Новости PCB - Технология печатных плат HDI и технологические возможности

Для повышения электрических характеристик большинства новых компонентов требуются печатные платы высокой плотности. Для их регулирования и разработки используются печатные платы HDI.

HDI-платы - одна из наиболее быстро развивающихся технологий в области печатных плат. К ним относятся глухие и заглубленные отверстия, которые обычно содержат микропоры диаметром менее 0,1 мм.

Для сверления отверстий диаметром менее 0,1 мм необходимо использовать лазерный сверлильный станок. Кроме того, проводка и пространство очень совместимы, поэтому для производства необходимо использовать станки LDI.

Печатные платы HDI имеют более высокую плотность монтажа, чем традиционные печатные платы. Вот возможности iPCB HDI PCB Technics. Пожалуйста, ознакомьтесь с ними.

Возможности обработки печатных плат iPCB HDI

Путь развития технологии HDI

Что касается технологии HDI, то она разработана в соответствии с технологической картой ламинированной платы -> многослойной платы -> многослойной платы с добавленным слоем -> печатной платы высокой плотности.

Печатные платы, появившиеся примерно в 1960-х годах, как правило, представляют собой платы со сквозными отверстиями с гальваническим покрытием, изготовленные из полимерных подложек. Благодаря быстрому тиражированию, небольшому размеру и низкой цене за единицу продукции, они заменили ранние изделия для сборки из проволоки.

Постепенно, по мере миниатюризации и многофункциональности электронных изделий, требования к расстоянию контакта компонентов микросхемы и скорости передачи сигнала также возрастают. Двойная панель больше не справляется со сложными требованиями к сигналу и стабильности, поэтому печатные платы постепенно переходят на многослойные. Печатная плата, которая удовлетворяет требованиям к производительности за счет укладки нескольких слоев печатных плат, называется многослойной платой.

С наступлением эры 4G и 5G к современным электронным устройствам предъявляются требования в отношении высоких частот, а соответствующие печатные платы должны обладать такими характеристиками, как управление импедансом, высокочастотная передача и низкий уровень радиационных помех. Это требует использования изоляционных материалов с низкой диэлектрической проницаемостью и низким коэффициентом затухания.

Кроме того, с миниатюризацией электронных устройств компоненты также стали компактными, что привело к разработке BGA, CSP, DCA и других компонентов, что позволило добиться беспрецедентно высокой плотности печатных плат. Чтобы соответствовать требованиям высокой плотности, для улучшения сборки и использования пространства используется микропористая структура (поры диаметром менее 150 мкм называются микропорами). Для этого типа печатных плат она называется многослойной платой с добавленным слоем.

Когда частота передачи данных снова увеличивается, многослойная плата не может удовлетворить спрос. Для повышения плотности соединения компонентов необходимо геометрически уменьшить расстояние между цепями и точками подключения или расположить несколько компонентов в одном месте, чтобы увеличить плотность конструкции. Эта технология называется HDI-технологией, что означает технологию изготовления печатных плат высокой плотности.

Сценарии применения технологии HDI

В настоящее время основными сценариями применения технологии HDI являются несущие и промежуточные платы, модули, портативные изделия и изделия, требующие высокой производительности.

1. Несущие и промежуточные платы используются в таких областях, как перекристаллизация или склеивание проволокой. Микропористая конструкция позволяет создавать массивные конфигурации контактов и обмоток в зонах рекристаллизации с очень высокой плотностью.

2. Модуль: технология HDI может быть использована для создания модулей, которые позволяют микросхемам выполнять соединение проводов, кристаллов или язычков на небольших подложках, а также могут быть использованы для изготовления сложных CSP.

3. Портативные устройства, использующие технологию HDI, и миниатюрные потребительские товары имеют меньший внешний вид и более подробные характеристики.

4. Продукт, требующий высокой производительности: Печатная плата HDI и микропористая структура используются в сочетании для изготовления компонентов высокого уровня, с высокой скоростью ввода-вывода, с малым расстоянием между компонентами, особенно с высокой плотностью компонентов.

Преимущества технологии HDI

Внедрение технологии HDI дает множество преимуществ в области конфигурации схем, компоновки компонентов, выбора данных, проектирования продукта и производственных процессов, которые позволяют оценить, подходит ли продукт по назначению. Конкретные преимущества отражены в:

1. Типичные улучшения производительности включают:

a. Обеспечивает относительно низкий уровень паразитных помех по мощности в сквозных отверстиях;

b. Минимизирует количество соединительных отверстий и ответвлений в цепи;

c. Обеспечивает канал стабильного напряжения;

d. Позволяет удалить ненужные развязывающие конденсаторы;

e . Низкий уровень разговорного стиля и общего шума;

f. Значительно уменьшились радиочастотные помехи;

g. Относительно близкая плоскость заземления и относительно равномерное распределение электрической мощности;

h. Поверхностная плоскость заземления совмещена с отверстиями в конструкции прокладки, которые могут блокировать воздействие излучения;

2. Импорт дополнительных компонентов

После использования в сборке микросхем разделительных элементов толщиной 0,8 мм HDI обладает более очевидными преимуществами, чем ламинированные плиты. Например, для ПЛИС с высоким уровнем вывода технология сквозных отверстий может потребовать 20-слойной структуры, в то время как для использования технологии HDI требуется только около 60% слоев. Кроме того, глухие отверстия по технологии HDI также экономят пространство между внутренним слоем и прокладкой для отверстий, а также могут быть выполнены с отверстиями внутри прокладки.

3. Время выхода продукции на рынок сокращается

Технология HDI использует глухие отверстия и конструкции с отверстиями в накладках, которые облегчают настройку электронных компонентов и сокращают время выхода продукции на рынок. В то же время такая конструкция занимает меньше места, повышает эффективность проектирования изделий, улучшает эксплуатационные характеристики BGA-компонентов, повышает гибкость намотки и упрощает проектирование схем.

Кроме того, использование глухих и заглубленных отверстий для улучшения электрических характеристик может значительно сократить время корректировки конструкции системы, сократить работу по синтезу сигналов и подавлению шума, а также свести к минимуму возможность перепроектирования.

4. Технология HDI повышает надежность

По сравнению с традиционными сквозными отверстиями, соотношение сторон глухих отверстий в основном составляет менее 1:1, в то время как традиционные сквозные отверстия находятся в диапазоне от 4:1 до 20:1. Это обеспечивает высокую надежность глухих/микропористых конструкций при передаче серийных номеров.

Кроме того, печатная плата HDI имеет тонкую структуру и низкий коэффициент расширения по оси Z, что обеспечивает низкую потенциальную индуктивность и хорошую теплопроводность печатной платы HDI.

5. Более низкая стоимость

Использование технологии HDI позволяет сократить количество слоев печатной платы, увеличить плотность компонентов, одновременно повышая быстродействие системы и регулируя характеристики полного сопротивления. Таким образом, многослойные конструкции HDI в сочетании имеют меньшую стоимость, чем традиционные конструкции со сквозными отверстиями.

Трудности, связанные с технологией ИРЧП

Технология ИРЧП принесла много преимуществ, но также существует много проблем при ее конкретном внедрении.

1. Предсказуемость

Из-за ограниченного использования технологии HDI в настоящее время не накоплено достаточного опыта в области проектирования печатных плат, чтобы оценить условия укладки, количество сверлений и стоимость HDI на начальной стадии проектирования. Это противоречит текущему процессу составления предложений и требует накопления последующего опыта.

2. Проектная модель

Для простых структур HDI схема домена сообщества проста, а сложность проектирования невелика; для продуктов со сложной структурой необходимо использовать эффективные инструменты для импорта и моделирования моделей обмоток, данных о компонентах, геометрических соотношений и размеров печатной платы, а также для моделирования характеристик конечного продукта соответствующим образом. В настоящее время только несколько производителей обладают такой возможностью.

3. Синтез сигнала

Идея использования структуры HDI заключается в том, чтобы понять, какой эффект она может дать для улучшения электрических характеристик, но это создает определенные трудности при преобразовании традиционных конструкций печатных плат, которые в настоящее время предпочитают конструкцию со сквозными отверстиями.

4. Применение новых материалов

В настоящее время для печатных плат HDI используется множество новых материалов, таких как медные листы с полимерным покрытием, слои диэлектрика, спрессованные в вакууме, и т.д. Различные параметры этих новых материалов оказывают значительное влияние на характеристики печатных плат и требуют постоянной практики и изучения. Среди различных параметров ключевыми являются низкие потери на подложке, низкие диэлектрические параметры и высокая термостойкость.

5. Проблемы при сборке

Заполнение пустой структуры может увеличить индуктивность схемы, но это увеличит стоимость изготовления печатной платы более чем на 10%. Поэтому разумный выбор этих структур зависит от баланса между производительностью и стоимостью.

6. Тестирование

На начальном этапе проектирования печатных плат HDI необходимо учитывать комбинацию методов тестирования, что требует совместного планирования инженерами-испытателями и разработчиками печатных плат. Это полезно для прогнозирования возможных неисправностей, планирования стратегий тестирования и понимания масштабов неисправностей на более позднем этапе. Это очень важно для массового производства, поскольку связано с затратами на тестирование продукта.

Разумная схема тестирования позволяет предвидеть возможные типы неисправностей в каждом узле, компоненте и сигнале платы и разработать разумный план тестирования.

7. Оценка стоимости

Как создать дизайн-лист в design? Как выбрать оптимальные параметры дизайна? Минимальное отверстие, окружность отверстия и ширина линии оказывают существенное влияние на производительность, в то время как толщина данных, структура укладки, количество отверстий для линий, плотность отверстий и другие факторы оказывают существенное влияние на конечную стоимость.

Кроме того, конечная обработка поверхности металла, заполнение заготовки, допустимые отклонения и т.д. - все это влияет на конечную стоимость. Многие параметры оказывают существенное влияние как на стоимость, так и на производительность. Как создать модель, которая обеспечивает баланс между опытом и экономичностью.

8. Инструменты проектирования

Для печатных плат HDI традиционные инструменты автоматизации сквозных отверстий больше неприменимы. Современные инструменты проектирования относительно дороги, но они обладают полным набором функций для проектирования глухих микроотверстий, структуры укладки, намотки и других аспектов.

9. Характеристики энергопотребления и полнота передачи сигнала

Нельзя игнорировать электрическое воздействие дыр в высокоскоростных сетях. Сквозные отверстия имеют высокий уровень паразитных шумов, таких как емкость и индуктивность, в то время как окружающая структура сквозных отверстий создает более чем в десять раз больше паразитных шумов, что приводит к существенным помехам в работе сигнала. Однако в HDI имеется множество сквозных и глухих отверстий, поэтому вопрос о том, как сочетать конструктивный дизайн и влияние сигнала на дизайн, является одним из важных при проектировании.

Процесс проектирования технологии HDI разделен на шесть частей

1. Сегментация системы

В начале разработки нового продукта весь продукт будет разбит на уровни компонентов для проектирования и производства. Разумная сегментация системы полезна для определения характеристик системы, ускорения процесса проектирования и обеспечения баланса структурной конфигурации, компонентов, контроля рисков и технологичности на ранних стадиях проектирования для обеспечения успеха продукта.

2. Дизайн продукта

Проектирование изделия включает в себя логическое проектирование, моделирование схем, компонентов, обычные микросхемы, механическое проектирование и т.д. Печатная плата HDI обладает значительными преимуществами в управлении энергопотреблением и температурой, что может улучшить электрические и тепловые характеристики изделий.

3. Дизайн и компоновка печатной платы

В отличие от традиционных конструкций печатных плат, конструктивная схема печатных плат HDI влияет на их производительность и изготовление из-за наличия глухих и заглубленных отверстий. Поэтому необходимо провести предварительную исследовательскую работу и полностью понять влияние различных конструкций на производительность и производство.

4. Изготовление печатных плат

Вклад производства печатных плат в конечный продукт значителен. К процессам, которые оказывают существенное влияние, относятся выравнивание, технология получения изображений тонких линий, обработка металла, гальванопокрытие и так далее.

Как правильно выполнить эти процессы и протестировать их на печатной плате HDI - это важнейшее требование для каждого производителя.

5. Сборка различных компонентов HDI PCB на печатных платах требует различных режимов оплавления и методов ремонта. Из-за высокой плотности компонентов печатные платы HDI являются относительно тонкими, что может легко привести к различным неисправностям и рискам в процессе переплавки.

Для устранения дополнительных проблем при сборке требуется тщательная оценка и тестирование в ходе конкретного производственного процесса.

6. Тестирование сборки

Конечным этапом применения технологии HDI является тестирование сборки.

Разумное расположение тестовых площадок может снизить сложность печатной платы HDI и стоимость тестирования печатной платы HDI, а также ненужный паразитный шум. Поэтому тестирование сборки следует проводить с самого начала проектирования.