HDI PCB'ler | Tasarım Temelleri ve Üretim Süreci

Minyatürleştirme her şeyi değiştirdi. Daha fazla katman. Daha ince izler. Daha dar aralıklar. Ancak standart PCB'ler buna ayak uyduramıyor.

HDI—Yüksek Yoğunluklu Bağlantı'yı keşfedin. Bu kartlar, karmaşık sinyalleri kompakt boyutlarda yönlendirmek için mikro geçişler, ince dielektrikler ve gelişmiş laminasyon kullanır. Bunları akıllı telefonlarda, RF modüllerinde, tıbbi implantlarda ve gelişmiş sürücü destek sistemlerinde bulabilirsiniz. Sadece daha küçük değil, aynı zamanda daha akıllı yönlendirme, daha iyi sinyal bütünlüğü ve daha yüksek güvenilirlik sunar.

Bu kılavuzda, HDI PCB ve mikrovia yapılarını inceleyeceğiz ve bu teknolojinin neden modern yüksek performanslı elektronik cihazları yönlendirdiğini açıklayacağız.

 

 

  

  

HDI PCB Nedir?

HDI, Yüksek Yoğunluklu Bağlantı anlamına gelir. Ancak bu, kompakt bir devre kartından çok daha fazlasıdır. Performanstan ödün vermeden daha az alana daha fazla işlevsellik sığdırmak için kullanılan gelişmiş bir tasarım stratejisidir. Bu kartlar, inanılmaz derecede yoğun bir yönlendirme elde etmek için mikro geçişler, kör ve gömülü geçişler, ultra ince dielektrikler ve birden fazla katman kullanır.

Bunları temel tüketici cihazlarında bulamazsınız. Yüksek yoğunluklu bir ara bağlantı PCB'si, havacılık kontrolleri, 5G modülleri, LiDAR sistemleri, sinir implantları ve askeri düzeyde iletişim gibi yüksek performanslı sistemlerde kritik öneme sahiptir. Boyut, hız ve güvenilirliğin önemli olduğu her yerde HDI devreye girer.

Genellikle 0.5 mm'nin altındaki ince aralıklı bileşenleri işlemek üzere tasarlanmışlardır. Bu, daha sıkı bağlantılar, daha hızlı sinyaller ve daha az elektromanyetik girişim sağlar. Geleneksel PCB'ler bu düzeydeki karmaşıklığı destekleyemez.

Mesele sadece yerden tasarruf etmek değil. HDI PCB teknolojisi sinyal kaybını azaltır, güç dağıtımını iyileştirir ve daha hızlı anahtarlama hızlarını destekler. Yapay zeka, uç bilişim ve kompakt sensör sistemlerinin yönlendirdiği bir dünyada, HDI temel bir altyapı haline geldi ve bir sonraki nesil akıllı elektroniklere içten dışa sessizce güç sağlıyor.

HDI PCB'lerin yapısı

Şimdi, bir HDI kartını farklı kılan şeyin ne olduğundan bahsedelim.Kaputun altında. Geleneksel PCB'ler büyük mekanik delinmiş deliklere ve nispeten geniş izlere sahiptir. HDI PCB'ler şunları kullanır:

•  lazerle delinmiş mikro delikler,

•  daha sıkı iz aralığı,

•  ve yığılmış katman teknolojisi.

Tüm yapı, her milimetrekareyi optimize edecek şekilde tasarlanmıştır. Bunun açık bir nedeni var: daha fazla G/Ç, daha küçük bileşenler ve daha yüksek hızlı sinyallere olan talep.

Katman yapısı

Yaygın HDI PCB'leri 1+N+1 yapısını takip eder, burada:

   

•  "N" çekirdek katmanların sayısıdır.

•  Her iki taraftaki “1”ler, mikrovialarla birbirine bağlanan dış HDI katmanlarıdır.

İş bununla da bitmiyor. Gelişmiş HDI düzenleri 2+N+2 kullanır. Şunlara sahiptir:

  

•  Üstte iki, altta iki HDI katmanı.

•  Daha fazla yönlendirme kanalı. Daha fazla nefes alma alanı.

Hâlâ yeterli değil mi? Daha da ileri gidebilirsiniz: 3+N+3, hatta daha da yükseğe. Ölçeklenebilir bir yaklaşım. Katmanları yalnızca tasarım gerçekten ihtiyaç duyduğunda eklersiniz, bu da maliyetleri (ve baş ağrılarını) kontrol altında tutar.

ELIC (Her Katman Bağlantısı) olarak da adlandırılan her katman HDI, sınırları ortadan kaldırıyor. Mikro geçişler artık herhangi iki katmanı doğrudan birbirine bağlayabiliyor; adım adım ilerlemeye gerek yok. Yönlendirme inanılmaz derecede verimli hale geliyor. Akıllı telefonunuz, tüm bu performansı kredi kartından daha küçük bir karta sığdırıyor.

Bu kartlar sıralı laminasyon yöntemiyle üretilir. Yani lamine eder, deler, kaplar ve işlemi katman katman tekrarlarsınız. Bu, yoğun dahili devreler arasında ultra hassas bağlantılar sağlar.

Yapı genellikle şunları içerir:

•  Çekirdek katman: Genellikle FR-4 veya yüksek performanslı laminat.

•  prepreg: Bakır katmanlarını birbirine bağlayan reçine emdirilmiş fiberglas levhalar.

•  Bakır folyo: Sinyal izleri ve düzlemleri için.

•  mikrovialar: Çapı 150 mikrondan küçük, lazerle delinmiş, bakır kaplı delikler.

Tüm bu unsurlar bir araya gelerek 0.4 mm veya daha küçük aralıklı BGA'ları (Toplu Izgara Dizileri) destekler. Geleneksel via teknolojisiyle bu neredeyse imkansızdır.

Önemli bir nokta: HDI sadece nesneleri küçültmekle ilgili değil. Kompakt düzenlerde güvenilir performans sağlamakla da ilgili. Bu, mükemmel katman yerleşimi, kaplama boyunca tutarlılık ve üretim sırasında hassas hizalama gerektirir.

HDI PCB Yığını

Tasarımcılar sıklıkla şunu söyler: Eğer yığını yanlış yaparsanız, tahta başarısız olur; düzeniniz ne kadar iyi olursa olsun.

Bir HDI PCB yığını, yalnızca bakır ve dielektrik katmanların bir düzenlemesinden ibaret değildir. Özenle tasarlanmış bir elektrik mimarisidir. Her katman bir işleve hizmet eder: sinyal, güç, topraklama, ekranlama ve via stratejisi hepsini birbirine bağlar.

Basitleştirilmiş bir HDI tablosuna bakalım:

1. Üst Sinyal Katmanı

2. Dielektrik (Prepreg)

3. Zemin Düzlemi

4. çekirdek

5. Güç Uçağı

6. Dielektrik

7. Alt Sinyal Katmanı

Kulağa basit geliyor, değil mi? Tam olarak değil. HDI tasarımında, mikro geçişler ve kör/gömülü geçişler belirli katmanlar arasında dikey bağlantılar oluşturur. Katman 1'den Katman 2'ye bir geçiş ve Katman 3'ten Katman 5'e ayrı bir gömülü geçiş olabilir. Veya Katman 1'den Katman 6'ya kadar uzanan üst üste yerleştirilmiş bir geçiş de olabilir.

Bu seçimler rastgele değil. Şunlara dayanıyor:

•  Sinyal zamanlama gereksinimleri

•  empedans kontrolü

•  Çapraz konuşma en aza indirgeme

•  Güç dağıtımı ve ayırma stratejileri

Yüksek hızlı dijital tasarımlarda (örneğin DDR4, USB 3.0 veya HDMI), genellikle belirli katmanlara gömülü özel şerit veya mikroşerit empedans kontrollü izler görürsünüz. Ve tüm bunlar, yalnızca 0.8 mm kalınlığında olabilen bir karta yerleştirilmiştir.

Gelişmiş HDI PCB yığınları şunları içerebilir:

•  Çoklu gömülü katmanlar aracılığıyla

•  Reçine kaplı bakır folyolar

•  Doldurulmuş ve kapatılmış via-in-pad yapıları

•  Belirli elektriksel veya termal özellikler için hibrit malzemeler

Gerçek dünyadan bir örnek: Mobil bir işlemci PCB'si, 3 mm BGA aralığını desteklemek için 3 toplam katman, yığılmış mikro delikler ve reçine dolu delikli ped ile 10+N+0.35 yığınlama kullanabilir.

Önemli çıkarım nedir? HDI PCB'lerde, yığınlama bir performans aracıdır; sadeceMekanik bir tane. Sinyal bütünlüğünü, EMI davranışını ve hatta üretilebilirliğini belirler.

HDI Levhalar için Laminasyon ve Malzemeler

Bu noktada, HDI tasarımının işin sadece yarısı olduğu açık. Üretim ise diğer yarısı. HDI kartları, ardışık laminasyon döngüleriyle üretilir. Bu, katmanların teker teker preslendiği, delindiği, kaplandığı ve yapıştırıldığı anlamına gelir. Her laminasyon, mikro geçişler ve gömülü geçişler aracılığıyla yeni yönlendirme seçenekleri ekler. Ancak malzemeler de süreç kadar önemlidir.

HDI PCB'lerde Yaygın Olarak Kullanılan Malzemeler:

•  FR-4 (Yüksek Tg varyantları): Orta hızdaki tasarımlar için ucuz ve güvenilir.

•  Polyamid: Havacılık ve savunma için mükemmel termal stabilite.

•  Rogers, Isola, Panasonic Megtron: Yüksek hızlı RF/mikrodalga HDI uygulamalarında kullanılır.

•  Halojensiz veya Kurşunsuz laminatlar: Sıkı çevre standartlarını karşılayın.

Malzemeleri HDI Uyumlu Yapan Nedir?

•  Yüksek cam geçiş sıcaklığı (Tg)

•  Düşük Z ekseni genişlemesi

•  Sinyal bütünlüğü için sıkı Dk/Df toleransları

•  Frekans ve sıcaklığa göre kararlı dielektrik özellikler

Lazer delme işlemi ayrıca temiz ablasyon davranışına sahip malzemeler gerektirir, böylece mikro deliklerin kenarları kalıntı veya alt kesim olmadan sağlam kalır. Reçine sistemlerinin laminasyon sırasında düzgün akması ve yüksek sertlikte kürlenmesi gerekir.

Kısacası, malzeme seçiminiz sadece maliyetle ilgili değildir. Delinebilirliği, güvenilirliği ve RF performansını doğrudan etkiler.

HDI PCB'lerin Temel Faydaları

İşte onu farklı kılan özellikler:

1. Kompakt Boyut

HDI PCB'ler, daha az kart alanına daha fazla yönlendirme yoğunluğu sığdırır. Giyilebilir cihazlar, implante edilebilir cihazlar veya uç yapay zeka modülleri gibi cihazlar için tasarım yaparken bu kritik öneme sahiptir. Büyük boyutlu izler veya tam derinlikli geçişler için yer yoktur. Mikro geçişler ve ince hat yönlendirme, özellikleri kesmeden ölçeklendirmenizi sağlar. Ölü bölge yok. Boşa harcanan alan yok. Sadece verimli bir düzen.

2. Geliştirilmiş Sinyal Bütünlüğü

Daha kısa sinyal yolları. Daha az kısa devre. Daha iyi kontrol edilen empedans. Mikro geçişler endüktansı azaltır, bu da daha temiz ve yüksek hızlı sinyal iletimi sağlar. DDR, PCIe, USB 3.2 veya HDMI sinyallerini yönlendirirken bu büyük bir avantajdır.

3. Katman Sayısı Optimizasyonu

12 katmanlı bir panele mi ihtiyacınız var? HDI ile bunu 8 katmanda halledebilirsiniz. Bu, daha düşük malzeme maliyeti, daha ince panel kalınlığı ve daha kolay laminasyon anlamına gelir. Üst üste yerleştirilmiş mikro geçişler, katmanların verimli kullanımına yardımcı olarak yerleşimin kompakt ve verimli kalmasını sağlar.

4. Azaltılmış Çapraz Konuşma ve EMI

Daha küçük geçiş noktaları = daha sıkı bağlantı. Bu, daha az döngü alanı ve daha az yayılan gürültü anlamına gelir. Elektromanyetik uyumluluğun (EMC) kritik öneme sahip olduğu tıbbi, havacılık elektroniği veya otomotiv uygulamaları gibi durumlarda HDI idealdir.

5. Isıl ve Güç Yönetimi

Microvia-in-pad tasarımları termal dağılımı iyileştirir. Ayrıca, daha fazla yönlendirme alanı, daha iyi ayrıştırma kapasitör yerleşimine olanak tanır ve bu da güç dağıtımını doğrudan artırır.

6. Mekanik Dayanım

Daha az delme. Büyük geçiş delikleri yok. Daha iyi bakır dengesi. HDI kartları, savunma, havacılık ve elektrikli araçlarda önemli bir husus olan titreşim ve termal döngülere karşı daha fazla dayanıklılık sunar.

PCBasic Hakkında

Projelerinizde zaman paradır ve PCBtemel alır. PCBasic bir PCB montaj şirketi her seferinde hızlı ve kusursuz sonuçlar veren kapsamlı PCB montaj hizmetleri Her adımda uzman mühendislik desteği sağlayarak her panoda en yüksek kaliteyi garanti altına alıyoruz. Önde gelen bir PCB montaj üreticisi, Tedarik zincirinizi kolaylaştıran tek noktadan çözüm sunuyoruz. Gelişmiş çözümlerimiz ile iş ortaklığı yapıyoruz. PCB prototip fabrikası Hızlı geri dönüşler ve güvenebileceğiniz üstün sonuçlar için.

HDI PCB'lerin Yaygın Kullanımları

HDI teknolojisi yalnızca tüketici elektroniğiyle sınırlı değil. Her yerde. İşte HDI'nin perde arkasında kendini gösterdiği yer:

1. Akıllı Telefonlar ve Tabletler

Alan düşmandır. HDI PCB'ler, performanstan ödün vermeden CPU'ları, RAM'leri, kameraları ve pilleri şık kasalara sığdırmaya yardımcı olur. Çoğu modern akıllı telefonda 10+ katmanlı ELIC HDI anakartlar bulunur.

2. Tıbbi Cihazlar

İmplante edilebilir defibrilatörler. Giyilebilir glikoz ölçüm cihazları. Taşınabilir EKG. Bu ürünler ultra küçük form faktörleri ve sıkı güvenilirlik gerektirir. HDI bunları mümkün kılar.

3. Otomotiv Elektroniği

ADAS, bilgi-eğlence, LiDAR kontrol panelleri ve elektrikli araç akü yönetim sistemlerinin tümü HDI düzeninden faydalanır. Özellikle artan otonom işlevlerle birlikte, sinyal bütünlüğü ve minyatürleştirme vazgeçilmez hale gelir.

4. Ağ Donanımı

Yönlendiriciler, anahtarlar ve baz istasyonlarının yüksek hızlı veri yönlendirmesi, hassas empedans kontrolü ve azaltılmış EMI için HDI kartlarına ihtiyacı vardır.

5. Askeri ve Havacılık

Savunma sınıfı radar modülleri, aviyonik işlemciler ve navigasyon kontrolleri, aşırı ortamlarda HDI'nin dayanıklılığına ve sinyal netliğine güveniyor.

HDI PCB Tasarım Kılavuzları

Bir HDI kartı tasarlamak kısmen bilim, kısmen sanattır. Sadece izleri yerleştirmiyorsunuz. Fizikle de ilgileniyorsunuz: elektromanyetik davranış, termal genleşme ve üretilebilirlik kısıtlamaları. İşte bu yüzden HDI düzeni özel ilgi gerektirir.

HDI PCB tasarımında en önemli nokta şudur. 

1. Seçim Stratejisi Yoluyla

•  mikrovialar: Bunları iki bitişik katmanı birleştirmek için kullanın. Gerekmedikçe 3 kattan fazla üst üste koymaktan kaçının.

•  Aşamalı ve Yığılmış: Kademeli mikro geçişler daha güvenilirdir, ancak üst üste dizilmiş olması BGA'nın daha sıkı bir şekilde kaçmasına olanak tanır.

•  Gömülü Via'lar: Bunları iç katmanlarla izole edin. Yönlendirme sorunlarını önlemek için konumlarını erken planlayın.

2. Via-in-Pad Tasarımı

Özellikle diş aralığı 0.5 mm'nin altına düştüğünde yoğun BGA paketlerinde kullanılır. Lehimin emilmesini önlemek için bu deliklerin uygun şekilde doldurulması, kaplanması ve düzleştirilmesi gerekir.

Her üretici bunu iyi yapamaz. Karar vermeden önce mutlaka HDI PCB üreticinize danışın.

3. İz ve Uzay Kuralları

•  İz genişliği: Genellikle HDI için 3-4 milyon arası.

•  Diş Arası Boşluk: Çapraz konuşmayı azaltmak için mümkünse sinyal iz aralığını iz genişliğinin ≥2 katı kadar tutun.

•  Kontrollü empedans için, yığınlamanızı Polar Si9000 gibi alan çözücüleri veya araçları kullanarak simüle edin.

4. En Boy Oranı Hususları

Mikroviaların en boy oranları düşüktür; 1:1'den azdır. Bu nedenle katmanlar arasındaki derinlik önemlidir.

Tek bir alana çok fazla mikro delik yerleştirmekten kaçının. Bu, reçine boşluklarına veya düzensiz bakır kaplamaya neden olabilir.

5. Via Doldurma ve Güvenilirlik

Yığılmış yapılar için dolgulu ve kapaklı geçiş yolları olmazsa olmazdır. IPC standartlarına göre reçine dolgulu veya elektrokaplama dolgu kullanın.

Doldurma yoluyla tamamlanmamış = güvenilirlik sorunları = sahada başarısız kart.

6. DFM ve DFA Kontrolleri

Banttan çıkarmadan önce şu kontrolleri yapın:

•  Matkap kaydı

•  Lehim maskesi hizalaması

•  Bakır-bakır boşlukları

•  Termal rölyefler

•  Çadır kurma veya kapatma yoluyla

Hedef? Minimum revizyonla üretime hazır tasarım.

HDI PCB Üretim Süreci

HDI kartlarının üretimi, sıradan PCB'lere hiç benzemez. Çok aşamalı, hassas ve son derece sıralı bir süreçtir.

İşte basitleştirilmiş bir akış:

1. İç Katman Görüntüleme ve Aşındırma: İç bakır katmanları fotolitografi kullanılarak desenlendirilir.

2. Çekirdek Laminasyonu: Aşındırılmış çekirdekler prepreg ve bakır folyo ile lamine edilir.

3. Lazer Delme (Microvias): Lazer, üst katmandan 0.15 mm'nin altındaki delikler açar. Genellikle UV veya CO2 lazerler kullanılır.

4. Kirlerin Temizlenmesi ve Deliklerin Temizlenmesi: Plazma temizliği, güvenilir kaplama için deliklerden kalıntısız temizlik sağlar.

5. Elektroless Bakır Biriktirme: İletkenliği sağlamak için mikro deliklerin içine ince bir bakır tabakası yerleştirilir.

6. Galvanik kaplama: Duvar kalınlığını arttırmak için ilave bakır kaplanır.

7. Dış Katman Görüntüleme ve Aşındırma: Üst sinyal katmanları oluşturulur. İnce izler desenlendirilir.

8. Sıralı Laminasyon: Gerektiğinde ek katmanlar eklenir ve her HDI döngüsü için 3-7 adımları tekrarlanır.

9. Doldurma ve Düzleştirme Yoluyla: Via-in-pad yapıları epoksi reçine ile doldurulup CNC ile düzlemsel hale getirilir.

10. Lehim Maskesi ve Yüzey Kaplaması: ENIG veya OSP yüzey kaplamaları uygulanır.

11. Sonal Test: Son olarak elektriksel testler bütünlüğün doğruluğunu teyit eder.

Bu süreç, yığınlamanın karmaşıklığına bağlı olarak birden fazla lam döngüsü içerebilir. Her döngü maliyet ve zaman gerektirdiğinden, akıllıca tasarlanmalıdır.

HDI Yönlendirmesindeki Via Türleri

HDI kartlarda, geçiş noktaları sadece delikler değildir. Bunlar tasarım öğeleridir.

İşte hızlı bir döküm:

Delikli Geçişler

Yukarıdan aşağıya doğru. HDI'da yer israfı nedeniyle sık kullanılmaz.

Kör Yollar

Dış katmanı iç katmana bağlayın. Yüzeye monte bileşen yönlendirmesi için idealdir.

Gömülü Via'lar

Tamamen iç katmanların içinde kalın. Dış katmanların temiz kalması için faydalıdır.

mikrovialar

Lazerle delinmiş, çapı <150µm. Bitişik katmanları birbirine bağlayın. Düşük endüktanslı ve HDI için mükemmel.

Yığılmış Mikrovialar

Doğrudan üst üste yerleştirilir. Üstten çekirdeğe dikey bağlantı sağlar.

Kademeli Mikrovialar

Az miktarda ofset. İstiflenmiş olandan mekanik olarak daha güvenilir.

Via-in-Pad

Doğrudan bir pedin altına yerleştirilir. Ultra yoğun BGA'lar için kullanılır ve endüktif gecikmeyi azaltmaya yardımcı olur.

Her türün maliyet, üretilebilirlik ve sinyal performansı açısından avantajları ve dezavantajları vardır. Seçiminiz, düzen, yığınlama ve bileşen aralığıyla uyumlu olmalıdır.

PCBasic: Çin'deki Güvenilir HDI PCB Üreticiniz

Tasarım denklemin sadece yarısı. Zor olan kısım mı? Tasarımı, mikronlarına kadar gerçekten işe yarayan bir karta dönüştürmek.

İşte PCBasic tam da bu noktada devreye giriyor.

Sadece PCB üretmiyoruz. Dar alanlı prototiplerden tam üretim serilerine kadar HDI üretiyoruz. 1+N+1'e mi ihtiyacınız var? Biz hallederiz. 3+N+3 veya ELIC mi çalıştırıyorsunuz? Sorun değil.

Mühendisler neden PCBasic'i seçiyor:

•  75 µm'ye kadar lazer delme hassasiyeti

•  Kontrollü empedans ayarı

•  Microvia güvenilirlik testi

•  IPC 6012, ISO ve RoHS uyumluluğu

•  Özel yığınlama mühendisliği

•  Hızlı dönüşlü HDI PCB prototipleme

•  DFM danışmanlığı dahildir

Tıp, havacılık, telekomünikasyon ve otomotiv sektörlerindeki müşterilerimize yardımcı olduk. İster küçük bir HDI PCB prototipine, ister tam seri üretime ihtiyacınız olsun, ihtiyacınızı karşılayacak donanıma sahibiz.

Aklınızda bir proje mi var? Konuşalım.

Sonuç

HDI PCB'ler günümüzde vazgeçilmezdir. Artık sadece bir tercih değil, standarttırlar. Tasarımınız daha fazla alana, daha yüksek hızlara veya daha iyi sinyal bütünlüğüne ihtiyaç duyduğunda, cevap HDI'dır. Yapıdan yığınlamaya kadar, detayları anlamak başarı için çok önemlidir.

İster yeni kurulan bir şirket olun ister köklü bir ekip, doğru tasarım ve üretici önemlidir. Hassasiyet her şeydir.

Güvenilir bir HDI PCB ortağı mı arıyorsunuz? PCBasic'i seçin çünkü teknolojiyi biliyoruz ve her zaman kalite sunuyoruz.