Что такое высокоточные печатные платы?

Изображения, создаваемые клиентами

Высокоточные межконтактные (HDI) печатные платформы произвели революцию в дизайне электроники, позволив создать изысканные, мощные устройства, определяющие современную жизнь, от смартфонов 5G до носимых мониторов здоровья.В отличие от традиционных ПХБ, которые изо всех сил пытаются упаковать компоненты в тесные пространства, технология HDI использует передовые методы производства, чтобы заполнить больше соединений, быстрее сигналов,и более высокая плотность компонентов в более мелкие форм-факторыНо что именно такое ПХД, как оно работает и почему оно стало незаменимым для современной электроники?от основных компонентов до реальных приложений., и объясняет, почему это основа устройств следующего поколения.

Ключевые моменты.
1.HDI-PCB используют микровиа (диаметр ≤150μm), мелкие следы (ширина ≤50μm) и плотные слои, чтобы достичь 3×5x более высокой плотности компонентов, чем традиционные PCB.
2.Они обеспечивают более высокую скорость сигнала (до 100 Гбит/с) с 40% меньшими потерями, что имеет решающее значение для устройств 5G, ИИ и IoT.
3Технология HDI уменьшает размер устройства на 30-50% и повышает надежность на 60% по сравнению с традиционными печатными пластинками, благодаря меньшему количеству разъемов и более коротким путям сигналов.
4Основные особенности включают микровиа (слепые, закопанные или наложенные), последовательную ламинировку и материалы с низкими потерями, все оптимизированные для высокой производительности в компактных помещениях.

Что такое HDI PCB?
HDI (High-Density Interconnect) PCB - это передовые платы, предназначенные для максимизации соединения и минимизации размера.
a.Свойства сжатия: Использование микровиа (небольшие отверстия) и тонких следов меди для соединения слоев без траты места.
b.Увеличение плотности: упаковка большего количества компонентов (чипов, датчиков, соединителей) на квадратный дюйм до 1000 компонентов/дюйм, по сравнению с 200-300 для традиционных печатных плат.
c.Оптимизация слоев: Использование 416 тонких слоев (против 2 8 толстых слоев в традиционных печатных пластинках) для уменьшения веса и улучшения потока сигнала.
Одним словом, ПКЖ с высоким содержанием дифференцированного материала являются решением критической проблемы: современная электроника требует большей мощности и функциональности, но потребители хотят меньших, более легких устройств.

Как работают ПХБ HDI: основные компоненты и технология
ПХБ с высокой плотностью и высокой производительностью основаны на трех ключевых инновациях: микровиации, тонкие следы и расширенное наложение слоев.
1Микровиа: секрет плотности
Виасы - это отверстия на ПКЖ, соединяющие слои меди, но традиционные проходные виасы (которые проникают через всю плату) теряют пространство и медленные сигналы.точные отверстия диаметром 50-150 мкм (около ширины человеческого волоса).
Микровиации бывают трех типов, каждый из которых служит определенному назначению:
Слепые микровиа: соединяют внешний слой с одним или несколькими внутренними слоями, но не проникают через всю плату. Идеально подходит для уменьшения длины пути сигнала.
Зарытые микровиа: соединяют внутренние слои, не достигая внешней поверхности, сохраняя внешнюю сторону доски свободной от компонентов.
Накопленные микровиа: несколько микровиа, наложенных вертикально для соединения более 3 слоев, сокращают количество микровиа, необходимых на 40% в плотной конструкции.
Устраняя ′′стопы′′ традиционных проходных проходов, микропроходы уменьшают отражение сигнала на 70% и сокращают задержку сигнала на 30%, что позволяет быстрее передавать данные.

2Прекрасные следы: больше соединений в меньшем пространстве
Традиционные ПХБ используют следы (медные линии) шириной 100 ‰ 200 мкм, но ПХБ с высоким содержанием воды используют мелкие следы, такие узкие, как 25 ‰ 50 мкм ≈ примерно половина ширины человеческого волоса.увеличение плотности маршрутизации на 2×3.
Медленные следы также улучшают целостность сигнала: более узкие следы с контролируемым расстоянием уменьшают пересечение (электромагнитные помехи между сигналами) на 50% по сравнению с более широкими следами,критически важно для высокоскоростных данных (e).г., 5G мм-волновые сигналы на частоте 28 ГГц).

3Последовательная ламинация: строительство слоев с точностью.
Традиционные печатные платы производятся путем ламинирования всех слоев одновременно, что ограничивает точность выравнивания.с каждым новым слоем, выровненным с предыдущим с помощью лазерного позиционированияЭто обеспечивает выравнивание ±5 мкм (1/20 ширины человеческого волоса), по сравнению с ±25 мкм для традиционной ламинации.
Последовательная ламинация является ключевым элементом для разработки HDI с более чем 8 слоями, обеспечивая идеальное выравнивание микровиа и следов между слоями, что имеет решающее значение для предотвращения короткого замыкания и потери сигнала.

Как ПХБ HDI отличаются от традиционных ПХБ

Виды ПХБ HDI: конфигурации для каждой потребности

HDI-PCB имеют несколько конфигураций, каждая из которых оптимизирована для конкретных приложений:

1. 1+N+1 ПХБ с высоким содержанием
Это наиболее распространенный дизайн HDI, включающий:
a.1 внешний слой сверху и снизу, каждый из которых соединен с внутренними слоями посредством микровиа.
b.N внутренние слои (обычно 2 ¢6) для питания, заземления и сигналов.
c. Проходные каналы для соединений, которые охватывают все слои (хотя и минимизированы для экономии места).
Лучше всего подходит для: смартфонов, планшетов и электронных устройств среднего класса, которые нуждаются в балансе плотности и стоимости.

2. 2+N+2 HDI ПХБ
Увеличение сложности, с:
a.2 внешние слои сверху и снизу, что позволяет больше маршрутизации.
b.Слепые/зарытые микровиа, соединяющие слои, не проникая в всю доску, уменьшая потерю сигнала.
c.8 12 общих слоев для более высокой плотности компонентов.
Лучше всего подходит для: маршрутизаторов 5G, медицинских устройств визуализации и автомобильных систем ADAS.

3- Плюс ПХДИ.
Самая современная конфигурация, с:
a.12+ слоев, соединенных с помощью наложенных микровиа (без проходных виа).
b.Последовательное ламинирование для точного выравнивания всех слоев.
c.Материалы с низкими потерями (например, Rogers RO4350) для высокочастотных сигналов (28GHz+).
Лучше всего подходит для аэрокосмических датчиков, процессоров ИИ и спутниковых систем связи.

Материалы, используемые в ПХБ HDI
HDI-PCB требуют специальных материалов для обработки высоких скоростей, узких толерантности и плотных компонентов:

1Субстраты (основные материалы)
a. FR-4 с низкими потерями: бюджетный вариант для потребительской электроники (например, смартфонов) с диэлектрической постоянной (Dk) 3,8 ‰ 4.5.
b.Rogers RO4350: высокопроизводительный ламинат с Dk 3.48, идеально подходит для 5G и радиолокационных систем (2860 ГГц).
c.Isola I-Tera MT: материал с низкой потерью с Dk 3.0, предназначенные для сигналов 100Gbps+ в центрах обработки данных.

2Медная фольга.
a.Электродепонированная (ЭД) медь: стандарт для большинства ПКЖ HDI толщиной 1/31 унции (1235 мкм).
b.Вулканизированная медь: тоньше (612μm) и более гибкая, используется в жестко-гибких HDI (например, складываемые телефоны), чтобы противостоять трещинам во время изгиба.

3- Покрытия и маски для сварки.
a.Полимидные покрытия: защищают мелкие следы от влаги и износа в гибких проемах.
b.жидкая фотообразимая (LPI) сварная маска: достаточно точна для покрытия следов 25 мкм без пересечения, обеспечивая надежность.

Почему ПХБ с высоким содержанием сырьевых элементов имеют решающее значение для современной электроники

Технология HDI решает три основные проблемы, стоящие перед современными разработчиками устройств:
1Миниатюризация.
Потребители требуют более мелких устройств с большим количеством функций.
Современный смартфон содержит более 1500 компонентов в 6-дюймовом форм-факторе, что невозможно с традиционными печатными пластинами.
Находящиеся на носу фитнес-трекеры используют HDI для размещения мониторов сердечного ритма, GPS и батарей в устройстве размером с часы.

2Высокоскоростные сигналы.
Устройства 5G, ИИ и IoT требуют, чтобы сигналы перемещались быстрее, чем когда-либо (до 100 Гбит/с).
Сокращение пути сигнала (следов) на 50~70% по сравнению с традиционными ПХБ, что уменьшает задержку.
Использование материалов с низкими потерями для минимизации ослабления сигнала (потери) при высоких частотах.

3Надежность.
ПХБ с высококачественным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцированным дифференцирован
Они устраняют 60% соединителей и проводки (обычные точки отказа в традиционных конструкциях).
Короткие сигнальные пути уменьшают ЭМИ (электромагнитные помехи) и перекрестную связь, улучшая стабильность.

Реальные применения ПХВ с высоким содержанием
Технология HDI является основой бесчисленных устройств, которые мы используем каждый день:
1. Смартфоны 5G
Современные телефоны 5G (например, iPhone 15 Pro, Samsung Galaxy S24) полагаются на 1+6+1 HDI PCB для:
Вставьте 5G модем, антенны мм-волновой передачи и 48-мегапиксельные камеры в корпус толщиной 7 мм.
Передача сигналов 5G на частоте 28 ГГц с потерей <2 дБ, обеспечивая быструю скорость передачи данных.

2. Медицинские изделия
Мониторы ЭКГ для ношения: используйте 2+2+2 HDI-PCB для установки датчиков, чипов Bluetooth и батарей в устройство размером с пластырь с тонкими следами (25 мкм) для точного отслеживания сердечного ритма.
Имплантируемые дефибрилляторы: ПКБ с биосовместимыми материалами (например, полиимид) обеспечивают более 10 лет надежной работы в организме.

3Автомобильная электроника
Системы ADAS: 8-слойные HDI PCB в LiDAR и радарных модулях обрабатывают более 100 точек данных в секунду, позволяя избегать столкновений при скорости 70 миль в час.
Управление батареей электромобилей: ПКЖ с высоким диапазоном освещения контролируют более 100 батарейных элементов в режиме реального времени, при этом микровиа сокращает задержку сигнала на 30% по сравнению с традиционными конструкциями.

4Аэрокосмическая промышленность и оборона.
Спутниковая связь: ПКБ Full HDI с 16 слоями работают при температуре от -200°C до 260°C в космосе, поддерживая спутниковые связи 5G с 99,99% работоспособности.
Дронные датчики: Легкие 1+4+1 HDI PCB уменьшают вес на 20%, увеличивая время полета на 15 минут.

Производство ПХБ с высоким содержанием: проблемы и инновации
Производство ПХДИ требует более высокой точности, чем традиционное производство ПХД:
1- Проверка микровиа.
Для создания 50 мкм микровиа требуется использовать УФ-лазерные сверла (в отличие от механических сверлов для традиционных виа), которые достигают 98% точности, что является критически важным для предотвращения короткого замыкания.

2Отличный рисунок.
Этировка 25 мкм требует передовой фотолитографии (с использованием УФ-луча для передачи шаблонов) с толерантностью ± 2 мкм. Даже небольшие изменения могут привести к потере сигнала.

3Последовательная ламинация.
Для построения слоев один за другим требуются прессы с регулируемой температурой и давлением, чтобы избежать деламинирования, причем каждый слой выравнивается с помощью лазерных маркеров.

4- Инспекция.
Для HDI-ПХБ требуется рентгеновская инспекция для проверки качества микроволы и выравнивания слоев, поскольку дефекты (например, через пустоты) слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.

Стоимость ПХБ с высоким содержанием: почему они стоят инвестиций
HDI-ПХБ стоят в 1,5-3 раза дороже, чем традиционные ПХБ, но преимущества часто оправдывают цену:
a.Уменьшенный размер устройства: позволяет использовать премиальные продукты с ограниченным пространством (например, смартфоны стоимостью более 1000 долларов), где размер является ключевым фактором продажи.
b.Ускорение времени выхода на рынок: меньше соединителей и более простые сборы сокращают время производства на 2-3 недели.
c.Ниже гарантийные расходы: на 60% меньше отказов уменьшают возврат и ремонт, что позволяет сэкономить 10−15% от общей стоимости продукта в течение всего жизненного цикла устройства.

Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Каков самый маленький размер микропроводов в коммерческих ПХД?
Ответ: Коммерческие производители производят микровиа с размером до 50 мкм, хотя 75-100 мкм более распространены для экономической эффективности.

Вопрос: Могут ли ПХДИ быть жестко-гибкими?
О: Да. Жёстко-гибкие ПКЖ сочетают жесткие секции (для компонентов) с гибкими секциями (для изгиба), идеально подходят для складываемых телефонов и медицинских эндоскопов.

Вопрос: Как ПХДИ обрабатывают тепло?
Ответ: Они используют толстые слои меди и тепловые провода для рассеивания тепла, причем некоторые конструкции интегрируют алюминиевые ядра для высокомощных компонентов (например, усилители 5G).

Вопрос: ПХД только для высококачественных устройств?
Ответ: Нет. Даже бюджетные смартфоны и датчики Интернета вещей используют базовые 1+2+1 HDI-PCB для сбалансирования затрат и плотности, хотя они могут использовать более крупные микровиа (100-150 мкм).

Вопрос: Каково будущее технологий HDI?
Ответ: ПКЖ HDI следующего поколения будут содержать 10 мкм следов, 25 мкм микровиа и более 20 слоев, что позволит передавать сигналы в терабитах в секунду и даже меньшие устройства, критически важные для 6G и квантовых вычислений.

Заключение
ПХД преобразовали электронику, обеспечив плотность, скорость и миниатюризацию, требуемые современными устройствами.Они решают основную задачу сбора большей функциональности на меньшем пространстве, одновременно улучшая производительность и надежность сигнала.Хотя они более дорогие, чем традиционные печатные пластинки, их преимущества - меньшие устройства, более быстрые скорости и более низкий уровень отказов - делают их незаменимыми для применения в 5G, медицине, автомобилестроении и аэрокосмической промышленности.По мере развития технологий, HDI ПХБ будут только становиться все более критичными, обеспечивая следующую волну инноваций в электронике.