S tím, jak se elektronická zařízení zmenšují, zrychlují a zesilují výkon, tradiční struktury desek plošných spojů již nestačí. Chytré telefony, nositelná zařízení, automobilové řídicí moduly, lékařská elektronika a další produkty vyžadují malou velikost s rozmanitými funkcemi. Proto je navržena deska HDI.
Díky využití mikroprochodů, slepých prochodů, zapuštěných prochodů a sekvenční laminace umožňuje deska plošných spojů HDI (High-density Interconnect PCB) pokládat kabeláž s vysokou hustotou na omezenou plochu. Inženýři tak mohou navrhovat kompaktnější a vysoce výkonné produkty na bázi desek plošných spojů s vysokou hustotou propojení.
V této komplexní příručce prozkoumáme vše, co potřebujete vědět o technologii HDI PCB, včetně typů, uspořádání, principů rozvržení, výrobních procesů a toho, jak vybrat správného výrobce HDI PCB.
Co je to deska HDI?
Deska HDI je typ desky plošných spojů. Její celý název je High-density Interconnect Printed Circuit Board (deska plošných spojů s vysokou hustotou propojení). Ve srovnání s tradičními deskami plošných spojů má vyšší hustotu zapojení, menší průchody a jemnější trasy. Hlavním cílem desky plošných spojů s vysokou hustotou propojení je realizovat co nejvíce elektrických spojení a zároveň minimalizovat velikost desky.
Ve srovnání se standardními vícevrstvými deskami má vícevrstvá deska plošných spojů HDI následující vlastnosti:
· Mikroprůchodky (laserem vrtané průchodky)
· Slepé a zasypané průchody
· Sekvenční laminace
· Jemná šířka a rozteč stop
· Tenčí dielektrické vrstvy
Stručně řečeno, deska HDI umožňuje více připojení na menším prostoru.
Proč je HDI důležitý v deskách plošných spojů?
Moderní pouzdra integrovaných obvodů, jako jsou BGA, CSP a QFN, mají extrémně malou rozteč, což znamená, že piny jsou umístěny blízko sebe. V důsledku toho je směrování tras mezi těmito piny mnohem obtížnější. Bez technologie HDI PCB by inženýři museli přidat mnohem více vrstev PCB, aby mohli směrovat všechny signály těchto součástek. To nepochybně zvětší a zvýší tloušťku desky a nevyhnutelně zvýší její cenu.
Proto je obrovským pokrokem, že technologie HDI PCB umožňuje efektivní směrování signálů v omezeném prostoru.
Použitím optimalizovaného HDI PCB stackupu a pokročilého HDI rozvržení mohou konstruktéři:
· Zmenšete velikost desky
· Zlepšení integrity signálu
· Zlepšení tepelného výkonu
· Podpora vysokorychlostních a vysokofrekvenčních aplikací
Typy desek HDI
Podle počtu sekvenčních laminačních cyklů existují zhruba tři typy HDI desek. Dělí se hlavně na tři struktury:
1. Struktura 1+N+1
Toto je základní deska plošných spojů HDI; má nejjednodušší strukturu:
· Jedna krycí vrstva na každé straně jádra
· Laserem vyvrtané mikrootvory spojující vnější vrstvy s vnitřními vrstvami
Tento typ struktury se široce používá v chytrých telefonech, nositelných zařízeních, tabletech a další kompaktní spotřební elektronice. Je snadno vyrobitelný a dokáže zajistit dostatečnou hustotu směrování při zachování nízkých nákladů.
2. Struktura 2+N+2
Jedná se o pokročilejší vícevrstvou desku plošných spojů HDI se dvěma sekvenčními laminačními vrstvami na každé straně.
· Vrstvené mikrootvory
· Vyšší hustota směrování
· Vhodné pro špičkové procesory a složité konstrukce
Tento typ struktury je složitější. Ve srovnání s nejjednodušší strukturou má další vrstvu, která dokáže pojmout vyšší hustotu směrování. Lze jej použít v aplikacích, které vyžadují vysokou hustotu signálu a výkon. Je například běžný ve výpočetních modulech, automobilových řídicích systémech a komunikačních zařízeních. Tato zařízení vyžadují více směrovacích kanálů v omezené ploše desky pro práci s velkými BGA a vysokorychlostními signály. Lze jej také nalézt v multifunkčních chytrých telefonech.
3. HDI libovolné vrstvy
V této struktuře mohou mikropropojky propojit jakoukoli sousední vrstvu, aniž by byly omezeny na nástavbové vrstvy. Tato konstrukce boří tradiční omezení postupného lisování desek a zvyšuje flexibilitu propojení mezi deskami.
Tento typ propojovací desky plošných spojů s vysokou hustotou nabízí maximální volnost pro směrování a pomáhá optimalizovat signálové cesty, omezit počet pahýlů a zlepšit celkový elektrický výkon.
Tento typ desky HDI se obvykle používá v ultrakompaktních a vysoce výkonných aplikacích, jako jsou vlajkové chytré telefony, pokročilé výpočetní moduly a vysokorychlostní komunikační zařízení.
Výroba této struktury však vyžaduje vynikající výrobní schopnosti desek plošných spojů s vysokým rozptylem (HDI), včetně přísné kontroly procesu a odborné znalosti techniky.
Běžné HDI PCB sestavy
Skladba desek plošných spojů HDI je základem elektrického výkonu a dobře strukturovaná skladba desek HDI může výrazně snížit výrobní náklady a zároveň zachovat integritu signálu a optimalizovat distribuci energie.
Typické 6vrstvé HDI PCB Stackup
· L1: Signál
· L2: Pozemní
· L3: Signál
· L4: Signál
· L5: Napájení
· L6: Signál
Tato deska plošných spojů HDI má mikroprochodky mezi L1-L2 a L6-L5, což umožňuje husté směrování tras na vnějších vrstvách při zachování stabilní referenční roviny.
Sekvenční laminace Stackup
Vícevrstvý HDI přidá během procesu laminace další vrstvy nástavby, mikroprůchodky a vrstvy pro směrování.
Dobrý HDI PCB stackup musí zvážit:
· Řízená impedance
· Cesty zpětného proudu
· Tepelná roztažnost
· Díky spolehlivosti
Úspěch této fáze vyžaduje úzkou spolupráci mezi konstruktéry a výrobcem desek plošných spojů HDI. Pouze úzká spolupráce jim umožní vyhnout se úpravám rozvržení, zpožděním výroby a zbytečnému zvyšování nákladů.
Základní vlastnosti rozvržení HDI
Kvalita rozvržení HDI je důležitý aspekt, který nelze ignorovat a významně ovlivňuje kvalitu výsledné HDI desky.
Dobře nasazené rozvržení HDI může mít následující vlastnosti:
1. Návrh mikrovií
Vrstvené a střídavě uspořádané struktury mikrootvorů jsou běžné u vícevrstvých desek plošných spojů HDI. Mikrootvory jsou často vrtány laserem a mají menší průměry než mechanické otvory. V technologii desek plošných spojů HDI mohou mikrootvory obvykle pomoci v následujících třech aspektech:
· Zmenšete velikost podložky
· Úspora místa při směrování
· Zkrácení signálových cest
2. Jemná stopa a prostor
Deska plošných spojů s vysokou hustotou propojení má často jemné vodivé stopy a rozteče, někdy až 3/3 mil nebo i menší. Tato vlastnost nabízí větší prostor pro směrování signálů z BGA s jemnou roztečí.
3. Technologie Via-in-Pad
V pokročilém HDI rozvržení se často používá metoda „via-in-pad“. Propojení je umístěno přímo uvnitř BGA padu. To umožňuje signálům jít přímo z BGA padů do vnitřních vrstev. Kratší signálová cesta může v konečném důsledku zlepšit výkon.
Tato metoda však vyžaduje velmi přesnou techniku řízení výroby desek plošných spojů s vysokým rozlišením (HDI). Procesy vrtání, pokovování a plnění musí být dostatečně přesné, aby byla zajištěna spolehlivost rozvržení HDI.
4. Aspekty integrity signálu
Technologie desek plošných spojů HDI se běžně používá ve vysokorychlostních systémech, takže návrháři musí věnovat pozornost následujícím tipům:
· Řídicí impedance
· Minimalizujte přeslechy
· Optimalizace zpátečních cest
· Zkraťte délku pahýlu
Správné uspořádání HDI zajišťuje stabilní elektrický výkon. Pomáhá kontrolovat impedanci, snižovat rušení signálu a udržovat čisté zpětné cesty. Dobře navržené uspořádání HDI proto rozhodně zlepší integritu signálu a celkovou spolehlivost finální desky.
O PCBasicu
Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce osazování desek plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.
Proces výroby desek HDI
Výroba desky HDI je složitější než výroba standardní desky plošných spojů. Proces výroby desky plošných spojů HDI obvykle zahrnuje:
1. Příprava jádra
První krok výroby desky plošných spojů HDI je podobný jako u tradiční desky plošných spojů. To znamená výrobu jejího vnitřního jádra.
2. Laserové vrtání
Druhým klíčovým krokem v technologii HDI PCB je vytvoření mikrootvorů. Tento krok bude využívat technologii laserového vrtání.
3. Odstranění skvrn a pokovování
Po vyvrtání budou mikrootvory vyčištěny a potaženy vrstvou mědi, aby byla zajištěna spolehlivá vodivost.
4. Sekvenční laminace
V tomto kroku se na jádrovou vrstvu nanesou další dielektrické a měděné vrstvy. Každý cyklus laminace zvyšuje složitost vícevrstvé desky plošných spojů HDI.
5. Zobrazování a leptání
V tomto kroku se využijí pokročilé zobrazovací systémy k vytvoření jemných trasovacích obvodů. Pouze pokročilé vybavení použité v tomto kroku může poskytnout výsledek, který splňuje přísné požadavky na rozvržení HDI.
6. Povrchová úprava a testování
V tomto posledním kroku se aplikují finální povrchové úpravy, jako je ENIG nebo OSP. Poté se provádějí elektrické testy, které mohou zajistit, že deska HDI splňuje konstrukční specifikace.
Tento proces je velmi složitý, takže pokud chcete zajistit výtěžnost a spolehlivost výroby desek plošných spojů HDI, je nejdůležitější vybrat si schopného a zodpovědného výrobce desek plošných spojů HDI.
Klíčové technologie pro výrobu desek HDI
Pro výrobu desky HDI a zajištění jejího výkonu by měly být během celého procesu použity některé klíčové pokročilé technologie.
1. Technologie laserových mikrovií
Laserové vrtání umožňuje vytvářet extrémně malé otvory s vysokou polohovou přesností. Jedná se o základní technologii HDI PCB.
2. Technologie sekvenčního navyšování (SBU)
SBU je páteří výroby desek plošných spojů HDI. Jedná se o technologii, která umožňuje vrstvu po vrstvě konstruovat deskové spoje s vysokou hustotou propojení.
3. Pokročilé materiály
Desky plošných spojů HDI obvykle používají tenké dielektrické materiály a vysoce výkonné lamináty. Tyto materiály mohou výrazně zlepšit integritu signálu a tepelnou spolehlivost vícevrstvých desek plošných spojů HDI.
4. Vysoce přesné zobrazování
Pokročilé systémy pro přímé zobrazování jsou klíčovými systémy používanými během výroby desek plošných spojů s vysokým rozlišením (HDI), které pomáhají dosáhnout jemných stop.
Výběr správného výrobce desek plošných spojů HDI
Ne všechny továrny na plošné spoje jsou schopny vyrobit spolehlivou desku HDI. Abyste si tedy zajistili kvalitu desky HDI, měli byste věnovat nějaký čas nalezení zodpovědného výrobce desek plošných spojů HDI.
Při výběru výrobce desek plošných spojů HDI zvažte následující faktory:
1. Technická způsobilost
Důvěryhodný výrobce musí mít nějakou technickou podporu:
· Přesné laserové vrtání
· Testování spolehlivosti mikrovia
· Zkušenosti se složitým osazováním desek plošných spojů HDI
· Osvědčená technologie desek plošných spojů HDI
2. Inženýrská podpora
Silný výrobce HDI PCB by měl být schopen pomoci s:
· Optimalizace stackupu
· Recenze DFM
· Vývoj prototypu plošných spojů HDI
3. Kontrola kvality
Hledejte výrobce, kteří mají zkušenosti s kontrolou kvality:
· Soulad s IPC
· Schopnost elektrických testů
· Mikrořezová analýza
4. Od prototypu k hromadné výrobě
Spolehlivý dodavatel může být dostatečně kompetentní, aby podporoval jak výrobu prototypů desek plošných spojů HDI, tak i velkoobjemovou výrobu desek plošných spojů HDI.
Správný partner vám může pomoci dosáhnout dvojnásobného výsledku s poloviční námahou. Výběr správného výrobce desek plošných spojů HDI stojí za zvážení, protože to rozhodně ovlivní výkon produktu, náklady a dobu uvedení na trh.
Závěr
Plošné spoje HDI nabízejí bezkonkurenční výhody v hustotě pokládky a výkonu. A vzhledem k rostoucí poptávce po kompaktních a vysokorychlostních zařízeních se desky HDI postupně prosazují svými přednostmi v moderním elektronickém designu.
Výroba desek HDI však není snadná záležitost. Od strategií rozvržení HDI až po navržené struktury vrstvených desek plošných spojů HDI vyžaduje úspěšná implementace technologie HDI PCB úzkou spolupráci mezi konstruktéry a výrobcem HDI PCB.
Ať už vyvíjíte chytrý telefon, automobilový řídicí systém nebo zdravotnický prostředek, výběr správného partnera a investice do správné výroby prototypu HDI PCB může výrazně zlepšit spolehlivost a konkurenceschopnost vašich produktů.
Celkově vzato, s pokračujícím vývojem technologií bude role vícevrstvých desek plošných spojů HDI stále důležitější a řešení propojovacích desek plošných spojů s vysokou hustotou se budou uplatňovat v širší oblasti elektroniky nové generace.
Nejčastější dotazy
1. Jaký je rozdíl mezi deskou HDI a standardní deskou plošných spojů?
Deska HDI využívá mikroprůchodky, jemné trasy a technologii sekvenční laminace, zatímco standardní deska plošných spojů se spoléhá na mechanické vrtání a má větší rozteč tras.
2. Je deska plošných spojů HDI dražší?
Ano. Protože výroba desek plošných spojů HDI zahrnuje laserové vrtání a několik cyklů laminace, rozhodně to ve srovnání s tradičními deskami plošných spojů zvyšuje náklady.
3. Která odvětví používají technologii propojení desek plošných spojů s vysokou hustotou?
Spotřební elektronika, automobilové systémy, zdravotnické prostředky, letecký průmysl a vysokorychlostní komunikační zařízení často používají technologii HDI PCB.
4. Jak si vyberu výrobce desek plošných spojů HDI?
Zhodnoťte výrobce z hlediska technických schopností, zkušeností se složitým sestavováním desek plošných spojů HDI, podpory prototypů desek plošných spojů HDI a celkových systémů kontroly kvality.
