεις μεταξύ πολλαπλών στρώσεων, συχνά είναι απαραίτητο να επιστρωματοποιηθούν στρώση μετά στρώση, ενώ οι οπές πρέπει συνήθως να γεμίζουν με χαλκό ή να επιμεταλλώνονται. Blind Via, η οποία εκτείνεται από την επιφανειακή στρώση σε μια συγκεκριμένη εσωτερική στρώση και είναι ορατή μόνο από τη μία πλευρά. Επιτυγχάνεται μέσω μιας διαδικασίας κατακερματισμού της διάνοιξης, με αποτέλεσμα την αποτελεσματική συντόμευση της διαδρομής του σήματος και τη μείωση της παρεμβολής μεταξύ στρώσεων. Buried Via, η οποία είναι πλήρως ενσωματωμένη στην εσωτερική στρώση και δεν διαπερνά την επιφανειακή στρώση. Απαιτείται να κατασκευαστεί μέσω μιας πολυσταδιακής διαδικασίας επιστρωμάτωσης, κάτι που μπορεί να απελευθερώσει χώρο στις επιφανειακές γραμμές διασύνδεσης και να ενισχύσει την ακεραιότητα των εσωτερικών επιπέδων τροφοδοσίας/γείωσης. Staggered Via, η οποία αποτελείται από πολλαπλές διαταγμένες μικροοπές για να δημιουργήσει μια δομή συνδεδεμένης διαστρωμάτωσης, κατάλληλη για σενάρια όπου απαιτούνται συνδέσεις διαστρωμάτωσης αλλά ο χώρος είναι περιορισμένος. Stacked Via, όπου πολλαπλές στρώσεις μικροοπών επιστρωματοποιούνται κατακόρυφα για να δημιουργήσουν μια στηλοειδή δομή, με σκοπό την άμεση σύνδεση πολλαπλών στρώσεων, ωστόσο η ακρίβεια διάνοιξης πρέπει να ελέγχεται αυστηρά για να εξασφαλιστεί η ηλεκτρική αξιοπιστία. Ο λογικός συνδυασμός και η εφαρμογή αυτών των τύπων οπών μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις σχεδίασης υψηλής πυκνότητας και απόδοσης στις πλακέτες PCB.
Για να καταστεί η καλωδίωση πιο πυκνή, το HDI θα χρησιμοποιήσει επίσης την τεχνολογία VIP, δηλαδή την άμεση διάτρηση μικρών οπών στις πλακέτες και τη σύνδεσή τους με λεπτές γραμμές, επομένως διευρύνεται το κανάλι καλωδίωσης και επιλύεται το πρόβλημα της συμφόρησης γραμμών σε περιπτώσεις υψηλής πυκνότητας. Με βάση τη σχέση της χωρικής θέσης μεταξύ πλακέτας και οπών, μπορεί να υποδιαιρεθεί στους ακόλουθους τύπους:
Η διάταξη των οπών στην πολυστρωματική PCB HDI πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις για υψηλή πυκνότητα διασύνδεσης και ακεραιότητα σήματος. Κατά τη διαδικασία παραγωγής, είναι απαραίτητος ο ακριβής έλεγχος της ακρίβειας ευθυγράμμισης μεταξύ των στρωμάτων (εντός ±15μm) για να επιτευχθεί χαμηλός λόγος όψης ≤1:3, ώστε να διασφαλιστεί σταθερή μεταφορά σήματος. Το κυρίως στρώμα χρησιμοποιεί παχύτερο υπόστρωμα, ενώ η ενσωματωμένη διάτρηση μπορεί να βελτιώσει την ηλεκτρική σύνδεση του μεσαίου στρώματος, προκειμένου να καλυφθούν πληρέστερα οι απαιτήσεις εφαρμογής υψηλής πυκνότητας και ηλεκτρονικών συσκευών υψηλής απόδοσης.
Η PCB HDI παρουσιάζει μοναδικά χαρακτηριστικά στις διαδικασίες διαστρωμάτωσης και επίστρωσης:
Αν και χρησιμοποιεί λογική κατασκευής επίπεδο κατά επίπεδο όπως η παραδοσιακή PCB, απαιτούνται πολλαπλές φάσεις επιστοίβωσης και συμπίεσης για να επιτευχθούν σχεδιασμοί πολύπλοκων συνδέσεων με πολλαπλά επίπεδα τύφλων και εγκατεστημένων αγωγών. Η δομή της βασίζεται σε ένα πυρήνα μεγάλου πάχους, ενώ λεπτά μονωτικά επίπεδα τοποθετούνται συμμετρικά και στις δύο πλευρές για να δημιουργηθεί υποδομή κατάλληλη για εγκατάσταση υψηλής πυκνότητας.
Η συγκεκριμένη διαδικασία κατασκευής είναι: πρώτα ορίζεται η αγώγιμη περιοχή με τη χρήση αρνητικής φωτοαντίστασης και στη συνέχεια αφαιρούνται οι περιττές περιοχές με χλωριούχο σίδηρο. Στη συνέχεια χρησιμοποιείται χημικό διάλυμα για την αφαίρεση της φωτοαντίστασης, ώστε να αποκαλυφθεί το υπόστρωμα που θα επεξεργαστεί. Η διαδικασία της διάτρησης επιλέγει μηχανικές, λέιζερ ή χημικές μεθόδους, ανάλογα με τις απαιτήσεις πυκνότητας. Στη συνέχεια, η ενδιάμεση σύνδεση των κυκλωμάτων ολοκληρώνεται μέσω της διαδικασίας μεταλλοποίησης. Τέλος, οι εργασίες επιστοίβασης και επιμετάλλωσης επαναλαμβάνονται μέχρι να σχηματιστεί η εξωτερική δομή, ώστε να καλυφθούν οι απαιτήσεις ακριβείς σύνδεσης σε περιβάλλοντα υψηλής πυκνότητας.
Χαρακτηριστικό |
ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ |
| Βαθμός ποιότητας | Πρότυπο IPC 2 |
| Αριθμός στρωμάτων | 4-32 στρώματα |
| Πλάτος Γραμμής/Διάσταση Γραμμής | 1,5~2mil (0,035~0,05mm) |
| Ελάχιστη Μηχανική Διάτρηση | 0,2 mm |
| Ελάχιστη Διάτρηση με Λέιζερ | 0.1mm |
| Κοφίνια/Ενσωματωμένες Οπές | 0,1~0,2mm |
| Διάτρηση (PTH) | ≥0,3 χιλιοστά |
| Λόγος Διατρήσεων | 8mil (0,2 χιλιοστά) |
| Απόσταση Γραμμής/Απόσταση Παδ | 3mil (0,075 χιλιοστά) |
| Ελάχιστο Μέγεθος Παδ | 0,15~0,4 χιλιοστά |
| Απόσταση Μάσκας Συγκόλλησης | ≥3mil (0,075 χιλιοστά) |
| Χρώμα Μάσκας Συγκόλλησης | Πράσινο, Άσπρο, Μπλε, Μαύρο, Κόκκινο, Κίτρινο, Μοβ |
| Πάχος πλάκας | 0,4~1,6 χιλιοστά |
| Υλικά | Υψηλής Tg FR4, Nelco N7000-2 HT, Isola I-Speed και άλλα υλικά με χαμηλές απώλειες |
| Μέθοδος στοίβαξης | Διαδοχική Επίστρωση |
| Γέμισμα Μικροσκοπικών Οπών | Γέμισμα Ρητίνης/Γαλβανοπλαστικό Γέμισμα |
| Πάχος Μεταλλικής Στιβάδας | 1oz-2oz (35μm-70μm) |
| Ελάχιστη Απόσταση Οπών | ≥0,2 χιλιοστά |
Το PCB HDI (υψηλής πυκνότητας διασύνδεσης) έχει αποδείξει σημαντικά πλεονεκτήματα στην τάση της μικροσκόπησης και της υψηλής απόδοσης ηλεκτρονικών συσκευών χάρη στον μοναδικό του σχεδιασμό και διαδικασία, κάτι που αποτυπώνεται κυρίως στις παρακάτω πτυχές:
Μέσω της ακριβούς τεχνολογίας, το HDI μπορεί να επιτύχει μαζικές συνδέσεις καλωδίωσης σε περιορισμένη περιοχή. Σε σχέση με τον παραδοσιακό PCB, μπορεί να μειώσει τον όγκο του κατά 30%-50% υπό την ίδια λειτουργία, ενώ ταυτόχρονα μειώνεται το βάρος της συσκευής, παρέχοντας βάση για χώρο και ελαφρύτητα στη συσκευή.
Παρότι το κόστος κατασκευής της πλακέτας hdi είναι σχετικά υψηλό, μειώνοντας τον αριθμό των εξαρτημάτων, βελτιώνοντας τη χρήση του χώρου και απλοποιώντας τη διαδικασία συναρμολόγησης, το κόστος σχεδιασμού και κατασκευής ολόκληρου του συστήματος μπορεί να μειωθεί σημαντικά, ενώ το μακροπρόθεσμο κόστος-απόδοσης είναι καλύτερο.
Η διαδικασία πολλαπλών στρώσεων υποστηρίζει 6-12 στρώσεις ή ακόμη και περισσότερες στρώσεις. Σε συνδυασμό με δομές όπως βήματα οπών και στοιβαρές οπές, μπορούν να σχεδιαστούν ευέλικτα πολύπλοκες τοπολογίες κυκλωμάτων.
Οι σύντομες και ευθείες διαδρομές σήματος μειώνουν την παρασιτική αυτεπαγωγή και χωρητικότητα, ελέγχουν αποτελεσματικά τον θόρυβο και μειώνουν την καθυστέρηση και τις απώλειες μετάδοσης σήματος. Η πολυστρωματική δομή μπορεί να διαχωρίσει τις στρώσεις τροφοδοσίας, γείωσης και σήματος για να μειωθεί η ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή (EMI).
Προσαρμοζόμενη στην ταχεία ανάπτυξη και διαδικασία δοκιμών των συμπαγών συσκευών, η υψηλή ολοκλήρωση και η ευελιξία σχεδίασης μπορούν να μειώσουν τον κύκλο από το πρωτότυπο στην παρτίδα, βοηθώντας τα προϊόντα να ανταποκριθούν γρηγορότερα στις απαιτήσεις της αγοράς.
Αν και τα PCB με βάση αλουμινίου έχουν πολλά πλεονεκτήματα, εξακολουθούν να υπάρχουν ορισμένα μειονεκτήματα:
Φορητές συσκευές όπως smartphones, tablets, smart watches και προϊόντα όπως επαυξημένη πραγματικότητα (AR) και εικονική πραγματικότητα (VR) πρέπει να ενσωματώνουν οθόνες υψηλής ανάλυσης, αισθητήρες, επεξεργαστές και άλλα εξαρτήματα σε έναν μικρό χώρο. Η δυνατότητα υψηλής πυκνότητας σύνδεσης (HDI) μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις τους για συμπαγή σχεδίαση και υψηλή απόδοση.
Συστήματα αυτόματης πιλοτικής λειτουργίας, συστήματα πολυμέσων εντός του οχήματος κ.λπ. πρέπει να επιτύχουν συνδεσμολογία υψηλής ταχύτητας για επεξεργαστές υψηλής ταχύτητας και RAM στον περιορισμένο χώρο του οχήματος, να καλύπτουν τις απαιτήσεις χαμηλής παρεμβολής, υψηλής συμβατότητας και ακεραιότητας σήματος, καθώς και να προσαρμόζονται σε σενάρια διαδραστικής χρήσης πολλαπλών αισθητήρων και υπολογιστικής υψηλής ταχύτητας.
βάσεις 5G, δρομολογητές, τερματικά δορυφορικών επικοινωνιών κ.λπ., βασίζονται στο HDI για τη βελτιστοποίηση της μετάδοσης σημάτων υψηλής συχνότητας, τη μείωση καθυστερήσεων και παρεμβολών και την υποστήριξη διαδραστικής ανταλλαγής δεδομένων υψηλής ευρωπηκτικότητας.
Φορητές οθόνες, εξοπλισμός υπερήχων, ρομπότ για ελάχιστα επεμβατικές χειρουργικές επεμβάσεις, καψούλες ενδοσκοπίων κ.λπ. απαιτούν μικροσκοπικό σχεδιασμό και ακριβή έλεγχο σήματος. Το HDI μπορεί να εξισορροπήσει τον όγκο και την απόδοση, ενώ τηρεί τα υψηλά πρότυπα ασφάλειας και τις απαιτήσεις ακρίβειας λειτουργίας.
Στρατιωτικός και αεροναυπηγικός εξοπλισμός, όπως drones, φορτία δορυφόρων και συστήματα ραντάρ, ενσωματώνουν εξαρτήματα υψηλής ισχύος και υψηλής ευαισθησίας και έχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις ως προς την ακρίβεια των δεδομένων, την αξιοπιστία της επικοινωνίας και την ελαφρύτητα. Η ελαφριά δομή του HDI και η αξιόπιστη τεχνολογία διασύνδεσης μπορούν να καλύψουν τις απαιτήσεις απόδοσης σε ακραία περιβάλλοντα.
Τα συστήματα ελέγχου ακριβείς εργαλειομηχανές CNC και βιομηχανικών ρομπότ απαιτούν υψηλής πυκνότητας καλωδίωση για να υποστηρίξουν τη μεταφορά σημάτων πολλαπλών αξόνων. Το HDI μπορεί να βελτιώσει την ταχύτητα απόκρισης και την ευστάθεια λειτουργίας του εξοπλισμού.
Αν και η σχεδίαση των HDI πλακετών κυκλωμάτων μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις υψηλής πυκνότητας και απόδοσης, αντιμετωπίζει επίσης πολλαπλές τεχνικές προκλήσεις, οι οποίες αποτυπώνονται κυρίως στις παρακάτω πτυχές:
1. Η ευελιξία σχεδίασης και κατασκευής, η οποία πρέπει να ακολουθεί αυστηρά τις οδηγίες σχεδίασης για εφικτή κατασκευή (DFM), ώστε να διασφαλιστεί ότι η σχεδίαση θα ταιριάζει στην παραγωγική δυνατότητα.
2. Ο σχεδιασμός του αριθμού των στρώσεων, ο οποίος συνήθως αναφέρεται στα συνιστώμενα πρότυπα των συσκευών BGA ή βασίζεται στη συνδυασμένη κρίση της κατεύθυνσης και του μήκους των δικτύων, δημιουργώντας τις βάσεις για την επόμενη σχεδίαση.
3. Η σχεδίαση της δομής των οπών, καθώς η κατανομή των οπών επηρεάζει άμεσα τη λογική διαμόρφωση του πάχους και του αριθμού των στρώσεων της πλακέτας και αποτελεί τον βασικό παράγοντα σύνδεσης των γραμμών κάθε στρώσης.
4. Η αξιοπιστία συναρμολόγησης και η προσαρμογή στις περιβαλλοντικές συνθήκες, καθώς είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι η πλακέτα δεν θα σπάσει κατά τη διάρκεια της χρήσης, λαμβάνοντας υπόψη την ανθεκτικότητα και τη σταθερότητα.
5. Η τεχνική δύναμη του κατασκευαστή, του οποίου το επίπεδο διαδικασίας σχετίζεται άμεσα με την επεξεργασία ολόκληρης της πλακέτας, την ποιότητα των ενώσεων και το τελικό αποτέλεσμα λειτουργίας.
Για PCB με υψηλή πυκνότητα σύνδεσης, η παραγωγή, η κατασκευή και οι σχεδιαστικοί σύνδεσμοι πρέπει να εφαρμόζονται αυστηρά σύμφωνα με μια σειρά προτύπων που έχουν καθοριστεί από τον οργανισμό IPC, συμπεριλαμβανομένων IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 και IPC-6016.
Υπάρχουν πολλές διαφορές μεταξύ της κατασκευής HDI PCB και των τυπικών PCB, ενώ οι περιορισμοί τους αποδίδονται κυρίως στη συμβατότητα των υλικών και των διαδικασιών:
1. Το υπόστρωμα πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις τόσο ηλεκτρικές όσο και μηχανικές, ενώ το διηλεκτρικό υλικό πρέπει να είναι συμβατό με υψηλές τιμές TG, ανθεκτικό στη θερμική κρούση και στη συγκόλληση μετάλλων, καθώς και συμβατό με διάφορους τύπους οπών, όπως μικροσυνδέσεις (microvias), ενσωματωμένες οπές (buried vias) και τυφλές οπές (blind vias).
2. Η συνάφεια και η σταθερότητα της απόδοσης της χαλκοταινίας σε περιοχές όπως τα μικροσχιστά και τα ενσωματωμένα σχιστά πρέπει να είναι αξιόπιστη.
Επιπλέον, το υλικό πρέπει να διαθέτει καλή θερμική σταθερότητα για να αντέχει στις δονήσεις κατά τη συγκόλληση ή τη θερμική κυκλοφορία.
Οι σχετικές προδιαγραφές είναι οι IPC-4101B και IPC-4104A, οι οποίες αφορούν υλικά όπως φωτοευαίσθητο υγρό διηλεκτρικό στρώμα, στεγνό διηλεκτρικό στρώμα, πολυϊμιδική μεμβράνη, θερμοσκληρυνόμενη μεμβράνη, ρητίνη-επιστρωμένη χαλκοταινία και τυπική FR-4.
Στην ευδαιμονούσα παγκόσμια βιομηχανία HDI πλακετών κυκλωμάτων, η Κίνα έχει γίνει ένας βασικός κατασκευαστικός κέντρο, ενώ έχουν προκύψει πολλοί υψηλής ποιότητας κατασκευαστές, στους οποίους το Linghangda αποτελεί κορυφαίο. Με την εμπεριστατωμένη του συσσώρευση και καινοτόμο δύναμη, το Linghangda έχει δείξει σημαντικά πλεονεκτήματα σε πολλούς τομείς:
PCB Rogers
A.O.I.
Δακτύλιοι Διαστρώσεων
PCB Γραφείου Χρυσού
