Hdi pcb

HDI PCB là gì?

HDI PCB là viết tắt của High-Density Interconnect Printed Circuit Board. Đúng như tên gọi của nó, đây là loại PCB cao cấp được thiết kế để đáp ứng yêu cầu về sự thu nhỏ kích thước và hiệu suất cao của các sản phẩm điện tử. PCB mật độ cao được đặc trưng bởi các đường dẫn tinh xảo và bước lỗ nhỏ. So với PCB truyền thống, PCB mật độ cao tối ưu hóa mật độ bố trí dây dẫn bằng cách giảm thiểu các đường dẫn, từ bỏ quy trình lỗ xuyên (Through Hole Via) truyền thống, áp dụng công nghệ khoan laser như vi lỗ (Micro Via), lỗ mù (Blind Via), lỗ chôn (Buried Via) và công nghệ ép lớp, để đạt được mức độ tích hợp mạch vượt trội xa PCB truyền thống, có khả năng tích hợp nhiều linh kiện hơn trên mỗi đơn vị diện tích, cho phép thực hiện các chức năng mạch phức tạp hơn trong không gian giới hạn, giúp các sản phẩm điện tử đạt được hiệu năng mạnh mẽ hơn trong kích thước nhỏ gọn hơn, từ đó chính xác phù hợp với xu hướng phát triển của thiết bị điện tử hướng tới sự nhẹ nhàng, thông minh và tần số cao, trở thành nền tảng quan trọng hỗ trợ đột phá trong các lĩnh vực mới nổi như 5G, Internet vạn vật và trí tuệ nhân tạo.

Tính Năng Chính Của Tấm Mạch HDI

Với thiết kế và quy trình độc đáo, tấm mạch in HDI (Mạch Kết Nối Mật Độ Cao) thể hiện một loạt các tính năng cốt lõi đáp ứng nhu cầu về mật độ cao và hiệu suất mạnh mẽ, chủ yếu bao gồm:

1. Số lớp nhiều hơn:

Tấm mạch HDI thường có số lớp cao hơn, thường nhiều hơn 4 lớp. Điều này là do việc chỉ sử dụng vài lớp khó tránh khỏi tình trạng nghẽn mạch và nhiễu tín hiệu, vì vậy cần tăng số lớp và phân bố các đường mạch và kết nối lên nhiều lớp khác nhau để bố trí hợp lý. Hầu hết các sản phẩm sẽ chọn thiết kế từ 6 đến 12 lớp dựa trên mức độ phức tạp của chức năng nhằm cân bằng giữa mật độ đi dây, độ phức tạp chức năng và hiệu suất mạch trong không gian giới hạn.

2. Độ rộng và khoảng cách đường mạch tinh xảo:

Để đáp ứng nhu cầu thu nhỏ kích thước của các thiết bị điện tử và đạt được mức độ tích hợp mạch cao hơn trong không gian giới hạn, bo mạch HDI phải phân bố đường mạch một cách hiệu quả. Bo mạch HDI có thể đạt được độ rộng đường mạch và khoảng cách giữa các đường mạch là 3-5mil hoặc thậm chí nhỏ hơn, trong khi khoảng cách đường mạch của các bo mạch truyền thống thường là vài trăm micrôn. Do đó, trong quá trình sản xuất bo mạch in HDI, bất kỳ sai lệch công nghệ nhỏ nào cũng có thể gây ra biến dạng đường mạch, chập mạch hoặc đứt mạch, điều này khiến việc xử lý trở nên cực kỳ khó khăn.

3. Sử dụng microvias, blind vias và buried vias:

Thiết kế lỗ trên các tấm HDI cũng rất tinh xảo. Các loại lỗ bao gồm: Microvia, thường có đường kính lỗ dưới 6mil, nhằm kết nối chính xác các đường mạch nhỏ và tiết kiệm không gian. Để đạt được kết nối giữa nhiều lớp với nhau, thường cần xếp chồng chúng từng lớp một, và các lỗ này thường phải được lấp đầy bằng đồng hoặc mạ điện; Blind Via (lỗ mù), kéo dài từ lớp bề mặt đến một lớp bên trong cụ thể và chỉ nhìn thấy ở một phía. Nó được thực hiện thông qua quy trình khoan từng đoạn riêng biệt, giúp rút ngắn hiệu quả đường dẫn tín hiệu và giảm nhiễu giữa các lớp; Buried Via (lỗ chìm), hoàn toàn được đặt bên trong các lớp bên trong và không xuyên qua lớp bề mặt. Nó cần được chế tạo thông qua quy trình ép nhiều tầng, có thể giải phóng không gian bố trí dây dẫn trên bề mặt và tăng cường tính toàn vẹn của các mặt nguồn/mass bên trong; Staggered Via (lỗ so le), được cấu thành từ nhiều lỗ Microvia so le nhau tạo thành cấu trúc liên kết kiểu bậc thang, thích hợp cho các trường hợp cần kết nối xuyên lớp nhưng không gian bị hạn chế; Stacked Via (lỗ chồng), trong đó nhiều lớp Microvia được xếp chồng thẳng đứng tạo thành cấu trúc dạng cột, để đạt được kết nối trực tiếp đa lớp, nhưng độ chính xác khi khoan cần được kiểm soát chặt chẽ nhằm đảm bảo độ tin cậy điện. Sự kết hợp và ứng dụng hợp lý của các loại lỗ này có thể đáp ứng các yêu cầu thiết kế của bo mạch PCB có mật độ cao và hiệu suất cao.

Để dây điện được dày đặc hơn, HDI cũng sẽ sử dụng công nghệ VIP, tức là khoan trực tiếp các lỗ vi mô trên các pad và nối chúng bằng các đường mảnh, từ đó mở rộng kênh đi dây và giải quyết vấn đề tắc nghẽn đường dây trong các tình huống mật độ cao. Theo mối quan hệ vị trí không gian giữa các pad và lỗ, nó có thể được phân thành các loại sau:

• Tích hợp: Thân lỗ nằm hoàn toàn trong ranh giới pad, giữa mép lỗ và mép pad có khoảng cách rõ ràng, thể hiện trạng thái bao bọc hoàn toàn;
  
• Chồng một phần: Cấu trúc lỗ rơi một phần vào khu vực pad và một phần vượt ra ngoài ranh giới pad, tạo ra trạng thái phủ chéo giữa mép lỗ và mép pad;
  
• Lệch tâm: Lỗ nằm trong phạm vi pad nói chung, nhưng có sự lệch tâm giữa tâm hình học của lỗ và tâm pad, thể hiện sự phân bố bất đối xứng.
  

Bố trí cấu trúc lỗ của PCB HDI cần đáp ứng yêu cầu về kết nối mật độ cao và độ toàn vẹn tín hiệu. Trong quá trình sản xuất, cần kiểm soát chính xác độ chính xác căn chỉnh giữa các lớp (trong khoảng ±15μm) để đạt được tỷ lệ khía cạnh thấp ≤1:3 nhằm đảm bảo truyền tín hiệu ổn định; lớp lõi sử dụng chất nền dày hơn, thiết kế lỗ chôn có thể tăng cường tính kết nối điện của lớp giữa nhằm đáp ứng tốt hơn các yêu cầu ứng dụng của thiết bị điện tử mật độ cao, hiệu suất cao.

Đặc điểm của cấu trúc nhiều lớp và quy trình ép lớp

PCB HDI thể hiện những đặc tính độc đáo trong quy trình xếp lớp và ép lớp:

Mặc dù nó sử dụng logic xây dựng theo từng lớp giống như PCB truyền thống, nhưng cần trải qua nhiều lần xếp lớp và quy trình ép để đạt được thiết kế kết nối phức tạp của các lớp vi mạch mù và chôn vùi. Cấu trúc của nó dựa trên một lớp lõi dày, với các lớp điện môi mỏng được bố trí đối xứng ở cả hai mặt, tạo thành cấu trúc phù hợp cho việc đi dây mật độ cao.

Quy trình sản xuất cụ thể như sau: đầu tiên xác định khu vực dẫn điện bằng màng ảnh âm (negative photoresist), sau đó dùng dung dịch clorua sắt để ăn mòn các phần không cần thiết; tiếp theo sử dụng dung dịch hóa chất để loại bỏ lớp màng ảnh, làm lộ ra bề mặt chất nền cần xử lý; trong quá trình khoan, căn cứ vào yêu cầu mật độ để lựa chọn phương pháp cơ học, laser hoặc hóa học; sau đó hoàn thành liên kết mạch lớp trong thông qua quá trình hóa kim loại (metallization); cuối cùng, lặp lại quy trình xếp lớp và mạ kim loại cho đến khi hình thành cấu trúc lớp ngoài cùng, nhằm đáp ứng yêu cầu liên kết chính xác trong các ứng dụng mật độ cao.

Thông số kỹ thuật PCB HDI tại LHD TECH

Ưu điểm độc đáo của PCB HDI

PCB HDI (mạch in kết nối mật độ cao) đã thể hiện những ưu thế rõ rệt trong xu hướng thu nhỏ và nâng cao hiệu suất của thiết bị điện tử nhờ thiết kế và quy trình sản xuất độc đáo, chủ yếu được phản ánh qua các khía cạnh sau:

1. Mật độ đi dây cực cao, tiết kiệm không gian

Thông qua công nghệ chính xác, HDI có thể thực hiện hàng loạt kết nối dây dẫn trong một diện tích hạn chế. So với PCB truyền thống, nó có thể giảm thể tích từ 30%-50% trong khi vẫn giữ nguyên chức năng, đồng thời làm giảm trọng lượng thiết bị, tạo nền tảng về không gian và độ nhẹ cho thiết bị.

2. Giảm chi phí hệ thống tổng thể

Mặc dù chi phí sản xuất của bo mạch HDI tương đối cao, nhưng nhờ giảm số lượng linh kiện, tối ưu hóa việc sử dụng không gian và đơn giản hóa quá trình lắp ráp, chi phí thiết kế và sản xuất của toàn bộ hệ thống có thể được cắt giảm đáng kể, mang lại hiệu quả chi phí tốt hơn trong dài hạn.

3. Tăng tính linh hoạt trong thiết kế

Quy trình nhiều lớp hỗ trợ 6-12 lớp hoặc thậm chí nhiều lớp hơn. Kết hợp với các cấu trúc như lỗ bậc và lỗ xếp chồng, có thể linh hoạt thiết kế các bố trí mạch phức tạp.

4. Tối ưu hóa hiệu suất tín hiệu và giảm nhiễu

Đường dẫn tín hiệu ngắn và thẳng giúp giảm điện cảm và điện dung ký sinh, kiểm soát hiệu quả tiếng ồn, đồng thời giảm độ trễ và tổn hao truyền tín hiệu; cấu trúc nhiều lớp có thể tách biệt các lớp nguồn, lớp mass và lớp tín hiệu để giảm nhiễu điện từ (EMI).

5. Rút ngắn chu kỳ đưa sản phẩm ra thị trường

Phù hợp với quá trình phát triển và thử nghiệm nhanh chóng của thiết bị gọn nhẹ, độ tích hợp cao và tính linh hoạt trong thiết kế giúp rút ngắn chu kỳ từ mẫu thử đến sản xuất hàng loạt, hỗ trợ sản phẩm đáp ứng nhanh hơn nhu cầu thị trường.

Các lĩnh vực ứng dụng của PCB HDI

Mặc dù PCB nền nhôm có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số nhược điểm:

1. Điện tử tiêu dùng:

Các thiết bị di động như điện thoại thông minh, máy tính bảng, đồng hồ thông minh và các sản phẩm như thực tế tăng cường (AR) và thực tế ảo (VR) cần tích hợp các màn hình độ phân giải cao, cảm biến, bộ xử lý và các thành phần khác vào không gian nhỏ gọn. Khả năng kết nối mật độ cao (HDI) có thể đáp ứng thiết kế nhỏ gọn và yêu cầu hiệu suất cao của chúng;

2. Điện tử ô tô:

Các hệ thống lái tự động, hệ thống giải trí trên xe, v.v., cần đạt được việc bố trí đường truyền tốc độ cao của các bộ xử lý và RAM tốc độ cao trong không gian hạn chế của xe, đáp ứng các yêu cầu về độ nhiễu chéo thấp, tính tương thích cao và độ toàn vẹn tín hiệu, đồng thời thích ứng với các kịch bản tương tác dữ liệu từ nhiều cảm biến và tính toán tốc độ cao;

3. Thiết bị viễn thông:

các trạm gốc 5G, bộ định tuyến, thiết bị đầu cuối viễn thông vệ tinh, v.v., dựa vào HDI để tối ưu hóa việc truyền tín hiệu tần số cao, giảm độ trễ và nhiễu, hỗ trợ tương tác dữ liệu băng thông rộng;

4. Điện tử y tế:

Các thiết bị như màn hình xách tay, máy siêu âm, robot phẫu thuật xâm lấn tối thiểu, ống soi dạng viên nang, v.v. yêu cầu thiết kế gọn nhẹ và điều khiển tín hiệu chính xác. HDI có thể cân bằng giữa kích thước và hiệu suất, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn cao và yêu cầu độ chính xác vận hành;

5. Hàng không vũ trụ và quốc phòng:

Các thiết bị quân sự và hàng không như máy bay không người lái, tải trọng vệ tinh và hệ thống radar tích hợp các linh kiện công suất cao và độ nhạy cao, đồng thời có yêu cầu cực kỳ cao về độ chính xác dữ liệu, độ tin cậy trong liên lạc và thiết kế nhẹ. Cấu trúc nhẹ và công nghệ kết nối đáng tin cậy của HDI có thể đáp ứng các yêu cầu hiệu suất trong môi trường khắc nghiệt;

6. Điều khiển công nghiệp:

Các hệ thống điều khiển của máy công cụ CNC chính xác và robot công nghiệp đòi hỏi bố trí dây dẫn mật độ cao để hỗ trợ truyền tín hiệu liên kết nhiều trục. HDI có thể cải thiện tốc độ phản ứng và độ ổn định vận hành của thiết bị.

Những khó khăn trong thiết kế bảng mạch HDI

Mặc dù thiết kế mạch HDI có thể đáp ứng yêu cầu về mật độ cao và hiệu năng mạnh mẽ, nhưng nó cũng đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật, chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:

• Các linh kiện có kích thước nhỏ và được bố trí dày đặc, làm tăng độ khó trong việc đi dây và lắp ráp chính xác;
  
• Diện tích bo mạch khả dụng cực kỳ hạn chế, đặt ra yêu cầu khắt khe về việc sử dụng không gian;
• Cả hai mặt của bo mạch đều cần bố trí nhiều linh kiện, làm thu hẹp thêm các kênh đi dây;
  
• Chiều dài dây dẫn lớn có thể dễ dàng dẫn đến trễ truyền tín hiệu, ảnh hưởng đến hiệu năng trong các tình huống tần số cao;
  
• Việc lập kế hoạch định tuyến phức tạp, với số lượng mạng cần xử lý rất lớn, đòi hỏi phải cân bằng giữa mật độ cao và tính toàn vẹn tín hiệu.
  

Những điểm mấu chốt trong thiết kế và sản xuất PCB HDI

1. Tính thích ứng của thiết kế và quy trình sản xuất, phải tuân thủ nghiêm ngặt các hướng dẫn thiết kế cho khả năng chế tạo (DFM) để đảm bảo thiết kế phù hợp với năng lực sản xuất;
2. Kế hoạch xác định số lượng lớp, thường dựa trên các tiêu chuẩn được khuyến nghị của thiết bị BGA, hoặc dựa trên đánh giá tổng thể về hướng và độ dài của mạng lưới giao nhau, tạo nền tảng cho thiết kế tiếp theo;
3. Thiết kế cấu trúc lỗ, việc phân bố các lỗ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc thiết lập hợp lý độ dày và số lớp của bảng mạch, đồng thời là yếu tố quan trọng để kết nối các đường mạch giữa các lớp với nhau;
4. Độ tin cậy trong lắp ráp và khả năng thích ứng với môi trường, cần đảm bảo rằng bo mạch không bị gãy trong quá trình sử dụng, đồng thời tính đến độ bền và sự ổn định;
5. Sức mạnh kỹ thuật của nhà sản xuất, trong đó trình độ quy trình trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng sản xuất của toàn bộ bảng mạch, chất lượng đi dây và hiệu quả vận hành cuối cùng.

Đối với các bảng mạch PCB kết nối mật độ cao (HDI), các khâu sản xuất, chế tạo và thiết kế của chúng cần được thực hiện nghiêm ngặt theo một loạt tiêu chuẩn do IPC ban hành, bao gồm IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 và IPC-6016.

Các giới hạn trong sản xuất PCB HDI

Có nhiều điểm khác biệt giữa việc chế tạo PCB HDI và PCB tiêu chuẩn, các giới hạn của nó chủ yếu thể hiện ở tính tương thích của vật liệu và quy trình:

1. Tấm nền phải đáp ứng các yêu cầu về tính chất điện và cơ học, vật liệu điện môi phải tương thích với giá trị TG cao, chịu được sốc nhiệt và hàn kim loại, đồng thời phải tương thích với nhiều loại lỗ khác nhau như microvia, via chôn và via mù;
2. Độ bám dính và độ ổn định hiệu suất của lớp lá đồng trong các khu vực như vi mạch và mạch chôn phải đảm bảo độ tin cậy;

Ngoài ra, vật liệu phải có tính ổn định nhiệt tốt để chịu được tác động trong quá trình hàn hoặc chu kỳ nhiệt.

Các tiêu chuẩn liên quan là IPC-4101B và IPC-4104A, bao gồm các vật liệu như lớp điện môi lỏng nhạy sáng, lớp điện môi màng khô, màng polyimide, màng nhiệt rắn, lớp đồng phủ nhựa nhiệt dẻo và FR-4 tiêu chuẩn.

Linghangda: Nhà máy chuyên nghiệp xuất khẩu ổn định với 22 năm kinh nghiệm

Trong ngành công nghiệp bảng mạch HDI toàn cầu đang bùng nổ, Trung Quốc đã trở thành trung tâm sản xuất quan trọng, và nhiều nhà sản xuất chất lượng cao đã nổi lên, trong đó Linghangda là một nhà dẫn đầu. Với nền tảng dày dặn và năng lực đổi mới, Linghangda đã thể hiện rõ ưu thế trên nhiều phương diện:

• Kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt:

  Sản phẩm tuân thủ tiêu chuẩn IPC-A-600 Class 2 theo các hệ thống ISO9001, ISO13485 và TS16949, đối với các ngành đặc biệt có thể cung cấp tiêu chuẩn Class 3/3A nhằm đảm bảo hoạt động ổn định trong các tình huống phức tạp.
  

• Công nghệ và thiết bị tiên tiến:

  Giới thiệu thiết bị hiện đại, làm chủ quy trình độ chính cao và công nghệ bịt kín như stacked blind vias và VIPPO, chúng tôi có thể nhận các đơn hàng HDI độ khó cao và thực hiện chuyển đổi chất lượng cao từ thiết kế sang sản phẩm thực tế.
  

• Đơn hàng linh hoạt:

  Không yêu cầu số lượng đơn hàng tối thiểu, hỗ trợ đơn hàng từ 1 sản phẩm, phù hợp với nhu cầu thử nghiệm R&D của các công ty khởi nghiệp và nhu cầu sản xuất thử nghiệm của doanh nghiệp lớn, hỗ trợ hợp tác lâu dài.
  

• Dịch vụ trọn gói một điểm dừng:

  Bao gồm toàn bộ quy trình từ mua vật liệu, thiết kế, sản xuất, lắp ráp, đóng gói đến vận chuyển, tiết kiệm thời gian và công sức, giúp khách hàng tiết kiệm chi phí và thời gian.
  

• Hệ thống dịch vụ hoàn hảo:

  Một đội ngũ bán hàng toàn diện cùng kỹ thuật chuyên nghiệp cung cấp dịch vụ trọn vòng đời, bảo hành dài hạn, các vấn đề về chất lượng có thể được sửa chữa hoặc đền bù, đảm bảo quyền lợi của khách hàng lên hàng đầu.
  

• Nguồn lực chuỗi cung ứng mạnh mẽ:

  Mua sắm hiệu quả các linh kiện chất lượng cao, rút ngắn thời gian chờ đợi, dựa vào lợi thế quy mô để giảm chi phí, nâng cao tính hiệu quả trong giải pháp.
  

• Khả năng giao hàng nhanh chóng:

  Tối ưu hóa quy trình sản xuất và lịch trình phân bổ nguồn lực, thúc đẩy hiệu quả các dự án, hỗ trợ khách hàng nhanh chóng đưa sản phẩm ra thị trường và nắm bắt cơ hội.