ما هو 2+N+2 HDI PCB Stackup؟ الهيكل والفوائد ودليل التصميم

الصور التي يستخدمها الزبائن

المحتويات
1المعلومات الرئيسية: 2+N+2 HDI PCB Stackup Essentials
2.كسر هيكل 2+N+2 HDI PCB Stackup
3تكنولوجيا الميكروفيا والتصفيف التسلسلي لتصاميم 2+N+2
4الفوائد الأساسية لـ 2+N+2 HDI PCB Stackups
5أهم التطبيقات لـ 2+N+2 HDI PCBs
6نصائح التصميم والتصنيع الحرجة
7الأسئلة الشائعة حول 2+N+2 HDI Stackups

في عالم أقراص PCB ذات الكثافة العالية (HDI) ، ظهرت مجموعة 2 + N + 2 كحل يستخدم لتحقيق التوازن بين الأداء والتصغير والتكلفة.مع تصغير الأجهزة الإلكترونية، فكر في الهواتف الذكية الرقيقة، والأجهزة الطبية المدمجة، وأجهزة استشعار السيارات ذات المساحة المحدودة، يحتاج مصممو PCB إلى بنية تتضمن المزيد من الاتصالات دون التضحية بسلامة الإشارة أو موثوقيتها.2+N+2 يقدم بالضبط ذلك، باستخدام بنية طبقاتية تعمل على تحسين المساحة وتقلل من فقدان الإشارة وتدعم التوجيه المعقد.

ولكن ما هو بالضبط 2+N+2؟ كيف يعمل هيكله، ومتى يجب أن تختاره على التكوينات الأخرى من HDI؟ This guide breaks down everything you need to know—from layer definitions and microvia types to real-world applications and design best practices—with actionable insights to help you leverage this stackup for your next project.

1المعلومات الرئيسية: 2+N+2 HDI PCB Stackup Essentials
قبل الغوص في التفاصيل، دعونا نبدأ مع المبادئ الأساسية التي تحدد 2+N+2 HDI PCB stackup:

تكوين الطبقة: تعني العلامة "2+N+2" 2 طبقة تراكمية على الجانب الخارجي العلوي ، و 2 طبقة تراكمية على الجانب الخارجي السفلي ، و N طبقات الأساس في الوسط (حيث N = 2 ، 4 ، 6 ، أو أكثر ،حسب احتياجات التصميم).
تعتمد على الميكروفي: الميكروفيات الصغيرة التي يتم حفرها بالليزر (بصغر من 0.1 ملم) تربط الطبقات ، مما يلغي الحاجة إلى ميكروفيات كبيرة من خلال الثقب وتوفير المساحة الحرجة.
c.التصفيف التسلسلي: يتم بناء التراكم في مراحل (وليس جميعها في وقت واحد) ، مما يسمح بالتحكم الدقيق في microvias ومواءمة الطبقات.
أداء متوازن: يصل إلى نقطة حلوة بين الكثافة (مزيد من الاتصالات) ووحدة الإشارة (إشارات أسرع وأكثر وضوحًا) والتكلفة (طبقات أقل من تصاميم HDI المخصصة بالكامل).
e. التنوع: مثالية للأجهزة عالية السرعة والتي تقتصر على المساحة، من أجهزة توجيه الجيل الخامس إلى الأدوات الطبية القابلة للزرع.

2تحطيم هيكل 2+N+2 HDI PCB Stackup
لفهم التراص 2+N+2، تحتاج أولاً إلى تفكيك مكوناته الأساسية الثلاثة: طبقات التراص الخارجية، طبقات النواة الداخلية، والمواد التي تحافظ عليها معاً.أدناه تقسيم مفصل، بما في ذلك وظائف الطبقات، والسمك، وخيارات المواد.

2.1 ما يعنيه 2+N+2
اتفاقية التسمية بسيطة، لكن كل رقم يخدم غرضاً حاسماً:

على سبيل المثال ، يتضمن 10 طبقات 2 + 6 + 2 HDI PCB (نموذج: S10E178198A0 ، تصميم عام في الصناعة):

a.2 طبقات التراكم العلوية → 6 طبقات الأساسية → 2 طبقات التراكم السفلية
b.Uses TG170 Shengyi FR-4 مواد (مقاومة للحرارة لتطبيقات عالية الأداء)
c.ميزات غمر الذهب (2μm) في سطح النهاية لمقاومة التآكل
يدعم 412,200 حفرة لكل متر مربع وقطر ميكروفيا الحد الأدنى 0.2mm

2.2 سمك الطبقة ووزن النحاس
السماكة المستمرة أمر بالغ الأهمية لمنع تحريف PCB (مسألة شائعة مع المكدسات غير المتوازنة) وضمان أداء موثوق به. يحدد الجدول أدناه المواصفات النموذجية لمكدسات 2 + N + 2:

لماذا هذا مهم: السماكة المتوازنة 2+N+2 (طبقات متساوية في الأعلى والأسفل) تقلل من الإجهاد أثناء التصفيف واللحام. على سبيل المثال،2+4+2 التراكم (8 طبقات إجمالية) مع 3mil طبقات تراكم و 6mil طبقات الأساس سيكون لها سمك أعلى / أسفل متطابقة (6mil إجمالا لكل جانب)، مما يقلل من خطر التشوه بنسبة 70% مقارنة بتصميم 3 + 4 + 1 غير متوازن.

2.3 اختيار المواد لمجموعات 2+N+2
المواد المستخدمة في 2 + N + 2 HDI PCBs تؤثر بشكل مباشر على الأداء ، وخاصة للتطبيقات عالية السرعة أو درجة الحرارة العالية. لا يمكن التفاوض على اختيار الأساس الصحيح والتكامل والمواد المسبقة.

مثال: سيقوم جهاز 2 + N + 2 المكدس لمحطة قاعدة 5G باستخدام طبقات Rogers 4350B الأساسية (منخفضة Dk = 3.48) وطبقات تراكم ABF للحد من فقدان الإشارة على ترددات 28GHz. على النقيض من ذلك ، يستخدم جهاز لوحي مستهلك ،سوف تستخدم طبقات تجميع FR-4 النواة و RCC فعالة من حيث التكلفة.

3تكنولوجيا الميكروفيا والتصفيف التسلسلي لتصاميم 2+N+2
أداء 2+N+2 stackups يعتمد على عملية تصنيع حاسمة: حفر microvia والطلاء التسلسلي.لم تتمكن المجموعة من تحقيق كثافة التوقيع وسلامة الإشارة.

3.1 أنواع الميكروفيا: أي نوع تستخدم؟
الميكروفيات هي ثقوب صغيرة (0.1 ∼ 0.2 ملم في القطر) تربط الطبقات المجاورة ، وتستبدل الشبكات الضخمة التي تضيع المساحة. بالنسبة لمجموعات 2 + N + 2 ، هناك أربعة أنواع من الميكروفيات الأكثر شيوعًا:

جدول المقارنة: ميكروفياس متراكم مقابل متراكم

النصيحة المهنية: بالنسبة لمعظم تصاميم 2 + N + 2 ، تعد الميكروفيات المتدرجة هي النقطة الحلوة ‬إنها توازن الكثافة والتكلفة. الميكروفيات المتراكمة ضرورية فقط للتطبيقات الكثيفة للغاية (على سبيل المثال ،12 طبقة من الـ PCB في مجال الطيران).

3.2 التصفيف التسلسلي: بناء التراكم خطوة بخطوة
على عكس أقراص PCB التقليدية (المصفوفة بجميع الطبقات في وقت واحد) ، تستخدم مجموعات 2 + N + 2 التسلسل التسلسلي عملية مرحلية تمكن من وضع microvia الدقيق. إليك كيفية عملها:

الخطوة 1: طبقات النواة المصفوفة: أولاً ، يتم ربط طبقات النواة N معًا بالبريدج وتعقيدها تحت درجة حرارة (180-220 درجة مئوية) وضغط (200-400 سم). وهذا يشكل كتلة
الخطوة 2: إضافة طبقات بناء: يتم إضافة طبقة بناء واحدة إلى الجزء العلوي والسفلي من الكتلة الأساسية ، ثم يتم حفرها بالليزر للحصول على microvias. يتم طبقة microvias بالنحاس لتمكين الاتصالات الكهربائية.
الخطوة الثالثة: كرر للطبقة الثانية: يتم إضافة طبقة بناء ثانية إلى كلا الجانبين ، ويتم حفرها ومطليتها. وهذا يكمل هيكل 2 + N + 2.
الخطوة الرابعة: العلاج النهائي والنهائي: يتم معالجة المجموعة بأكملها مرة أخرى لضمان الالتصاق ، ثم يتم إتمام السطح (على سبيل المثال ، الذهب الغمر) واختبارها.

لماذا التصفيف المتسلسل؟

a. يسمح بتقليص حجم الميكروفياسات (إلى 0.05 ملم) مقارنة بالسلسلة التقليدية.
b. يقلل من خطر خلل التحالف في القنوات الصغيرة (حاسمة بالنسبة للقنوات المتراكمة).
يسمح بتعديلات التصميم بين الطبقات (مثل تعديل المسافة بين الأثرات من أجل سلامة الإشارة).

مثال:تستخدم LT CIRCUIT طبقة تسلسلية لإنتاج 2 + 6 + 2 (10 طبقة) HDI PCBs مع 0.15mm microvias® المتراصمة التي تحقق معدل دقة محاذاة 99.8٪ ، أعلى بكثير من المتوسط الصناعي البالغ 95٪.

4الفوائد الرئيسية لـ 2+N+2 HDI PCB Stackups
تعود شعبية 2+N+2 إلى قدرتها على حل التحديات الرئيسية في الإلكترونيات الحديثة: التصغير، سرعة الإشارة، والتكلفة. فيما يلي مزاياها الأكثر تأثيرا:

مثال حقيقي:منتج للهواتف الذكية انتقل من لوحة PCB قياسية ذات 4 طبقات إلى لوحة HDI 2 + 2 + 2. النتيجة: تقلص حجم لوحة PCB بنسبة 40٪ ، وزادت سرعة الإشارة لـ 5G بنسبة 20٪ ،وانخفضت تكاليف الإنتاج بنسبة 18%.

5أهم التطبيقات لـ 2+N+2 HDI PCBs
تتفوق مجموعة 2 + N + 2 في التطبيقات التي لا يمكن التفاوض فيها على المساحة والسرعة والموثوقية. فيما يلي أوسع استخداماتها ، مع أمثلة محددة:

5.1 إلكترونيات المستهلك
أ. الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية: يدعم اللوحات الأم المدمجة مع مودم 5G وكاميرات متعددة وشاحنات سريعة. مثال:يستخدم 2 + 4 + 2 المكدس للهاتف الرائد microvias المكدسة لربط المعالج بشريحة 5G.
b.المعدات القابلة للارتداء: تتناسب مع عوامل الشكل الصغيرة (مثل الساعات الذكية ، أجهزة تتبع اللياقة البدنية). يسمح تجميع 2 + 2 + 2 مع طبقات تراكم البوليميد بالمرونة للأجهزة المرتدية في المعصم.

5.2 إلكترونيات السيارات
a.ADAS (أنظمة مساعدة السائق المتقدمة): تقود وحدات الرادار والليدار والكاميرات. يواجه مجموعات 2 + 6 + 2 مع طبقات FR-4 القلبية عالية Tg درجات حرارة تحت الغطاء (-40 °C إلى 125 °C).
b. أنظمة المعلومات: تتعامل مع البيانات عالية السرعة للشاشات اللمسية والملاحة. وتمنع الميكروفيات المتعاقبة الفشل المرتبط بالاهتزاز.

5.3 الأجهزة الطبية
أدوات قابلة لزرع: (مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب، أجهزة مراقبة الجلوكوز). يقلل من الحجم و EMI مجموعة 2 + 2 + 2 مع التشطيبات البيولوجية المتوافقة (مثل الذهب الغمر النيكل غير الكهربائي، ENIG) و microvias مدفونة.
أجهزة التشخيص: (مثل آلات الموجات فوق الصوتية) الطبقات الأساسية من Rogers ذات الخسارة المنخفضة في 2 + 4 + 2 تضمن نقل إشارة واضحة للتصوير.

5.4 الصناعة والفضاء
a.المراقبة الصناعية: (على سبيل المثال، PLCs، أجهزة الاستشعار). مجموعة 2 + 6 + 2 مع طبقات النحاس السميكة تتعامل مع التيارات العالية وبيئات المصنع القاسية.
ب.إلكترونيات الطيران والفضاء: (على سبيل المثال، مكونات الأقمار الصناعية) ، يُساعد التركيب 2+8+2 مع الميكروفيات المتراكمة على زيادة الكثافة إلى أقصى حد مع استيفاء معايير موثوقية MIL-STD-883H.

6نصائح التصميم والتصنيع الحرجة
لتحقيق أقصى استفادة من مجموعتك من 2+N+2 HDI، اتبع هذه الممارسات المثالية؛ فهي ستساعدك على تجنب المآسي الشائعة (مثل فقدان الإشارة أو تأخر التصنيع) وتحسين الأداء.

6.1 نصائح التصميم
1تخطيط التراكم مبكراً: تحديد وظائف الطبقة (الإشارة، الطاقة، الأرض) قبل التوجيه. على سبيل المثال:
a. وضع طبقات إشارات عالية السرعة (مثل 5G) بجوار الطائرات الأرضية لتقليل EMI.
ب.ضع طائرات الطاقة بالقرب من مركز التراكم لتوازن السماكة.
2.أفضل موقع الميكروفي:
a.تجنب تعبئة الميكروفياسات في المناطق عالية الضغط (على سبيل المثال، حواف الـ PCB). استخدم الميكروفياسات المتدرجة بدلاً من ذلك.
b.حافظ على نسبة قطر microvia إلى عمق أقل من 1: 1 (على سبيل المثال ، قطر 0.15mm → أعمق أقصى 0.15mm) لمنع مشاكل التصفيف.
3اختر المواد التي تستخدمها:
a.لا تتفوق على التفاصيل: استخدم FR-4 لتطبيقات المستهلك (فعالة من حيث التكلفة) بدلاً من Rogers (نفقات غير ضرورية).
b.للتطبيقات عالية درجة الحرارة (السيارات) ، حدد مواد الأساس مع Tg > 180 °C.
4اتبع قواعد DFM (التصميم من أجل القدرة على التصنيع):
a. الحفاظ على الحد الأدنى لسرعة العلامة / المسافة من 2 ملي / 2 ملي لطبقات التراكم (لتجنب مشاكل الحفر).
b.استخدام تكنولوجيا عبر المربع (VIP) لـ BGA لتوفير المساحة ولكن تأكد من أن القنوات تملأ بشكل صحيح بقناع لحام أو النحاس لمنع تساقط الحام.

6نصائح تعاون التصنيع
1.شريك مع صانع متخصص في HDI: ليس لدى جميع متاجر الألواح الورقية المكتوبة المعدات اللازمة لمجموعات 2+N+2 (مثل حفر الليزر ، مطابخات الطبقة المتسلسلة). ابحث عن مصنعين مثل LT CIRCUIT:
أ.مصادقة IPC-6012 من الفئة 3 (لـ HDI عالية الموثوقية).
تجربة في التطبيق الخاص بك (على سبيل المثال، الطب، السيارات).
(ج) قدرات اختبار داخلية (AOI، الأشعة السينية، المسبار الطائر) للتحقق من جودة الميكروفي.

2اطلب مراجعة DFM قبل الإنتاج: سيقوم المصنع الجيد بمراجعة التصميم الخاص بك لمواضيع مثل:
أ.عمق الميكروفيا يتجاوز سمك المادة.
ب. مجموعات الطبقات غير المتوازنة (خطر التشوه).
ج. تتبع التوجيه الذي ينتهك متطلبات المعوقة.
تقدم LT CIRCUIT مراجعات مجانية لـ DFM في غضون 24 ساعة ، وتشير إلى المشكلات وتقدم إصلاحات (على سبيل المثال ، ضبط حجم microvia من 0.1mm إلى 0.15mm لسهولة التصفيح).

3توضيح إمكانية تتبع المواد: بالنسبة للصناعات المنظمة (الطب والفضاء) ، اطلب أرقام حزم المواد وشهادات الامتثال (RoHS و REACH).هذا يضمن أن 2+N+2 تراكمك يلبي معايير الصناعة ويبسط الاستدعاءات إذا لزم الأمر.

4التحقق من جودة الصفائح: بعد الإنتاج، اطلب تقارير الأشعة السينية للتحقق من:
a. محاذاة الميكروفيا (يجب أن يكون التسامح ± 0.02 ملم).
(ب) الفراغات في المكافئات (يمكن أن تسبب فقدان الإشارة أو تحليلها).
سمك طبقة النحاس (حد أدنى 20μm للاتصالات الموثوقة).

6.3 نصائح الاختبار والتحقق من الصحة
1الاختبار الكهربائي: استخدم اختبار المسبار الطائر للتحقق من استمرارية الميكروفيا (لا توجد دوائر مفتوحة / قصيرة) ومراقبة المعوقة (حاسمة للإشارات عالية السرعة).إضافة اختبار ريفلتومتري المجال الزمني (TDR) لقياس فقدان الإشارة.
2الاختبار الحراري: للتطبيقات كثيفة الطاقة (على سبيل المثال، ECUs السيارات) ، إجراء التصوير الحراري للتأكد من أن الحرارة تنتشر بالتساوي عبر التراص.يجب أن يكون لـ 2 + N + 2 المكتسبة بشكل جيد اختلافات درجة الحرارة < 10 درجة مئوية في جميع أنحاء المجلس.
3الاختبار الميكانيكي: إجراء اختبار التكيف (للتصميمات المرنة 2 + N + 2) واختبار الاهتزاز (لسيارات / الفضاء) للتحقق من الموثوقية.000 دورة اهتزاز (10 ‰2،000 هرتز) لضمان تلبيتها لمعايير MIL-STD-883H.

7الأسئلة الشائعة حول 2+N+2 HDI Stackups
س1: هل يمكن لـ N في 2 + N + 2 أن يكون أي رقم؟
A1: في حين أن N تقنياً يشير إلى عدد طبقات الأساس ويمكن أن تختلف ، فإنه عادةً ما يكون عددًا زوجيًا (2 ، 4 ، 6 ، 8) للحفاظ على توازن التراص.2+3+2) خلق سمك غير متساويةفي معظم التطبيقات، N=2 (الكثافة الأساسية) إلى N=6 (الكثافة العالية) يعمل أفضل

السؤال 2: هل الـ 2+N+2 أكثر تكلفة من الـ 4 طبقات القياسية من الـ PCB؟
ج2: نعم ، ولكن الفرق في التكلفة مبرر بفوائده. تكلفة HDI 2 + 2 + 2 (6 طبقة) HDI أكثر من PCB 4 طبقة قياسية بنسبة 30٪ إلى 40٪ ،ولكنه يوفر 50٪ أعلى كثافة المكونات وسلامة إشارة أفضلبالنسبة للإنتاج بكميات كبيرة (أكثر من 10000 وحدة) ، فإن الفجوة في تكلفة الوحدة تتقلص، خاصة إذا كنت تعمل مع مصنع مثل LT CIRCUIT الذي يحسن استخدام المواد وخطوات التصفيف.

السؤال 3: هل يمكن لـ 2+N+2 أن تدعم تطبيقات عالية الطاقة؟
ج3: بالتأكيد مع اختيار المواد الصحيحة ووزن النحاس. بالنسبة لمصممات عالية الطاقة (مثل مصادر الطاقة الصناعية) ، استخدم:

طبقات النواة مع 2 أوقية من النحاس (تتعامل مع التيار الأعلى).
b.prepreg High-Tg (مقاومة للحرارة من مكونات الطاقة).
c.الوسائل الحرارية (المتصلة بالمستويات الأرضية) لتبديد الحرارة.
أنتجت شركة LT CIRCUIT 2+4+2 stackups لمحولات صناعية 100W ، مع طبقات نحاسية تتعامل مع تيار 20A دون ارتفاع درجة الحرارة.

السؤال 4: ما هو الحد الأدنى لحجم الميكروفيا لمجموعة 2+N+2؟
A4: يمكن لمعظم الشركات المصنعة إنتاج ميكروفياسات صغيرة بحجم 0.1mm (4mil) لمجموعات 2+N+2. ومع ذلك ، 0.15mm (6mil) هي النقطة الحلوة ‬إنها توازن بين الكثافة والإنتاج. الميكروفياسات الأصغر (0.08mm أو أقل) ممكنة ولكن زيادة التكلفة وتقليل العائد (أكثر أخطاء الحفر).

س5: كم من الوقت يستغرق تصنيع 2+N+2 HDI PCB؟
ج5: تعتمد أوقات التنفيذ على التعقيد والحجم:

أ. النماذج الأولية (1100 وحدة): 5-7 أيام (مع خدمات التحول السريع من LT CIRCUIT).
حجم متوسط (1000-10,000 وحدة): 10-14 يوماً.
c.حجم كبير (10,000+ وحدة): 2-3 أسابيع.
d.السلسلة المسلسلة تضيف يومين مقارنةً بالPCBات التقليدية ، ولكن تكرار التصميم الأسرع (بفضل دعم DFM) غالباً ما يعوض ذلك.

السؤال 6: هل يمكن أن تكون مجموعات 2+N+2 مرنة؟
ج6: نعم ‬باستخدام مواد مركزية مرنة ومواد تراكمية (مثل البوليميد بدلاً من FR-4) ، تعد مجموعات 2 + N + 2 المرنة مثالية للأجهزة القابلة للارتداء (مثل أشرطة الساعة الذكية) وتطبيقات السيارات (مثلإلكترونيات لوحة القيادة المنحنية)تقدم LT CIRCUIT مجموعات مرنة 2 + 2 + 2 مع نصف قطر انحناء أدنى 5 مم (للتلاعب المتكرر).

أفكار أخيرة: هل 2+N+2 HDI Stackup مناسب لك؟
إذا كان مشروعك يتطلب:

a.حجم PCB الأصغر دون التضحية بعدد المكونات.
إشارات عالية السرعة (5G، 100Gbps) مع الحد الأدنى من الخسارة.
c. توازن بين الأداء والتكلفة.

إذاً، فإنّ مجموعة 2+N+2 HDI هي خيارٌ ممتازٌ، وفعاليّتها تجعلها مناسبةً للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، والأجهزة الطبية،وأكثر من ذلك بينما تصميمه المهيكلة يسهل التصنيع ويقلل من المخاطر.

المفتاح للنجاح، الشراكة مع الشركة المصنعة المتخصصة في 2+N+2و اختيار المواد يضمن أن المجموعة تلبي مواصفاتك في الوقت المحدد و ضمن الميزانيةمن مراجعات DFM إلى الاختبار النهائي، LT CIRCUIT تعمل كامتداد لفريقك، مما يساعدك على تحويل تصميمك إلى PCB موثوق به عالية الأداء.

لا تدع القيود المفروضة على المساحة أو السرعة تحد من مشروعك. مع 2+N+2 HDI stackup، يمكنك بناء الإلكترونيات التي هي أصغر وأسرع وأكثر موثوقية دون المساس بتكلفة.