Hdi pcb

Czym jest PCB HDI?

HDI PCB to skrót od High-Density Interconnect Printed Circuit Board. Jak sama nazwa wskazuje, jest to zaawansowana płyta drukowana zaprojektowana z myślą o spełnieniu wymagań miniaturyzacji i wysokiej wydajności urządzeń elektronicznych. Płyta HDI charakteryzuje się drobnymi ścieżkami i małym skokiem otworów. W porównaniu do tradycyjnych PCB, płyty o dużej gęstości optymalizują gęstość ścieżek poprzez ich zmniejszenie, rezygnują z konwencjonalnego procesu otworów przelotowych (Through Hole Via), stosują wiercenie laserowe, takie jak mikrootwory (Micro Via), otwory ślepe (Blind Via) i otwory utkane (Buried Via), a także technologię laminowania, aby osiągnąć integrację obwodów znacznie przewyższającą tradycyjne PCB. Mogą pomieścić więcej komponentów na jednostkę powierzchni, umożliwiają realizację bardziej złożonych funkcji obwodów w ograniczonej przestrzeni oraz pozwalają na uzyskanie większej wydajności urządzeń elektronicznych w mniejszej objętości, dokładniej dostosowując się do epoki, w której urządzenia elektroniczne zmierzają ku lekkiej konstrukcji, inteligencji i wysokiej częstotliwości, stając się kluczowym nośnikiem wspierającym przełomy w nowych dziedzinach, takich jak 5G, Internet Rzeczy czy sztuczna inteligencja.

Główne cechy PCB HDI

Dzięki unikatowemu projektowi i procesowi produkcji, płytki PCB o wysokiej gęstości (HDI) wykazują szereg kluczowych cech, które odpowiadają na potrzeby wysokiej gęstości i wydajności, w tym głównie:

1. Większa liczba warstw:

Płytki HDI zazwyczaj mają większą liczbę warstw, zazwyczaj więcej niż 4. Wynika to z faktu, że przy niewielkiej liczbie warstw trudno uniknąć zagęszczenia ścieżek i zakłóceń sygnałów, dlatego konieczne jest zwiększenie liczby warstw oraz rozłożenie ścieżek i połączeń na kilka warstw dla optymalnego planowania. Większość produktów wybiera projekt z 6 do 12 warstw w zależności od złożoności funkcji, aby zrównoważyć gęstość ścieżek, złożoność funkcjonalną i wydajność obwodu w ograniczonej przestrzeni.

2. Wąskie ścieżki i odstępy między nimi:

Aby sprostać wymaganiom miniaturyzacji urządzeń elektronicznych i osiągnąć większą gęstość integracji obwodów w ograniczonej przestrzeni, płyta HDI musi efektywnie rozprowadzać ścieżki. Płyta HDI może osiągnąć szerokość ścieżek i odstępy między nimi na poziomie 3-5 mil lub nawet mniejsze, podczas gdy odstęp ścieżek na tradycyjnych płytach obwodowych zwykle wynosi kilkaset mikronów. Dlatego przy produkcji płyty drukowanej HDI każdy drobny błąd procesu może spowodować odkształcenie ścieżek, zwarcie lub przerwę, co stanowi ekstremalnie trudne wyzwanie technologiczne.

3. Zastosowanie mikroprzejść, przejść ślepych i ukrytych:

Projekt otworów w płytach HDI jest również bardzo dokładny. Rodzaje otworów obejmują: Microvia, które zazwyczaj mają średnicę mniejszą niż 6 mil, aby dokładnie łączyć cienkie ścieżki i oszczędzać miejsce. Aby osiągnąć połączenia między wieloma warstwami, często konieczne jest ich warstwowe ułożenie, a otwory zazwyczaj trzeba wypełniać miedzią lub pokrywać galwanicznie; Blind Via, które prowadzą od warstwy zewnętrznej do konkretnej warstwy wewnętrznej i są widoczne tylko z jednej strony. Osiąga się to dzięki procesowi wiercenia segmentowego, co skutecznie skraca ścieżkę sygnału i zmniejsza zakłócenia międzywarstwowe; Buried Via, które całkowicie są osadzone w warstwie wewnętrznej i nie przechodzą przez warstwę zewnętrzną. Wymaga to produkcji w wieloetapowym procesie laminowania, co zwalnia miejsce na ścieżki powierzchniowe i zwiększa integralność wewnętrznych warstw zasilania/masy; Staggered Via, składające się z wielu przesuniętych mikrootworów tworzących strukturę schodową, odpowiednią do przypadków, gdy potrzebne są połączenia międzywarstwowe, ale miejsce jest ograniczone; Stacked Via, gdzie wiele warstw mikrootworów jest pionowo ułożonych w formie kolumny, aby osiągnąć bezpośrednie połączenie wielowarstwowe, jednak precyzja wiercenia musi być ściśle kontrolowana, aby zagwarantować niezawodność elektryczną. Odpowiednie łączenie i stosowanie tych typów otworów może spełniać wymagania projektowe PCB o dużej gęstości i wysokiej wydajności.

Aby umożliwić gęstsze prowadzenie połączeń, HDI wykorzystuje również technologię VIP, czyli bezpośrednie wiercenie mikro-otworów w polach lutowniczych i łączenie ich cienkimi ścieżkami, co poszerza kanał prowadzenia ścieżek i rozwiązuje problem zatorów liniowych w przypadku wysokiej gęstości. W zależności od relacji pozycji przestrzennych między polami lutowniczymi a otworami, można je dodatkowo podzielić na następujące typy:

• Zanurzony: Ciało otworu znajduje się całkowicie w granicach pola lutowniczego, a pomiędzy krawędzią otworu a krawędzią pola zachowana jest wyraźna odległość, tworząc stan pełnego otoczenia;
  
• Częściowo pokrywające się: Struktura otworu częściowo wchodzi w obszar pola lutowniczego, a częściowo wykracza poza jego granice, tworząc wzajemne pokrycie się krawędzi otworu i pola lutowniczego;
  
• Ekscentryczny: Otwór znajduje się w całości w obrębie pola lutowniczego, jednak pomiędzy geometrycznym środkiem otworu a środkiem pola występuje przesunięcie, tworząc asymetryczny rozkład.
  

Układ otworów w PCB HDI musi spełniać wymagania dotyczące wysokiej gęstości połączeń i integralności sygnału. W trakcie produkcji konieczne jest precyzyjne kontrolowanie dokładności dopasowania warstw (w granicach ±15 μm), aby osiągnąć niski stosunek wysokości do średnicy ≤1:3, co zapewnia stabilną transmisję sygnału; warstwa rdzeniowa wykorzystuje grubszy podkład, a projekt z ukrytymi otworami może poprawić przewodność elektryczną warstwy środkowej, lepiej spełniając wymagania związane z zastosowaniem w urządzeniach elektronicznych o dużej gęstości i wysokiej wydajności.

Charakterystyka struktury wielowarstwowej i procesu laminowania

PCB HDI wykazuje unikalne właściwości w procesie pakowania i laminowania:

Chociaż wykorzystuje ona logikę konstrukcji warstwa po warstwie jak w przypadku tradycyjnych PCB, do osiągnięcia złożonych projektów połączeń wielowarstwowych z przejściowymi i ukrytymi via wymagane są wielokrotne etapy laminowania i nakładania warstw. Jej struktura oparta jest na grubej warstwie rdzeniowej, na której symetrycznie naniesione są cienkie warstwy dielektryczne, tworząc infrastrukturę odpowiednią do prowadzenia bardzo gęstych ścieżek.

Specyficzny proces produkcyjny to: najpierw zdefiniowanie obszaru przewodzącego przy użyciu negatywnej warstwy fotorezysty i użycie chlorku żelaza do usunięcia niepotrzebnych części; następnie zastosowanie roztworu chemicznego do usunięcia warstwy fotorezysty i odsłonięcia podłoża przeznaczonego do obróbki; proces wiercenia wybiera metody mechaniczne, laserowe lub chemiczne zgodnie z wymaganiami gęstości; następnie połączenie obwodów warstwowych odbywa się przez proces metalizacji; w końcu operacje nakładania i pokrywania powtarzane są do momentu powstania struktury warstwy zewnętrznej, aby spełnić wymagania precyzyjnego połączenia w scenariuszach o dużej gęstości.

Specyfikacja PCB HDI w LHD TECH

Unikalne zalety PCB HDI

Płyta PCB HDI (wysokogęsta płyt drukowana) wykazała istotne zalety w trendie miniaturyzacji i wysokiej wydajności urządzeń elektronicznych dzięki unikalnemu projektowaniu i technologii, co odnosi się głównie do następujących aspektów:

1. Nadzwyczajna gęstość połączeń, oszczędność miejsca

Dzięki technologii precyzyjnej, PCB HDI może zrealizować masowe połączenia przewodów w ograniczonej przestrzeni. W porównaniu z tradycyjną płytą PCB, przy tej samej funkcji można zmniejszyć objętość o 30%-50%, jednocześnie zmniejszając wagę urządzenia, co zapewnia podstawę przestrzenną i lekką konstrukcję urządzenia.

2. Obniżenie ogólnych kosztów systemu

Chociaż koszt produkcji płyty HDI jest stosunkowo wysoki, dzięki zmniejszeniu liczby komponentów, optymalizacji wykorzystania przestrzeni oraz uproszczeniu procesu montażu, można znacząco obniżyć koszty projektowania i produkcji całego systemu, a także zapewnić lepszą opłacalność na dłuższą metę.

3. Zwiększenie elastyczności projektowania

Proces wielowarstwowy obsługuje 6-12 warstw lub nawet więcej warstw. W połączeniu ze strukturami takimi jak otwory stopniowane i otwory ułożone jedne na drugich, umożliwia elastyczne planowanie złożonych topologii obwodów.

4. Optymalizacja wydajności sygnału i zmniejszenie zakłóceń

Krótkie i proste ścieżki sygnałowe zmniejszają indukcyjność i pojemność pasożytniczą, skutecznie kontrolują poziom hałasu oraz redukują opóźnienie i straty podczas transmisji sygnałów; struktura wielowarstwowa pozwala na oddzielenie warstw zasilania, masy i sygnałów, co zmniejsza zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).

5. Skrócenie cyklu wprowadzania produktu na rynek

Dostosowanie do szybkiego procesu rozwoju i testowania sprzętu kompaktowego – jego wysoka integracja i elastyczność projektowania skracają czas od prototypu do produkcji seryjnej, umożliwiając szybsze reagowanie produktów na potrzeby rynku.

Zastosowania PCB typu HDI

Mimo że PCB z podłożem aluminiowym mają wiele zalet, nadal posiadają pewne wady:

1. Elektronika konsumencka:

Urządzenia przenośne, takie jak smartfony, tablety, zegarki inteligentne oraz produkty takie jak rzeczywistość rozszerzona (AR) i rzeczywistość wirtualna (VR), muszą integrować wysokorozdzielcze wyświetlacze, czujniki, procesory i inne komponenty w niewielkiej przestrzeni. Możliwości HDI związane z wysoko upakowanym połączeniem mogą spełnić ich wymagania dotyczące kompaktowej konstrukcji i wysokiej wydajności;

2. Elektronika samochodowa:

Systemy automatycznego prowadzenia, systemy rozrywki w pojeździe itp. muszą zrealizować szybkie okablowanie szybkich procesorów i pamięci RAM w ograniczonej przestrzeni pojazdu, spełniać wymagania dotyczące niskiej interferencji, wysokiej kompatybilności i integralności sygnału oraz dostosować się do scenariuszy wymiany danych wielu czujników i szybkich obliczeń;

3. Sprzęt telekomunikacyjny:

stacje bazowe 5G, routery, terminale komunikacyjne satelitarne itp. polegają na HDI do optymalizacji transmisji sygnałów wysokiej częstotliwości, zmniejszenia opóźnień i zakłóceń oraz do obsługi interakcji danych o dużej przepustowości;

4. Elektronika medyczna:

Monitory przenośne, sprzęt ultrasonograficzny, roboty do chirurgii minimalnie inwazyjnej, endoskopy kapsułkowe itp. wymagają zminiaturyzowanego projektu i precyzyjnej kontroli sygnału. HDI potrafi zbilansować objętość i wydajność, jednocześnie spełniając wysokie standardy bezpieczeństwa oraz wymagania dotyczące dokładności działania;

5. Lotnictwo i obronność:

Wyposażyenie wojskowe i lotnicze, takie jak drony, obciążniki satelitarne i systemy radarowe integrują komponenty o dużej mocy i dużej wrażliwości oraz mają ekstremalnie wysokie wymagania dotyczące dokładności danych, niezawodności komunikacji i lekkiej konstrukcji. Lekka struktura HDI oraz niezawodna technologia łączenia mogą spełnić wymagania wydajnościowe w ekstremalnych warunkach środowiskowych;

6. Automatyka przemysłowa:

Systemy sterujące precyzyjnych tokarek CNC i robotów przemysłowych wymagają gęstego układu ścieżek do obsługi transmisji sygnałów wielu osi. HDI może poprawić szybkość reakcji i stabilność działania urządzeń.

Trudności w projektowaniu płytek obwodowych HDI

Chociaż projektowanie płytek HDI może spełniać wymagania dotyczące dużej gęstości i wysokiej wydajności, to również napotyka wiele wyzwań technicznych, które głównie dotyczą następujących aspektów:

• Elementy są małe i gęsto rozmieszczone, co zwiększa trudność precyzyjnego prowadzenia połączeń i montażu;
  
• Dostępna powierzchnia płytki jest bardzo ograniczona, co stawia ekstremalne wymagania w zakresie wykorzystania przestrzeni;
• Obie strony płytki muszą pomieścić dużą liczbę elementów, co dodatkowo ogranicza kanały do prowadzenia połączeń;
  
• Długa długość przewodów może łatwo prowadzić do opóźnień w transmisji sygnałów, wpływając na wydajność w zastosowaniach wysokich częstotliwości;
  
• Planowanie trasy jest skomplikowane, a liczba sieci do obsłużenia jest ogromna, co wymaga równowagi między dużą gęstością a integralnością sygnału.
  

Istotne zagadnienia projektowania i produkcji PCB HDI

1. Elastyczność projektowania i wytwarzania, które muszą ściśle odpowiadać wytycznym projektowania pod kątem wytwarzalności (DFM), aby zagwarantować, że projekt będzie kompatybilny z możliwościami produkcyjnymi;
2. Planowanie liczby warstw, które zazwyczaj odnosi się do zalecanych standardów urządzeń BGA lub opiera się na kompleksowej ocenie kierunku i długości ścieżek międzywarstwowych, stanowiąc podstawę dla kolejnych etapów projektowania;
3. Projektowanie struktury otworów, ich rozmieszczenie bezpośrednio wpływa na racjonalne określenie grubości i liczby warstw płytki, a także stanowi klucz do łączenia ścieżek na poszczególnych warstwach;
4. Niezawodność montażu i przystosowanie do warunków środowiskowych, konieczne jest zapewnienie, że płyta obwodowa nie ulegnie uszkodzeniu w trakcie użytkowania, a także uwzględnienie trwałości i stabilności;
5. Siła techniczna producenta, którego poziom procesowy ma bezpośredni wpływ na możliwość produkcji całej płyty, jakość rozmieszczenia ścieżek i końcowy efekt działania.

W przypadku PCB o wysokiej gęstości połączeń ich produkcja, wytwarzanie i projektowanie muszą być ściśle realizowane zgodnie z serią standardów opracowanych przez IPC, w tym IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 oraz IPC-6016.

Ograniczenia produkcyjne PCB HDI

Istnieje wiele różnic między wytwarzaniem PCB HDI a standardowymi PCB, a ich ograniczenia głównie odnoszą się do kompatybilności materiałów i procesów technologicznych:

1. Podłoże musi spełniać wymagania dotyczące zarówno właściwości elektrycznych, jak i mechanicznych, a materiał dielektryczny musi być kompatybilny z wysokimi wartościami TG, odpornością na zmiany temperatury oraz procesem lutowania metali, a także musi być kompatybilny z różnymi typami otworów, takimi jak mikroprzejścia, przejścia ukryte i ślepe otwory;
2. Przyczepność i stabilność pracy folii miedzianej w obszarach takich jak mikroprzejścia i przejścia ukryte muszą być niezawodne;

Ponadto materiał musi charakteryzować się dobrą stabilnością termiczną, aby wytrzymać skutki związane z lutowaniem lub cyklami termicznymi.

Odpowiednie normy to IPC-4101B i IPC-4104A, obejmujące materiały takie jak warstwa dielektryczna na bazie światłoczułej cieczy, folia dielektryczna, folia poliimidowa, folia termoutwardzalna, miedziowana folia żywiczna oraz standardowe FR-4.

Linghangda: 22-letnie stabilne i profesjonalne przedsiębiorstwo handlu zagranicznego

W rozwijającej się globalnie branży płyt obwodów HDI Chiny stały się kluczowym ośrodkiem produkcji, pojawiając się wielu wysokiej jakości producentów, wśród których Linghangda jest liderem. Dzięki głębokiemu doświadczeniu i sile innowacyjnej, Linghangda wykazała się znaczącymi przewagami w wielu dziedzinach:

• Ścisła kontrola jakości:

  Zgodnie z systemami ISO9001, ISO13485 i TS16949, produkty spełniają normę IPC-A-600 Class 2, a dla specjalnych branż możemy zapewnić normy Class 3/3A, gwarantując stabilną pracę w skomplikowanych warunkach.
  

• Czołowe technologie i wyposażenie:

  Wprowadzając zaawansowane urządzenia, opanowaliśmy wysokodokładne procesy oraz technologie łączenia, takie jak przelotki ukryte i VIPPO, umożliwiając realizację trudnych zamówień HDI oraz wysokiej jakości transformację od projektu do produktu fizycznego.
  

• Elastyczne zamówienia:

  Brak minimalnej wielkości zamówienia, wsparcie dla pojedynczego zamówienia, dostosowanie do potrzeb prototypowania startupów i produkcji próbnej dużych przedsiębiorstw, wspierając długoterminową współpracę.
  

• Usługa kompleksowa „pod klucz”:

  Od zakupu materiałów, projektowania, produkcji, montażu, pakowania po wysyłkę – oszczędność czasu i wysiłku, pozwalająca Klientom zaoszczędzić czas i koszty.
  

• Doskonały system usług:

  Zespół sprzedaży z wykwalifikowanym inżynieringiem oferuje kompleksową obsługę, stały serwis po sprzedaży, możliwość przepracowania lub odszkodowania w przypadku problemów z jakością, a także pierwszeństwo w zabezpieczeniu interesów klientów.
  

• Silne zasoby łańcucha dostaw:

  Efektywne zakupy wysokiej jakości komponentów, skrócenie czasu oczekiwania, korzystanie z zalet skali w celu obniżenia kosztów oraz zwiększenia opłacalności rozwiązań.
  

• Szybka zdolność dostawy:

  Optymalizacja procesów produkcyjnych i zarządzania zasobami, efektywne wdrażanie projektów oraz pomoc klientom w szybkim wprowadzaniu produktów na rynek i zdobywaniu szans biznesowych.