Zastosowanie płytki drukowanej HDI PCB przyczyniło się do poprawy przenośności produktów elektronicznych na całym świecie. HDI PCB umożliwiło produkcję mniejszych urządzeń elektronicznych, bez utraty jakości i funkcjonalności. W przypadku, gdy chcesz poznać historię, zastosowanie, projektowanie i implementacje HDI PCB, czytaj dalej i odpowiedz na swoją ciekawość.
1. Co to jest HDI PCB?
HDI to skrót od High-Density Interconnector. W związku z tym, HDI PCB jest opisywany jako płytka drukowana, która ma większą gęstość połączeń elektrycznych na jednostkę powierzchni w porównaniu do standardowej płytki. W porównaniu z tradycyjnymi płytkami drukowanymi, płytki te charakteryzują się lepszymi przestrzeniami i liniami, małymi padami przechwytującymi, małymi przelotkami i wysoką gęstością rozmieszczenia połączeń elektrycznych. Płyty PCB HDI korzystają z technologii wiercenia laserowego i wymagają niewiele miejsca.
Dzięki temu płytki mogą być tak kompaktowe, jak tylko użytkownik zechce. Niezależnie od tego spadku, wydajność Twojego produktu pozostanie bezkompromisowa. Inaczej mówiąc, można nazwać każdą płytkę PCB z około stu dwudziestoma do sześćdziesięciu pinami, które mają jeden cal kwadratowy jako HDI PCB.
(Przedstawia płytkę PCB z wieloma ścieżkami sygnałów)
2. Jakie są różnice między zwykłą a HDI płytką drukowaną?
2.1 HDI VS Standard PCB: Różnice
Poniżej wymieniono trzy główne obszary, w których można zauważyć różnice pomiędzy zwykłymi i HDI PCB:
- Gęstość obwodu - Kiedy projektanci budują płytki PCB HDI, często decydują się na zakrycie przewodów, które łączą się z następną warstwą. Można do tego celu użyć obróbki mikroporowej. Pozwoli to zmaksymalizować gęstość obwodu drukowanego, co może być przydatne w małych aplikacjach elektronicznych.
- Technologia produkcji - płytki PCB HDI ponownie opierają się na zaawansowanej technologii mikroporów, szczególnie w porównaniu z tradycyjnymi procedurami wiercenia, które standardowe płytki PCB wykorzystują podczas produkcji.
- Wydajność elektryczna i sygnał - styki z mikroporami w płytkach PCB HDI zapewniają wysoki poziom bezpieczeństwa przerwania, co zapewnia bezpieczeństwo przed zakłóceniami sygnału. Jest to jeden z powodów, dla których można poprawić wydajność płytki HDI w stosunku do zwykłej płytki.
Tabela w następnym rozdziale zawiera dalsze rozróżnienie między zwykłą płytką drukowaną a płytką HDI.
2.2 Tabelaryczne różnice między płytką drukowaną HDI a standardową płytką drukowaną Płytka drukowana HDI
Standardowa płytka drukowana
1.Zmniejszona liczba warstw Większa liczba warstw
2.Wyższa gęstość upakowania komponentów na cal kwadratowy Średnia gęstość upakowania komponentów na cal kwadratowy
3.Mały współczynnik kształtu Duży współczynnik kształtu
4.Bezproblemowa praca z pakietami o małym skoku i dużej liczbie pinów Wiele problemów z kompatybilnością z pakietami o małym skoku
5.Technologia wiercenia laserowego Wiercenie mechaniczne
6.Technologia ślepych, zakopanych i mikro przelotek Brak mikro przelotek, obecne są tylko przelotki przelotowe, zakopane i ślepe.
7.Lepsza wydajność Średnia wydajność
8.Mniejsze i lekkie płytki Cięższe i kłopotliwe płytki
(Ilustracja przedstawia standardową przemysłową płytkę PCB)
3. Jakie są zalety/ korzyści płyt PCB HDI?
3.1 Lekkie i kompaktowe rozmiary
Płyty drukowane HDI PCB mają niewielkie rozmiary i są lekkie, dzięki czemu spełniają wiele wymagań projektantów, np. dotyczących zmniejszenia wagi smartfonów do minimum. Dzięki płytom PCB HDI można umieścić kilka elementów elektronicznych na jednej płytce o niewielkich rozmiarach, zachowując przy tym pełną funkcjonalność.
3.2 Maksymalizacja efektywności kosztowej
Dzięki płytom PCB HDI możesz sprawić, że każdy zainwestowany grosz będzie się liczył. Płyty HDI PCB pozwalają zachować optymalną wydajność produktu i zapewniają, że nie wydasz na komponenty więcej niż jest to wymagane. W wielu przypadkach płyty HDI PCB umożliwiają umieszczenie wszystkich funkcji na jednej płytce, zamiast na kilku standardowych płytkach.
3.3 Poprawa wydajności
Odległość między sąsiednimi częściami elektronicznymi wpływa na wydajność płytki drukowanej. Na szczęście w przypadku płyt HDI PCB można zmniejszyć tę odległość. Ponadto można dodać tranzystory, aby zwiększyć wydajność elektryczną, a jednocześnie zmniejszyć zużycie energii przez płytę HDI PCB.
3.4 Szybki czas dostawy
Producenci płyt PCB mogą również tworzyć płyty HDI PCB w sposób bardziej komfortowy. Wynika to z faktu, że stworzenie płyty, która nie wykorzystuje dużej ilości komponentów i materiałów, zajmuje mniej czasu. W konsekwencji, szybko otrzymasz swój produkt i będziesz mógł wprowadzić go na rynek tak szybko, jak to możliwe.
4. Jak wybrać materiał HDI PCB
4.1 Przegląd układów HDI
Podejście do projektowania płytki drukowanej HDI wymaga dużej gęstości obwodów. Nie będzie to proste, ponieważ można zarządzać małymi przelotkami i padami oraz cienkimi liniami i przestrzeniami.
Można wybierać spośród różnych odmian płytek HDI, ale zazwyczaj mają one laminowany i mechanicznie wiercony rdzeń oraz platerowane wiertło mechaniczne. Etapy produkcji mogą obejmować również formowanie warstw wewnętrznych, kolejne laminowanie oraz kształtowanie końcowych otworów przelotowych i przelotek wierconych laserowo.
4.2 Znaczenie materiałów dielektrycznych
Aby płytka drukowana HDI działała prawidłowo, należy wybrać odpowiednią żywicę lub materiał dielektryczny. Właściwości, na które należy zwrócić uwagę to temperatura zeszklenia, temperatura rozkładu, współczynnik rozszerzalności cieplnej i czas rozwarstwienia. Musisz szukać materiałów, które mogą działać dobrze w tych obszarach, ale należy pamiętać, że może to również zwiększyć wydatki.
Na przykład, PDA i telefony komórkowe mogą działać stosunkowo dobrze w wyżej wymienionych obszarach. Jednak jeśli planujesz stworzyć produkt przeznaczony do awioniki, zastosowań wojskowych lub szybkiej telekomunikacji, potrzebujesz najlepszych dostępnych komponentów.
4.3 Jakie rodzaje materiałów są odpowiednie dla Twojej aplikacji?
Czy planujesz użyć HDI PCB do swojego projektu elektronicznego? W takiej sytuacji musisz wybrać odpowiedni materiał, a poniższa lista ułatwi Ci zadanie:
- Ultra-niskie straty, wysoka prędkość - jeśli szukasz materiałów HDI PCB do zastosowań w zakresie częstotliwości radiowych i mikrofal, musisz rozważyć te o stosunkowo niskich stratach i doskonałej integralności sygnału.
Niska strata, wysoka prędkość - w tym typie występuje znacznie bardziej płaska krzywa pomiędzy odpowiedzią częstotliwościową a stałą dielektryczną. Uzyskasz o 50 procent niższą stratę niż w przypadku materiałów o średniej stracie.
- Można też pójść o krok dalej i wybrać materiał HDI PCB, który zachowuje wzorową jakość sygnału, a tym samym jeszcze bardziej redukuje szum elektryczny.
- Średnie straty i szybkość - termin "średnie" jest tajemnicą, dlatego tak wielu klientów zgadza się na stosowanie materiałów PCB FR-4. Mogą one nie być odpowiednie dla wszystkich aplikacji, ale mogą być idealnym wyborem dla niektórych cyfrowych/analogowych aplikacji GHz.
5. Konstrukcje HDI
Typowe płytki PCB HDI można budować na wiele sposobów. Poniżej przedstawione są trzy sposoby:
1.1+N+1: W tym typie struktury HDI PCB, płytki drukowane mają tylko jedną warstwę połączeń o dużej gęstości.
2.i+N+i: Pokazuje to, że w płytkach PCB występują dwie lub więcej warstw połączeń o wysokiej gęstości. Konieczne będzie również zataczanie lub układanie razem mikrowiązek na różnych warstwach.
3.Any layers: Każda warstwa w tym szkielecie jest warstwą HDI, która pozwala na połączenie wszystkich warstw. Jest to odpowiednie rozwiązanie dla skomplikowanych urządzeń, takich jak komputerowe układy CPU lub układy GPU w smartfonach.
Tak więc teraz, gdy znasz już podstawy HDI PCB, możesz zapoznać się z koncepcjami HDI PCB. W następnej części poznasz nasze najlepsze wskazówki dotyczące projektowania płyt PCB HDI.
6. Zasady i wskazówki dotyczące projektowania HDI
6.1 Wskazówka nr 1 - Przyjęcie strategii DFM
Nasza pierwsza sugestia jest stosunkowo łatwa i znana. Należy zintegrować strategię projektowania dla produkcji (DFM) z płytkami drukowanymi HDI. W tej strategii celem jest zaprojektowanie produktu, który będzie rozwijany szybko i efektywnie kosztowo. Należy upewnić się, że tworzymy coś, co jest również praktycznie wykonalne.
Jeśli zaprojektujesz płytkę HDI PCB, która wykracza poza możliwości producenta, może się okazać, że projekt nie ma sensu. Pomocne będzie stworzenie płytki HDI pamiętając o tym, że zapewnia ona wszystkie zalety płytki HDI, a jednocześnie producenci mogą ją wygodnie wyprodukować.
6.2 Wskazówka nr 2 - Wybierz typ przelotki
Wybór typu przelotki jest krytycznym wyborem, ponieważ definiuje on maszynę i sprzęt, który będzie potrzebny w linii produkcyjnej. Może to wpłynąć zarówno na koszt procesu, jak i na czas jego trwania. Poprzez ograniczenie liczby warstw i materiałów, mikroprzewody mogą skrócić czas trwania produkcji i zmniejszyć wydatki. Można jednak wybierać spośród różnych rodzajów przelotek. Mogą to być przelotki w wersji pad i near pad.
Dlatego należy wybrać taką, której koszt dla użytkownika lub producenta HDI PCB będzie najniższy, bez pogorszenia parametrów elektrycznych płytki HDI PCB.
6.3 Wskazówka nr 3 - Sprawdź dostępność i rozmiar komponentów
Kolejnym aspektem jest liczba komponentów, które mają być użyte w płytkach drukowanych HDI. Należy pamiętać, że głównym celem PCB HDI jest obniżenie kosztów i zmniejszenie powierzchni. Dlatego należy zadbać o to, aby były one lekkie, ekonomiczne i w niewielkiej liczbie.
Sposób umieszczenia elementów decyduje o szerokości ścieżki, wielkości otworów i wymiarze kopii zapasowej. Należy jednak zwrócić uwagę na jakość i niezawodność tych modułów. W przeciwnym wypadku może być konieczne przeprojektowanie całej płytki drukowanej HDI.
6.4 Wskazówka nr 4 - Nie przeciążaj komponentów
Chociaż kompaktowa budowa może skłaniać do umieszczania elementów w pobliżu siebie, zazwyczaj nie należy tego robić. Urządzenia o dużej mocy mogą powodować zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), które mogą mieć wpływ na integralność sygnału.
Co więcej, indukcyjności i pojemności w pobliżu padów mogą wpływać na siłę sygnału i spowalniać komunikację. Co więcej, należy umieścić wszystkie elementy tak, aby rozprowadzić przelotki symetrycznie po powierzchni. Pomoże to również zmniejszyć naprężenia, co pozwoli uniknąć zniekształceń w efekcie. Pomocne byłoby również uwzględnienie etapów konserwacji i instalacji, tak aby można było szybko przerobić i zlutować w późniejszym czasie.
6.5 Wskazówka nr 5 - Wybierz sposób układania
Metoda układania płytek PCB może również ocenić wszelkie problemy produkcyjne podczas produkcji. Liczba warstw w konfiguracji stosu i rodzaj materiału silnie wpływają na częstotliwość laminowania i czas wiercenia. Upewnij się, że wszystko, co wybierzesz, będzie wydajne, ale opłacalne.
7. Układanie płytek drukowanych HDI
7.1 Rodzaje stosów płytek drukowanych HDI
Typ I: 0-N-0 - Laser Microvia
W tym typie płytki drukowanej HDI producenci najpierw laminują rdzeń, a następnie wiercą go mechanicznie. Następnie na płytce umieszcza się wiertło mechaniczne i używa się technologii laserowej do dalszego nawiercania i formowania przelotek. Na koniec, producent HDI PCB wykonuje otwór przelotowy. Mikroprzejścia mogą znajdować się po jednej stronie laminowanego rdzenia lub po obu jego stronach.
Typ II: 1-N-1 - Laser Microvia& Buried Via
Tutaj, '1' odzwierciedla sekwencyjną laminację na obu częściach rdzenia. Oznacza to, że po obu stronach środka znajdują się dwie warstwy HDI. Metoda ta jest równoważna metodzie 0-N-0. Jedyna różnica polega na tym, że po wykonaniu platerowania wiertłem mechanicznym tworzona jest warstwa wewnętrzna. Producenci HDI PCB następnie laminować tę wewnętrzną warstwę z dwoma dodatkowymi warstwami tak, że pochowany via wykonane z ćwiczenia mechanicznego. Na koniec, technologia wiercenia laserowego tworzy więcej przelotek.
Typ III: 2-N-2 z Microvia
Tutaj "2" oznacza dwie warstwy laminacji po obu stronach rdzenia. Dlatego można założyć, że będą cztery warstwy miedzi i że w sumie jest sześć warstw.
7.2 Jaki typ jest właściwy dla Twojej płytki PCB?
Czy powinienem wybrać typ I?
Typ I nie pozwala na stosowanie przelotek zakopanych; można jednak stosować przelotki platerowane (PTH) i przelotki ślepe. Ze względu na całkowitą liczbę warstw, należy wziąć pod uwagę cienkie dielektryki FR-4, które mogą przyczynić się do deformacji w ekstremalnych temperaturach, co może być istotne dla zastosowania procesu lutowania bezołowiowego. Ponadto, aby osiągnąć niezawodność, należy dążyć do utrzymania stosunku długości do średnicy otworu mniejszego niż 10 dla PTH.
Czy mogę zastosować płytę HDI PCB typu II?
W tym typie można stosować przelotki zakopane, ślepe i mikro przelotki na laminowanym rdzeniu. Należy również umieścić jedną lub więcej warstw mikro przelotek na bokach. Nie ma potrzeby umieszczania ich po obu stronach, ale jedna jest konieczna. Specjaliści uważają, że takie podejście jest znacznie bardziej odpowiednie dla płyt o dużej gęstości. Można również poprawić efektywność płytki HDI PCB poprzez umieszczenie wielu warstw budujących trace routing. Ograniczenia dla typu I mają zastosowanie również w tym przypadku.
Dlaczego typ III może być dobrym wyborem
Podstawową różnicą pomiędzy typem II a typem III jest fakt, że w tym przypadku konieczne jest umieszczenie dwóch lub więcej mikrowarstw po obu lub jednej stronie. Poza tym, w rdzeniu laminowanym można zastosować przelotki ślepe, zakopane i mikroprzelotki. Taka konfiguracja może być idealna dla obwodów drukowanych o dużej gęstości z wieloma warstwami i wieloma dużymi układami BGA z możliwością precyzyjnego dostrajania.
Wielką zaletą typu III jest to, że można wykorzystać warstwy zewnętrzne do uziemienia i zasilania. Aby uzyskać wystarczającą gęstość trasowania sygnałów, można umieścić kilka mikro przelotek w warstwach wewnętrznych. Aby uzyskać jeszcze większą gęstość trasowania, można układać przelotki w stosy, ale to również zwiększa koszty. Jednak w przypadku cienkich warstw dielektrycznych FR-4 i PTH ograniczenia typu I mają zastosowanie również w tym przypadku.
7.3 Zaprojektowanie idealnego ułożenia dla danego zastosowania
7.3.1 Dlaczego projektowanie stosu warstw dla płytek HDI jest ważne?
Warstwy HDI Stackup należy projektować pamiętając o możliwościach produkcyjnych. Oznacza to, że projekt musi być praktyczny, a producenci muszą mieć możliwość jego efektywnej produkcji. Nie należy projektować go wyłącznie pod kątem zastosowania; należy również wziąć pod uwagę niezawodność i użyteczność płytki HDI PCB. W przemyśle, wiele projektów stosów płytek drukowanych HDI PCB jest typu III.
7.3.1.1. Wskazówki dla projektantów płyt PCB HDI
Poniżej znajduje się kilka wskazówek, które można wykorzystać przy projektowaniu płyt PCB HDI:
Można zdecydować się na układanie mikro przelotek w stos lub rozmieszczanie ich optymalnie względem siebie i innych przelotek na płycie.
Warstwy zewnętrzne należy wykorzystać do połączenia z masą, ponieważ może to poprawić wymagania EMI/EMC. Wewnętrzna warstwa pomieści płaszczyznę zasilania i mikro przelotki do prowadzenia sygnałów. Jest to idealne rozwiązanie dla płyt HDI PCB z ośmioma lub więcej warstwami.
W przypadku wielowarstwowych płyt HDI PCB, można układać przelotki w stos. Może to być droższe, ale zapewni elastyczność i większą wydajność trasowania sygnałów.
7.3.2 Płytka drukowana HDI - jak układ scalony może wpłynąć na integralność sygnałów?
Niedojrzały projekt ułożenia płytek HDI PCB będzie miał wpływ na integralność sygnału, jeśli nie spełnia specyfikacji produkcyjnych. Istnieje prawdopodobieństwo, że opcje produkcyjne nie są w stanie spełnić wymagań projektowych, takich jak grubość miedzi, wybrany materiał i szerokość ścieżki. Tak więc, w końcu, to wszystko zależy od Ciebie, aby ponownie wprowadzić zmiany.
Jednak nawet w tym przypadku, niektórzy wiarygodni producenci HDI PCB mogą wykroczyć poza swoje możliwości, aby znaleźć optymalne rozwiązanie dla HDI PCB swojego klienta. Może to obejmować znalezienie odpowiedniego materiału PCB o podobnych właściwościach.
7.3.3 Standardy projektowania stosów płytek drukowanych HDI
Producenci zazwyczaj stosują trzy metody lub standardy projektowania. Po pierwsze, dla standardowej laminacji, używają przelotek ze względu na lepszą niezawodność i niższe koszty. Jednakże, to podejście nie jest słynne w dzisiejszych czasach z powodu ograniczonej liczby warstw.
Dlatego, aby spełnić wymagania klientów dotyczące większej liczby warstw, producenci obwodów drukowanych HDI stosują ślepe i zagrzebane przelotki oraz laminację sekwencyjną. Zmniejsza to wielkość otworów i jest idealne do prowadzenia sygnałów. Jednak głównym powodem, dla którego jest ona wciąż mało popularna, jest problem z szerokością ścieżek.
7.3.4 Jak ulepszyć trasowanie w warstwach dla HDI PCB
Pomocne byłoby określenie, jak umieścić przelotki HDI PCB na padach BGA, aby poprawić trasowanie sygnałów w projekcie. Jednym ze sposobów może być zastosowanie inteligentnego rozmieszczania, ponieważ płytki HDI PCB wykorzystują układy BGA o drobnym skoku. Innym sposobem może być użycie wzoru "psiej kości", w którym umieszcza się przelotki obok padów.
Jeśli zdecydujemy się na uzyskanie jak największej gęstości, rozważnie będzie zastosować rozwiązanie via-in-pad. Ta konstrukcja może być offsetowa i częściowa, jednak ta pierwsza zapewnia bardziej niezawodne prowadzenie sygnału. Jest to kluczowe, ponieważ ostatecznie obniża koszty produkcji poprzez zmniejszenie liczby warstw.
Jeśli wybierzesz zewnętrzną warstwę HDI PCB jako płaszczyznę uziemienia, zoptymalizuje to ekran EMI i poprawi integralność sygnału. Można również umieścić VCC w pobliskich warstwach, co zmniejszy liczbę kondensatorów bocznikujących, których potrzebuje układ BGA. Dlatego można również użyć rezystorów podciągających i kondensatorów bocznikujących, aby dać więcej miejsca na warstwy routingu sygnału. Może to również zminimalizować przesłuchy i zoptymalizować ścieżki powrotów. Aby zapewnić zasilanie w niedużych BGA, należy rozważyć zastosowanie split planed lub dedykowanej warstwy napięciowej, zamiast nowego źródła napięcia.
8. Prototyp płytki drukowanej HDI
Prototyp płytki drukowanej HDI jest uproszczonym modelem płytki drukowanej HDI służącym do oceny różnych projektów. Można poprosić producenta HDI PCB o przygotowanie takich prototypów do testów. Ze względu na dużą gęstość przewodów mają one małą liczbę warstw i mały rozmiar. Prototypy te muszą mieć ułożone w stos, spiętrzone, ślepe i zakopane przelotki, aby można było zdecydować o najlepszej kombinacji. Dodatkowo, prototyp HDI PCB pomoże Ci w wyborze rozmiaru przelotek i wysoce efektywnego współczynnika kształtu.
9. Zastosowania HDI PCB
9.1 Ochrona zdrowia
Płyty PCB HDI mają znaczący wpływ na sektor medyczny. Szpitale używają sprzętu medycznego składającego się zazwyczaj z HDI PCB. Na przykład, małe urządzenia, takie jak sprzęt do obrazowania, implanty i laboratorium.
9.2 Motoryzacja
Małe płytki drukowane HDI PCB przyciągają głównie przemysł motoryzacyjny, ponieważ tworzą dodatkowe miejsce w pojeździe.
9.3 Tablety i smartfony
Smartfon, tablet lub laptop, którego obecnie używasz do czytania tego artykułu, jest wyposażony w płytkę drukowaną HDI. Producenci obwodów drukowanych używają płyt HDI PCB do tworzenia przenośnych i lekkich produktów elektronicznych.
9.4 Technologia do noszenia
Płytki drukowane HDI obsługują również takie produkty, jak zestawy słuchawkowe VR, zegarek Apple Watch i inne urządzenia wearable tech.
9.5 Lotnictwo i kosmonautyka oraz wojsko
Wojsko również wdraża płytki drukowane HDI do swojego sprzętu obronnego i strategii komunikacyjnych. Ponadto, płyty HDI PCB są zgodne z niebezpiecznymi i wymagającymi środowiskami, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań w przemyśle wojskowym i lotniczym.
10. Przyszłość HDI PCB
Płyty HDI PCB przenoszą technologie na wyższy poziom. Odgrywa istotną rolę w produkcji urządzeń elektronicznych. Dzięki swojemu zaawansowaniu, technologia ta spełnia najbardziej znaczące wyzwania. PCB jest technologią dla Ciebie. Szczególnie jeśli szukasz technologii, która pozwala na efektywną pracę w dowolnym miejscu i czasie. Dlatego potencjał tej technologii jest bardzo obiecujący, ponieważ popyt na nią stale rośnie, a nie maleje.
11. Wnioski
Phew, wiemy, że to było dużo do podjęcia w. Nie martw się, musisz tylko zrozumieć te terminy; nie musisz być ekspertem. Musisz wybrać wiarygodnego producenta HDI PCB z kompetentnym zespołem inżynierów. Oni wykonają Twoją pracę za Ciebie. My, tutaj w OURPCB, również produkujemy płyty PCB. Możemy zoptymalizować Twoje projekty i obliczyć tolerancje, które pozwolą Ci dostosować projekty PCB. Również to nie wpłynie na jego przydatność dla Twojego konkretnego zastosowania.