2025-09-01
في عصر الجيل الخامس والذكاء الاصطناعي والمركبات الكهربائية (EVs) ، أصبحت أقراص PCB ذات الكثافة العالية (HDI) العمود الفقري للإلكترونيات المدمجة والسريعة والموثوقة.تصاميم 10 طبقات تتميز بكونها "البقعة الحلوة".4mm pitch BGA و 45μm microvias) ، سرعة الإشارة (28GHz + mmWave) ، والقدرة على التصنيع. على عكس أقراص HDI 4 أو 6 طبقات ، يمكن أن تعزل إصدارات 10 طبقات الإشارات عالية السرعة من مسارات الطاقة الصاخبة ،تخفيض الـ EMI بنسبة 40%، وتتعامل مع أنظمة الجهد المتعدد (3.3 فولت، 5 فولت، 12 فولت) في لوحة واحدة.
ومع ذلك ، فإن أقراص HDI ذات 10 طبقات ليست خالية من التعقيد. يمكن أن يدمر التراكم غير المصمم بشكل جيد سلامة الإشارة (SI) ، أو يسبب نقاط ساخنة حرارية ، أو يؤدي إلى ارتفاع معدلات العيوب بنسبة 30٪.للمهندسين والمصنعين، فإن إتقان تصميم تراكم HDI ذي 10 طبقات أمر بالغ الأهمية لفتح الإمكانات الكاملة للأجهزة عالية الأداء من محطات قاعدة 5G إلى أنظمة إدارة بطارية المركبات.
هذا الدليل يكسر أساسيات تجميع أقراص PCB HDI ذات 10 طبقات، وتكوينات الطبقات المثلى، واختيار المواد، وأفضل الممارسات المتعلقة بسلامة الإشارة، والتطبيقات في العالم الحقيقي.مع مقارنات مدفوعة بالبيانات ونصائح قابلة للتنفيذ، وسوف تساعدك على تصميم المجموعات التي تلبي معايير أداء صارمة مع الحفاظ على تكاليف الإنتاج في الاعتبار.
المعلومات الرئيسية
1يوفر مجموعات HDI ذات 10 طبقات مصممة بشكل جيد 40 ٪ أقل من EMI من HDI ذات 6 طبقات ويدعم إشارات 28GHz + mmWave مع خسارة < 1dB / بوصة ◄ حاسمة لتطبيقات 5G والرادار.
2تكوين الـ "إشارة-أرضية-طاقة-إشارة أرضية" (S-G-P-G-S) يقلل من الصوت المتقاطع بنسبة 50٪ ويحافظ على عائق 50Ω/100Ω مع تسامح ± 5٪.
3يؤثر اختيار المواد بشكل مباشر على SI: روجرز RO4350 (Dk = 3.48) يقلل من فقدان الإشارة عند 28GHz ، في حين أن FR4 عالي Tg (Tg≥170 ° C) يوازن التكلفة والأداء لمسارات الترددات المنخفضة.
4الأخطاء الشائعة في التراص (مثل خلط إشارات عالية / منخفضة السرعة ، ومستويات الأرض غير كافية) تسبب 60 ٪ من فشل 10 طبقات HDI SI
5تتكلف أقراص HDI من 10 طبقات 2.5 مرة أكثر من الإصدارات ذات 6 طبقات ولكنها توفر كثافة مكونات أعلى مرتين (1,800 مكون / مربع) ومدة حياة أطول بنسبة 30٪ في البيئات القاسية.
ما هو 10 طبقات HDI PCB Stackup؟
مجموعة PCB HDI ذات 10 طبقات هي هيكل طبقات من طبقات النحاس الموصلة المتناوبة (الإشارة ، الطاقة ، الأرض) والطاقة العازلة (الجزء السفلي ، المضغوط) ،مصممة لتحقيق أقصى قدر من الكثافة و سلامة الإشارةعلى عكس أقراص PCB العشرة الطبقات القياسية (التي تعتمد على القنوات المرورية من خلال الثقب) ، تستخدم HDI العشرة الطبقات microvias عمياء / مدفونة (قطر 45 ‰ 100μm) لربط الطبقات دون إهدار المساحة مما يتيح 0.BGAs 4mm pitch و 25/25μm trace width/spacing.
الأهداف الأساسية لتصميم التراص HDI بـ 10 طبقات
يجب على كل تجميع HDI من 10 طبقات تحقيق ثلاثة أهداف غير قابلة للتفاوض:
1عزل الإشارة: فصل الإشارات عالية السرعة (28 جيه هرتز+) من طائرات الطاقة الصاخبة والدوائر الرقمية لتقليل التداخل.
2إدارة الحرارة: توزيع الحرارة عبر طائرات الأرض / الطاقة 2 ٪4 لتجنب النقاط الساخنة في المكونات عالية الطاقة (على سبيل المثال، EV BMS ICs).
3قابلية التصنيع: استخدام طبقة تسلسلية (مجموعات فرعية للمباني) لضمان محاذاة طبقة ±3μm الحرجة للميكروفيات المتراكمة.
10 طبقات HDI مقابل 10 طبقات PCB القياسية: الاختلافات الرئيسية
يقع الفرق بين HDI من خلال التكنولوجيا وكفاءة الطبقة. أدناه كيف يتراكم HDI من 10 طبقات مقابل PCBs القياسية من 10 طبقات:
| السمة | 10 طبقات HDI PCB Stackup | الـ10 طبقات قياسية لـ (PCB) | التأثير على الأداء |
|---|---|---|---|
| عن طريق النوع | ميكروفيا عمياء/مدفونة (45 ‰ 100μm) | القنوات المرورية من خلال الثقب (200 500μm) | HDI: كثافة أعلى بنسبة 2x ؛ حجم اللوحة أصغر بنسبة 30٪ |
| كثافة المكونات | 1800 مكون/مربع | 900 مكون/مربع | HDI: يتناسب مع 2x أكثر من المكونات (على سبيل المثال ، مودم 5G + GPS) |
| دعم سرعة الإشارة | 28GHz+ (mmWave) | ≤10GHz | HDI: يؤكد 5G / الرادار ؛ معيار: يفشل في اختبارات SI عالية السرعة |
| الحد من الصوت المتقاطع | 50% (من خلال المجموعات الفرعية S-G-P-G-S) | 20% (طائرات أرضية محدودة) | HDI: إشارات أكثر نظافة ؛ BER أقل بنسبة 40٪ (معدل خطأ البت) |
| إنتاج التصنيع | 90% (مع طبقة تسلسلية) | 95٪ (السلسلة البسيطة) | مؤشر HDI: إنتاج أقل قليلاً، ولكن أداء أعلى |
| التكلفة (نسبية) | 2.5x | 1x | HDI: تكلفة أعلى ، ولكن تبرر تصاميم عالية الأداء |
مثال: يتناسب مجموعة HDI من 10 طبقات لخلية صغيرة 5G مع جهاز استقبال 28 GHz ، وموانئ 4x 2.5Gbps Ethernet ، ووحدة إدارة الطاقة (PMU) في 120mm × 120mm footprint vs.180mm × 180mm لـ 10 طبقات PCB قياسية.
تكوينات التركيب المثالي لـ 10 طبقات HDI
لا يوجد "حجم واحد يناسب الجميع" 10 طبقات HDI stackup ولكن اثنين من التكوينات تهيمن على التطبيقات عالية الأداء: متوازنة S-G-P-G-S (5 + 5) وعزل عالية السرعة (4 + 2 + 4).الاختيار يعتمد على مزيج إشارة (السرعة العالية مقابلالطاقة) و احتياجات التطبيق.
تكوين 1: S-G-P-G-S متوازنة (5+5)
هذا التراص التماثل ينقسم الطبقات 10 إلى اثنين متطابقة 5 طبقات فرعية كومة (أعلى 1 ′′ 5 وأسفل 6 ′′ 10) ، مثالية للتصاميم مع كل من الإشارات عالية السرعة والمسارات عالية الطاقة (على سبيل المثال، EV ADAS،أجهزة استشعار صناعية).
| الطبقة # | نوع الطبقة | الغرض | المواصفات الرئيسية |
|---|---|---|---|
| 1 | إشارة (خارجية) | إشارات عالية السرعة (28GHz mmWave) | آثار 25/25μm؛ القنوات العمياء إلى الطبقة 2 ′′3 |
| 2 | مستوى الأرض | عزل الطبقة 1 من الطاقة ؛ مرجع SI | 1 أوقية من النحاس، تغطية 90% |
| 3 | طائرة الطاقة | توزيع طاقة 5V/12V | 2 أوقية من النحاس؛ وسائد مكثفات فك الارتباط |
| 4 | مستوى الأرض | عزل الطاقة من إشارات السرعة المنخفضة | 1 أوقية من النحاس، تغطية 90% |
| 5 | الإشارة (داخلية) | الإشارات الرقمية / التناظرية منخفضة السرعة | آثار 30/30μm ؛ القنوات المدفونة إلى الطبقة 6 |
| 6 | الإشارة (داخلية) | الإشارات الرقمية / التناظرية منخفضة السرعة | آثار 30/30μm؛ قنوات مدفونة إلى الطبقة 5 |
| 7 | مستوى الأرض | المرايا الطبقة الرابعة تعزل الطاقة | 1 أوقية من النحاس، تغطية 90% |
| 8 | طائرة الطاقة | توزيع الطاقة 3.3 فولت | 2 أوقية من النحاس؛ وسائد مكثفات فك الارتباط |
| 9 | مستوى الأرض | المرايا الطبقة 2 ، العزل الطبقة 10 | 1 أوقية من النحاس، تغطية 90% |
| 10 | إشارة (خارجية) | إشارات عالية السرعة (إيثيرنت 10Gbps) | 25/25μm آثار؛ القنوات العمياء إلى الطبقة 8 |
لماذا يعمل
a. التناظر: يقلل من التشوه أثناء التصفيف (عدم مطابقة CTE متوازنة عبر الطبقات).
ب.عزل: الطائرات الأرضية المزدوجة تفصل السرعة العالية (الطبقات 1.10) عن الطاقة (الطبقات 3.8) ، مما يقلل من الصوت المتقاطع بنسبة 50%.
(ج) المرونة: يدعم كل من 28GHz mmWave ومسارات الطاقة 12V مثالي لوحدات رادار EV.
التكوين 2: عزل عالية السرعة (4 + 2 + 4)
يخصص هذا المكدس كتلة مركزية ذات طبقتين للطاقة / الأرض (الطبقات 5 ′′ 6) لعزل المكعبات الفرعية عالية السرعة (أعلى 1 ′′ 4 وأسفل 7 ′′ 10) ، مثالية لـ 5G mmWave والاتصالات الفضائية وأنظمة الرادار.
| الطبقة # | نوع الطبقة | الغرض | المواصفات الرئيسية |
|---|---|---|---|
| 1 | إشارة (خارجية) | إشارات موجة مليمترية من 28 غيغاهرتز | آثار 20/20 ميكرومتر؛ القنوات العمياء إلى الطبقة 2 |
| 2 | مستوى الأرض | مرجع SI للطبقة 1؛ درع EMI | 1 أوقية من النحاس، تغطية 95% |
| 3 | الإشارة (داخلية) | أزواج التفاضل 10Gbps | 25/25μm آثار؛ القنوات المدفونة إلى الطبقة 4 |
| 4 | مستوى الأرض | عزل السرعة العالية من الطاقة | 1 أوقية من النحاس، تغطية 95% |
| 5 | طائرة الطاقة | توزيع طاقة 3.3 فولت منخفضة الضوضاء | 1 أونصة من النحاس، معدل ضئيل من العبور |
| 6 | مستوى الأرض | الدرع المركزي ؛ يعزل الطاقة من الجزء السفلي من كومة | 1 أوقية من النحاس، تغطية 95% |
| 7 | مستوى الأرض | المرايا الطبقة الرابعة تعزل الإشارات السفلية | 1 أوقية من النحاس، تغطية 95% |
| 8 | الإشارة (داخلية) | أزواج التفاضل 10Gbps | آثار 25/25μm ؛ قنوات مدفونة إلى الطبقة 7 |
| 9 | مستوى الأرض | المرايا الطبقة 2، مرجع SI للطبقة 10 | 1 أوقية من النحاس، تغطية 95% |
| 10 | إشارة (خارجية) | إشارات موجة مليمترية 28 جيجاهرتز | آثار 20/20 ميكرومتر؛ القنوات العمياء إلى الطبقة 9 |
لماذا يعمل
a.الدرع المركزي: تعمل الطبقات 5~6 كـ"قفص فاراداي" بين الجزء العلوي والسفلي من المجموعات الفرعية عالية السرعة، مما يقلل من EMI بنسبة 60٪.
ب. الحد الأدنى من عبور الطاقة: يتم الحد من الطاقة إلى الطبقة 5 ، لتجنب اضطرابات مسار الإشارة.
تركيز عالية السرعة: 4 طبقات إشارة مخصصة لمسارات 28GHz/10Gbps مثالي لمستقبلات محطة قاعدة 5G.
مقارنة التراكم: أي تشكيل تختار؟
| العامل | S-G-P-G-S المتوازنة (5+5) | عزل السرعة العالية (4+2+4) | الأفضل ل |
|---|---|---|---|
| طبقات عالية السرعة | 4 (الطبقات 1،5,610) | 6 (الطبقات 1،3,810 + جزئي 2,9) | تصاميم 5 + جيجابيتس: اختر العزلة |
| طبقات الطاقة | 2 (طبقات 3,8) ️ 2 أوقية من النحاس | 1 (طبقة 5) 1 أونصة من النحاس | تصاميم عالية الطاقة (10A +): اختر متوازنة |
| الحد من الصوت المتقاطع | 50% | 60% | 28GHz+mmWave: اختر العزلة |
| قابلية التصنيع | أسهل (مجموعات متماثلة) | أكثر صلابة (مواءمة كتلة الطاقة المركزية) | نماذج أولية منخفضة الحجم: اختر متوازنة |
| التكلفة (نسبية) | 1x | 1.2x | الحساسة الميزانية: اختيار متوازنة |
التوصية: لاستخدام جهاز BMS للسيارات الكهربائية أو أجهزة الاستشعار الصناعية (مختلطة السرعة العالية / الطاقة) ، استخدم المجموعة المتوازنة. بالنسبة إلى 5G mmWave أو الرادار (السرعة العالية النقية) ، استخدم المجموعة العزلة عالية السرعة.
اختيار المواد لمجموعات HDI ذات 10 طبقات
المواد تجعل أو تكسر 10 طبقات HDI SI والموثوقية. يمكن أن يزيد الركيزة الخاطئة أو المضغوطة من فقدان الإشارة بنسبة 40٪ أو تسبب التشويش في الدورة الحرارية.فيما يلي المواد الحرجة ومواصفاتها:
1. الأساس & Prepreg: التوازن SI و التكلفة
يحدد الركيزة (المادة الأساسية) والبرج (مواد الارتباط) الثابت الكهربائي (Dk) ، وملمس الخسارة (Df) ، والأداء الحراري جميع مفاتيح SI.
| نوع المادة | Dk @ 1GHz | Df @ 1GHz | التوصيل الحراري (W/m·K) | Tg (°C) | التكلفة (بالنسبة إلى FR4) | الأفضل ل |
|---|---|---|---|---|---|---|
| FR4 عالي Tg | 4.2446 | 0.02 ٠03 | 0.3604 | ١٧٠ ١٨٠ | 1x | طبقات الترددات المنخفضة (القوة، الإشارات منخفضة السرعة) |
| روجرز RO4350 | 3.48 | 0.0037 | 0.6 | 180 | 5x | طبقات عالية السرعة (28GHz mmWave) |
| البوليميد | 3.0335 | 0.008 ٠01 | 0.2 ٠4 | 260 | 4x | أجهزة HDI مرنة ذات 10 طبقات (تلبس، قابلة للطي) |
| FR4 المليء بالسيراميك | 3.8 40 | 0.008 ٠01 | 0.8 ¢1.0 | 180 | 2x | الطبقات الحرجة الحرارية (مسارات الطاقة الكهربائية) |
استراتيجية المواد لـ 10 طبقات HDI
أ. طبقات السرعة العالية (1) ،3,8،10): استخدم Rogers RO4350 لتقليل فقدان الإشارة (0.8dB / بوصة في 28GHz مقابل 2.5dB / بوصة لـ FR4).
ب. الطاقة/ طبقات الأرض (2،3,7،8): استخدم FR4 عالي Tg أو FR4 المملوء بالسيراميك للكفاءة التكلفية والقيادة الحرارية.
c.Prepreg: يطابق Prepreg مع الركيزة (على سبيل المثال ، Rogers 4450F للطبقات RO4350) لتجنب عدم تطابق CTE.
مثال: HDI من 10 طبقات لـ 5G يستخدم Rogers RO4350 للطبقات 1،3,8،10 و FR4 عالية Tg لخفض تكاليف المواد بنسبة 30٪ مقابل استخدام روجرز لجميع الطبقات.
2ورق النحاس: ناعمة للسرعة العالية
الخامة السطحية للورق النحاسي (Ra) تؤثر بشكل مباشر على فقدان الموصلات عند الترددات العالية
| نوع ورق النحاس | را (μm) | خسارة الموصل @ 28GHz (dB/inch) | السعة الحالية (بعد 1 ملم) | الأفضل ل |
|---|---|---|---|---|
| النحاس المطاط (RA) | <0.5 | 0.3 | 10A | طبقات عالية السرعة (28GHz mmWave) |
| النحاس الكهربائي (ED) | 1 ¢2 | 0.5 | 12A | طبقات الطاقة / الأرض (2 أوقية من النحاس) |
التوصية
a.استخدام النحاس المطاطي لطبقات إشارات السرعة العالية (1,3,810) لتقليل خسارة الموصل بنسبة 40٪.
b.استخدام النحاس الكهربائي للطاقة / طبقات الأرض (2،3,7،8) لتحقيق أقصى قدر من السعة الحالية (2 أوقية ED مسامير النحاس 30A ل 1 ملم آثار).
3. التشطيب السطحي: حماية SI و Soldability
تمهيدات السطح تمنع أكسدة النحاس وتضمن اللحام الموثوق بحيث يكون حاسماً لـ 0.4 ملم من BGA في HDI من 10 طبقات.
| التشطيب السطحي | سمك | قابلية اللحام | فقدان الإشارة @ 28GHz (dB/inch) | الأفضل ل |
|---|---|---|---|---|
| ENIG (الذهب الغمر النيكل بدون كهرباء) | 2 ¢5μm Ni + 0.05μm Au | ممتاز (مدة صلاحية 18 شهراً) | 0.05 | أجهزة BGA عالية السرعة (5G modem) ، الأجهزة الطبية |
| ENEPIG (النيكل الخالي من الكهرباء الذهب الغمر الخالي من الكهرباء) | 2 5μm Ni + 0.1μm Pd + 0.05μm Au | أفضل (مدة صلاحية 24 شهراً) | 0.04 | الطيران والفضاء، EV ADAS (لا يوجد خطر "بلاك باد") |
| فضة الغمر (ImAg) | 0.1 ∙ 0.2 ميكرومتر | جيد (مدة الصلاحية 6 أشهر) | 0.06 | تصاميم عالية السرعة الحساسة للتكلفة (WiFi 7) |
خيار حاسم
تجنب HASL (تسوية الصلبة بالهواء الساخن) لـ 10 طبقات HDI (سطحها الخام (Ra 1 ′′ 2μm) يضيف 0.2dB / بوصة من فقدان الإشارة عند 28GHz ، مما يلغي فوائد الركائز الرجية.ENIG أو ENEPIG هي الخيارات القابلة للحياة الوحيدة لمشاريع السرعة العالية.
تحسين سلامة الإشارة لمجموعات HDI ذات 10 طبقات
نزاهة الإشارة (SI) هي عامل التحكم في PCBs HDI ذي ال 10 طبقات، حتى زيادة 1dB في فقدان الإشارة يمكن أن تجعل تصميم 5G أو الرادار عديم الفائدة.فيما يلي استراتيجيات تحسين SI الأكثر تأثيراً، مدعومة بالبيانات:
1التحكم في المعوقة: الحفاظ على 50Ω/100Ω التسامح
عدم تطابق المعوقة (على سبيل المثال ، 55Ω بدلاً من 50Ω) يسبب انعكاس الإشارة ، مما يزيد من معدل خطأ البت (BER) بنسبة 40 ٪.
إشارات ذات نهاية واحدة (mmWave ، USB): الهدف 50Ω ± 5 ٪. تحقق هذا مع آثار النحاس الملفوفة بعرض 0.15 ملم ، 1 أونصة على Rogers RO4350 (0.1 ملم سمك كهربائي).
b. أزواج التفاضل (إثنترنيت 10 جيجابايت في الثانية ، PCIe): الهدف 100Ω ± 5 ٪. استخدم آثار عرضها 0.2 ملم مع مسافة 0.2 ملم (1 أوقية من النحاس ، روجرز RO4350).
| معيار التتبع | 50Ω ذات نهاية واحدة (روجرز RO4350) | زوج التفاضل 100Ω (روجرز RO4350) |
|---|---|---|
| عرض المسار | 0.15ملم | 0.2ملم |
| المسافة بين الأثر | لا (تتبع واحد) | 0.2ملم |
| السماكة الكهربائية | 0.1ملم | 0.1ملم |
| سمك النحاس | 1 أوقية (35 ميكرومتر) | 1 أوقية (35 ميكرومتر) |
| معوقة التسامح | ± 5% | ± 5% |
نصيحة أداة: استخدم آلة حاسبة عائق آلتيوم ديزينر لتشغيل أوتوماتيكية لأبعاد الأثر، وتقليل الأخطاء اليدوية بنسبة 70٪.
2. تقليل فقدان الإشارة مع عزل الطبقة
إشارات السرعة العالية (28 غيغاهرتز+) تفقد القوة بسبب فقدان الكهرباء المضادة للكهرباء (الممتص من قبل الركيزة) وفقدان الموصل (الحرارة في النحاس). تخفيف هذا من خلال:
طوابق أرضية مخصصة: ضع طائرة أرضية مباشرة بجانب كل طبقة إشارة عالية السرعة (على سبيل المثال، الطبقة 2 تحت الطبقة 1، الطبقة 9 تحت الطبقة 10).هذا يخلق تكوين "microstrip" أو "stripline" يقلل من الخسارة بنسبة 30%.
b.طول الأثر القصير: الحفاظ على آثار 28GHz < 5 سم ٪ كل سنتيمتر إضافي يضيف 0.8 ديسيبل من الخسارة. بالنسبة للمسارات الأطول ، استخدم المتكررات أو الموازنة.
ج.تجنب العقبات عبر الشبكات: العقبات (التي لا تستخدم عبر الأجزاء) تسبب انعكاسًا على العقبات <0.5 ملم لإشارات 28 جيجاهرتز. استخدم القنوات العمياء (بدلاً من الثقوب) للقضاء على العقبات.
نتيجة الاختبار: أظهرت HDI ذات 10 طبقات مع مسطحات أرضية مخصصة و 4 سم آثار 28GHz خسارة إجمالية 3.2dB مقابل 5.6dB لتصميم مع مسطحات أرضية مشتركة و 6 سم آثار.
3. تقليل الصوت المتقاطع مع التوجيه الصحيح
الصوت المتقاطع (تسرب الإشارة بين المسارات المجاورة) يتدهور SI في HDI ذو الكثافة العالية 10 طبقات. إصلاحه مع:
الفاصل بين المسارات: الحفاظ على فاصل عرض المسار 3x بين المسارات عالية السرعة (على سبيل المثال ، فاصل 0.45 مم لمسارات 0.15 مم). هذا يقلل من الصوت المتقاطع بنسبة 60٪.
ب.الممرات الأرضية: وضع أرضية عبر كل 2 ملم على طول أزواج التفاضل يخلق درع يمنع تسرب الإشارة.
c.فصل الطبقة: تجنب توجيه مسارات عالية السرعة على الطبقات المجاورة (مثل الطبقات 1 و 3). فصلها بمسطح أرضي (الطبقة 2) للحد من الصوت العرضي الرأسي بنسبة 70٪.
| طريقة الحد من الصوت المتقاطع | التأثير على الصوت المتقاطع (28 جيجاهرتز) | تكلفة التنفيذ |
|---|---|---|
| 3x المسافة بين الأثر | - 60% | منخفضة (لا تكلفة إضافية) |
| الممرات الأرضية كل 2 ملم | - 45% | الوسيط (الممرات الإضافية) |
| مستوى الأرض بين الطبقات | - 70% | مرتفع (طبقة إضافية) |
4إدارة الحرارة للحفاظ على SI
التسخين الزائد يضعف الركيزة Dk وموصلية النحاس، وكلاهما يضر SI.
الطاقة النحاسية / الطائرات الأرضية: استخدام 2 أوقية من النحاس لطائرات الطاقة (طبقات 3,8 في التراكم المتوازن) إنها تنتشر الحرارة 2 أوقية أسرع من 1 أوقية من النحاس.
ب.الممرات الحرارية: حفر 0.3 ملم من الممرات المليئة بالنحاس تحت المكونات الساخنة (على سبيل المثال، 5G PA) لنقل الحرارة إلى المستويات الداخلية من الأرض. مجموعة من 10 × 10 من الممرات الحرارية تقلل من درجة حرارة المكونات بنسبة 20 درجة مئوية.
تجنب النقاط الساخنة: تجمع المكونات ذات الطاقة العالية (مثل منظمات الجهد) بعيدًا عن مسارات السرعة العالية، حيث يمكن أن يزيد الحرارة من مكون 2 واط من فقدان الإشارة بالقرب بمقدار 0.5 ديسيبل / بوصة.
الأخطاء الشائعة في تجميع HDI من 10 طبقات (وكيفية تجنبها)
حتى المهندسين ذوي الخبرة يرتكبون أخطاء التراص التي تدمر SI. فيما يلي أكبر الأخطاء والحلول:
1مزج إشارات السرعة العالية والطاقة على نفس الطبقة
a.خطأ: توجيه آثار موجات 28GHz mmWave ومسارات الطاقة 12V على نفس الطبقة (على سبيل المثال ، الطبقة 1). تسرب ضوضاء الطاقة إلى إشارات عالية السرعة ، مما يزيد من BER بنسبة 50 ٪.
ب.الحل: الحد من الطاقة إلى الطائرات المخصصة (الطبقات 3.8) وإشارات السرعة العالية إلى طبقات الإشارات الخارجية / الداخلية (الطبقات 1.3,8استخدام الطائرات الأرضية كحواجز.
2تغطية غير كافية لمستوى الأرض
a.خطأ: يخلق استخدام طوابق العودة عالية العائق للإشارات عالية السرعة.
ب.الحل: استخدم طائرات أرضية صلبة مع تغطية ≥90٪. أضف فقط فجوات صغيرة (≤0.5mm) لقطع المسارات
3. وضع سيء عن طريق التسجيل
الخطأ: وضع القنوات المرورية في مسارات الإشارة عالية السرعة يضيف 1 ′′ 2nH من الحثية الطفيلية، مما يسبب الانعكاس.
ب.الحل: استخدم القنوات العمياء لإشارات الطبقة الخارجية (مثل الطبقة 1 → 2) والقنوات المدفونة للاتصالات الداخلية (مثل الطبقة 3 → 4). تجنب عبر القصبات > 0.5 ملم.
4عدم تطابق CTE بين الطبقات
a.خطأ: يسبب استخدام المواد ذات CTE مختلفة تمامًا (على سبيل المثال ، روجرز RO4350 (14 ppm / °C) وقلب الألومنيوم النقي (23 ppm / °C))
ب- الحل: قم بمطابقة CTE من الطبقات المجاورة على سبيل المثال، قم بربط Rogers RO4350 مع Rogers 4450F prepreg (14 ppm / °C) وتجنب خلط المواد غير المتشابهة.
5تجاهل التسامح في التصنيع
a.خطأ: تصميم الأبعاد المثالية (على سبيل المثال، آثار 0.15 ملم) دون مراعاة تساهلات الحفر (± 0.02 ملم) ٪ يؤدي إلى اختلافات في المعوقة > ± 10%.
ب. الحل: أضف 10% هامش إلى أبعاد آثار (على سبيل المثال، تصميم آثار 0.17 ملم لمستهدف 0.15 ملم). العمل مع الشركات المصنعة للتأكد من تساهلات العملية الخاصة بهم.
تطبيقات عالمية حقيقية: 10 طبقات HDI لخلايا 5G الصغيرة
احتاج شركة OEM رائدة في مجال الاتصالات إلى قرص HDI من 10 طبقات لخلية 5G الصغيرة، مع متطلبات:
أ.دعم موجات 28GHz mmWave (فقدان الإشارة < 4dB على 5cm).
(ب) التعامل مع منافذ إثنترون 4 × 2.5 جيجابايت في الثانية.
c. يتناسب في حجرة 120mm × 120mm.
تصميم التراكم
اختاروا عزل السرعة العالية (4+2+4) التكوين مع:
a. طبقات 1،3,8,10: روجرز RO4350 (28GHz موجة ملم، 10Gbps إثنتر).
ب. طبقات 2،4,7,9: 1 أوقية طائرات أرضية صلبة (95% تغطية)
c. طبقات 5 ′′6: FR4 عالي Tg (3.3V قوة، 1 أونصة من النحاس).
d.الممرات: 60μm الممرات العمياء (الطبقة 1→2، 10→9) ، 80μm الممرات المدفونة (الطبقة 3→4، 7→8).
SI نتائج الاختبار
| مقياس الاختبار | الهدف | النتيجة الفعلية |
|---|---|---|
| فقدان إشارة 28 جيجاهرتز (5 سم) | < 4 ديسيبل | 3. 2 ديسيبل |
| 10Gbps Ethernet BER | <1e-12 | 5e-13 |
| الصوت المتقاطع (28 غيغاهرتز) | <-40 ديسيبل | -45 ديسيبل |
| المقاومة الحرارية | <1.0°C/W | 0.8°C/W |
النتيجة
أ. تلبي الخلية الصغيرة معايير 5G NR (3GPP الإصدار 16) لجودة الإشارة.
أظهرت الاختبارات الميدانية تغطية أفضل بنسبة 20٪ من تصميم HDI السابق ذو 6 طبقات.
لقد بلغت نسبة إنتاجها 92% مع التصفيف التسلسلي والمواءمة البصرية.
أسئلة شائعة حول 10 طبقات HDI PCB Stackups
س1: كم من الوقت يستغرق تصميم مجموعة HDI من 10 طبقات؟
ج: بالنسبة لمهندس ذو خبرة ، يستغرق تصميم التجميع 2 ٪ 3 أيام ٪ بما في ذلك اختيار المواد وحسابات المعوقة والفحوصات DFM. إضافة محاكاة SI (مثل ،(HyperLynx) يضيف يومين ولكن هو حاسم لتصميمات عالية السرعة.
السؤال الثاني: هل يمكن أن تكون مجموعات HDI ذات 10 طبقات مرنة؟
الجواب: نعم، يستخدم الركيزة البوليميدية (Tg 260 ° C) والنحاس المطاط لجميع الطبقات. تدعم مجموعات HDI المرنة ذات 10 طبقات نصف قطر الانحناء 0.5 ملم وهي مثالية للأجهزة القابلة للارتداء أو الهواتف القابلة للطي. ملاحظة:التصاميم المرنة تتطلب طبقة تسلسلية وتكلف 3 أضعاف أكثر من النسخ الصلبة.
السؤال 3: ما هو الحد الأدنى لعرض العلامة / المسافة لـ 10 طبقات HDI؟
ج: معظم الشركات المصنعة تدعم 20/20μm (0.8/0.8mil) مع الحفر بالليزر. يمكن للعمليات المتقدمة (الخط الأحمر فوق البنفسجي العميق) الوصول إلى 15/15μm ، ولكن هذا يضيف 20٪ إلى التكلفة.20/20μm هو الحد الأدنى العملي لتجنب الخسائر المفرطة.
س4: كم تكلفة PCB HDI من 10 طبقات مقابل HDI من 6 طبقات؟
ج: يكلف PCB HDI ذو 10 طبقات 2.5 مرة أكثر من HDI ذو 6 طبقات (على سبيل المثال ، 50 دولارًا مقابل 20 دولارًا للوحدة الواحدة لـ 100 ألف وحدة). تأتي المكافأة من طبقات إضافية ، وتصفيف تسلسلي ، ومواد عالية السرعة (روجرز).للدورات ذات الحجم الكبير، تنخفض تكلفة الوحدة إلى 35$-40$
س5: ما هو الاختبار المطلوب لـ 10 طبقات HDI stackup SI؟
الجواب: الاختبارات الأساسية تشمل:
a.TDR (مقياس الانعكاسات في مجال الزمن): يقيس المعوقة وعبر الانعكاسات.
b.VNA (تحليل الشبكة المتجهة): يختبر فقدان الإشارة والإشارة المتقاطعة على ترددات الهدف (28GHz+).
درجة الحرارة: تحديد موثوقية (من -40 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية، 1000 دورة).
d.فحص الأشعة السينية: التحقق من خلال تحديد مستوى الامتلاء والطبقة.
الاستنتاج
تصميم مجموعة من الـ 10 طبقات من الـ HDI PCB هو عمل توازن بين الكثافة و SI ، التكلفة و الأداء و قابلية التصنيع و الموثوقية.يقدم تجميع HDI من 10 طبقات 2 أضعاف كثافة المكونات من PCBs القياسية، يدعم إشارات 28GHz + mmWave ، ويقلل من EMI بنسبة 40 ٪ مما يجعله لا غنى عنه لـ 5G والسيارات الكهربائية والفضاء.
مفتاح النجاح يكمن في:
1اختيار تكوين التراص الصحيح (متوازن للإشارة المختلطة ، العزل للسرعة العالية).
2اختيار المواد التي تعطي الأولوية SI (Rogers للسرعة العالية ، FR4 عالية Tg للتكلفة).
3تحسين العائق، وتعقب التوجيه، والإدارة الحرارية للحفاظ على جودة الإشارة.
4تجنب الأخطاء الشائعة مثل طبقات إشارة / طاقة مختلطة أو تغطية الأرض غير كافية.
ومع تزايد تعقيد الإلكترونيات، ستظل تقنية HDI ذات 10 طبقات تكنولوجيا حاسمة لتجاوز الفجوة بين التقليص والأداء.سوف تكون قادرا على تصميم المجموعات التي تلبي أصعب المعايير، تقليل عيوب الإنتاج، وتقديم منتجات تبرز في السوق التنافسية.
بالنسبة للمصنعين، فإن الشراكة مع المتخصصين في HDI (مثل LT CIRCUIT) تضمن أن تكون المجموعة جاهزة للإنتاج مع التصفيف التسلسلي والحفر بالليزر واختبار SI الذي يؤكد كل تصميم.مع المجموعة الصحيحة والشريك، 10 طبقات HDI PCBs لا تلبي المواصفات فحسب بل تعيد تعريف ما هو ممكن.
أرسل استفسارك مباشرة إلينا
