2025-07-22
الصور المصرح بها من قبل العميل
أصبحت أقراص PCB ذات الكثافة العالية (HDI) العمود الفقري للإلكترونيات الحديثة ، مما يتيح التقليص والأداء العالي المطلوب من أجهزة 5G ، معالجات الذكاء الاصطناعي ،ومعدات التصوير الطبيوعلى عكس الأقراص الصلبة الصلبة التقليدية، فإن تصاميم HDI تحزم المزيد من المكونات في مساحات أصغر باستخدام ميكروفيا، وآثار أكثر دقة، ومواد متقدمة، ولكن هذه الكثافة تأتي مع تحديات فريدة.النجاح يعتمد على ثلاثة عوامل حاسمة: اختيار المواد المناسبة، وتصميم تجميع فعال، وتحسين سلامة الإشارة. إذا تم ذلك بشكل جيد، فإن أقراص PCB HDI تقلل من فقدان الإشارة بنسبة 40٪ وتقلل من حجم الجهاز بنسبة 30٪ مقارنة بأقراص PCB القياسية.إليك كيفية إتقان كل عنصر.
أهم المعلومات
1تتطلب أقراص PCB HDI مواد ثابتة ذات خسارة منخفضة للحفاظ على سلامة الإشارة في الترددات فوق 10GHz.
2تصميم المكعبات (تكوينات 1 + N + 1 ، وضع microvia) يؤثر بشكل مباشر على التحكم في المعوقة والإدارة الحرارية.
3.تقلل الشظايا الدقيقة (≤150μm) من انعكاس الإشارة وتتيح كثافة مكونات أعلى بنسبة 30٪ من التصاميم التقليدية للثقوب.
4تعتمد أداء الإشارة على خصائص المواد الكهربائية، والهندسة، وتباعد الطبقات، وهو أمر حاسم لتطبيقات الجيل الخامس والسرعة العالية الرقمية.
ما الذي يجعل الـ HDI PCBs فريدة؟
يتم تعريف PCBs HDI بقدرتهم على دعم المكونات الدقيقة (≤0.4mm) وكثافة اتصال عالية باستخدام:
1.الممرات الدقيقة: الممرات ذات القطر الصغير (50-150μm) التي تربط الطبقات دون اختراق اللوحة بأكملها ، مما يقلل من فقدان الإشارة.
2آثار دقيقة: خطوط نحاسية ضيقة تصل إلى 25 ميكرومتر (1 ميل) ، مما يسمح بمزيد من التوجيه في الأماكن الضيقة.
3عدد الطبقات العالية: مجموعات صغيرة (غالباً ما تكون 6 12 طبقة) مع خطوط إشارة وطاقة متباعدة عن بعضها البعض.
هذه الميزات تجعل HDI مثالية للأجهزة مثل الهواتف الذكية (التي تحتوي على أكثر من 1000 مكون) ، ومحطات قاعدة 5G، ومراقبات الصحة القابلة للارتداء حيث المساحة والسرعة غير قابلة للتفاوض.
اختيار المواد: أساس أداء HDI
يجب على مواد HDI أن توازن بين ثلاث خصائص حاسمة: الثابتة الكهربائية (Dk) ، عامل التبديد (Df) ، والاستقرار الحراري.حتى الاختلافات الصغيرة في هذه الخصائص يمكن أن تدهور أداء الإشارة، وخاصة في الترددات فوق 10GHz.
|
نوع المادة
|
Dk (10GHz)
|
Df (10GHz)
|
التوصيل الحراري
|
الأفضل ل
|
التكلفة (نسبية)
|
|
المعيار FR-4
|
4.247
|
0.02 ٠03
|
0.3 ∙0.5 واط/ميكروكيل
|
HDI منخفض السرعة (< 5GHz ، على سبيل المثال ، ألعاب المستهلك)
|
1x
|
|
FR-4 منخفضة Dk
|
3.6 ¥40
|
0.015 ٠02
|
0.4·0.6 و/م·ك
|
أجهزة متوسطة السرعة (510GHz، على سبيل المثال، الأجهزة اللوحية)
|
1.5x
|
|
خليطات PPO/PTFE
|
3.0334
|
0.002 ٠004
|
0.2·0.3 و/م·ك
|
الترددات العالية (10~28GHz، على سبيل المثال، مودم 5G)
|
3x
|
|
PTFE المملوء بالسيراميك
|
2.4 28
|
<0.0015
|
0.5·0.8 و/م·ك
|
السرعة العالية للغاية (2860GHz، على سبيل المثال، الرادار)
|
5x
|
- نعم
لماذا Dk و Df مهم
1الثابت الاضافي للكهرباء (Dk): يقيس قدرة المادة على تخزين الطاقة الكهربائية. يقلل من Dk (≤3.5) من تأخير الإشارة الحرج لـ 5G ، حيث يقلل تخفيض 0.5 Dk من تأخير الانتشار بنسبة 10٪.
2عامل التبديد (Df): يقيس فقدان الطاقة كحرارة. يقلل Df المنخفض (<0.005) من ضعف الإشارة إلى الحد الأدنى ؛ عند 28 GHz ، يؤدي Df 0.002 إلى خسارة أقل بنسبة 50٪ من Df 0.01 على آثار 10 سم.
على سبيل المثال، محطة قاعدة 5G باستخدام PPO/PTFE (Dk 3.2، Df 0.003) يحافظ على قوة الإشارة أفضل بنسبة 30٪ من استخدام FR-4 القياسي ، مما يزيد من نطاق التغطية بمقدار 150 متر.
تصميم التراكمات HDI: التوازن بين الكثافة والأداء
يحدد تصميم تراكم HDI كيفية تفاعل الطبقات ، مما يؤثر على سلامة الإشارة ، والإدارة الحرارية ، والقدرة على التصنيع. الهدف هو تقليل الطول ، وعرقلة التحكم ،وتفريق طبقات الطاقة الصاخبة من طبقات الإشارة الحساسة.
التكوينات المشتركة لمؤشر HDI
|
نوع التجميع
|
عدد الطبقات
|
من خلال الأنواع
|
الكثافة (المكونات/In2)
|
الأفضل ل
|
|
1+N+1
|
4 ¢8
|
الميكروفيات (أعلى/أسفل) + الثقوب
|
500 ¢800
|
الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء
|
|
2+N+2
|
8 ¢12
|
الميكروفيات العمياء / المدفونة
|
8001200
|
أجهزة التوجيه 5G، أجهزة المسح الطبية
|
|
HDI كامل
|
12+
|
طبقة تسلسلية + ميكروفيا متراصمة
|
أكثر من 1200
|
معالجات الذكاء الاصطناعي، الإلكترونيات الفضائية
|
مبادئ التجميع الرئيسية
1فصل الإشارة من الطاقة: وضع الطوابق الأرضية بجانب طبقات الإشارة عالية السرعة (على سبيل المثال ، آثار 50Ω RF) للسيطرة على العائق وتقليل EMI. بالنسبة للأزواج التفاضلية (على سبيل المثال ، USB 3.2) ،الحفاظ على عائق 90Ω عن طريق الفاصل بين آثار 0.2 ٠.٣ ملم بعيداً.
2إستراتيجية الميكروفي: استخدم ميكروفيات نسبة 1: 1 (50 ميكرومتر قطر ، 50 ميكرومتر عمق) لتقليل انعكاس الإشارة. تخفض ميكروفيات المكدسة (التي تربط طبقات 2+) عبر العد بنسبة 40٪ في التصاميم الكثيفة.
3طبقات حرارية: تضمين طبقة نحاسية سميكة (2 أوقية) أو قلب ألومنيوم في HDI عالية الطاقة (على سبيل المثال، شاحنات EV) لتبديد الحرارة.12 طبقة HDI مع 2 أوقية سطح الأرض النحاس يقلل من درجات حرارة المكونات بنسبة 15 درجة مئوية.
تحسين أداء الإشارة في تصاميم HDI
إن كثافة HDI العالية تزيد من خطر تدهور الإشارة بسبب التداول المتقاطع والانعكاس وEMI. تضمن هذه الاستراتيجيات أداءً موثوقًا به:
1تحكم في العقبة
a.معوقات الهدف: 50Ω لقطارات RF ذات نهاية واحدة ، 90Ω للأزواج التفاضلية (مثل PCIe 4.0) ، و 75Ω لإشارات الفيديو.
أدوات الحساب: استخدم البرمجيات مثل Polar Si8000 لضبط عرض العلامات (35mil ل50Ω في لوحات سميكة 0.8mm) وسماكة الديالكترون (46mil للمواد منخفضة Dk).
c.اختبار: التحقق من ذلك باستخدام TDR (تعكس المجال الزمني) لضمان أن يظل اختلاف المعوقة ضمن نطاق ± 10٪ من الهدف.
2تخفيض الصوت المتقاطع
الفاصل بين الأثرات: ابقي الأثرات المتوازية على بعد 3 أضعاف عرضها على الأقل (على سبيل المثال، تتطلب آثار 5 مليل فاصل 15 مليل) للحد من الصوت المتقاطع أقل من -30 ديسيبل.
(ب) الطوابق الأرضية: تعمل الطوابق الأرضية الصلبة بين طبقات الإشارة كدروع، مما يقلل من الصوت المتقاطع بنسبة 60٪ في HDI من 12 طبقة.
c.التوجيه: تجنب الانعطافات الزاوية المستقيمة (استخدم زوايا 45 درجة) وتقليل المسارات المتوازية التي تزيد عن 0.5 بوصة.
3من خلال التحسين
الفقرات العمياء / المدفونة: هذه القنوات لا تخترق اللوحة بأكملها ، مما يقلل من طول القصبة (مصدر انعكاس) بنسبة 70٪ مقارنة مع الثقوب.
b.Via Stubs: الحفاظ على طول العصا < 10٪ من طول موجة الإشارة (على سبيل المثال ، < 2 ملم لإشارات 28GHz) لتجنب الرنين.
c. تصميم مكافحة الرصيف: استخدم 2x عبر قطر مكافحة الرصيف (100μm مكافحة الرصيف ل 50μm عبر) لمنع تدخل الطائرة الأرضية.
4. حماية EMI
قفص فاراداي: تغطية الدوائر الحساسة (على سبيل المثال، وحدات GPS) مع دروع النحاس الأرضية متصلة بمسطح الأرض.
b.التصفية: إضافة حبات الفيريت أو مكثفات في منافذ الموصول لمنع EMI من الدخول / الخروج من HDI.
التطبيقات والنتائج في العالم الحقيقي
أ. 5G الهواتف الذكية: الهاتف ذو 6.7 بوصة مع 1 + 4 + 1 HDI stackup (FR-4 منخفضة Dk) يضم 20٪ من المكونات أكثر من PCB جامدة ، ويدعم كاميرات 5G mmWave و 4K دون زيادة الحجم.
ب.الموجات فوق الصوتية الطبية: يسمح HDI كامل 12 طبقة مع مادة PTFE (Dk 2.8) بمعالجة إشارة أسرع بنسبة 30٪ ، مما يحسن دقة الصورة بنسبة 15٪.
أجهزة استشعار الفضاء الجوي: يعمل جهاز HDI ذو 8 طبقات مع PTFE المملوء بالسيراميك بشكل موثوق عند درجة حرارة تتراوح بين -55 درجة مئوية و 125 درجة مئوية، مع فقدان إشارة < 0.5 ديسيبل عند 40 غيغاهرتز، وهو أمر بالغ الأهمية للاتصال بالأقمار الصناعية.
أسئلة شائعة
س: كم يضيف HDI إلى تكلفة PCB؟
ج: تكلفة HDI 20~50% أكثر من PCBات تقليدية، ولكن توفير المساحة بنسبة 30٪ وزيادة الأداء بنسبة 40٪ يبرر الاستثمار في أجهزة عالية القيمة (على سبيل المثال، مودم 5G، المعدات الطبية).
س: ما هو أصغر عرض للآثار في HDI؟
ج: تدعم HDI المتقدمة آثار 10μm (0.4mil) ، ولكن 2550μm هي القياسية للتصنيع. تتطلب الآثار الأكثر ضيقًا حفرًا أكثر دقة (تسامح ± 1μm).
س: متى يجب أن أستخدم التصفيف التسلسلي؟
ج: التصفيف التسلسلي (طبقات البناء واحدة في وقت واحد) مثالي لـ 12 + HDI الطبقة ، مما يتيح التحكم الدقيق في وضع microvia وتقليل سوء محاذاة الطبقة إلى < 10μm.
الاستنتاج
تصميم أقراص HDI يتطلب توازنًا استراتيجيًا بين المواد ، والتراكم ، وتحسين الإشارة. من خلال اختيار مواد منخفضة Dk ، منخفضة Df ، وتصميم التراكمات الفعالة ، وتخفيف تدهور الإشارة ،المهندسين يمكنهم إطلاق الإمكانات الكاملة للإلكترونيات عالية الكثافةسواء بالنسبة للجيل الخامس أو الأجهزة الطبية أو أنظمة الفضاء الجوي، فإن HDI لا يتعلق فقط بتعبئة المزيد من المكونات بل يتعلق بتقديم حلول موثوقة عالية الأداء في أصغر عامل شكل ممكن.
أرسل استفسارك مباشرة إلينا
