المعوقات الشائعة في تصميم الـ HDI PCB يجب على مهندسي الأجهزة والتخطيط تجنبها

 الخلط بين ترتيب بناء HDI والعدد الإجمالي لطبقات PCB.

سيناريو شائع: عند تصميم مكون BGA بمسافة 0.4 مم، يختار المهندس تكديس HDI من الدرجة الأولى. بعد اكتمال التخطيط، يكتشفون مساحة توجيه غير كافية لمروحة BGA. هذا يجبر على إعادة تصميم كاملة للتكديس وإعادة طباعة اللوحة، مما يؤخر جداول المشروع. مشكلة أخرى متكررة هي التعريف غير الواضح بين الثقوب المكدسة والثقوب المتعرجة. إذا فشلت وثائق التصنيع في تحديد نوع الثقب، فقد يطبق مصنع PCB العملية الخاطئة، مما يؤدي إلى لوحات غير وظيفية وتأخيرات في المشروع.

مفهوم خاطئ منتشر على نطاق واسع: ترتيب HDI يساوي العدد الإجمالي لطبقات PCB. في الواقع، يشير ترتيب HDI إلى عدد دورات البناء الخارجية المتسلسلة، وليس له علاقة مباشرة بعدد الطبقات التي تحتوي عليها لوحة PCB النهائية.

الثقوب العمياء، الثقوب المدفونة، والثقوب المارة: الفروقات الرئيسية

【الصورة 2 | رسم توضيحي للمقطع العرضي: مقارنة الثقوب العمياء / الثقوب المدفونة / الثقوب المارة】

1. الثقب الأعمى

يتم حفر الثقوب العمياء بالليزر من السطح الخارجي العلوي أو السفلي وتنتهي عند طبقة داخلية محددة، دون اختراق لوحة PCB بأكملها. يظهر فتحة الثقب على جانب واحد فقط من اللوحة، بينما لا توجد فتحة مرئية على الجانب المقابل. مثال على لوحة PCB ذات 8 طبقات: ثقوب تربط L1-L2 أو L8-L7.المزايا: طول الثقب القصير يخلق تأثير جذع أدنى، مما يقلل من الانعكاسات للإشارات عالية السرعة. الثقوب العمياء لا تشغل وسادات على الجانب المقابل، مما يجعلها الحل الأساسي لمروحة BGA.التصنيع: يتم تصنيعها عن طريق الحفر بالليزر.

2. الثقب المدفون

توجد الثقوب المدفونة مخفية بالكامل داخل صفائح PCB، بين طبقات القلب الداخلية. لا يمكن رؤية فتحات الثقوب على السطح العلوي أو السفلي. مثال على لوحة PCB ذات 8 طبقات: ثقوب بين L2-L3 و L4-L5. تدفق الإنتاج: حفر وطلاء الثقوب على نوى داخلية فردية أولاً، ثم تصفيح جميع النوى معًا. بعد التصفيح، تصبح هذه الثقوب مغلقة بالكامل.المزايا: تستهلك الثقوب المدفونة مساحة وسادة سطحية صفرية وتوفر أقل محاثة طفيلية، وهي مثالية للدوائر عالية السرعة.

3. الثقب المار

تحفر الثقوب المارة بشكل مستقيم من الطبقة العلوية وصولاً إلى الطبقة السفلية، مروراً بكل طبقة من طبقات PCB. تكون فتحات الثقوب مرئية على جانبي اللوحة النهائية.

ما هو ترتيب HDI؟

【الصورة 3 | مقارنة تكديس HDI: 1+N+1، 2+N+2، 3+N+3، أي طبقة】 القاعدة الحاسمة: ترتيب HDI ≠ العدد الإجمالي لطبقات PCB. يحسب ترتيب HDI عدد دورات البناء (التصفيح + تشكيل الثقوب العمياء بالليزر) المطبقة على الطبقات الخارجية.

1. HDI من الدرجة الأولى | الترميز: 1+N+1

دورة بناء خارجية واحدة. يمكن للثقوب العمياء فقط توصيل الطبقات المتجاورة مثل L1-L2 أو Ln-L(n-1). لا يمكنها توصيل L1 مباشرة بـ L3 أو تخطي طبقات داخلية متعددة. الهيكل: قلب سميك به N طبقات داخلية، بالإضافة إلى طبقة عازلة مصفحة على كل جانب خارجي. الثقوب العمياء بالليزر تربط فقط الطبقات الخارجية المجاورة.مسافة BGA الموصى بها: ≥0.5 ممالتكلفة: الأقل بين خيارات HDI. إنتاج ضخم ناضج، معتمد على نطاق واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية ولوحات التحكم الصناعية.

2. HDI من الدرجة الثانية | الترميز: 2+N+2

دورتان بناء، مما يتيح توصيلات مباشرة من الطبقة الخارجية إلى L3. نوعان من HDI من الدرجة الثانية، وهما المصدر الأكثر شيوعًا لأخطاء المهندسين: 【الصورة 4 | مقطع عرضي للثقوب المكدسة مقابل الثقوب المتعرجة】

• الثقوب المكدسة: الثقوب العمياء L1-L2 و L2-L3 متراصة عموديًا، مع ملء نحاسي مطلي على وسادة L2 المشتركة. مسار إشارة أقصر وجذع أصغر. العيوب: صعوبة محاذاة أعلى، موثوقية أقل قليلاً وتكلفة أعلى.

  ملاحظة هامة: الملء النحاسي المطلي إلزامي للثقوب المكدسة. لا يعتبر سد الراتنج وحده مقبولاً.

• الثقوب المتعرجة: الثقوب العمياء L1-L2 و L2-L3 مزاحة أفقيًا بدلاً من التكديس عموديًا. تصنيع أبسط، إنتاجية أعلى وأرخص من الثقوب المكدسة. المقايضة: تستهلك مساحة توجيه قيمة داخل منطقة BGA.

3. HDI من الدرجة الثالثة | الترميز: 3+N+3

ثلاث دورات بناء، تدعم توصيلات الطبقة الخارجية وصولاً إلى L4. يمكن للثقوب العمياء المكدسة الوصول إلى ما يصل إلى ثلاث طبقات عمق. تستخدم لـ BGAs ذات المسافة الدقيقة للغاية (0.3 مم / 0.35 مم)، ورقائق حوسبة الذكاء الاصطناعي ولوحات الأم للخوادم عالية السرعة. تزداد التكلفة بشكل ملحوظ، وتنخفض إنتاجية الإنتاج.

4. HDI من أي طبقة

يتخلى HDI من أي طبقة عن بنية القلب السميك التقليدية N. يتم بناء لوحة PCB طبقة بطبقة. يمكن وضع الثقوب العمياء بالليزر بين أي طبقات متجاورة، مما يتيح التوصيل المباشر بين أي طبقتين دون ثقوب مارة.المزايا: تأثير جذع قريب من الصفر، أداء عالي السرعة من الدرجة الأولى. مثالي لـ BGAs بمسافة أقل من 0.3 مم.العيوب: أسعار ممتازة. تستخدم بشكل أساسي في لوحات الهواتف الذكية وبطاقات مسرعات الذكاء الاصطناعي المتطورة.

إرشادات أساسية لتصميم لوحات HDI PCB

【الصورة 5 | رسم توضيحي لمروحة BGA، مطابقة مسافة BGA مع درجة HDI】

1. مطابقة بنية HDI مع مسافة BGA الخاصة بك (قاعدة الاختيار الأكثر أهمية)

• مسافة ≥0.5 مم: HDI من الدرجة الأولى كافٍ. تجنب الترقية إلى الدرجة الثانية دون داعٍ، مما يزيد التكلفة.
• مسافة =0.4 مم: HDI متعرج من الدرجة الثانية هو الخيار الفعال من حيث التكلفة. قم بالتبديل إلى HDI مكدس من الدرجة الثانية فقط عندما تكون مساحة توجيه BGA مقيدة للغاية.
• مسافة ≤0.35 مم: اختر تقنية HDI من الدرجة الثالثة أو تقنية أي طبقة.

2. اختيار HDI من الدرجة الثانية المكدس مقابل المتعرج أعط الأولوية للثقوب المتعرجة إذا كنت تركز على التكلفة وموثوقية التصنيع. اختر الثقوب المكدسة فقط عندما تكون مساحة التوجيه الداخلية لـ BGA ضيقة. حدد بوضوح الملء المطلي بالنحاس للثقوب المكدسة في رسم التصنيع الخاص بك.
3. قواعد الثقوب العمياء بالليزر والوسادات الحد الأدنى لقطر الثقب الأعمى بالليزر: 0.1 مم (4 ميل). يجب أن تتجاوز حجم الوسادة قطر الثقب بـ ≥6 ميل، مع حلقة سنوية دنيا تبلغ 3 ميل. لا تصمم وسادات الثقوب العمياء بنفس أبعاد وسادات الثقوب المارة، مما يهدر مساحة BGA الثمينة.
4. التحكم في الجذع للإشارات عالية السرعة الثقوب العمياء الأقصر تنتج جذوعًا أصغر وانعكاسًا أقل للإشارة، مما يحسن سلامة السرعة العالية. الثقوب المكدسة لها مسارات أقصر من الثقوب المتعرجة. يلغي HDI من أي طبقة تقريبًا جميع الجذوع، وهو مناسب لروابط DDR5 و PCIe 5.0 و SerDes عالية السرعة.
5. ملاحظات تصميم الثقوب المدفونة يتم حفر الثقوب المدفونة وطلائها في مرحلة القلب الداخلي ولا يمكن تعديلها بالمعالجة بالليزر بعد التصفيح. تعمل الثقوب المدفونة بشكل جيد للاتصالات الداخلية طويلة المدى. لمروحة BGA، يفضل استخدام الثقوب العمياء لتقليل التأثيرات الطفيلية.
6. مقايضات التكلفة ووقت التسليم كل ترقية في ترتيب HDI تزيد تكلفة لوحة PCB بنسبة 30٪ - 50٪ تقريبًا، مع تمديد وقت التسليم وتقليل إنتاجية الإنتاج. مبدأ الاختيار: استخدم الدرجة الأولى بدلاً من الدرجة الثانية حيثما أمكن؛ فضل الثقوب المتعرجة على الثقوب المكدسة؛ استخدم الدرجة الثانية بدلاً من أي طبقة كلما كان ذلك ممكنًا.
7. وثق متطلبات التكديس الخاصة بك بوضوح يقوم العديد من المهندسين بتصدير ملفات تسلسل الطبقات فقط دون وصف بناء HDI. أضف دائمًا ملاحظات التصنيع مثل 1+6+1 HDI من الدرجة الأولى أو 2+6+2 HDI متعرج من الدرجة الثانية في حزمة التصنيع الخاصة بك. بدون تعليمات واضحة، سيطبق مصنع اللوحات عمليته الافتراضية، والتي قد لا تتطابق مع تصميمك وتؤدي إلى لوحات خردة.