Giới thiệu về PCB mật độ cao HDI

24 Tháng Tư, 2022

1004

Source: Altium

Một vài hình ảnh về stack-up của mạch PCB mật độ cao HDI:

Bảng mạch in kết nối mật độ cao (PCB) – High-Density Interconnect (HDI) là một phần ngày càng không thể thiếu trong ngành công nghiệp điện tử và PCB. Các linh kiện điện tử ngày càng trở nên nhỏ hơn và nhẹ hơn nhưng vẫn đòi hỏi hiệu suất ngày càng được cải thiện. Để đáp ứng điều này, bạn cần phải đóng gói nhiều chức năng hơn vào một khu vực nhỏ hơn. Đó chính xác là những gì HDI PCB cung cấp.

BẢNG MẠCH IN HDI LÀ GÌ?

HDI PCB có mật độ mạch trên một đơn vị diện tích cao hơn PCB thông thường. Họ sử dụng kết hợp các via chôn (buried) và via mù (blind) , cũng như các via microvia- những microvia có đường kính 0,006 ″ trở xuống. Bảng mạch mật độ cao là PCB có một hoặc nhiều đặc điểm sau:

Via xuyên lỗ through và via chôn buried
Via xuyên lỗ through từ bề mặt này sang bề mặt khác
Ít nhất hai lớp với via xuyên lỗ
Cấu trúc không lõi core với các cặp lớp (layer pair)
Kết cấu chất nền thụ động (Passive substrate) không có kết nối điện
Các cấu trúc thay thế của các bản dựng không lõi với các cặp lớp (layer pair)

Công nghệ HDI trong bảng mạch in và các lĩnh vực khác đã là động lực quan trọng để phát triển nhiều thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng ngày nay, đặc biệt là những thiết bị đã giảm đáng kể về kích thước và trọng lượng trong những năm gần đây. Thiết bị càng nhỏ thì càng có nhiều khả năng sử dụng công nghệ HDI.

Dung sai chặt chẽ liên quan đến việc làm việc với bảng mạch in HDI có nghĩa là bạn cần hợp tác với một nhà cung cấp có kinh nghiệm. Ngay cả một khiếm khuyết nhỏ hoặc sai sót trong bố cục cũng có thể gây ra những vấn đề đáng kể. Là nhà cung cấp bảng mạch in HDI hàng đầu, Millennium Circuits Limited có thể cung cấp các bảng chất lượng hàng đầu có mật độ mạch cao hơn đáng kể so với PCB truyền thống của bạn.

LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ HDI

Công nghệ HDI cung cấp các lợi thế khác nhau so với các tùy chọn khác có thể cải thiện kết quả dự án của bạn. Với thiết kế phù hợp và nhà cung cấp phù hợp, việc sử dụng bảng HDI trong sản phẩm của bạn có thể cải thiện chất lượng và hiệu suất tổng thể, cũng như tỷ lệ hài lòng của khách hàng và điểm mấu chốt của bạn. Các lợi thế khác bao gồm:

Kích thước nhỏ hơn và trọng lượng thấp hơn: Với bo mạch HDI, bạn có thể đảm bảo nhiều linh kiện hơn trên cả hai mặt ngoài của PCB, cho phép bạn có được nhiều chức năng hơn từ một không gian nhỏ hơn và mở rộng khả năng tổng thể của thiết bị. Công nghệ HDI cho phép bạn thêm chức năng đồng thời giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm.
Cải thiện hiệu suất điện: Khoảng cách ngắn hơn giữa các thành phần và số lượng bóng bán dẫn cao hơn có thể đồng nghĩa với việc cải thiện hiệu suất điện. Các tính năng này cho phép tiêu thụ điện năng thấp hơn, giúp cải thiện tính toàn vẹn của tín hiệu. Kích thước nhỏ hơn tương quan với việc truyền tín hiệu nhanh hơn và giảm đáng kể hơn những tổn thất tín hiệu tổng thể và độ trễ truyền.
Tăng hiệu quả về mặt chi phí: Với việc lập kế hoạch và sản xuất phù hợp, bảng HDI có thể tiết kiệm chi phí hơn so với các lựa chọn khác vì chúng yêu cầu ít nguyên liệu hơn do kích thước nhỏ hơn và số lớp cần thiết thấp. Đối với một sản phẩm đã từng yêu cầu nhiều PCB truyền thống, bạn có thể sử dụng một bảng HDI. Bạn có thể nhận được nhiều chức năng và giá trị hơn từ một khu vực nhỏ hơn và ít vật liệu hơn.

Thời gian sản xuất nhanh hơn: Khả năng sử dụng ít vật liệu hơn – và thậm chí ít bo mạch hơn – kết hợp với hiệu quả thiết kế được liên kết với công nghệ HDI có thể chuyển thành thời gian sản xuất nhanh hơn và khung thời gian ngắn hơn cần thiết để đưa sản phẩm của bạn ra thị trường. Các linh kiện tương đối dễ đặt trong HDI PCB và hiệu suất điện cao giúp giảm thời gian cần thiết để kiểm tra và khắc phục sự cố.
Nâng cao độ tin cậy: Tỷ lệ aspects ratio nhỏ hơn và cấu trúc microvia chất lượng cao có thể làm tăng độ tin cậy cho bảng và sản phẩm của bạn. Hiệu suất được cải thiện và độ tin cậy mà HDI PCB cung cấp sẽ dẫn đến giảm chi phí và khách hàng hài lòng hơn.

CÂN NHẮC THIẾT KẾ CHO HDI PCBS

Các quy trình liên quan đến sản xuất HDI PCB thường khác với các quy trình được sử dụng với các loại PCB khác. Dưới đây là những điều bạn cần biết về sản xuất bo mạch HDI và một số lưu ý về thiết kế mà bạn sẽ muốn ghi nhớ trong suốt quá trình sản xuất:

Cán tuần tự (sequential lamination): Trong quá trình cán mỏng, các core hoặc core PCB được kết hợp với đồng (copper), cũng như các lớp pre-preg đối với PCB nhiều lớp, bằng cách áp dụng nhiệt và áp lực. Lượng nhiệt và áp suất cần thiết khác nhau giữa các bo mạch. Sau khi giai đoạn cán hoàn tất, nhà sản xuất PCB sẽ khoan via. Không giống như các loại PCB khác, bảng HDI trải qua quá trình này nhiều lần. Các lớp mỏng tuần tự này giúp ngăn ngừa dịch chuyển và hỏng trong quá trình khoan.
Quy trình Via-in-Pad: Quy trình sản xuất via-in-pad cho phép bạn đặt via trên bề mặt của các vùng bằng phẳng trên PCB của bạn bằng cách mạ via, lấp đầy nó bằng một trong các loại điền đầy khác nhau, đóng nắp và cuối cùng, mạ trên nó. Via-in-pad thường là một quy trình gồm 10 đến 12 bước, đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và kỹ thuật viên lành nghề. Via-in-pad là một lựa chọn thông minh cho HDI PCB vì nó có thể đơn giản hóa việc quản lý nhiệt, giảm yêu cầu về không gian và cung cấp một trong những con đường ngắn nhất cho tụ điện bypass với các thiết kế tần số cao.
Các loại điền đầy via : Các loại điền đầy via phải luôn phù hợp với ứng dụng cụ thể của bạn và các yêu cầu về PCB. Thông qua các vật liệu lấp đầy mà chúng tôi làm việc thường xuyên bao gồm xi mạ điện hóa, tráng bạc, phủ đồng, epoxy dẫn điện và epoxy không dẫn điện. Loại phổ biến nhất điền đầy via là epoxy không dẫn điện. Vật liệu lấp đầy phải cho phép các microvia và via tiêu chuẩn, via mù blind, via chôn buried hoặc khoan, sau đó được mạ để giấu nó bên dưới các vùng SMT. Chúng tôi thường sử dụng nhiều chu kỳ khoan ở độ sâu được kiểm soát chính xác để đảm bảo quá trình khoan được thực hiện đúng mỗi lần. Mức độ kiểm soát này đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và thời gian phát triển lâu hơn.

Cấu trúc HDI: HDI PCB có một số tùy chọn bố cục khác nhau. Một số phổ biến nhất là 1-n-1 PCB và 2-n-2 PCB. PCB 1-n-1 chứa một cấu trúc duy nhất của các lớp kết nối với nhau có mật độ cao, vì vậy đây là dạng bảng mạch in HDI “đơn giản nhất”. Nó yêu cầu một cán tuần tự trên mỗi mặt của lõi. PCB 2-n-2 có hai lớp HDI và cho phép các microvia được xếp so le hoặc xếp chồng lên nhau qua các lớp. Các thiết kế phức tạp thường kết hợp cấu trúc microvia xếp chồng lên nhau bằng đồng. Các cấu trúc có thể tăng lên mức X-n-X rất cao, mặc dù độ phức tạp và chi phí thường hạn chế sự tích tụ. Một tùy chọn quan trọng khác là HDI lớp bất kỳ. Điều này liên quan đến một bố cục HDI cực kỳ dày đặc để các dây dẫn trên bất kỳ lớp nào của PCB có thể kết nối với nhau một cách tự do với các cấu trúc microvia laser. Những thiết kế này xuất hiện trong chip GPU và CPU trong điện thoại thông minh và các thiết bị di động khác.
Công nghệ khoan Laser: Các thiết kế HDI lớp bất kỳ thường yêu cầu các microvia laser được tạo ra bằng các mũi khoan laser. Những mũi khoan này tạo ra một tia laser có đường kính lên đến 20 micron, có thể dễ dàng cắt xuyên qua cả kim loại và thủy tinh, tạo ra những lỗ rất nhỏ nhưng sạch sẽ. Bạn có thể tạo ra các lỗ nhỏ hơn nữa bằng cách sử dụng các vật liệu như thủy tinh đồng nhất, có hằng số điện môi thấp.

CÂN NHẮC CHI PHÍ HDI PCB

Nhiều yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến chi phí của một bảng HDI. Hãy ghi nhớ những cân nhắc này để xác định ngân sách của bạn và đảm bảo đơn đặt hàng PCB của bạn tiết kiệm chi phí nhất có thể:

Loại và số lượng Via, via xuyên through hole hoặc Microvia: Thông qua, microvia hoặc lỗ xuyên mà bạn chọn cho HDI PCB của mình sẽ ảnh hưởng đến giá thành của nó, cũng như số lượng các tính năng này bạn cần. Các via nhỏ hơn có giá cao hơn các via lớn hơn vì chúng đòi hỏi độ chính xác cao hơn. Tất nhiên, việc thêm nhiều via cũng có thể làm tăng giá.
Chiều cao stackup và số lớp: Loại stackup bạn cần cũng sẽ ảnh hưởng đến chi phí. Bố trí PCB mật độ cao 2-n-2 phức tạp hơn so với 1-n-1, vì vậy nó sẽ đắt hơn. Các lớp bổ sung làm tăng giá. Bạn nên nhắm đến số lượng lớp tiết kiệm và hiệu quả nhất.
Vật liệu được sử dụng: Bạn có thể có một số lựa chọn cho vật liệu mà hội đồng quản trị của bạn kết hợp. Vật liệu cốt lõi có thể là FR4, kim loại, sợi thủy tinh hoặc vật liệu khác tùy thuộc vào ứng dụng. Đối với lớp hoàn thiện bề mặt, bạn có thể chọn giữa ENIG, HASL, thiếc ngâm, bạc ngâm, vàng và hơn thế nữa. ENIG là phổ biến nhất cho HDI do tính phẳng và khả năng dễ hàn của nó.
Số lượng các lớp tuần tự: Số lớp và số lượng các loại cấu trúc xác định số lượng các lớp tuần tự được yêu cầu. Mặc dù nhiều lớp phủ hơn đồng nghĩa với thời gian xử lý nhiều hơn và chi phí cao hơn, nhưng việc thêm nhiều lớp có thể giúp cải thiện hiệu suất và hiệu quả chi phí của sản phẩm.
Xếp chồng và so le: Cũng có thể có sự khác nhau về chi phí giữa thiết lập xếp chồng và thiết lập so le. Các microvia xếp chồng lên nhau có thể chứa đầy đồng, nhưng các microvia xếp so le thì không. Việc lấp đầy via có nghĩa là cần thêm vật liệu và thời gian để hoàn thành dự án.

Kích thước pad: Bạn nên xác định kích thước pad sớm để giúp giảm chi phí. Biết kích thước đệm phù hợp sẽ giúp bạn lập kế hoạch thiết kế hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
Thời gian quay vòng: Nếu bạn yêu cầu giao hàng gấp, bạn có thể phải chịu chi phí cao hơn do cần thêm nguồn lực để hoàn thành đơn hàng gấp. Đôi khi, những tình huống xảy ra vào phút cuối nằm ngoài tầm kiểm soát của bạn, nhưng việc lập kế hoạch đặt hàng trước có thể giúp tăng hiệu quả chi phí. MCL cung cấp thời gian quay vòng nhanh chóng và dịch vụ khách hàng nhanh chóng .
Nhà cung cấp PCB: Các đối tác mà bạn chọn làm việc cũng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến chi phí của bo mạch HDI của bạn. Bạn muốn chọn một nhà cung cấp với giá cả cạnh tranh cũng có thể cung cấp hiệu quả các sản phẩm chất lượng cao để đảm bảo hiệu quả về chi phí. Tốt hơn hết bạn nên đặt mua một mặt hàng chất lượng cao một lần thay vì phải sửa chữa hoặc thay thế các thành phần sau khi đặt hàng.

CÁC NGÀNH VÀ ỨNG DỤNG HDI PCB

Công nghệ HDI là một thành phần quan trọng của nhiều công nghệ tiên tiến hiện nay. Việc thu nhỏ các thành phần điện tử bao gồm PCB đã cho phép các nhà sản xuất sản xuất các thiết bị nhỏ hơn, tiết kiệm chi phí hơn mà không làm giảm hiệu suất hoặc độ tin cậy. Dưới đây chỉ là một vài trong số các ngành sử dụng HDI PCB, cũng như cách họ sử dụng chúng:

Điện tử tiêu dùng: Máy tính được sử dụng để chiếm toàn bộ phòng, nhưng bây giờ, một phần nhờ công nghệ HDI, các thiết bị nhỏ như đồng hồ thông minh thực chất là máy tính cá nhân thu nhỏ. Bạn có thể tìm thấy bảng HDI trong máy tính xách tay, điện thoại thông minh, máy tính bảng và thiết bị đeo được, cũng như các thiết bị điện tử tiêu dùng khác như máy ảnh kỹ thuật số và thiết bị GPS. HDI PCB đóng một vai trò quan trọng trong việc cho phép người tiêu dùng hàng ngày tiếp cận những công nghệ mạnh mẽ này. Chúng cũng là thành phần thiết yếu của các thiết bị IoT cho gia đình, bao gồm bộ điều nhiệt thông minh, tủ lạnh và nhiều thiết bị được kết nối khác có sẵn. Khi các thiết bị thông minh này trở nên phổ biến hơn, bảng HDI cũng vậy.
Truyền thông: Ngoài điện thoại thông minh và máy tính xách tay, HDI PCB cũng xuất hiện trong các thiết bị cho phép các thiết bị đó hoạt động, chẳng hạn như bộ định tuyến, công tắc, mô-đun và chất bán dẫn. Bất cứ khi nào bạn sử dụng liên lạc điện tử, một thiết bị máy tính hoặc một thiết bị sử dụng sóng vô tuyến, rất có thể bạn đang sử dụng bảng HDI. Thiết bị âm thanh và video kỹ thuật số cũng thường xuyên sử dụng công nghệ HDI. Các bo mạch này hiện diện trong các thiết bị được sử dụng cho giao tiếp cá nhân, cũng như các mạng được sử dụng bởi các doanh nghiệp.
Ô tô và Hàng không vũ trụ: HDI PCB cho phép các nhà sản xuất lắp nhiều khả năng hơn vào các không gian nhỏ hơn và các thiết bị có trọng lượng nhẹ hơn. Điều này đặc biệt hữu ích trong các ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, nơi trọng lượng thấp hơn có thể có nghĩa là hoạt động hiệu quả hơn. Giống như hầu hết mọi thứ khác, ô tô ngày càng được kết nối và máy tính hóa nhiều hơn. Xe hơi ngày nay có khoảng 50 bộ vi xử lý đóng vai trò điều khiển động cơ, chẩn đoán, tính năng an toàn và các tiện ích khác. Nhiều tính năng mới như WiFi và GPS tích hợp, camera chiếu hậu và cảm biến dự phòng dựa trên HDI PCB. Khi công nghệ ô tô tiếp tục phát triển, công nghệ HDI có thể sẽ ngày càng đóng một vai trò quan trọng.

Thiết bị y tế: Các thiết bị y tế điện tử tiên tiến – bao gồm một số loại thiết bị để theo dõi, hình ảnh, quy trình phẫu thuật, phân tích trong phòng thí nghiệm và các mục đích sử dụng khác – có thể kết hợp bảng HDI. Công nghệ mật độ cao thúc đẩy hiệu suất được cải thiện và các thiết bị nhỏ hơn, tiết kiệm chi phí hơn, có khả năng cải thiện độ chính xác của việc theo dõi và kiểm tra y tế.
Sử dụng trong công nghiệp: Các thiết bị công nghiệp cũng đang được máy tính hóa nhiều hơn và các thiết bị IoT đang trở nên phổ biến hơn trong sản xuất, kho bãi và các cơ sở công nghiệp khác. Nhiều thiết bị tiên tiến này sử dụng công nghệ HDI. Ngày nay, các doanh nghiệp sử dụng các công cụ điện tử để theo dõi hàng tồn kho và giám sát hoạt động của thiết bị. Càng ngày, máy móc bao gồm các cảm biến thông minh thu thập dữ liệu sử dụng và kết nối internet để giao tiếp với các thiết bị thông minh khác, cũng như chuyển tiếp thông tin đến ban quản lý và giúp tối ưu hóa hoạt động.

Dịch từ nguồn: https://www.mclpcb.com/technologies/high-technology/hdi/

Link tham khảo:

https://www.hemeixinpcb.com/company/news/313-types-of-hdi-pcb-stackup.html

https://resources.pcb.cadence.com/blog/multilayer-pcb-design-hdi-stackup-demystified

https://www.protoexpress.com/blog/becoming-a-pcb-master-hdi/

https://www.pcbjhy.com/hdi-pcb/57473622.html

https://resources.altium.com/p/2n2-pcb-stackup-design-hdi-boards