Hdi плс

Что такое HDI PCB?

HDI PCB является аббревиатурой от High-Density Interconnect Printed Circuit Board. Как следует из названия, это передовая печатная плата, предназначенная для удовлетворения требований миниатюризации и высокой производительности электронных продуктов. Печатные платы высокой плотности характеризуются тонкими линиями и малым шагом отверстий. По сравнению с традиционными печатными платами, HDI-платы оптимизируют плотность трассировки за счет уменьшения размеров линий, отказываются от традиционного процесса сквозных отверстий (Through Hole Via), применяют лазерное сверление, такое как микропереходные отверстия (Micro Via), слепые отверстия (Blind Via) и скрытые отверстия (Buried Via), а также технологии многослойной ламинированной технологии для достижения интеграции схем, значительно превосходящей традиционные печатные платы. Они позволяют размещать больше компонентов на единицу площади, реализовывать более сложные функции схем в ограниченном пространстве и обеспечивают возможность повышения производительности электронных устройств в меньшем объеме, что точно соответствует эпохе развития электронных продуктов в направлении снижения веса, интеллектуализации и увеличения рабочих частот, а также становятся ключевым элементом, поддерживающим прорывы в новых областях, таких как 5G, интернет вещей и искусственный интеллект.

Основные характеристики HDI PCB

Благодаря уникальному дизайну и технологии, печатные платы с высокой плотностью соединений обладают рядом ключевых характеристик, которые соответствуют требованиям высокой плотности и высокой производительности, в основном включая:

1. Большее количество слоев:

Платы HDI обычно имеют большее количество слоев, как правило, более четырех. Это связано с тем, что при использовании лишь нескольких слоев трудно избежать перегрузки линий и помех сигналам, поэтому необходимо увеличивать количество слоев и распределять трассировку и соединения на нескольких слоях для рационального проектирования. Большинство продуктов выбирают 6-12-слойный дизайн в зависимости от сложности функций, чтобы сбалансировать плотность трассировки, функциональную сложность и электрические парамететры в ограниченном пространстве.

2. Малая ширина проводников и расстояние между ними:

Для удовлетворения требований к миниатюризации электронных устройств и достижения более плотной интеграции схем в ограниченном пространстве, плата HDI должна эффективно распределять трассы. Плата HDI может обеспечить ширину линии и расстояние между линиями 3-5 мил или даже меньше, тогда как у традиционных печатных плат эти параметры обычно составляют несколько сотен микрон. Поэтому при производстве печатной платы HDI любое незначительное отклонение в технологическом процессе может привести к деформации линий, короткому замыканию или обрыву цепи, что делает ее крайне сложной для обработки.

3. Использование микропереходных, слепых и скрытых отверстий:

Дизайн отверстий в платах HDI также очень тонкий. Типы отверстий включают: Microvia, которые обычно имеют диаметр отверстия менее 6 мил, чтобы точно соединять тонкие линии и экономить пространство. Для достижения соединений между несколькими слоями часто требуется построение их по слоям, а отверстия, как правило, необходимо заполнять медью или покрывать гальваническим слоем; Blind Via, которые идут от внешнего слоя к определенному внутреннему слою и видны только с одной стороны. Они создаются с помощью ступенчатого сверления, что эффективно сокращает путь сигнала и уменьшает межслойные помехи; Buried Via, которые полностью встроены во внутренние слои и не проходят сквозь внешние. Их производят с помощью многоэтапного процесса прессования, что позволяет освободить пространство для поверхностной трассировки и повысить целостность внутренних силовых/земляных плоскостей; Staggered Via, состоящие из нескольких смещенных микропереходных отверстий, образующих структуру ступенчатого соединения, подходящую для сценариев, где требуются межслойные соединения при ограниченном пространстве; Stacked Via, в которых несколько слоев микропереходных отверстий расположены вертикально друг над другом, образуя колоночную структуру для достижения прямого многослойного соединения, однако точность сверления должна строго контролироваться для обеспечения электрической надежности. Рациональное сочетание и применение этих типов отверстий позволяет удовлетворить требования проектирования высокоплотных и высокопроизводительных печатных плат.

Для увеличения плотности проводки, HDI также будет использовать технологию VIP, при которой непосредственно в контактных площадках сверлятся микроскопические отверстия, соединяемые тонкими линиями, что расширяет каналы прокладки проводов и решает проблему перегрузки линий в условиях высокой плотности. В зависимости от пространственного расположения контактных площадок и отверстий, различают следующие типы:

• Встроенные: тело отверстия полностью находится внутри границы контактной площадки, между краем отверстия и краем контактной площадки имеется четкий зазор, отверстие полностью окружено площадкой;
  
• Частично перекрывающиеся: структура отверстия частично попадает в область контактной площадки, а частично выходит за ее пределы, образуя перекрывающееся покрытие между краем отверстия и краем контактной площадки;
  
• Смещенное: отверстие в целом находится в пределах контактной площадки, однако между геометрическим центром отверстия и центром контактной площадки имеется смещение, в результате чего распределение является несимметричным.
  

Размещение структуры отверстий в HDI-печатной плате должно соответствовать требованиям высокой плотности монтажа и целостности сигналов. В процессе производства необходимо точно контролировать точность совмещения слоёв (в пределах ±15 мкм), чтобы достичь низкого соотношения сторон ≤1:3, что обеспечивает стабильную передачу сигналов; в качестве основного слоя используется более толстая подложка, а конструкция утопленных отверстий может улучшить электрическую проводимость среднего слоя, чтобы в полной мере соответствовать требованиям применения в высокопроизводительных электронных устройствах с высокой плотностью монтажа.

Характеристики многослойной конструкции и процесса ламинирования

HDI-печатная плата обладает уникальными характеристиками в процессе формирования и ламинирования:

Хотя он использует пошаговую логику конструирования, как у традиционных печатных плат, для достижения сложных проектов межсоединений с применением нескольких слоев слепых и скрытых переходных отверстий требуется несколько этапов наложения и прессования. Его структура основана на толстом базовом слое, на обеих сторонах которого симметрично размещаются тонкие диэлектрические слои, формируя основу, подходящую для плотной трассировки.

Конкретный производственный процесс заключается в следующем: сначала определить токопроводящую область с помощью негативной фоторезистивной пленки и использовать хлорное железо для травления ненужных частей; затем использовать химический раствор для удаления фоторезистивной пленки, чтобы обнажить обрабатываемую подложку; процесс сверления выбирает механический, лазерный или химический метод в соответствии с требованиями плотности; затем межсоединение внутреннего слоя цепи завершается через процесс металлизации; наконец, операции наращивания и гальванического покрытия повторяются до тех пор, пока не будет сформирована внешняя структура, чтобы удовлетворить требованиям точного межсоединения в сценариях высокой плотности.

Спецификация HDI печатной платы от LHD TECH

Уникальные преимущества HDI печатных плат

Печатные платы HDI (платы с высокой плотностью соединений) благодаря уникальному дизайну и технологии производства демонстрируют значительные преимущества в условиях современных тенденций миниатюризации и повышения производительности электронного оборудования. Эти преимущества проявляются в следующих аспектах:

1. Сверхвысокая плотность проводников, экономия пространства

С применением прецизионных технологий HDI позволяет реализовать большое количество линий соединений в ограниченной площади. По сравнению с традиционными печатными платами, при одинаковых функциональных возможностях объем изделия можно сократить на 30–50%, одновременно уменьшив вес оборудования, что обеспечивает экономию пространства и снижение массы устройства.

2. Снижение общей стоимости системы

Хотя стоимость производства HDI-плат относительно высока, за счет уменьшения количества компонентов, оптимизации использования пространства и упрощения процесса сборки можно значительно снизить затраты на проектирование и изготовление всей системы. В долгосрочной перспективе это обеспечивает более высокую экономическую эффективность.

3. Повышение гибкости проектирования

Многослойный процесс поддерживает 6-12 слоев или даже большее количество слоев. В сочетании со структурами, такими как ступенчатые отверстия и перекрытие отверстий, можно гибко планировать сложные топологии схем.

4. Оптимизация сигнальных характеристик и снижение помех

Короткие и прямые сигнальные пути уменьшают паразитную индуктивность и емкость, эффективно контролируют шум, снижают задержку и потери при передаче сигналов; многослойная структура позволяет разделить слои питания, заземления и сигналов для уменьшения электромагнитных помех (EMI).

5. Сокращение цикла вывода продукта на рынок

Благодаря адаптации к быстрому процессу разработки и тестирования компактного оборудования, его высокая степень интеграции и гибкость в проектировании позволяют сократить сроки от создания прототипа до массового производства, что помогает выводить продукты на рынок быстрее.

Сферы применения HDI печатных плат

Несмотря на множество преимуществ алюминиевых печатных плат, у них все еще есть некоторые недостатки:

1. Потребительская электроника:

Портативные устройства, такие как смартфоны, планшеты, умные часы и продукты, такие как дополненная реальность (AR) и виртуальная реальность (VR), должны интегрировать высококачественные дисплеи, сенсоры, процессоры и другие компоненты в ограниченном пространстве. Высокоплотные соединения (HDI) обладают возможностями, которые позволяют удовлетворить их требования к компактному дизайну и высокой производительности;

2. Автомобильная электроника:

Системы автопилота, автомобильные развлекательные системы и т. д. должны обеспечивать высокоскоростное соединение между высокопроизводительными процессорами и оперативной памятью в ограниченном пространстве автомобиля, соответствовать требованиям низкого уровня перекрёстных помех, высокой совместимости и целостности сигналов, а также адаптироваться к сценариям взаимодействия данных с несколькими сенсорами и высокоскоростных вычислений;

3. Сетевое оборудование:

базовые станции 5G, маршрутизаторы, спутниковые терминалы и другие устройства полагаются на HDI для оптимизации передачи высокочастотных сигналов, уменьшения задержек и помех, а также для поддержки обмена данными с высокой пропускной способностью;

4. Медицинская электроника:

Портативные мониторы, ультразвуковое оборудование, роботы для малоинвазивной хирургии, капсульные эндоскопы и т. д. требуют миниатюрного дизайна и точного управления сигналами. HDI может сбалансировать объем и производительность, обеспечивая высокие стандарты безопасности и точности работы;

5. Аэрокосмическая и оборонная промышленность:

Военное и аэрокосмическое оборудование, такое как дроны, полезные нагрузки спутников и радарные системы, интегрируют высокомощные и высокочувствительные компоненты и имеют крайне высокие требования к точности данных, надежности связи и легковесности. Легкая конструкция HDI и надежная технология межсоединений могут соответствовать требованиям к производительности в экстремальных условиях;

6. Промышленная автоматика:

Системы управления прецизионными станками с ЧПУ и промышленными роботами требуют плотной разводки для поддержки передачи сигналов многокоординатной связи. HDI может повысить скорость реакции и устойчивость работы оборудования.

Сложности при проектировании печатных плат HDI

Хотя конструкция печатных плат HDI может соответствовать требованиям высокой плотности и высокой производительности, она также сталкивается с несколькими техническими проблемами, которые в основном проявляются в следующих аспектах:

• Компоненты имеют небольшой размер и плотную компоновку, что увеличивает сложность точности прокладки проводов и сборки;
  
• Площадь печатной платы крайне ограничена, что предъявляет жесткие требования к использованию пространства;
• Обе стороны платы должны размещать большое количество компонентов, что дополнительно сокращает каналы прокладки проводов;
  
• Длинные провода могут легко привести к задержкам передачи сигналов, влияя на производительность в высокочастотных сценариях;
  
• Планирование маршрутов является сложным, количество обрабатываемых сетей огромно, что требует баланса между высокой плотностью и целостностью сигнала.
  

Ключевые аспекты проектирования и производства печатных плат HDI

1. Адаптируемость конструкции и производства, которая должна строго соответствовать рекомендациям по проектированию для обеспечения технологичности (DFM), чтобы гарантировать, что конструкция будет соответствовать производственным возможностям;
2. Планирование количества слоев, обычно опирается на рекомендованные стандарты устройств BGA или комплексную оценку направления и длины перекрестных сетей, создавая основу для последующего проектирования;
3. Конструирование структуры отверстий, расположение отверстий напрямую влияет на обоснованное определение толщины и количества слоев платы и является ключевым элементом соединения проводников каждого слоя;
4. Надежность сборки и адаптация к окружающей среде, необходимо обеспечить, чтобы плата не сломалась в процессе эксплуатации, а также учитывать долговечность и стабильность;
5. Техническая мощь производителя, уровень технологического процесса которого напрямую связан с технологичностью всей платы, качеством разводки и конечным рабочим эффектом.

Для печатных плат с высокой плотностью межсоединений их производство, изготовление и проектные этапы должны строго соответствовать ряду стандартов, разработанных IPC, включая IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 и IPC-6016.

Производственные ограничения HDI печатных плат

Существует много различий между изготовлением HDI печатных плат и стандартных печатных плат, их ограничения в основном проявляются в совместимости материалов и технологий:

1. Основание должно соответствовать требованиям как электрических, так и механических характеристик, диэлектрический материал должен быть совместимым с высоким значением TG, термическим ударом и металлической пайкой, а также должен подходить для различных типов отверстий, таких как микроскопические отверстия, скрытые переходные отверстия и слепые отверстия;
2. Сцепление и стабильность свойств медной фольги на участках микроскопических и глухих переходных отверстий должно быть надежным;

Кроме того, материал должен обладать хорошей термостойкостью, чтобы выдерживать воздействие во время пайки или термоциклирования.

Соответствующие стандарты — IPC-4101B и IPC-4104A, включающие такие материалы, как светочувствительный жидкий диэлектрический слой, сухофильный диэлектрический слой, полиимидная пленка, термореактивная пленка, покрытая смолой медная фольга и стандартный FR-4.

Linghangda: 22 года стабильного профессионального завода по производству внешней торговли

В процветающей мировой индустрии HDI печатных плат Китай стал ключевым центром производства, и появилось много высококачественных производителей, среди которых Linghangda является лидером. Благодаря глубокому опыту и инновационной силе, Linghangda продемонстрировала значительные преимущества во многих аспектах:

• Строгий контроль качества:

  Продукция соответствует стандарту IPC-A-600 Class 2 в соответствии с системами ISO9001, ISO13485 и TS16949, а для особых отраслей может предоставляться стандарт Class 3/3A, что обеспечивает стабильную работу в сложных условиях.
  

• Передовые технологии и оборудование:

  Внедрение передового оборудования, освоение высокоточных технологий и технологий заполнения, таких как слоистые слепые переходные отверстия и VIPPO, позволяет выполнять заказы на сложные HDI-платы и обеспечивать качественное преобразование от проектирования к готовым изделиям.
  

• Гибкие заказы:

  Без минимального объема заказа, поддержка заказа от 1 штуки, возможность адаптации к потребностям стартапов в исследовательских образцах и потребностям крупных предприятий в пробном производстве, способствование долгосрочному сотрудничеству.
  

• Комплексный сервис на всех этапах:

  Охватывает закупку материалов, проектирование, производство, сборку, упаковку и доставку, экономит время и усилия, снижает затраты времени и средств заказчика.
  

• Совершенная система обслуживания:

  Комплексная команда продаж с профессиональной инженерной поддержкой предоставляет услуги на всех этапах, постоянное послепродажное обслуживание, проблемы с качеством можно исправить или компенсировать, интересы клиентов находятся на первом месте.
  

• Мощные ресурсы производственной цепочки:

  Эффективно закупать высококачественные комплектующие, сокращать время ожидания, за счет масштабных преимуществ снижать затраты и повышать рентабельность решений.
  

• Быстрая способность к поставке:

  Оптимизировать производственные процессы и планирование ресурсов, эффективно продвигать проекты и помогать клиентам быстро выводить продукты на рынок и захватывать рыночные возможности.