K

ompleksowy przewodnik projektowania płytek drukowanych HDI (2025)

Płytki drukowane HDI (High-Density Interconnect) stanowią istotny element współczesnej rewolucji elektronicznej, zapewniając gęste i wydajne rozwiązania dla zaawansowanych technologicznie zastosowań. Wraz ze wzrostem popytu na mniejsze i szybsze urządzenia, projektowanie płytek HDI PCB staje się niezbędne w branży elektronicznej. Ten kompleksowy przewodnik pomoże Ci poznać proces produkcji, czynniki projektowe oraz zagadnienia wewnętrzne związane z płytkami HDI PCB, co pomoże Ci uzyskać jasny obraz tej zaawansowanej dziedziny.

Czym jest projektowanie płytek drukowanych HDI?
Projektowanie płytek HDI PCB jest wykorzystywane do tworzenia płytek drukowanych o dużej gęstości komponentów i połączeń. Odrzucając tradycyjne płytki PCB, płytki HDI PCB wykorzystują cieńsze linie, mniejsze przelotki i więcej warstw, aby zmieścić więcej elementów w mniejszej przestrzeni. Dzięki temu nadają się do zastosowań takich jak smartfony, urządzenia noszone, urządzenia medyczne, motoryzacja i komputery AI.

Głównymi cechami płytek HDI PCB są:

Mikroprzelotki: Bardzo małe przelotki (poniżej 150 mikronów) są używane do połączeń między warstwami.
Przelotki ślepe i zakopane: Takie, które nie przechodzą przez całą płytkę, oszczędzając miejsce.
Stos wielowarstwowy: Mogą pomieścić dużą liczbę warstw w stosie.
Cienkie materiały dielektryczne: Aby zminimalizować redukcję sygnału i straty nawet przy najwyższych częstotliwościach. Dlaczego projektowanie płytek HDI PCB ma znaczenie w 2025 roku
W miarę jak elektronika staje się coraz bardziej zintegrowana, projektowanie płytek HDI PCB staje się koniecznością, aby sprostać wymaganiom dzisiejszych i przyszłych technologii. Firma badawcza MarketsandMarkets przewiduje, że światowy rynek płytek HDI PCB, z 13,6 miliarda dolarów w 2023 roku, osiągnie 18,8 miliarda dolarów w 2028 roku, dzięki wdrożeniu innowacji w zakresie technologii 5G, Internetu Rzeczy (IoT) i sztucznej inteligencji (AI).

Możliwość zmieszczenia większej liczby funkcji w tej samej lub mniejszej przestrzeni bez utraty wydajności to prawdziwa zaleta płytek HDI PCB. Od umożliwienia urządzeniom 5G przesyłania sygnałów z rekordową prędkością, po łączenie systemów AI przetwarzających najbardziej złożone procesy, projektowanie płytek HDI PCB napędza przyszłość elektroniki.

Materiały do ​​projektowania płytek HDI PCB
Wybór materiałów używanych do produkcji płytek HDI PCB ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia wydajności i niezawodności. Popularne materiały to:

Folia miedziana z warstwą przewodzącą: Zapewnia dobrą przewodność elektryczną.
FR4: Materiał podłoża, który jest bardzo powszechnie stosowany, ale zaawansowane opcje, takie jak laminaty wypełnione poliimidem lub ceramiką (mikrosferami ceramicznymi), są często pierwszym wyborem w projektach HDI ze względu na ich doskonałą stabilność termiczną i mechaniczną.
Prepreg i rdzeń: np. izolacja między warstwami przewodzącymi. Oporność lutownicza: Izoluje obwód od lutu, a także zapobiega powstawaniu mostków lutowniczych podczas montażu.
Materiały są dobierane na podstawie celu, takiego jak wybór odpowiedniego do zastosowania, środowiska pracy i wymagań sygnałowych.

Proces produkcji płytek HDI PCB
Produkcja płytek HDI PCB składa się z wielu złożonych etapów, które muszą być wykonywane z precyzją i wykorzystaniem najnowocześniejszych technologii. Szczegółowy opis procesu produkcji znajduje się poniżej:

Projekt i układ
Zanim rozpoczniemy produkcję płytki HDI PCB, musimy rozpocząć proces projektowania obwodów. Inżynier korzysta z zaawansowanych narzędzi CAD, takich jak Altium Designer lub Cadence Allegro, aby stworzyć projekt, uwzględniając takie elementy, jak:

Integralność sygnału i kontrola impedancji.
Przypisanie mikroprzelotek, przelotek ślepych/zakopanych.
Składowanie warstw dla optymalnej wydajności.
Zarządzanie temperaturą i dystrybucja mocy.
Symulacje są zazwyczaj przeprowadzane w celu weryfikacji projektu i przewidzenia ewentualnych problemów przed rozpoczęciem produkcji.

Laminowanie i układanie warstw
Płytki HDI PCB to zazwyczaj płytki wielowarstwowe, które są laminowane warstwowo w celu uzyskania stosunkowo gęstej obudowy. Proces laminowania obejmuje:

Laminowanie rdzenia i prepregu.
Podgrzewanie i dociskanie warstw.
Zapobieganie rozbieżnościom w celu dokładnego wyrównania. Układanie warstw i układanie warstw jest kluczowym elementem projektowania płytek HDI PCB, ponieważ decyduje o ich parametrach elektrycznych i niezawodności mechanicznej.
Wiercenie i formowanie przelotek
Mikroprzelotki, przelotki ślepe i przelotki zagrzebane należą do kluczowych cech płytek HDI PCB. Są one wykonywane za pomocą zaawansowanych metod wiercenia, takich jak:

Wiercenie laserowe: Odpowiednie dla mikroprzelotek wymagających wysokiej precyzji.
Wiercenie mechaniczne: Stosowane do większych przelotek i otworów przelotowych.
Po wierceniu, przelotki są miedziowane w celu zapewnienia połączenia elektrycznego między warstwami. Ten etap nazywa się bezprądowym nanoszeniem miedzi.

Trawienie
Niechciana miedź jest usuwana poprzez proces trawienia płytki, a następnie formowane są wzory obwodów. Następnie na płytkę nakładany jest fotorezyst, a wzór jest naświetlany światłem UV. Naświetlenia są trawione (chemicznie), tworząc delikatne linie i przestrzenie.

Dokładność jest tutaj niezbędna, ponieważ płytki HDI wymagają bardzo precyzyjnych szerokości linii i odstępów.

Nakładanie maski lutowniczej
Ścieżki miedziane są następnie pokrywane maską lutowniczą, aby chronić je przed utlenianiem i uniknąć zwarć podczas montażu. Maska lutownicza jest zazwyczaj zielona, ​​ale możliwe jest również zastosowanie innych kolorów. Maska lutownicza jest nakładana na płytkę metodą sitodruku i utwardzana światłem UV lub ciepłem.

Wykończenie powierzchni
Wykończenie powierzchni chroni płytkę przed wpływem środowiska, zwiększając tym samym jej ogólną trwałość i lutowalność. Niektóre wykończenia popularnie stosowane w projektowaniu płytek HDI to:

ENIG (bezprądowe niklowanie immersyjne złota): Charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję i lutowalnością.
OSP (organiczny środek konserwujący lutowność): Bezołowiowa alternatywa stosowana w procesach przyjaznych dla środowiska.
Srebro immersyjne / cyna immersyjna: Niedrogie wykończenia do określonych zastosowań.
Wybór konkretnego wykończenia powierzchni będzie zależał od kosztów, wymagań aplikacji i kwestii środowiskowych związanych z daną drewnianą podłogą.

Testowanie elektryczne
Płytka drukowana HDI powinna zostać przetestowana pod kątem funkcjonalności przed wysyłką do klienta. Typowe testy obejmują:

Test ciągłości: w celu sprawdzenia, czy wszystkie segmenty kabla są połączone.
Test impedancji: w celu sprawdzenia połączenia o wysokiej wydajności sygnału.
Test naprężeń termicznych: w celu sprawdzenia wydajności płytki w warunkach naprężeń.
Inspekcja końcowa i kontrola jakości
Ostatnim etapem procesu produkcyjnego jest kompletna inspekcja płytki, która sprawdza jej zgodność ze specyfikacjami projektowymi i standardami jakości. AOI (automatyczna inspekcja optyczna) i inspekcja rentgenowska to bardziej zaawansowane metody stosowane do identyfikacji niewidocznych oznak niedoskonałości. Zastosowania projektowania płytek HDI

Płytki PCB o wysokiej gęstości połączeń są stosowane w następujących dziedzinach:

Elektronika użytkowa: telefony komórkowe, tablety i urządzenia noszone.
Systemy motoryzacyjne: systemy ADAS, systemy informacyjno-rozrywkowe i czujniki.
Urządzenia medyczne: instrumenty diagnostyczne, implanty i przenośne urządzenia monitorujące.
Przemysł lotniczy i obronny: awionika, systemy komunikacyjne i zestawy radarowe.
HPC, serwery, centra danych i procesory AI.
Elastyczność układu PCB HDI sprawia, że ​​jest on niezbędny w branżach wymagających wysokiej wydajności i małych formatów.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące projektowania płytek drukowanych HDI
Jakie są główne zalety projektowania płytek drukowanych HDI?

Zalety projektowania płytek drukowanych HDI Projektowanie płytek drukowanych HDI ma wiele zalet, takich jak:

Zwiększona funkcjonalność w mniejszych przestrzeniach.
Lepsza transmisja sygnału i mniejsze straty sygnału.
Poprawione parametry termiczne i niezawodność.
Możliwość zastosowań o dużej prędkości i wysokiej częstotliwości.

Czym różni się projektowanie płytek drukowanych HDI od projektowania płytek drukowanych w tradycyjny sposób?

Projektowanie płytek drukowanych metodą HDI wykorzystuje cieńsze linie, mniejsze przelotki i więcej warstw w porównaniu z konwencjonalnym projektowaniem płytek drukowanych. Dzięki temu można umieścić więcej komponentów i połączeń na mniejszej przestrzeni, co sprawia, że ​​płytki HDI doskonale nadają się do bardzo gęstych, złożonych płytek drukowanych.

Jakie problemy występują w produkcji płytek HDI?

Do wyzwań należą między innymi dokładne wyrównanie podczas laminowania, precyzyjne laserowe wiercenie mikroprzelotek oraz jakość sygnału w projektach o dużej gęstości. To właśnie tym wyzwaniom można sprostać jedynie dzięki zaawansowanym metodom produkcji i bardzo rygorystycznej kontroli jakości.

Jak możemy pomóc Ci zoptymalizować projekt płytki HDI?

Aby ulepszyć projekt płytki HDI PCB:

Wykorzystaj zaawansowane narzędzia CAD, aby zapewnić realistyczne symulacje.
Uzyskaj odpowiedni układ warstw i impedancję.
Nawiąż współpracę z uznanym producentem, który oferuje wysoką jakość.
Czy projektowanie płytek HDI PCB jest opłacalne?

Chociaż płytki HDI PCB są droższe niż inne typy ze względu na bardziej skomplikowany proces produkcji, charakteryzują się małymi rozmiarami, dużymi możliwościami i niezawodnością, co czyni je opłacalną opcją w dłuższej perspektywie.

Wnioski
Projektowanie płytek HDI PCB jest fundamentalnym elementem nowoczesnego przemysłu elektronicznego, ponieważ umożliwia produkcję małych, szybkich produktów, których wymaga obecne, dynamiczne i zaawansowane technologicznie środowisko. Od smartfonów po zaawansowane komputery, płytki HDI PCB stały się niezbędne. Możesz wykorzystać projektowanie płytek HDI PCB do projektowania innowacyjnych rozwiązań, które umożliwią i zdefiniują to, co można osiągnąć w 2025 roku i później, rozumiejąc podstawy ich budowy, co należy wziąć pod uwagę w projektach i trendy w branży.