एचडीआई पीसीबी का अर्थ हाई-डेंसिटी इंटरकनेक्ट प्रिंटेड सर्किट बोर्ड है। जैसा कि इसके नाम से स्पष्ट है, यह इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों की न्यूनतमकरण और उच्च-प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक उन्नत पीसीबी है। उच्च-घनत्व वाले पीसीबी में पतली लाइनों और सूक्ष्म छेद के अंतराल की विशेषता होती है। पारंपरिक पीसीबी की तुलना में, उच्च-घनत्व वाले पीसीबी तारों को कम करके वायरिंग घनत्व का अनुकूलन करते हैं, पारंपरिक थ्रू-होल (थ्रू होल वाया) प्रक्रिया को त्याग देते हैं, माइक्रो वाया (माइक्रो वाया), ब्लाइंड वाया (ब्लाइंड वाया) और बर्ड वाया (बर्ड वाया) जैसी लेजर ड्रिलिंग तकनीकों और लेमिनेशन तकनीक को अपनाते हैं, और पारंपरिक पीसीबी की तुलना में कहीं अधिक सर्किट एकीकरण प्राप्त करते हैं। यह प्रति इकाई क्षेत्र में अधिक घटकों को समायोजित कर सकता है, सीमित स्थान में अधिक जटिल सर्किट कार्यों को साकार कर सकता है, और इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों को छोटे आकार में अधिक शक्तिशाली प्रदर्शन वाला बना सकता है। इस प्रकार इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के हल्के, बुद्धिमान और उच्च-आवृत्ति विकास की आवश्यकताओं के युग के अनुकूल हो जाता है, और 5G, इंटरनेट ऑफ थिंग्स, और कृत्रिम बुद्धिमत्ता जैसे नवोन्मेषी क्षेत्रों में विस्फोटक वृद्धि का समर्थन करने वाले महत्वपूर्ण वाहक के रूप में उभरता है।
अपने विशिष्ट डिज़ाइन और प्रक्रिया के साथ, उच्च घनत्व वाले इंटरकनेक्ट पीसीबी में उच्च घनत्व और उच्च प्रदर्शन की आवश्यकताओं के अनुकूल कई मुख्य विशेषताएं होती हैं, जिनमें मुख्य रूप से शामिल हैं:
एचडीआई सर्किट बोर्ड में आमतौर पर अधिक लेयर संख्या होती है, जो आमतौर पर 4 लेयर से अधिक होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि केवल कुछ ही लेयर्स के साथ लाइन संकुलन और सिग्नल हस्तक्षेप से बचना मुश्किल होता है, इसलिए लेयर्स की संख्या बढ़ाना आवश्यक होता है और वायरिंग और कनेक्शन को कई लेयर्स पर वितरित कर उचित योजना बनाना होता है। अधिकांश उत्पाद कार्यक्षमता की जटिलता, वायरिंग घनत्व और परिपथ प्रदर्शन के बीच संतुलन बनाए रखने के लिए सीमित स्थान में 6 से 12 लेयर के डिज़ाइन का चयन करते हैं।
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लघुकरण की आवश्यकताओं को पूरा करने और सीमित स्थान में उच्च घनत्व वाले परिपथों के एकीकरण को प्राप्त करने के लिए, hdi सर्किट बोर्ड को लाइनों को कुशलतापूर्वक वितरित करना चाहिए। hdi सर्किट बोर्ड 3-5 मिल या यहां तक कि छोटी लाइन चौड़ाई और लाइन अंतराल को प्राप्त कर सकता है, जबकि पारंपरिक सर्किट बोर्ड का वायरिंग अंतराल आमतौर पर कई सौ माइक्रोन होता है। इसलिए, hdi प्रिंटेड सर्किट बोर्ड के निर्माण के समय, किसी भी मामूली प्रक्रिया विचलन के कारण लाइन विकृति, लघुपथन या खुला परिपथ हो सकता है, जिसकी प्रक्रिया करना अत्यंत कठिन है।
एचडीआई बोर्ड में छेद का डिज़ाइन भी बहुत सटीक होता है। छेद के प्रकार इस प्रकार हैं: माइक्रोविया, जिसका व्यास आमतौर पर 6मिल से कम होता है, ताकि सटीक रूप से सूक्ष्म लाइनों को जोड़ा जा सके और स्थान की बचत हो सके। एकाधिक परतों के बीच कनेक्शन प्राप्त करने के लिए, अक्सर उन्हें परत-दर-परत स्टैक करने की आवश्यकता होती है, और छेदों में आमतौर पर तांबे से भरना या इलेक्ट्रोप्लेटिंग करना आवश्यक होता है; ब्लाइंड विया, जो ऊपरी परत से एक विशिष्ट आंतरिक परत तक जाता है और केवल एक तरफ दिखाई देता है। यह एक खंडित ड्रिलिंग प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, जो संकेत पथ को प्रभावी ढंग से छोटा करता है और अंतरापृष्ठीय हस्तक्षेप को कम करता है; बर्ड विया, जो पूरी तरह से आंतरिक परत में अंतर्निहित होता है और ऊपरी परत को भेदता नहीं है। इसे एक बहुस्तरीय लेमिनेशन प्रक्रिया के माध्यम से निर्मित करने की आवश्यकता होती है, जो सतह वायरिंग स्थान को मुक्त कर सकता है और आंतरिक विद्युत/ग्राउंड प्लेन की अखंडता को बढ़ाता है; स्टैगर्ड विया, जो कई स्थानांतरित माइक्रोविया से मिलकर एक सीढ़ी के आकार की अंतरसंयोजन संरचना बनाता है, जो पार-परत कनेक्शन के लिए आवश्यक स्थान सीमित होने पर उपयुक्त होता है; स्टैक्ड विया, जहां माइक्रोविया की कई परतों को ऊर्ध्वाधर रूप से स्टैक करके एक स्तंभाकार संरचना बनाई जाती है, ताकि बहु-परत सीधे अंतरसंयोजन प्राप्त किया जा सके, लेकिन ड्रिलिंग की सटीकता को सख्ती से नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है ताकि विद्युत विश्वसनीयता सुनिश्चित की जा सके। इन छेद प्रकारों के उचित संयोजन और अनुप्रयोग से उच्च-घनत्व और उच्च-प्रदर्शन वाले पीसीबी के डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है।
तारों को अधिक घना बनाने के लिए, HDI में VIP तकनीक का भी उपयोग किया जाएगा, यानी पैड्स में सीधे सूक्ष्म छेद ड्रिल करना और उन्हें पतली लाइनों से जोड़ना, जिससे तारों के लिए चैनल चौड़ा हो जाता है और उच्च घनत्व वाले परिदृश्यों में लाइन जाम की समस्या का समाधान हो जाता है। पैड्स और छेदों के बीच स्थानिक स्थिति संबंधों के अनुसार, इसे निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:
HDI PCB की छेद संरचना व्यवस्था को उच्च-घनत्व अंतर्संबंध और सिग्नल अखंडता की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। निर्माण के दौरान, संकेत स्थानांतरण को स्थिर करने सुनिश्चित करने के लिए अल्पांतर अनुपात ≤1:3 को प्राप्त करने के लिए परतों के मेल की सटीकता (±15μm के भीतर) को सटीक रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है; कोर परत में मोटे सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है, और निहित छेद के डिज़ाइन से मध्य परत की विद्युत संबंधकता में सुधार होता है, जो उच्च-घनत्व और उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की आवश्यकताओं को बेहतर ढंग से पूरा करता है।
HDI PCB परतीकरण और परतीकरण प्रक्रिया में विशिष्ट विशेषताएं प्रदर्शित करता है:
हालांकि यह पारंपरिक पीसीबी के समान परत-दर-परत निर्माण तर्क का उपयोग करता है, लेकिन मल्टी-लेयर ब्लाइंड और बर्ड वियों के जटिल इंटरकनेक्शन डिजाइन को प्राप्त करने के लिए स्टैकिंग और लेमिनेशन प्रक्रियाओं के कई दौर की आवश्यकता होती है। इसकी संरचना एक मोटी कोर परत पर आधारित है, जिसके दोनों ओर सममित रूप से पतली परावैद्युत परतें बिछाई गई हैं, जो उच्च-घनत्व वायरिंग के लिए उपयुक्त बुनियादी ढांचा बनाती हैं।
विशिष्ट निर्माण प्रक्रिया इस प्रकार है: सर्वप्रथम एक नकारात्मक फोटोरेज़िस्ट फिल्म के साथ चालक क्षेत्र को परिभाषित करें, और अनावश्यक भागों को खोदने के लिए फेरिक क्लोराइड का उपयोग करें; फिर फोटोरेज़िस्ट फिल्म को हटाने के लिए एक रासायनिक घोल का उपयोग करें ताकि संसाधन के लिए सब्सट्रेट को उजागर किया जा सके; ड्रिलिंग प्रक्रिया घनत्व आवश्यकताओं के अनुसार यांत्रिक, लेजर या रासायनिक विधियों का चयन करती है; फिर धातुकरण प्रक्रिया के माध्यम से अंतरिक्त परत सर्किट इंटरकनेक्शन पूरा कर लिया जाता है; अंततः, स्टैकिंग और प्लेटिंग ऑपरेशन तब तक दोहराए जाते हैं जब तक कि बाहरी परत संरचना नहीं बन जाती है, ताकि उच्च-घनत्व परिदृश्यों में सटीक इंटरकनेक्शन आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके।
विशेषता |
क्षमता |
गुणवत्ता ग्रेड | मानक आईपीसी 2 |
परतों की संख्या | 4-32 परतें |
लाइन चौड़ाई/लाइन स्पेसिंग | 1.5~2mil(0.035~0.05मिमी) |
न्यूनतम यांत्रिक ड्रिलिंग | 0.2 मिमी |
न्यूनतम लेजर ड्रिलिंग | 0.1 मिमी |
ब्लाइंड/बर्ड वाया | 0.1~0.2मिमी |
वाया होल (PTH) | ≥0.3मिमी |
वाया एपर्चर अनुपात | 8मिल(0.2मिमी) |
लाइन स्पेसिंग/पैड स्पेसिंग | 3मिल(0.075मिमी) |
न्यूनतम पैड आकार | 0.15~0.4मिमी |
सॉल्डर मास्क स्पेसिंग | ≥3मिल (0.075मिमी) |
सोल्डर मास्क रंग | हरा, सफेद, नीला, काला, लाल, पीला, बैंगनी |
प्लेट की मोटाई | 0.4~1.6मिमी |
सामग्री | हाई टीजी एफआर4, नेल्को एन7000-2 एचटी, इसोला आई-स्पीड और अन्य कम नुकसान वाली सामग्री |
स्टैकिंग विधि | अनुक्रमिक लेमिनेशन |
माइक्रोपोर भरना | राल भरण/इलेक्ट्रोप्लेटिंग भरण |
धातु परत मोटाई | 1 औंस-2 औंस (35 माइक्रोन-70 माइक्रोन) |
न्यूनतम छेद की दूरी | ≥0.2मिमी |
एचडीआई पीसीबी (उच्च-घनत्व अंतर्संबंधित मुद्रित सर्किट बोर्ड) अपने विशिष्ट डिज़ाइन और प्रक्रिया के साथ इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के सूक्ष्मीकरण और उच्च प्रदर्शन के रुझान में काफी फायदे दर्शाता है, जो मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलुओं में प्रतिबिंबित होता है:
सटीक प्रौद्योगिकी के माध्यम से, एचडीआई सीमित क्षेत्र में विशाल लाइन कनेक्शन प्राप्त कर सकता है। पारंपरिक पीसीबी की तुलना में, एक ही कार्य के तहत इसका आकार 30%-50% तक कम कर सकता है, साथ ही उपकरण के वजन को कम करता है, उपकरण के लिए स्थान और हल्कापन की आधारशिला रखता है।
हालांकि एचडीआई बोर्ड के निर्माण की लागत अपेक्षाकृत अधिक होती है, घटकों की संख्या को कम करने, स्थान के उपयोग का अनुकूलन करने और असेंबली प्रक्रिया को सरल बनाने से समग्र प्रणाली के डिज़ाइन और निर्माण लागत में काफी कमी आती है, और लंबे समय में लागत प्रदर्शन बेहतर होता है।
मल्टी-लेयर प्रक्रिया 6 से 12 परतों या यहां तक कि अधिक परतों का समर्थन करती है। इसमें स्टेप्ड होल्स और स्टैक्ड होल्स जैसी संरचनाओं को जोड़कर जटिल सर्किट टोपोलॉजी को लचीला ढंग से योजना बनाई जा सकती है।
छोटे और सीधे संकेत पथ पार्श्व प्रेरत्व और समाई को कम करते हैं, ध्वनि को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करते हैं, संकेत संचरण देरी और हानि को कम करते हैं; मल्टी-लेयर संरचना विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) को कम करने के लिए बिजली की आपूर्ति, भूमि और संकेत परतों को अलग कर सकती है।
कॉम्पैक्ट उपकरणों के त्वरित विकास और परीक्षण प्रक्रिया में अनुकूलन, इसकी उच्च एकीकरण और डिजाइन लचीलापन प्रोटोटाइप से बड़े पैमाने पर उत्पादन के चक्र को कम कर सकता है, जो उत्पादों को बाजार की मांग का तेजी से जवाब देने में मदद करता है।
हालांकि एल्यूमीनियम-आधारित पीसीबी में कई फायदे हैं, फिर भी इनमें कुछ नुकसान भी हैं:
स्मार्ट फोन, टैबलेट, स्मार्ट घड़ियों जैसे पोर्टेबल उपकरणों और ऑगमेंटेड रियलिटी (AR) और वर्चुअल रियलिटी (VR) जैसे उत्पादों में उच्च-रिज़ॉल्यूशन डिस्प्ले, सेंसर, प्रोसेसर और अन्य घटकों को एक छोटी जगह में एकीकृत करने की आवश्यकता होती है। HDI की उच्च-घनत्व इंटरकनेक्शन क्षमता उनके कॉम्पैक्ट डिज़ाइन और उच्च-प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है;
ऑटोपायलट सिस्टम, वाहन अंतर्निर्मित मनोरंजन प्रणालियों आदि को वाहन के सीमित स्थान में उच्च गति वाले प्रोसेसर और RAM के उच्च गति वाले वायरिंग को प्राप्त करना चाहिए, कम क्रॉसटॉक, उच्च संगतता और सिग्नल इंटेग्रिटी की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए और बहु-सेंसर डेटा इंटरएक्शन और उच्च गति वाली कंप्यूटिंग परिदृश्यों में अनुकूलन करना चाहिए;
5G बेस स्टेशन, राउटर, उपग्रह संचार टर्मिनल आदि HDI पर निर्भर करते हैं जो उच्च-आवृत्ति सिग्नल संचरण को अनुकूलित करने, देरी और हस्तक्षेप को कम करने और उच्च-बैंडविड्थ डेटा इंटरएक्शन का समर्थन करने के लिए;
पोर्टेबल मॉनिटर, अल्ट्रासाउंड उपकरण, कम आक्रामक शल्य रोबोट, कैप्सूल एंडोस्कोप आदि के लिए न्यूनतम डिज़ाइन और सटीक सिग्नल नियंत्रण की आवश्यकता होती है। एचडीआई उच्च सुरक्षा मानकों और संचालन सटीकता की आवश्यकताओं को पूरा करते हुए आयतन और प्रदर्शन का संतुलन बनाए रख सकता है;
ड्रोन, उपग्रह भार, और रडार सिस्टम जैसे सैन्य और एयरोस्पेस उपकरण उच्च-शक्ति और उच्च-संवेदनशील घटकों को एकीकृत करते हैं, और डेटा सटीकता, संचार विश्वसनीयता और हल्का होने के लिए अत्यधिक आवश्यकताएं होती हैं। एचडीआई की हल्की संरचना और विश्वसनीय इंटरकनेक्शन तकनीक चरम परिस्थितियों में प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है;
परिशुद्ध सीएनसी मशीन टूल्स और औद्योगिक रोबोट के नियंत्रण प्रणालियों को मल्टी-एक्सिस लिंकेज सिग्नल संचरण का समर्थन करने के लिए उच्च-घनत्व वायरिंग की आवश्यकता होती है। एचडीआई उपकरणों की प्रतिक्रिया गति और संचालन स्थिरता में सुधार कर सकता है।
यद्यपि एचडीआई सर्किट बोर्डों का डिजाइन उच्च घनत्व और उच्च प्रदर्शन की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है, लेकिन यह कई समस्याओं का भी सामना करता है। तकनीकी चुनौतियां, जो मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलुओं में परिलक्षित होती हैंः
1. डिज़ाइन और निर्माण की अनुकूलन क्षमता, जिसे निर्माणीयता के लिए डिज़ाइन (DFM) मार्गदर्शिका का सख्ती से पालन करना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि डिज़ाइन उत्पादन क्षमता के अनुरूप हो;
2. परतों की संख्या की योजना, जिसका अधिकांशतः अर्थ BGA उपकरणों के अनुशंसित मानकों से होता है, या क्रॉस-नेटवर्क की दिशा और लंबाई के समग्र निर्णय के आधार पर होता है, जो बाद के डिज़ाइन के लिए आधार तैयार करता है;
3. छिद्र संरचना का डिज़ाइन, छिद्रों का वितरण सीधे बोर्ड की मोटाई और परतों की संख्या के तर्कसंगत निर्धारण को प्रभावित करेगा और प्रत्येक परत की लाइनों को जोड़ने की कुंजी है;
4. असेंबली विश्वसनीयता और पर्यावरण अनुकूलन क्षमता, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि उपयोग के दौरान सर्किट बोर्ड टूटे नहीं, और टिकाऊपन और स्थिरता पर भी विचार करना;
5. निर्माता की तकनीकी शक्ति, जिसका प्रक्रिया स्तर सीधे पूरे बोर्ड के उत्पादन, वायरिंग गुणवत्ता और अंतिम संचालन प्रभाव से संबंधित है।
उच्च घनत्व वाले इंटरकनेक्टेड पीसीबी के लिए, उनके उत्पादन, निर्माण और डिज़ाइन लिंक को आईपीसी द्वारा तैयार किए गए मानकों की एक श्रृंखला के अनुसार सख्ती से लागू किया जाना चाहिए, जिसमें आईपीसी-2315, आईपीसी-2226, आईपीसी-4104 और आईपीसी-6016 शामिल हैं।
एचडीआई पीसीबी और मानक पीसीबी के निर्माण में कई अंतर हैं, और इसकी सीमाएं मुख्य रूप से सामग्री और प्रक्रियाओं की संगतता में प्रतिबिंबित होती हैं:
1. सब्सट्रेट को विद्युत और यांत्रिक गुणों दोनों की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए, और परावैद्युत सामग्री को उच्च टीजी मान, तापीय झटका और धातु की वेल्डिंग के साथ संगत होना चाहिए, और सूक्ष्म छिद्रों, निहित वाया, और ब्लाइंड वाया जैसे विभिन्न प्रकार के छिद्रों के साथ संगत होना चाहिए;
2. माइक्रोविया और बर्ड वाया के क्षेत्रों में तांबे की पन्नी की चिपकने योग्यता और प्रदर्शन स्थिरता विश्वसनीय होनी चाहिए;
इसके अलावा, सामग्री में वेल्डिंग या थर्मल साइक्लिंग के दौरान होने वाले प्रभाव को सहन करने के लिए अच्छी थर्मल स्थिरता होनी चाहिए।
संबंधित मानक IPC-4101B और IPC-4104A हैं, जिनमें फोटोसेंसिटिव लिक्विड डाइलेक्ट्रिक लेयर, ड्राई फिल्म डाइलेक्ट्रिक लेयर, पॉलीइमाइड फिल्म, थर्मोसेटिंग फिल्म, रेजिन-क्लैड कॉपर फॉइल, और मानक FR-4 जैसी सामग्रियों का समावेश होता है।
वैश्विक स्तर पर एचडीआई सर्किट बोर्ड उद्योग के उत्साही विकास में, चीन एक प्रमुख निर्माण केंद्र बन गया है, और कई उच्च गुणवत्ता वाले निर्माता सामने आए हैं, जिनमें से लिंगहैंगदा एक नेता है। अपने गहरे अनुभव और नवाचार क्षमता के साथ, लिंगहैंगदा ने कई पहलुओं में काफी लाभ दिखाया है: