عملية تصنيع لوحة دوائر مطبوعة عالية الكثافة وأساسيات التصميم
الكلمات المفتاحية: تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة
لقد ازداد الدافع لحشر المزيد من الميزات في حاويات أصغر مع تغير المشهد التكنولوجي. نظرًا لأنه يتم حشر المزيد من المكونات في مساحة أصغر، فإن لوحات الدوائر المطبوعة التي تم إنشاؤها باستخدام تقنيات التوصيل عالي الكثافة (HDI) غالبًا ما يكون لها بصمة إجمالية أصغر. يمكن للوحة الدوائر المطبوعة عالية الكثافة أن تحتوي على مكونات أكثر في مساحة أصغر باستخدام الفتحات الدقيقة والعمياء والمدفونة، والفتحات في الوسادات، والمسارات الرفيعة جدًا. سنوضح أساسيات تصميم HDI حتى تتمكن من بناء لوحة دوائر مطبوعة عالية الكثافة قوية أثناء تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة.
عندما بدأ الباحثون في البحث عن طرق لتقليل عدد الفتحات في لوحات الدوائر المطبوعة في عام 1980، بدأت بدايات تصميم وتصنيع الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI). تم إصدار أول لوحات مطبوعة متراكبة صناعيًا أو لوحات مطبوعة بالتسلسل في عام 1984. ومنذ ذلك الحين، سعى المصممون ومنتجو المكونات باستمرار إلى إيجاد طرق لاحتواء المزيد من الوظائف على شريحة واحدة ولوحة واحدة.
هناك بعض العقبات في التصميم والإنتاج يجب تجاوزها عند إنشاء تصميم لوحة دوائر مطبوعة عالية الكثافة.
هذه بعض التحديات التي قد تواجهها عند إنشاء لوحة دوائر مطبوعة عالية الكثافة:
- مساحة عمل صغيرة للوحة
- تباعد أكثر إحكامًا ومكونات أصغر
- عدد أكبر من المكونات المكدسة على جانبي لوحة الدوائر المطبوعة
- فترات زمنية أطول للإشارة بسبب مسارات التوصيل الأطول
- هناك حاجة إلى المزيد من مسارات التوصيل لإكمال اللوحة.
يمكنك تحدي تقاليد تصميم لوحات الدوائر المطبوعة وإنتاج لوحات دوائر مطبوعة قوية بكثافات توصيل عالية للغاية إذا كان لديك المزيج الصحيح من أدوات التخطيط والتوصيل المبنية على محرك تصميم قائم على القواعد. عند استخدام برامج تصميم لوحات دوائر مطبوعة متطورة مصممة خصيصًا لتصميم لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة، فإن العمل مع توصيل لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة والمكونات متناهية الصغر يكون سهلاً. باستخدام أدوات تصميم من الدرجة الأولى، يمكنك بناء تصميم لوحة الدوائر المطبوعة عالية الكثافة الخاصة بك والاستعداد لعملية إنتاج HDI.
ما الذي يجعل تصميم وتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة فريدًا؟
هناك بعض الاختلافات الصغيرة ولكن المهمة التي تميز عملية تصنيع HDI عن عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة التقليدية. من المهم ملاحظة أن قيود الشركة المصنعة ستحد من حرية التصميم وتفرض قيودًا على توصيل اللوحة. على الرغم من أن برنامج التصميم الخاص بك لا يزال يدعم استخدام المسارات الأرق والفتحات الأصغر والمزيد من الطبقات والمكونات الأصغر، إلا أن القيام بذلك يتطلب الاستفادة من متطلبات التصميم للتصنيع (DFM). ستحدد عملية التصنيع والمواد المستخدمة لبناء اللوحة متطلبات DFM الدقيقة. عندما تؤخذ احتياجات الموثوقية في الاعتبار، تصبح متطلبات DFM مهمة أيضًا.
يجب معالجة هذه الاستفسارات أثناء اختيار المواد:
- هل ستكون كيمياء العازل المستخدم متوافقة مع كيمياء مادة الركيزة الأساسية كما هي الآن؟
- هل سيكون التصاق النحاس المطلي بالعازل كافيًا؟
- هل سيوفر العازل تباعدًا عازلًا كافيًا وموثوقًا للطبقات المعدنية؟
- هل يمكنه تلبية احتياجاتي الحرارية؟
- هل سيوفر العازل درجة حرارة التحول الزجاجي العالية المطلوبة لإعادة العمل ولحام الأسلاك؟
- هل سيتحمل الصدمة الحرارية عند تغطيته بعدة طبقات بناء متسلسلة؟
- هل ستكون هناك فتحات دقيقة مطلية وموثوقة؟
في ركائز HDI، يتم استخدام تسعة أنواع عامة مختلفة من المواد العازلة. العديد منها مغطى بأوراق شرائح IPC مثل IPC-4101B وIPC-4104A، بينما العديد منها لم يتم وصفها بعد بمعايير IPC. الموارد هي:
- سوائل عازلة مضيئة
- عوازل للأفلام الجافة الحساسة للضوء
- فيلم بولي إيميد مرن
- أفلام جافة معالجة حرارياً
- سائل عازل معالج حرارياً
- رقائق RCC مزدوجة الطبقات، مقواة ومغطاة بالراتنج
- نوى FR-4 قياسية ومواد ما قبل التشريب
- مواد ما قبل تشريب جديدة من الزجاج الموزع والمقاومة لليزر
اللدائن الحرارية
يؤثر التجميع الطبقي، من خلال هيكل التوصيلات، ترتيب المكونات، توزيع BGA، والقيود التصميمية، على كفاءة التوجيه في لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI). عرض المسار، حجم الفتحة، وتوجيه التوزيع/الهروب لمكونات BGA هي العوامل الثلاثة الأكثر أهمية التي يجب مراعاتها عند تطوير تصميم HDI الخاص بك.
استفسر دائمًا من مصنع اللوحات عن عمليات التصنيع الخاصة بهم لإنتاج لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI PCBs). يجب عليك تحديد قيود تقنيات الإنتاج الخاصة بهم لأن هذا سيؤثر على حجم العناصر التي قد تدرجها في خطتك. يتم تحديد حجم الفتحة المطلوبة من خلال تباعد كرات مكونات BGA، مما يؤثر بدوره على إجراء تصنيع HDI اللازم لبناء اللوحة. يجب تصميم الفتحات الدقيقة، وهي عنصر أساسي في لوحة الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI PCB) الخاصة بك، بعناية للسماح بالتوجيه بين الطبقات.
نظرة عامة على عمليات تصنيع وتصميم لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI PCB Board)
تتضمن عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة التقليدية مراحل عديدة؛ ومع ذلك، يتطلب إنتاج لوحات HDI عدة خطوات خاصة قد لا تُستخدم في اللوحات الأخرى. مثل العديد من الإجراءات الأخرى، تبدأ عملية تصميم لوحة HDI بما يلي:
- استخدم أكبر مكون BGA على اللوحة أو استخدم عدد الواجهات + الاتجاهات من أكبر دائرة متكاملة (IC) على اللوحة لحساب عدد الطبقات اللازمة لتوجيه جميع الإشارات.
- للحصول على بيانات العوازل لاختيار المواد لتجميعك الطبقي للوحة الدوائر المطبوعة (PCB stack up)، اتصل بشركة التصنيع الخاصة بك.
- حدد نمط الفتحة الذي سيستخدم لنقل الإشارات عبر الطبقات الداخلية بناءً على عدد الطبقات وسمكها.
- إذا لزم الأمر، قم بتقييم الموثوقية لضمان أن المواد لن تضع ضغطًا كبيرًا على الوصلات البينية أثناء عملية التجميع والتشغيل.
- لتمكين التصنيع والتجميع الموثوقين، ضع إرشادات تصميمية بناءً على قدرات الشركة المصنعة واحتياجات الموثوقية (الحاجة إلى قطرات الدموع، عروض المسارات، الخلوص، إلخ).
- النقاط الحرجة تشمل توليد التجميع الطبقي وتحديد قواعد التصميم لأنها تؤثر على موثوقية المنتج وقدرة التوجيه. بمجرد الانتهاء من هذه الخطوات، يمكن للمصمم استخدام برنامج ECAD الخاص به لتطبيق معايير DFM والموثوقية الخاصة بالمصنعين كقواعد تصميم.
- من الضروري ضمان أن يكون التصميم موثوقًا وقابلًا للتوجيه ويمكن تصنيعه من خلال القيام بذلك مسبقًا.
أنشئ حجم ميزاتك بطريقة تلبي متطلبات DFM الخاصة بلوحات HDI
على الرغم من متطلبات DFM الصارمة للخلوص على لوحة دوائر مطبوعة عالية الكثافة (HDI PCB)، يمكن الوفاء بها من خلال استخدام قواعد التصميم في برنامج تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الخاص بك. قبل التخطيط والتوجيه، من الضروري الحصول على معايير DFM معينة، مثل:
- قيود عرض المسافات والتباعد
- القيود على الحلقة الحلقية ونسبة العرض إلى الارتفاع، خاصة للتصاميم عالية الموثوقية
- نظام المواد في اللوحة يضمن ممانعة مضبوطة في التجميع الطبقي الضروري.
- إذا كانت متوفرة، ملفات الممانعة للتجميع الطبقي المختار أو أزواج الطبقات
تعتمد قدرتك على تصميم لوحة الدوائر المطبوعة عالية الكثافة الخاصة بك لتلبية مواصفات التصنيع من أجل القابلية للتصنيع (DFM) بشكل كبير على أدوات التصميم لديك. باستخدام المجموعة المناسبة من أدوات التصميم، يعد توجيه المسارات ذات التحكم في المعاوقة على لوحة الدوائر المطبوعة عالية الكثافة الخاصة بك أمرًا بسيطًا نسبيًا. ما عليك سوى ضبط عرض المسار المفضل لديك وملف المعاوقة مع مراعاة توصيات DFM الخاصة بالشركة المصنعة. أثناء تصميم هيكل لوحة الدوائر المطبوعة عالية الكثافة الخاص بك لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة، سيتحقق محرك فحص قواعد التصميم (DRC) عبر الإنترنت في برنامج التوجيه الخاص بك من توجيهاتك. للتأكد من أنك قد أخذت في الاعتبار جميع متطلبات DFM ذات الصلة بلوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة، تأكد من الحصول على مجموعة شاملة من المواصفات الخاصة بعملية الشركة المصنعة.