EN
لینک‌های سریع
HDI PCB مخفف عبارت High-Density Interconnect Printed Circuit Board است. همان‌طور که از نامش پیداست، این نوع برد مدار چاپی پیشرفته‌ای است که به‌منظور پاسخگویی به نیازهای کوچک‌سازی و عملکرد بالای محصولات الکترونیکی طراحی شده است. برد PCB با تراکم بالا دارای خطوط ظریف و فاصله چاهی (hole pitch) کم است. در مقایسه با برد PCB سنتی، برد PCB با تراکم بالا با کاهش خطوط، از فرآیند سنتی چاهک گذاری (Through Hole Via) صرف‌نظر کرده و به جای آن از فناوری‌هایی مانند چاهک‌های ریز (Micro Via)، چاهک‌های کور (Blind Via) و چاهک‌های مدفون (Buried Via) حفره‌داری لیزری و فناوری لایه‌بندی استفاده می‌کند تا ادغام مداری بسیار فراتر از برد PCB سنتی را محقق سازد. این امر امکان قرار دادن تعداد بیشتری از قطعات در هر واحد سطح را فراهم می‌کند، امکان اجرای عملکردهای پیچیده‌تر مدار را در فضای محدود را فراهم می‌کند و به محصولات الکترونیکی اجازه می‌دهد تا عملکرد قوی‌تری را در حجم کوچک‌تری به‌دست آورند. این موضوع دقیقاً با نیازهای عصر حاضر در جهت توسعه محصولات الکترونیکی به سمت سبکی، هوشمندی و فرکانس بالا سازگار است و این برد را به یک حامل کلیدی برای پشتیبانی از دستاوردهای برجسته در زمینه‌های نوظهوری مانند 5G، اینترنت اشیاء و هوش مصنوعی تبدیل کرده است.
با طراحی و فرآیند منحصر به فرد خود، برد مدار چاپی ارتباطی با تراکم بالا دارای مجموعه‌ای از ویژگی‌های اصلی است که با نیازهای تراکم بالا و عملکرد بالا سازگار می‌شوند، این ویژگی‌ها عمدتاً شامل موارد زیر است:
بردهای مداری HDI معمولاً دارای تعداد لایه‌های بیشتری هستند، معمولاً بیش از 4 لایه. این امر به این دلیل است که با چند لایه محدود، ازدحام خطوط و تداخل سیگنال‌ها اجتناب‌ناپذیر است، بنابراین لازم است تعداد لایه‌ها افزایش یابد و مسیرها و اتصالات در چندین لایه پخش شوند تا برنامه‌ریزی منطقی انجام شود. اکثر محصولات معمولاً بر اساس پیچیدگی عملکردی، طراحی 6 تا 12 لایه را انتخاب می‌کنند تا تراکم مسیرها، پیچیدگی عملکردی و عملکرد مدار را در فضای محدود به خوبی متعادل کنند.
برای پاسخگویی به نیازهای کوچک‌سازی دستگاه‌های الکترونیکی و دستیابی به ادغام مدار با چگالی بالاتر در فضای محدود، برد مدار HDI باید خطوط را به‌صورت بهینه توزیع کند. برد مدار HDI قادر است به پهنای خط و فاصله خط ۳ تا ۵ میل یا حتی کوچک‌تر دست یابد، در حالی که فاصله‌گذاری از طریقی در برد مدارهای سنتی معمولاً چند صد میکرون است. بنابراین، در تولید برد مدار چاپی HDI، هرگونه انحراف کوچک در فرآیند می‌تواند باعث تغییر شکل خطوط، اتصال کوتاه یا مدار باز شود که پردازش آن بسیار دشوار است.
طراحی حفره در برد HDI نیز بسیار ظریف است. انواع حفره‌ها شامل موارد زیر می‌شوند: Microvia، که به طور معمول دارای قطر حفره‌ای کمتر از 6 میل است تا بتواند خطوط ظریف را به دقت به هم متصل کند و فضا را صرفه‌جویی کند. برای دستیابی به اتصال بین چندین لایه، اغلب لازم است لایه‌ها را یکی پس از دیگری روی هم قرار دهیم و حفره‌ها معمولاً نیازمند پر کردن با مس یا اعمال لایه‌نشانی الکتریکی هستند؛ Blind Via، که از لایه سطحی تا یک لایه داخلی خاص امتداد دارد و تنها از یک طرف دیده می‌شود. این نوع حفره از طریق فرآیند سوراخکاری بخشی ایجاد می‌شود و به طور مؤثری مسیر سیگنال را کوتاه کرده و تداخل بین لایه‌ها را کاهش می‌دهد؛ Buried Via، که کاملاً در لایه داخلی جاسازی شده و از لایه سطحی عبور نمی‌کند. این نوع حفره نیازمند فرآیند چندمرحله‌ای لایه‌گذاری است و می‌تواند فضای مسیرکشی سطحی را آزاد کند و یکپارچگی صفحه تغذیه/زمین داخلی را افزایش دهد؛ Staggered Via، که از چندین Microvia به صورت پلکانی تشکیل شده است و ساختار اتصال پلکانی ایجاد می‌کند، مناسب برای سناریوهایی که نیاز به اتصال‌های عرضی لایه‌ای وجود دارد اما فضا محدود است؛ Stacked Via، که چند لایه Microvia به صورت عمودی روی هم قرار گرفته‌اند و ساختاری استوانه‌ای ایجاد می‌کنند تا اتصال مستقیم چندلایه‌ای را فراهم کنند، اما دقت در سوراخکاری باید به دقت کنترل شود تا قابلیت اطمینان الکتریکی تضمین شود. ترکیب و کاربرد مناسب این انواع حفره می‌تواند نیازهای طراحی برد PCB با تراکم بالا و عملکرد بالا را برآورده کند.
برای اینکه سیم‌کشی متراکم‌تر شود، HDI همچنین از تکنولوژی VIP استفاده می‌کند، یعنی میکرو سوراخ‌ها را به طور مستقیم در پدها می‌کند و آن‌ها را با خطوط نازک به هم وصل می‌کند، بدین ترتیب کانال سیم‌کشی گسترده‌تر می‌شود و مشکل ازدحام خطوط در سناریوهای با تراکم بالا حل می‌گردد. با توجه به رابطه مکانی بین پدها و سوراخ‌ها، این تکنولوژی به انواع زیر قابل تقسیم است:
چیدمان ساختار حفره در برد مدار چاپی HDI باید نیازهای اتصال با تراکم بالا و یکپارچگی سیگنال را برآورده کند. در فرآیند تولید، لازم است دقت ترازبندی بین لایه‌ها به دقت کنترل شود (در محدوده ±15 میکرون) تا نسبت ابعادی پایینی از مرتبه ≤1:3 داشته باشد و این امر انتقال پایدار سیگنال را تضمین می‌کند؛ لایه هسته از زیرلایه ضخیم‌تری استفاده می‌کند و طراحی حفره مدفون می‌تواند اتصال الکتریکی لایه میانی را بهبود بخشد تا بهتر بتواند نیازهای کاربردی دستگاه‌های الکترونیکی با تراکم و عملکرد بالا را برآورده کند.
برد مدار چاپی HDI در فرآیند لایه‌بندی و انباشت نمایانگر ویژگی‌های منحصر به فردی است:
اگرچه این سیستم از منطق ساخت لایه به لایه مانند برد مدار چاپی سنتی استفاده می‌کند، اما برای دستیابی به طراحی‌های ارتباطی پیچیده از طریق چندین لایه اتصالات مخفی و مدفون، نیازمند چندین مرحله از فرآیندهای لایه‌بندی و فشرده‌سازی مجدد است. ساختار آن بر پایه یک لایه هسته‌ای ضخیم است که لایه‌های عایق نازک به صورت متقارن روی هر دو سمت آن قرار گرفته‌اند تا زیرساختی مناسب برای کابل‌کشی با تراکم بالا ایجاد شود.
فرآیند تولید مشخص این است: ابتدا با استفاده از یک فیلم فوتو رزیست منفی محدوده هادی را تعریف کنید و از کلرید آهن برای خراش دادن قطعات غیرضروری استفاده کنید؛ سپس از یک محلول شیمیایی برای برداشتن فیلم فوتو رزیست استفاده کنید تا زیرلایه مورد نظر آشکار شود؛ فرآیند سوراخکاری با توجه به الزامات چگالی از روش‌های مکانیکی، لیزری یا شیمیایی استفاده می‌کند؛ سپس اتصال مدار لایه داخلی از طریق فرآیند فلزدار کردن کامل می‌شود؛ در نهایت عملیات انباشتن و روکش‌کاری مجدداً تکرار می‌شود تا ساختار لایه خارجی شکل گیرد و بدین ترتیب نیازمندی‌های اتصال دقیق در سناریوهای با چگالی بالا برآورده شود.
ویژگی |
قابلیت |
| درجه کیفیت | استاندارد IPC 2 |
| تعداد لایه‌ها | 4-32 لایه |
| عرض خط/فاصله خطوط | 1.5~2mil (0.035~0.05mm) |
| حداقل سوراخکاری مکانیکی | 0.2 میلی‌متر |
| حداقل سوراخکاری لیزری | 0.1mm |
| Viaهای کور/دفنی | 0.1~0.2mm |
| سوراخ فیبر (PTH) | ≥0.3mm |
| نسبت دهانه فیبر | 8mil（0.2mm） |
| فاصله بین خطوط/فاصله بین پد | 3mil（0.075mm） |
| حداقل اندازه پد | 0.15~0.4mm |
| فاصله ماسک لحیم | ≥3mil (0.075mm) |
| رنگ ماسک لحیم | سبز، سفید، آبی، مشکی، قرمز، زرد، بنفش |
| ضخامت صفحه | 0.4~1.6mm |
| مواد | فر4 با دمای گذار بالا، نلکو ان7000-2 اچ‌تی، آیسولا آی-اسپیید و سایر مواد کم‌اتلاف |
| روش انباشت | لایه‌بندی متوالی |
| پر کردن میکرو حفره | پر کردن با رزین/پر کردن با استحکام الکتریکی |
| ضخامت لایه فلزی | 1 اونس تا 2 اونس (35 میکرومتر تا 70 میکرومتر) |
| حداقل فاصله بین حفره‌ها | ≥0.2 میلی‌متر |
برد مدار چاپی با تراکم بالا (HDI PCB) به دلیل طراحی و فرآیند منحصر به فرد خود، در روند کوچک‌سازی و عملکرد بالای تجهیزات الکترونیکی، مزایای قابل توجهی را نشان داده است که عمدتاً در موارد زیر مشهود است:
با استفاده از فناوری دقیق، HDI می‌تواند اتصالات سیم‌بندی زیادی را در یک محدوده محدود ایجاد کند. در مقایسه با PCBهای سنتی، می‌تواند حجم را تحت همان عملکرد 30 تا 50 درصد کاهش دهد، در عین حال وزن تجهیزات را کاهش داده و زمینه‌ای برای فضای کمتر و سبک‌تر بودن فراهم کند.
اگرچه هزینه ساخت برد HDI نسبتاً زیاد است، اما با کاهش تعداد قطعات، بهینه‌سازی استفاده از فضا و ساده‌سازی فرآیند مونتاژ، می‌توان هزینه طراحی و تولید کل سیستم را به‌طور چشمگیری کاهش داد و این امر در بلندمدت از نظر هزینه بسیار مقرون‌به‌صرفه خواهد بود.
فرآیند چندلایه‌ای از 6 تا 12 لایه یا حتی بیشتر از آن پشتیبانی می‌کند. ترکیب آن با ساختارهایی مانند سوراخ‌های پلکانی و سوراخ‌های انباشته شده، امکان برنامه‌ریزی انعطاف‌پذیر توپولوژی‌های پیچیده مداری را فراهم می‌کند.
مسیرهای سیگنال کوتاه و مستقیم، القای الکتریکی (اندوکتانس) و ظرفیت الکتریکی (خازنی) ناخواسته را کاهش می‌دهند، نویز را به‌خوبی کنترل می‌کنند و تاخیر و اتلاف در انتقال سیگنال را کاهش می‌دهند؛ ساختار چندلایه‌ای می‌تواند لایه‌های برق، زمین و سیگنال را از یکدیگر جدا کند و در نتیجه تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را کاهش دهد.
در پاسخ به فرآیند توسعه و آزمایش سریع تجهیزات کوچک، یکپارچگی بالا و انعطاف‌پذیری طراحی آن چرخه را از نمونه اولیه تا تولید انبوه کوتاه می‌کند و به محصولات کمک می‌کند تا سریعتر به تقاضای بازار پاسخ دهند.
اگرچه برد مدارهای با پایه آلومینیوم مزایای زیادی دارند، اما معایبی نیز دارند:
دستگاه‌های قابل حمل مانند تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها، ساعت‌های هوشمند و محصولاتی مانند واقعیت افزوده (AR) و واقعیت مجازی (VR) نیازمند ادغام نمایشگرهای با وضوح بالا، سنسورها، پردازنده‌ها و سایر اجزا در فضای کوچکی هستند. قابلیت اتصال با تراکم بالا در HDI می‌تواند نیازهای طراحی کم‌حجم و عملکرد بالای این دستگاه‌ها را برآورده کند.
سیستم‌های خودران، سیستم‌های سرگرمی-اطلاعاتی خودرو و غیره نیازمند داشتن اتصالات پرسرعت از طریق پردازنده‌ها و حافظه RAM با سرعت بالا در فضای محدود خودرو هستند تا بتوانند الزاماتی مانند کم‌کردن تداخل، سازگاری بالا و یکپارچگی سیگنال را برآورده کنند و در شرایط تعامل داده‌های چندسنسوری و محاسبات با سرعت بالا کار کنند.
ایستگاه‌های پایه 5G، روترها، ترمینال‌های مخابرات ماهواره‌ای و غیره به HDI متکی هستند تا انتقال سیگنال‌های با فرکانس بالا را بهینه کنند، تاخیر و تداخل را کاهش دهند و تعامل داده‌های با پهنای باند بالا را پشتیبانی کنند.
مانیتورهای قابل حمل، تجهیزات سونوگرافی، ربات‌های جراحی کم‌تهاجمی، اندوسکوپ‌های کپسولی و غیره نیازمند طراحی کوچک‌شده و کنترل دقیق سیگنال هستند. HDI می‌تواند بین حجم و عملکرد تعادل برقرار کند و در عین حال نیازهای بالای ایمنی و دقت عملیاتی را برآورده کند؛
تجهیزات نظامی و هوایی مانند پهپادها، بارهای ماهواره‌ای، و سیستم‌های راداری از اجزای با توان بالا و حساسیت زیاد استفاده می‌کنند و نیازمند دقت بالای داده‌ها، قابلیت اطمینان در ارتباطات و سبکی وزن هستند. ساختار سبک وزن و فناوری اتصال قابل اعتماد HDI می‌تواند نیازهای عملکردی را در شرایط محیطی سخت برآورده کند؛
سیستم‌های کنترل ماشین‌های ابزار CNC دقیق و ربات‌های صنعتی نیازمند کابل‌کشی با تراکم بالا هستند تا انتقال سیگنال‌های مولتی‌اکسی را پشتیبانی کنند. HDI می‌تواند سرعت پاسخ‌دهی و ثبات عملیاتی تجهیزات را بهبود بخشد.
اگرچه طراحی برد مداری HDI می‌تواند نیازهای چگالی بالا و عملکرد بالا را برآورده کند، اما با چندین چالش فنی نیز مواجه است که عمدتاً در جنبه‌های زیر آن دیده می‌شود:
1. انعطاف‌پذیری طراحی و ساخت، که باید به‌دقت از راهنمای طراحی برای ساخت‌پذیری (DFM) پیروی کند تا اطمینان حاصل شود که طراحی با ظرفیت تولید مطابقت دارد؛
2. برنامه‌ریزی تعداد لایه‌ها، که معمولاً به استانداردهای پیشنهادی دستگاه‌های BGA اشاره دارد، یا بر اساس قضاوت جامع از جهت و طول شبکه عرضی، زمینه را برای طراحی بعدی فراهم کند؛
3. طراحی ساختار سوراخ، توزیع سوراخ‌ها به‌صورت مستقیم بر تنظیم مناسب ضخامت و تعداد لایه‌های برد تأثیر می‌گذارد و کلید اتصال خطوط هر لایه است؛
4. قابلیت اطمینان در مونتاژ و سازگاری با محیط، لازم است اطمینان حاصل شود که برد مدار در حین استفاده نشکند و دوام و پایداری آن نیز در نظر گرفته شود;
5. توانایی فنی تولیدکننده که سطح فرآیند آن به طور مستقیم مربوط به امکان تولید کل برد، کیفیت سیم‌کشی و اثر عملیات نهایی می‌باشد.
برای برد مدار چاپی ارتباط یافته با تراکم بالا (HDI PCB)، لینک‌های تولید، ساخت و طراحی آن باید مطابق با سری استانداردهای تدوین شده توسط IPC اجرا شوند، از جمله IPC-2315، IPC-2226، IPC-4104 و IPC-6016.
تفاوت‌های زیادی بین تولید HDI PCB و PCB استاندارد وجود دارد و محدودیت‌های آن عمدتاً در سازگاری مواد و فرآیندها منعکس می‌شود:
1. باید بستر نیازمندی‌های خواص الکتریکی و مکانیکی را برآورده کند، و ماده دی‌الکتریک باید با مقادیر TG بالا، ضربه حرارتی و جوش فلز سازگار باشد و باید با انواع مختلفی از سوراخ‌ها مانند میکروویا، ویای دفنی و ویای کور سازگاری داشته باشد;
2. چسبندگی و پایداری عملکرد ورق مس در مناطقی مانند میکرو viaها و viaهای مدفون باید قابل اطمینان باشد.
علاوه بر این، ماده باید دارای پایداری حرارتی خوبی باشد تا بتواند در برابر ضربه‌های ناشی از جوشکاری یا چرخه‌های حرارتی مقاومت کند.
استانداردهای مربوطه IPC-4101B و IPC-4104A هستند که شامل موادی مانند لایه عایق مایع حساس به نور، لایه عایق فیلم خشک، فیلم پلی‌ایمید، فیلم گرماسخت، ورق مسی پوشیده شده با رزین و FR-4 استاندارد می‌شوند.
در صنعت رونق‌یافته جهانی برد مداری HDI، چین به یک مرکز کلیدی تولید تبدیل شده است و بسیاری از تولیدکنندگان باکیفیت در آن ظهور کرده‌اند که لینگ هانگ دا یکی از پیشروان آن است. لینگ هانگ دا با انباشت عمیق و قدرت نوآوری خود، مزایای قابل توجهی را در بسیاری از زمینه‌ها به نمایش گذاشته است:
Rogers PCB
A.O.I.
حلقه‌های هلالی
برد مدار چاپی انگشت طلا
