Полное руководство по проектированию печатных плат HDI (2025)

Печатные платы с высокой плотностью межсоединений (HDI) играют важную роль в современной революции в электронике, предлагая плотные и высокопроизводительные решения для высокотехнологичных приложений. В связи с растущим спросом на компактные и быстрые устройства, проектирование HDI-печатных плат становится неотъемлемой частью электронной промышленности. Это полное руководство познакомит вас с производственным процессом, факторами проектирования, а также с основными аспектами HDI-печатных плат, что поможет вам получить четкое представление об этой передовой области.

Что такое HDI PCB Design?
HDI PCB Design используется для создания печатных плат с высокой плотностью компонентов и межсоединений. В отличие от обычных печатных плат, HDI PCB используют более тонкие линии, меньшие переходные отверстия и большее количество слоёв, чтобы разместить больше элементов в меньшем пространстве. Это делает их подходящими для таких применений, как смартфоны, носимые устройства, медицинские устройства, автомобили и системы искусственного интеллекта.

Основные характеристики HDI PCB:

Микропереходные отверстия: очень маленькие переходные отверстия (менее 150 микрон) используются для соединения слоёв.

Слепые и скрытые переходные отверстия: отверстия, которые не проходят через всю плату, что экономит место.

Высокое наложение слоёв: они позволяют упаковать большое количество слоёв в один стек.

Тонкие диэлектрические материалы: минимизируют ослабление сигнала и потери даже на самых высоких частотах. Почему проектирование HDI PCB важно в 2025 году?
Поскольку электроника становится всё более интегрированной, проектирование HDI PCB становится необходимостью для удовлетворения требований современных и будущих технологий. По прогнозам исследовательской компании MarketsandMarkets, мировой рынок HDI PCB, объём которого в 2023 году составлял 13,6 млрд долларов, к 2028 году достигнет 18,8 млрд долларов благодаря внедрению инноваций в области 5G, Интернета вещей и искусственного интеллекта.

Возможность разместить больше функций в том же или меньшем пространстве без ущерба для производительности — вот истинное преимущество HDI PCB. Проектирование HDI PCB определяет будущее электроники: от обеспечения рекордной скорости передачи сигналов устройствами 5G до использования в качестве межсоединений для систем искусственного интеллекта, выполняющих самые сложные вычисления.

Материалы для проектирования HDI PCB
Выбор материалов, используемых при изготовлении HDI PCB, имеет решающее значение для обеспечения производительности и надёжности. К распространённым материалам относятся:

Токопроводящий слой: медная фольга: обеспечивает хорошую электропроводность.
FR4: Очень распространенный материал подложки, но более современные варианты, такие как полиимид или ламинаты с керамическим наполнителем (с керамическими микросферами), часто являются предпочтительным выбором для HDI-конструкций благодаря их превосходной термической и механической стабильности.

Препрег и сердечник: например, изоляция между проводящими слоями. Паяльный резист: изолирует схему от припоя, а также предотвращает образование перемычек при сборке.

Материалы выбираются в зависимости от целей применения, условий эксплуатации и требований к сигналам.

Процесс изготовления HDI-печатных плат
Изготовление HDI-печатных плат состоит из множества сложных этапов, которые должны выполняться с высокой точностью и с использованием самых современных технологий. Подробное описание процесса производства приведено ниже:

Проектирование и компоновка
Прежде чем приступить к изготовлению HDI-печатной платы, необходимо начать процесс проектирования схемы. Инженеры используют передовые инструменты САПР, такие как Altium Designer или Cadence Allegro, для разработки проекта, учитывая такие факторы, как:

Целостность сигнала и контроль импеданса.
Назначение микропереходов, глухих/скрытых переходов.
Компоновка слоёв для оптимальной производительности.
Управление температурой и распределение питания.
Моделирование обычно проводится для проверки проекта и выявления возможных проблем до начала производства.

Ламинирование и наложение слоёв
Печатные платы HDI, как правило, представляют собой многослойные платы, которые ламинируются для получения относительно плотного корпуса. Процесс ламинирования включает в себя:

Ламинирование основы и препрега;
Нагрев и прессование слоёв;
Предотвращение несоосности для обеспечения точного совмещения. Наложение слоёв и наложение слоёв — важнейшая часть проектирования печатных плат HDI, поскольку они определяют электрические характеристики и механическую надёжность платы.
Сверление и формирование переходных отверстий
Микропереходы, глухие и скрытые переходные отверстия являются одними из ключевых характеристик печатных плат HDI. Для их изготовления используются сложные методы сверления, такие как:

Лазерное сверление: подходит для микропереходов, требующих высокой точности.

Механическое сверление: используется для больших переходных отверстий и сквозных отверстий.
После сверления на переходные отверстия наносится медное покрытие для обеспечения электрического соединения между слоями. Этот этап называется химическим осаждением меди.

Травление
Нежелательная медь удаляется с платы методом травления, после чего формируются печатные схемы. Затем на плату наносится фоторезист, и рисунок экспонируется УФ-излучением. Засветка удаляется (химическим способом), образуя тонкие линии и промежутки.

Точность здесь крайне важна, поскольку для печатных плат HDI требуется высокая точность ширины линий и зазоров.

Нанесение паяльной маски
Медные дорожки затем покрываются паяльной маской для защиты от окисления и предотвращения коротких замыканий во время сборки. Паяльная маска обычно имеет зеленый цвет, однако могут быть получены и другие цвета. Паяльная маска наносится методом трафаретной печати на плату и отверждается УФ-излучением или нагревом.

Покрытие поверхности
Покрытие защищает плату от воздействия окружающей среды, тем самым увеличивая ее общую долговечность и паяемость. Некоторые покрытия, широко используемые в разработке печатных плат HDI:

ENIG (химическое иммерсионное никелирование): обладает отличной коррозионной стойкостью и паяемостью. OSP (органический консервант паяемости): бессвинцовая альтернатива, используемая в экологически чистых процессах.
Иммерсионное серебро / иммерсионное олово: недорогие покрытия для определенных целей.
Выбор конкретного покрытия поверхности зависит от стоимости, требований к применению и экологических требований к конкретному деревянному полу.

Электрические испытания
Печатная плата HDI должна быть проверена на работоспособность перед отправкой заказчику. К распространенным испытаниям относятся:

Проверка целостности цепи: для проверки подключения всех сегментов кабеля.

Испытание импеданса: для проверки соединения с высокой пропускной способностью сигнала.

Испытание на термическую нагрузку: для проверки работоспособности платы в условиях нагрузки.

Окончательная проверка и контроль качества
Заключительным этапом производственного процесса является полная проверка платы, при которой она проверяется на соответствие проектным спецификациям и стандартам качества. AOI (автоматизированный оптический контроль) и рентгеновский контроль — более сложные методы, используемые для выявления скрытых дефектов. Применение проектирования печатных плат HDI

Печатные платы с высокой плотностью межсоединений применяются в следующих областях:

Бытовая электроника: мобильные телефоны, планшеты и носимые устройства.

Автомобильные системы: системы помощи водителю (ADAS), информационно-развлекательные системы и датчики.

Медицинское оборудование: диагностические приборы, имплантаты и портативные устройства мониторинга.

Авиационно-космическая и оборонная промышленность: авионика, системы связи и радиолокационные системы.

Высокопроизводительные вычислительные системы (HPC), серверы, центры обработки данных и процессоры для искусственного интеллекта.

Гибкость компоновки печатных плат HDI делает их незаменимыми для высокопроизводительных и компактных устройств.

Часто задаваемые вопросы о проектировании печатных плат HDI
Каковы основные преимущества проектирования печатных плат HDI?

Преимущества проектирования печатных плат HDI. Проектирование печатных плат HDI имеет множество преимуществ, таких как:

Расширенная функциональность в компактных размерах.

Лучшая передача сигнала и меньшие потери сигнала.

Повышенные тепловые характеристики и надежность.

Поддержка высокоскоростных и высокочастотных приложений.

В чем разница между проектированием печатных плат HDI и проектированием обычных печатных плат?

В проектировании печатных плат с HDI используются более тонкие линии, меньшие переходные отверстия и больше слоёв по сравнению с традиционным проектированием печатных плат. Таким образом, больше компонентов и межсоединений можно разместить в меньшем пространстве, поэтому HDI печатные платы отлично подходят для сложных печатных плат с высокой плотностью компонентов.

С какими проблемами сталкивается производство HDI печатных плат?

Некоторые из них — это точное совмещение при ламинировании, точное лазерное сверление микроотверстий и качество сигнала в конструкциях с высокой плотностью компонентов. Именно эти проблемы можно решить только с помощью передовых методов производства и очень строгого контроля качества.

Как мы можем помочь вам оптимизировать проектирование HDI печатной платы?

Чтобы улучшить проектирование HDI печатной платы:

Используйте высокоуровневые инструменты САПР для обеспечения реалистичного моделирования.
Определите правильное расположение слоёв и импеданс.
Работайте с проверенным производителем, который может производить качественную продукцию.
Выгодно ли проектирование HDI печатной платы?

Хотя платы HDI стоят дороже других типов из-за более сложного процесса производства, они имеют небольшие размеры, широкие функциональные возможности и надежны, что делает их экономически выгодным вариантом в долгосрочной перспективе.

Заключение
Проектирование печатных плат HDI является основополагающим элементом современной электронной промышленности, поскольку позволяет производить компактные высокоскоростные устройства, востребованные в современной быстро меняющейся технологической среде. Платы HDI стали необходимыми для всех сфер применения: от смартфонов до высокопроизводительных компьютеров. Вы можете использовать проектирование печатных плат HDI для разработки инновационных решений, которые позволят определить и определить будущие достижения в 2025 году и далее, понимая основы их создания, что следует учитывать в своих проектах и ​​тенденции в отрасли.

Промышленное контрольно-измерительное оборудование