Placă PCB HDI

Ce este un PCB HDI?

PCB HDI este abrevierea pentru High-Density Interconnect Printed Circuit Board. După cum îi spune și numele, acesta este un PCB avansat conceput pentru a satisface cerințele de miniaturizare și performanță ridicată ale produselor electronice. PCB-ul cu densitate mare se caracterizează prin linii subțiri și pas fin al găurilor. Comparativ cu PCB-ul tradițional, PCB-ul de înaltă densitate optimizează densitatea traseelor prin reducerea acestora, renunță la procesul tradițional de găuri trecătoare (Through Hole Via), adoptă tehnologii de perforare cu laser, cum ar fi viile microscopice (Micro Via), viile orb (Blind Via) și viile îngropate (Buried Via), precum și tehnologia de laminare, pentru a realiza o integrare a circuitelor care depășește cu mult cea tradițională, poate suporta mai multe componente pe unitatea de suprafață, poate realiza funcții de circuit mai complexe într-un spațiu limitat și permite produselor electronice să ofere o performanță mai puternică într-un volum mai mic, adaptându-se astfel cu precizie erei în care produsele electronice tind spre ușurință, inteligență și dezvoltare cu frecvență ridicată, devenind astfel un purtător esențial pentru susținerea progreselor din domenii emergente precum 5G, Internetul lucrurilor și inteligența artificială.

Caracteristici cheie ale PCB HDI

Datorită designului și procesului său unic, placa de circuit cu interconectare de înaltă densitate (HDI) prezintă o serie de caracteristici esențiale care se adaptează nevoilor de înaltă densitate și performanță ridicată, printre care se numără:

1. Număr mai mare de straturi:

Plăcile de circuit HDI au de obicei un număr mai mare de straturi, în mod uzual mai mult de 4 straturi. Acest lucru se datorează faptului că este dificil de evitat congestia liniilor și interferența semnalelor cu doar câteva straturi, astfel că este necesară creșterea numărului de straturi și distribuirea traseelor și conexiunilor pe mai multe niveluri pentru o planificare rațională. Majoritatea produselor vor alege un design cu 6 până la 12 straturi în funcție de complexitatea funcției, pentru a echilibra densitatea traseelor, complexitatea funcțională și performanța circuitului într-un spațiu limitat.

2. Lățime și distanță între linii fine:

Pentru a satisface cerințele de miniaturizare a dispozitivelor electronice și pentru a realiza o integrare mai densă a circuitelor într-un spațiu limitat, placa de circuit HDI trebuie să distribuie liniile în mod eficient. Placa de circuit HDI poate realiza o lățime și o distanță între linii de 3-5 mil sau chiar mai mici, în timp ce distanța dintre linii la plăcile de circuit tradiționale este de obicei de câteva sute de microni. Prin urmare, la fabricarea plăcii de circuit HDI, orice abatere ușoară a procesului poate cauza deformarea liniilor, scurtcircuit sau circuit deschis, fiind extrem de dificil de prelucrat.

3. Utilizați micro-viațe, viațe orb și viațe îngropate:

Designul orificiilor în PCB-urile HDI este, de asemenea, foarte fin. Tipurile de orificii includ: Microvia, care de regulă are un diametru al orificiului mai mic de 6 mil, astfel încât să conecteze cu precizie liniile subțiri și să economisească spațiu. Pentru a realiza conexiuni între mai multe straturi, este adesea necesar să se facă o stivuire strat după strat, iar orificiile trebuie de obicei umplute cu cupru sau electropliate; Blind Via, care se extinde de la stratul de suprafață la un strat intern specific și este vizibil doar pe o parte. Se realizează printr-un proces de găurire segmentat, ceea ce reduce eficient traseul semnalului și diminuează interferențele interstrat; Buried Via, care este complet încorporat în stratul interior și nu traversează stratul de suprafață. Necesită un proces de fabricație în mai multe etape de laminare, ceea ce eliberează spațiul pentru cablajele de pe suprafață și îmbunătățește integritatea planului intern de alimentare/masă; Staggered Via, compus din mai multe microvias dispuse în mod alternat, formând o structură de interconectare în scară, potrivită pentru scenarii în care sunt necesare conexiuni transversale între straturi, dar spațiul este limitat; Stacked Via, unde mai multe straturi de microvias sunt stivuite vertical formând o structură coloană, pentru a realiza o interconectare directă pe mai multe straturi, însă precizia găuririi trebuie controlată cu strictețe pentru a garanta fiabilitatea electrică. Combinarea și aplicarea rațională a acestor tipuri de orificii pot satisface cerințele de proiectare ale PCB-urilor cu densitate mare și performanțe ridicate.

Pentru a face cablajul mai dens, HDI va folosi și tehnologia VIP, adică va executa microgăuri direct în pad-uri și le va conecta cu linii subțiri, lărgind astfel canalul de cablare și rezolvând problema congestiei liniilor în scenariile cu densitate ridicată. În funcție de relația de poziționare spațială dintre pad-uri și găuri, aceasta poate fi împărțită în următoarele tipuri:

• Integrat: Corpul găurii este complet în interiorul marginii pad-ului, existând un spațiu clar între marginea găurii și marginea pad-ului, prezentând o stare complet învelită;
  
• Parțial suprapus: Structura găurii cade parțial în zona pad-ului și parțial depășește marginea pad-ului, formând o acoperire comună între marginea găurii și marginea pad-ului;
  
• Excentric: Gaura este amplasată în întregime în cadrul pad-ului, dar există o abatere între centrul geometric al găurii și centrul pad-ului, prezentând o distribuție asimetrică.
  

Amplasarea structurii de găurire a PCB-ului HDI trebuie să îndeplinească cerințele privind interconectarea de înaltă densitate și integritatea semnalului. În timpul procesului de fabricație, este necesară o controlare precisă a toleranței de aliniere între straturi (în limitele ±15 μm), pentru a obține un raport de aspect redus de ≤1:3, astfel încât să se asigure o transmisie stabilă a semnalului; stratul de bază utilizează un substrat mai gros, iar designul cu găuri îngropate poate îmbunătăți conectivitatea electrică a stratului mijlociu, corespunzând mai bine cerințelor aplicațiilor de dispozitive electronice cu înaltă densitate și performanță ridicată.

Caracteristici ale structurii multistrat și ale procesului de laminare

PCB-ul HDI prezintă caracteristici specifice în procesul de stivuire și laminare:

Deși utilizează o logică de construcție strat-cu-strat, la fel ca în cazul PCB-urilor tradiționale, sunt necesare mai multe cicluri de stivuire și procese de laminare pentru a realiza designuri complexe de interconectare cu plăci multistrat cu vias orbite și îngropate. Structura sa se bazează pe un strat central gros, pe ambele părți ale căruia se aplică simetric straturi subțiri de dielectric, formându-se astfel o infrastructură potrivită pentru cablajele de mare densitate.

Procesul specific de fabricație este următorul: mai întâi se definește aria conductivă cu un film de rezistă negativă, iar apoi se utilizează clorură de fier pentru a elimina părțile neesențiale; în continuare, se aplică o soluție chimică pentru a îndepărta rezista negativă și a expune substratul care urmează să fie prelucrat; procesul de găurire selectează metode mecanice, laser sau chimice în funcție de cerințele de densitate; ulterior, interconectarea circuitelor din stratul interior se finalizează prin procesul de metalizare; în final, operațiunile de stivuire și placare se repetă până când se formează structura stratului exterior, astfel încât să fie îndeplinite cerințele de interconectare precisă în scenariile cu înaltă densitate.

Specificația PCB HDI la LHD TECH

Avantaje unice ale PCB-HDI

PCB-HDI (placă de circuit imprimat cu interconectare de înaltă densitate) și-a demonstrat semnificativ avantajele în tendința de miniaturizare și înalta performanță a echipamentelor electronice, datorită designului și procesului său unic, reflectate în principal în următoarele aspecte:

1. Densitate extrem de mare a traseelor, economisire de spațiu

Prin tehnologie precisă, HDI poate realiza o cantitate masivă de conexiuni într-un spațiu limitat. Comparativ cu PCB-ul tradițional, poate reduce volumul cu 30%-50% în condițiile în care funcționalitatea este aceeași, în același timp reducând greutatea echipamentului, oferind astfel o bază pentru spațiu și ușurință în construcția echipamentelor.

2. Reducerea costului total al sistemului

Deși costul de fabricație al plăcii HDI este relativ ridicat, reducând numărul componentelor, optimizând utilizarea spațiului și simplificând procesul de asamblare, se poate reduce semnificativ costul de proiectare și fabricație al întregului sistem, având o eficiență superioară pe termen lung.

3. Îmbunătățiți flexibilitatea proiectării

Procesul multi-strat susține 6-12 straturi sau chiar mai multe straturi. Combinat cu structuri precum găuri în trepte și găuri suprapuse, topologiile complexe ale circuitelor pot fi planificate flexibil.

4. Optimizați performanța semnalului și reduceți interferențele

Traseele scurte și directe ale semnalelor reduc inductanța și capacitatea parazită, controlează eficient zgomotul și reduc întârzierea și pierderile în transmisia semnalelor; structura multi-strat poate separa straturile de alimentare, masă și semnale pentru a reduce interferențele electromagnetice (EMI).

5. Grăbiți ciclul de lansare a produsului

Adaptându-se la dezvoltarea rapidă și procesul de testare al echipamentelor compacte, integrarea ridicată și flexibilitatea proiectării pot scurta ciclul de la prototip la producția în masă, ajutând produsele să răspundă mai rapid cerințelor pieței.

Domenii de aplicare ale PCB HDI

Deși PCB cu bază de aluminiu au multe avantaje, acestea au totuși unele dezavantaje:

1. Electronice pentru consum:

Dispozitivele portabile, cum ar fi smartphone-urile, tabletele, ceasurile inteligente și produsele precum realitatea augmentată (AR) și realitatea virtuală (VR), trebuie să integreze ecrane cu rezoluție mare, senzori, procesoare și alte componente într-un spațiu redus. Capacitatea de interconectare cu densitate ridicată (HDI) poate satisface cerințele de proiectare compactă și performanță ridicată ale acestora;

2. Electronice auto:

Sistemele de pilot automat, sistemele de divertisment din vehicul etc. trebuie să realizeze cablarea de mare viteză a procesoarelor și RAM-urilor rapide în spațiul limitat al vehiculului, să îndeplinească cerințele de diafonie redusă, compatibilitate ridicată și integritate a semnalului, adaptându-se la interacțiunea datelor provenite de la mai mulți senzori și la scenariile de calcul rapid;

3. Echipamente de comunicații:

stațiile de bază 5G, routerele, terminalele de comunicații satelitare etc., se bazează pe HDI pentru a optimiza transmisia semnalelor de înaltă frecvență, a reduce întârzierile și interferențele și a susține schimbul de date cu lățime de bandă mare;

4. Electronice medicale:

Monitoare portabile, echipamente de ultrasunete, roboți chirurgicali minim invazivi, endoscoape capsulare etc. necesită un design miniatural și o control precis al semnalelor. HDI poate echilibra volumul și performanța, în timp ce respectă standardele ridicate de siguranță și cerințele de precizie în funcționare;

5. Aerospațial și apărare:

Echipamente militare și aerospațiale, cum ar fi dronele, sarcinile utile ale sateliților și sistemele radar integrează componente de înaltă putere și înaltă sensibilitate și au cerințe extrem de mari privind precizia datelor, fiabilitatea comunicațiilor și ușurința. Structura ușoară și tehnologia fiabilă de interconectare HDI pot satisface cerințele de performanță în condiții extreme;

6. Control industrial:

Sistemele de control ale mașinilor-unelte CNC precise și ale roboților industriali necesită o cablare de înaltă densitate pentru a susține transmisia semnalelor multi-ax. HDI poate îmbunătăți viteza de răspuns și stabilitatea în funcționarea echipamentelor.

Dificultăți în proiectarea plăcilor de circuit HDI

Deși proiectarea circuitelor HDI poate satisface cerințele de mare densitate și performanță ridicată, aceasta implică totodată mai multe provocări tehnice, care se reflectă și și ȳn următoarele aspecte:

• Componentele sunt de dimensiuni mici și sunt amplasate dens, ceea ce crește dificultatea preciziei ȷn trasarea traseelor și asamblare;
  
• Suprafața disponibilă a plăcii este extrem de limitată, ceea ce impune cerințe extreme privind utilizarea eficientă a spațiului;
• Ambele părți ale plăcii trebuie să găzduiască un număr mare de componente, ceea ce reduce și mai mult canalele de traseu;
  
• Lungimea mare a conductorului poate duce ușor la ȷntârzieri ȷn transmisia semnalelor, afectând performanța ȷn scenariile de frecvență ridicată;
  
• Planificarea traseelor este complexă, iar numărul rețelor de procesat este foarte mare, ceea ce necesită echilibrul dintre densitate mare și integritatea semnalului.
  

Puncte cheie privind proiectarea și fabricarea PCB-urilor HDI

1. Adaptabilitatea designului și a fabricației, care trebuie să urmeze strict instrucțiunile de proiectare pentru fabricație (DFM) pentru a asigura faptul că designul poate corespunde capacității de producție;
2. Planificarea numărului de straturi, care de obicei se referă la standardele recomandate pentru dispozitivele BGA, sau se bazează pe judecata generală a direcției și lungimii rețelei transversale, punând bazele pentru proiectarea ulterioară;
3. Designul structurii orificiilor, distribuția orificiilor va influența direct stabilirea corespunzătoare a grosimii și numărului de straturi ale plăcii, fiind cheia conectării liniilor fiecărui strat;
4. Fiabilitatea asamblării și adaptabilitatea la mediu, este necesar să se asigure că placa de circuit nu se va rupe în timpul utilizării, luându-se în calcul durabilitatea și stabilitatea acesteia;
5. Puterea tehnică a producătorului, al cărui nivel de procesare este direct legat de capacitatea de fabricație a întregii plăci, calitatea cablării și efectul final al funcționării.

Pentru PCB-uri interconectate cu densitate mare, procesul de producere, fabricație și proiectare trebuie implementat strict în conformitate cu un set de standarde elaborate de IPC, inclusiv IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 și IPC-6016.

Limitări privind fabricarea PCB-urilor HDI

Există numeroase diferențe între fabricarea PCB-urilor HDI și a PCB-urilor standard, iar limitările sunt reflectate în principal în compatibilitatea materialelor și a proceselor:

1. Substratul trebuie să îndeplinească cerințele privind atât proprietățile electrice, cât și mecanice, iar materialul dielectric trebuie să fie compatibil cu valori înalte ale TG, rezistență la șoc termic și sudare metalică, și trebuie să fie compatibil cu diverse tipuri de găuri, cum ar fi microgăurile, găurile îngropate și găurile orbe;
2. Adeziunea și stabilitatea performanței foliei de cupru în zone precum microvias și vias îngropate trebuie să fie fiabile;

În plus, materialul trebuie să aibă o bună stabilitate termică pentru a rezista impactului din timpul lipirii sau ciclurilor termice.

Standardele relevante sunt IPC-4101B și IPC-4104A, care includ materiale precum strat dielectric lichid fotosensibil, strat dielectric film uscat, film de poliimidă, film termorigid, folie de cupru cu rășină, și FR-4 standard.

Linghangda: Un fabrică profesionistă de comerț exterior cu 22 de ani de stabilitate

În industria mondială în plină expansiune a plăcilor de circuit HDI, China a devenit un centru cheie de producție, iar mulți producători de înaltă calitate au apărut, printre care Linghangda este un lider. Prin acumularea profundă și forța sa de inovație, Linghangda a demonstrat avantaje semnificative în multe aspecte:

• Control stricț al calității:

  Produsele respectă standardul IPC-A-600 Clasa 2 conform sistemelor ISO9001, ISO13485 și TS16949, iar pentru industrii speciale se pot oferi standardele Clasa 3/3A, garantând funcționarea stabilă în scenarii complexe.
  

• Tehnologie și echipamente avansate:

  Introducerea unor echipamente avansate, stăpânirea proceselor de înaltă precizie și a tehnologiilor de plugg (stacked blind vias) și VIPPO, ne permite să preluăm comenzi HDI complexe și să realizăm o transformare de înaltă calitate de la proiectare la produs fizic.
  

• Comenzi flexibile:

  Fără cantitate minimă de comandă, acceptăm comenzi începând de la o bucată, adaptându-ne nevoilor de prototipare ale startup-urilor și nevoilor de producție de probă ale întreprinderilor mari, contribuind la cooperarea pe termen lung.
  

• Serviciu complet, de la A la Z:

  Acoperim întregul proces, de la achiziționarea materialelor, proiectare, fabricație, asamblare, ambalare până la livrare, economisind timp și efort, ajutând clienții să economisească timp și costuri.
  

• Sistem perfect de servicii:

  O echipă de vânzări cuprinzătoare, cu inginerie profesională, oferă servicii pe întregul ciclu, asistență post-vânzare permanentă, problemele de calitate pot fi remediate sau compensate, iar interesele clientului sunt garantate în primul rând.
  

• Resurse puternice ale lanțului de aprovizionare:

  Achiziționăm eficient componente de înaltă calitate, reducem timpul de așteptare, ne bazăm pe avantajele de scară pentru a reduce costurile și a îmbunătăți raportul cost-beneficiu al soluțiilor.
  

• Capacitate rapidă de livrare:

  Optimizăm procesele de producție și planificarea resurselor, promovăm eficient proiectele și ajutăm clienții să lanseze rapid produsele pe piață și să captureze oportunitățile.