Hdi pcb

Що таке HDI PCB?

HDI PCB є скороченням від High-Density Interconnect Printed Circuit Board. Як випливає з назви, це передова плата, створена для відповідності вимогам мініатюризації та високої продуктивності електронних продуктів. Високощільна плата відрізняється тонкими лініями та малим кроком отворів. Порівняно з традиційною PCB, HDI PCB оптимізує щільність розведення шляхом зменшення ліній, відмовляється від традиційного процесу наскрізних отворів (Through Hole Via), застосовує лазерне свердління, таке як мікроотвори (Micro Via), сліпі отвори (Blind Via) та приховані отвори (Buried Via), а також технологію шаруваття, щоб досягти рівня інтеграції ланцюгів, набагато вищого, ніж у традиційних PCB. Це дозволяє розміщувати більше компонентів на одиницю площі, реалізовувати більш складні електричні функції в обмеженому просторі та забезпечує можливість електронним пристроям мати більшу продуктивність в меншому об'ємі. Таким чином, це точно відповідає ері електронних пристроїв, що прагнуть до зменшення ваги, інтелектуалізації та роботи на високих частотах, стаючи ключовим носієм, що забезпечує прорив у нових галузях, таких як 5G, Інтернет речей та штучний інтелект.

Основні характеристики HDI PCB

Завдяки унікальному дизайну та технології виготовлення, друковані плати з високою щільністю з'єднань мають цілий ряд ключових особливостей, які відповідають вимогам щільної компоновки та високої продуктивності, зокрема:

1. Більша кількість шарів:

Плати HDI зазвичай мають більше шарів, зазвичай більше 4. Це пояснюється тим, що при використанні лише кількох шарів важко уникнути згущення трасування та перешкод у сигналі, тому необхідно збільшити кількість шарів і розподілити трасування та з'єднання на кількох шарах для раціонального проектування. Більшість продуктів вибиратимуть 6-12-шаровий дизайн відповідно до складності функцій, щоб збалансувати щільність трасування, функціональну складність і електричні характеристики в обмеженому просторі.

2. Тонкі провідники і міжпровідникові відстані:

Щоб задовольнити потреби в мініатюризації електронних пристроїв та досягти більш щільної інтеграції схем у обмеженому просторі, друкована плата HDI має ефективно розподіляти провідники. Друкована плата HDI може забезпечити ширину провідників та відстань між ними 3-5 мил або навіть менше, тоді як у традиційних друкованих платах цей показник зазвичай становить кілька сотень мікронів. Тому під час виготовлення друкованої плати HDI будь-яке незначне відхилення в процесі може призвести до деформації провідників, короткого замикання або обриву ланцюга, що ускладнює обробку.

3. Використання мікровиводів, сліпих і захованих виводів:

Конструкція отворів у HDI-платах також дуже точна. Типи отворів включають: Microvia, який зазвичай має діаметр отвору менше 6 mil, щоб точно з'єднати тонкі лінії та економити простір. Для досягнення з'єднань між кількома шарами часто необхідно послідовно збирати їх шар за шаром, а отвори зазвичай потрібно заповнити міддю або наносити гальванопокриття; Blind Via, який простягається від верхнього шару до певного внутрішнього шару й видимий лише з одного боку. Це досягається за допомогою процесу свердління секціями, що ефективно скорочує шлях сигналу та зменшує завади між шарами; Buried Via, який повністю вбудований у внутрішній шар і не проходить крізь верхній шар. Для його виготовлення необхідний багатоступеневий процес ламінування, що дозволяє звільнити місце для розводки на поверхні та підвищити цілісність внутрішніх шарів живлення/заземлення; Staggered Via, складається з кількох зміщених мікровій, утворюючи східчасту структуру з'єднання, що підходить для сценаріїв, де потрібні з'єднання між шарами, але обмежено простір; Stacked Via, де кілька шарів мікровій розташовані вертикально один над одним, утворюючи стовпчасту структуру для безпосереднього багатошарового з'єднання, але точність свердління потрібно строго контролювати, щоб забезпечити електричну надійність. Раціональне поєднання та застосування цих типів отворів можуть задовольнити вимоги проектування високощільних та високопродуктивних друкованих плат.

Для того щоб зробити розведення більш щільним, HDI також використовуватиме технологію VIP, тобто безпосереднє свердління мікроотворів у контактних майданчиках і з'єднання їх тонкими лініями, що розширює канал розведення та вирішує проблему заторів на високощільних ділянках. Відповідно до просторових позиційних співвідношень між контактними майданчиками і отворами, їх можна деталізувати на такі типи:

• Вбудований: тіло отвору повністю всередині межі контактного майданчика, і між краєм отвору та краєм контактного майданчика є чіткий інтервал, що демонструє повністю обгорнуту форму;
  
• Часткове перекриття: структура отвору частково потрапляє в область контактного майданчика, а частково виходить за його межі, утворюючи перекриття між краєм отвору та краєм контактного майданчика;
  
• Ексцентричний: отвір розташований у межах контактного майданчика в цілому, але існує зсув між геометричним центром отвору і центром контактного майданчика, що демонструє асиметричний розподіл.
  

Розташування отворів у конструкції HDI PCB має відповідати вимогам щільного з'єднання та цілісності сигналів. Під час виготовлення необхідно точно контролювати точність збігу шарів (в межах ±15 мкм), щоб досягти низького співвідношення сторін ≤1:3 для забезпечення стабільної передачі сигналів; як основний шар використовується більш товста основа, а конструкція прихованих отворів може підвищити електричну провідність середнього шару, щоб краще відповідати вимогам щільних, високопродуктивних електронних пристроїв.

Багатошарова конструкція і особливості процесу ламінування

HDI PCB має унікальні особливості у процесах стекування і ламінування:

Хоча він використовує логіку побудови шар за шаром, як традиційна плата друкована, необхідно кілька етапів стекування та процесів ламінування для досягнення складних проектів з'єднань багатошарових сліпих і прихованих перехідних отворів. Його структура базується на товстому основному шарі, з тонкими діелектричними шарами, симетрично нанесеними з обох боків, щоб утворити інфраструктуру, придатну для високощільної комутації.

Певний виробничий процес є таким: спочатку визначити провідну ділянку за допомогою негативної фотопасты, і використовувати хлорне залізо для витравлювання зайвих частин; потім використовувати хімічний розчин, щоб видалити фотопасту, щоб відкрити підкладку для подальшої обробки; процес свердління вибирає механічні, лазерні або хімічні методи відповідно до вимог щодо щільності; потім між'язове з'єднання внутрішнього шару схеми виконується через процес металізації; нарешті, операції стакування та гальванопокриття повторюються до утворення структури зовнішнього шару, щоб відповідати вимогам прецизійного з'єднання в сценаріях з високою щільністю.

Специфікація HDI PCB від LHD TECH

Унікальні переваги HDI PCB

HDI PCB (друкована плата з високощільною комутацією) показала суттєві переваги у тенденції мініатюризації та високої продуктивності електронного обладнання завдяки унікальному проектуванню та технології виготовлення, що в основному відображається в наступних аспектах:

1. Надвисока щільність розведення, економія місця

Завдяки прецизійним технологіям, HDI може забезпечити масивне з'єднання ліній у обмеженому просторі. Порівняно з традиційними PCB, можна зменшити об'єм на 30%-50% при тій самій функціональності, одночасно зменшити вагу обладнання, забезпечити місце та легку конструкцію для обладнання.

2. Зменшення загальної вартості системи

Хоча вартість виготовлення плат HDI порівняно висока, зменшення кількості компонентів, оптимізація використання простору та спрощення процесу складання дозволяють значно скоротити вартість проектування та виробництва загальної системи, а також забезпечити кращу довгострокову ефективність вартості.

3. Підвищення гнучкості проектування

Багатошаровий процес підтримує 6-12 шарів або навіть більше шарів. У поєднанні з такими структурами, як ступінчасті отвори та штовхані отвори, можна гнучко планувати складні топології схем.

4. Оптимізувати сигнальну продуктивність і зменшити перешкоди

Короткі та прямі сигнальні шляхи зменшують паразитну індуктивність і ємність, ефективно контролюють шум, зменшують затримку та втрати сигналу під час передачі; багатошарова структура може окремо розділити шари живлення, заземлення і сигнальні шари, щоб зменшити електромагнітні перешкоди (ЕМП).

5. Прискорити цикл запуску продукту

Пристосовуючись до швидкого розвитку та тестування компактного обладнання, його висока інтеграція та гнучкість у проектуванні можуть скоротити цикл від прототипу до масового виробництва, допомагаючи продуктам швидше реагувати на ринковий попит.

Галузі застосування HDI PCB

Хоча друковані плати на алюмінієвій основі мають багато переваг, у них все ще є деякі недоліки:

1. Споживча електроніка:

Портативні пристрої, такі як смартфони, планшети, розумні годинники та продукти, такі як змішана реальність (AR) і віртуальна реальність (VR), мають інтегрувати дисплеї високої роздільної здатності, сенсори, процесори та інші компоненти в обмеженому просторі. Можливість HDI щодо високощільної комутації може задовольнити їхні вимоги щодо компактного дизайну та високопродуктивних характеристик;

2. Автомобільна електроніка:

Системи автоматичного керування, бортові розважальні системи тощо мають забезпечити високошвидкісне з'єднання високошвидкісних процесорів і оперативної пам'яті в обмеженому просторі автомобіля, відповідати вимогам щодо низької перехідної завади, високої сумісності та цілісності сигналів, а також адаптуватися до сценаріїв взаємодії даних від кількох сенсорів і високошвидкісних обчислень;

3. Телекомунікаційне обладнання:

базові станції 5G, маршрутизатори, термінали супутникового зв'язку тощо покладаються на HDI для оптимізації передачі високочастотних сигналів, зменшення затримок і перешкод, а також підтримки обміну даними з високою пропускною здатністю;

4. Медична електроніка:

Портативні монітори, ультразвукове обладнання, роботи для мінімально інвазивних операцій, капсульні ендоскопи тощо вимагають мініатюрного дизайну та точного керування сигналами. HDI може збалансувати об'єм та продуктивність, забезпечуючи високі стандарти безпеки та точності роботи;

5. Аерокосмічна та оборонна галузі:

Військове та авіаційно-космічне обладнання, таке як дрони, корисні навантаження супутників, радіолокаційні системи, об'єднують високопотужні та високочутливі компоненти, а також мають надзвичайно високі вимоги до точності даних, надійності зв'язку та легкості конструкції. Легка структура HDI та надійна технологія з'єднань може задовольнити вимоги до продуктивності в екстремальних умовах;

6. Промислова автоматика:

Системи керування прецизійними верстатами з ЧПК та промисловими роботами вимагають високощільної розводки для підтримки передачі сигналів багатовісного зв'язку. HDI може підвищити швидкодію та стабільність роботи обладнання.

Складнощі у проектуванні друкованих плат HDI

Хоча конструкція друкованих плат HDI може задовольняти вимоги щодо високої щільності та продуктивності, вона також стикається з кількома технічними викликами, які переважно виявляються у наступних аспектах:

• Компоненти мають малі розміри та щільно розташовані, що збільшує складність точності у розводці та монтажі;
  
• Доступна площа друкованої плати є надзвичайно обмеженою, що висуває екстремальні вимоги до використання простору;
• Обидві сторони плати мають розмістити велику кількість компонентів, що ще більше скорочує канали розводки;
  
• Велика довжина провідників може легко призводити до запізнень у передачі сигналів, що впливає на продуктивність у високочастотних сценаріях;
  
• Планування трасування є складним, а кількість мереж, які потрібно обробити, надзвичайно велика, що вимагає балансу між високою щільністю та цілісністю сигналів.
  

Ключові аспекти проектування та виготовлення HDI-плат

1. Адаптивність дизайну та виробництва, яка має суворо дотримуватися рекомендацій проектування для технологічності (DFM), щоб забезпечити відповідність проекту виробничим можливостям;
2. Планування кількості шарів, зазвичай виходячи з рекомендованих стандартів пристроїв BGA або на основі комплексної оцінки напрямку й довжини трасування, створюючи основу для подальшого проектування;
3. Проектування структури отворів, розташування яких безпосередньо вплине на доцільне встановлення товщини та кількості шарів плати, а також є ключовим моментом для з'єднання ліній кожного шару;
4. Надійність монтажу та адаптивність до навколишнього середовища, необхідно забезпечити, щоб плата не ламалася під час використання, враховуючи тривалість і стабільність роботи;
5. Технічна сила виробника, рівень технологічного процесу якого безпосередньо впливає на технологічність усієї плати, якість розведення та кінцевий ефект роботи.

Для друкованих плат з високим ступенем інтеграції (HDI PCB), їх виробництво, виготовлення та проектування мають строго відповідати серії стандартів, встановлених IPC, у тому числі IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 та IPC-6016.

Обмеження виробництва HDI PCB

Існують численні відмінності між виробництвом HDI PCB та стандартних друкованих плат, основні обмеження полягають у сумісності матеріалів та технологій:

1. Основа має відповідати вимогам електричних та механічних характеристик, діелектричний матеріал має бути сумісним з високим значенням TG, термічним ударом та металевим зварюванням, а також сумісним з різноманітними типами отворів, такими як мікроотвори, заглиблені отвори та глухі отвори;
2. Зчеплення та стабільність роботи мідної фольги в таких ділянках, як мікровіа та глухі віа-отвори, має бути надійною;

Крім того, матеріал має мати добру термостійкість, щоб витримувати навантаження під час зварювання або термоциклування.

Відповідні стандарти — IPC-4101B та IPC-4104A, до яких належать такі матеріали, як фоточутливий рідкий діелектричний шар, сухий діелектричний плівковий шар, поліімідна плівка, термореактивна плівка, мідна фольга з полімерним покриттям та стандартний FR-4.

Лінханд: Стабільне професійне підприємство зовнішньої торгівлі з 22-річним досвідом

У процвітаючій глобальній індустрії HDI друкованих плат Китай став ключовим виробничим центром, і з'явилося багато високоякісних виробників, серед яких Лінханд є лідером. Завдяки глибокому досвіду та інноваційній силі, Лінханд демонструє значні переваги у багатьох аспектах:

• Суворий контроль якості:

  Продукти відповідають стандарту IPC-A-600 Клас 2 згідно з системами ISO9001, ISO13485 та TS16949, а для особливих галузей можемо надати стандарти Клас 3/3A, що забезпечує стабільну роботу в складних умовах.
  

• Передові технології та обладнання:

  Впровадження передового обладнання, освоєння високоточних процесів та технологій герметизації, таких як стековані сліпі отвори та VIPPO, дозволяє виконувати замовлення на складні HDI-друковані плати та забезпечує високоякісний перехід від проектування до фізичних об'єктів.
  

• Гнучкі замовлення:

  Мінімальних замовлень немає, підтримуємо замовлення від 1 штуки, відповідає потребам стартапів у дослідних зразках та потребам великих підприємств у пілотному виробництві, сприяє довгостроковому співробітництву.
  

• Комплексний сервіс під ключ:

  Охоплює закупівлю матеріалів, проектування, виробництво, монтаж, упаковку та відвантаження, економить час і зусилля, заощаджує час і кошти клієнтів.
  

• Досконала система обслуговування:

  Комплексна команда продажів з професійним інженерингом надає повноциклові послуги, постійний післяпродажний супровід, якість проблем можна виправити або компенсувати, інтереси клієнтів гарантовані в першу чергу.
  

• Потужні ресурси ланцюга поставок:

  Ефективне придбання високоякісних компонентів, скорочення часу очікування, покладаючись на переваги масштабу для зниження витрат, підвищення ефективності рішень.
  

• Швидка здатність до поставки:

  Оптимізація виробничих процесів і ресурсного планування, ефективне просування проектів, допомогти клієнтам швидко вивести продукцію на ринок і скористатися можливостями.