ساختار لایه ای PCB با تراکم بالا (HDI) با پیکربندی 2+N+2: راهنمای کامل برای طراحان و مهندسان

مطالب
1درک اصول 2+N+2 HDI PCB Stackup
2تجزیه ساختار لایه: چه هر جزء انجام می دهد
3تکنولوژی میکروویا در پیکربندی های 2+N+2
4.2+N+2 در مقایسه با سایر HDI Stackups: یک تجزیه و تحلیل مقایسه ای
5انتخاب مواد برای عملکرد بهینه
6طراحی بهترین شیوه ها برای استاکپ های قابل اعتماد 2+N+2
7ملاحظات تولید و کنترل کیفیت
8.FAQ: پاسخ های متخصص در مورد 2+N+2 HDI PCB

در مسابقه برای ساخت الکترونیک کوچکتر، سریع تر و قدرتمندتر، 2+N+2 HDI PCB استیکاپ به عنوان یک راه حل تغییر بازی ظهور کرده است. این پیکربندی لایه تخصصی تراکم تعادل،عملکرداما دقیقاً چه چیزی باعث می شود این طرح انباشته شده به این اندازه موثر باشد؟و چگونه می توانید از ساختار منحصر به فرد آن برای حل چالش برانگیزترین مشکلات مهندسی استفاده کنید?

این راهنما 2+N+2 HDI استیکاپ را آشکار می کند، اجزای آن، مزایای آن و برنامه های کاربردی آن را با بینش عملی برای طراحان و تیم های خرید به طور یکسان تجزیه می کند.آیا شما برای سرعت های 5G بهینه سازی می کنید، کوچک سازی، یا تولید حجم بالا، درک این معماری استاکپ به شما کمک می کند تا تصمیمات آگاهانه ای را که موفقیت پروژه را هدایت می کند، اتخاذ کنید.

1درک اصول 2+N+2 HDI PCB
نامگذاری 2+N+2 به یک ترتیب خاص از لایه ها اشاره دارد که این پیکربندی HDI را تعریف می کند.

a.2 (بالا): دو لایه نازک "بنیاد" در سطح بیرونی بالا
b.N (Core): تعداد متغیر لایه های داخلی هسته (معمولا 2-8)
c.2 (پایینی): دو لایه نازک در سطح بیرونی پایین

این ساختار برای رسیدگی به محدودیت های PCB های سنتی که با:

a.مسائل مربوط به یکپارچگی سیگنال در طرح های با سرعت بالا
b. محدودیت های فضایی برای الکترونیک فشرده
c.مشکلات قابلیت اطمینان در محیط های خشن

نابغه طراحی 2+N+2 در مدولاریت آن است. با جدا کردن استیک به مناطق کاربردی (طبقه های بیرونی برای اجزای، لایه های داخلی برای قدرت و سیگنال ها) ،مهندسان کنترل دقیق مسیر را بدست می آورند، مدیریت گرما و کاهش EMI (مداخلات الکترومغناطیسی).

معیارهای کلیدی: یک استاکپ استاندارد 2 + 4 + 2 (8 لایه کل) به طور معمول پشتیبانی می کند:

a.قطر میکروویا به اندازه 0.1 میلی متر (4 میلی متر)
b. عرض ردیاب/فاصل تا 2 میلی لیتر/2 میلی لیتر
c. تراکم اجزای 30-50٪ بالاتر از PCB های 8 لایه سنتی

2تجزیه ساختار لایه: هر جزء چه می کند
برای به حداکثر رساندن مزایای 2+N+2، شما باید نقش هر نوع لایه را درک کنید. در اینجا یک تجزیه دقیق:

2.1 لایه های ساختاری ("2" ها)
این لایه های بیرونی، اسب های کار نصب قطعات و مسیرهای دقیق هستند.

نقش حیاتی: لایه های ساخت از میکروویا برای اتصال به لایه های هسته ای داخلی استفاده می کنند و نیاز به حفره های بزرگ که فضای زیادی را تلف می کنند را از بین می برند.15mm microvia در لایه بالای ساخت می تواند به طور مستقیم به یک سطح قدرت در هسته متصل شود ✓ مسیرهای سیگنال را در مقایسه با ویاس های سوراخ سنتی 60٪ کاهش می دهد.

2.2 لایه های هسته ای (N)
هسته داخلی ستون فقرات ساختاری و عملکردی استیکاپ را تشکیل می دهد. "N" می تواند از 2 (طراحی های اساسی) تا 8 (تطبيقات پیچیده هوافضا) باشد که 4 رایج ترین آن است.

نکته طراحی: برای طرح های با سرعت بالا، هواپیماهای زمینی را در کنار لایه های سیگنال در هسته قرار دهید تا یک "اثر محافظ" ایجاد شود که صدای متقاطع را به حداقل می رساند.یک 2 + 4 + 2 استیکاپ با سیگنال متناوب و لایه های زمین می تواند EMI را تا 40٪ در مقایسه با پیکربندی های بدون محافظ کاهش دهد.

2.3 تعامل لایه: چگونه همه آنها با هم کار می کنند
جادوی 2+N+2 در این است که چگونه لایه ها همکاری می کنند:

a. سیگنال ها: ردیف های با سرعت بالا در لایه های جمع آوری شده از طریق میکروویا به سیگنال های داخلی متصل می شوند، با سطوح زمینی در هسته که تداخل را کاهش می دهد.
b. قدرت: مس ضخیم در لایه های هسته ای قدرت را توزیع می کند، در حالی که میکروویا آن را به اجزای لایه های بیرونی می رساند.
c. گرما: لایه های هسته ای به عنوان بخاری گرما عمل می کنند و انرژی حرارتی را از اجزای داغ (مانند پردازنده ها) از طریق میکروویای رسانای حرارتی جذب می کنند.

این همبستگی باعث می شود که استاکاپ بتواند سیگنال های 100Gbps + را مدیریت کند در حالی که از 30٪ بیشتر اجزای مشابه PCB های سنتی پشتیبانی می کند.

3تکنولوژی میکروویا در پیکربندی های 2+N+2
مایکروویا قهرمانان ناشناخته 2 + N + 2 استیکاپ هستند. این سوراخ های کوچک (0.1-0.2 میلی متر قطر) امکان اتصال متراکم را فراهم می کنند که طراحی های با عملکرد بالا را امکان پذیر می کند.

3.1 انواع و کاربرد میکروویا

3.2 تولید میکروویا: لیزر در مقابل حفاری مکانیکی
2+N+2 stackups به طور انحصاری به حفاری لیزر برای میکروویا متکی هستند و به دلیل خوبی:

چرا لیزر حفاری؟ این باعث ایجاد سوراخ های تمیز تر و سازگارتر در مواد باریک تشکیل شده می شود که برای پوشش قابل اعتماد حیاتی است. LT CIRCUIT از سیستم های لیزر UV استفاده می کند که 0.1 میلی متر میکروویا را با بهره وری 99.7٪ به دست می آورد،که به مراتب بالاتر از میانگین صنعت 95% است..

42+N+2 در مقابل سایر HDI: یک تجزیه و تحلیل مقایسه ای
همه HDI ها یکسان نیستند. در اینجا چگونگی مقایسه 2+N+2 با گزینه های متداول:

نکته کلیدی: 2 + N + 2 بهترین تعادل تراکم، عملکرد و هزینه را برای اکثر الکترونیک های پیشرفته ارائه می دهد.این از 1 + N + 1 در یکپارچگی سیگنال برتر است در حالی که هزینه 30-40٪ کمتر از طرح های ساخت کامل است.

5انتخاب مواد برای عملکرد بهینه
مواد مناسب یک 2+N+2 را ایجاد یا از بین می برند. در اینجا چگونه انتخاب کنیم:

5.1 مواد اصلی

توصیه: استفاده از Rogers 4350B برای طرح های 28GHz + 5G برای به حداقل رساندن از دست دادن سیگنال. برای اکثر برنامه های کاربردی مصرفی، FR-4 بهترین نسبت هزینه و عملکرد را ارائه می دهد.

5.2 مواد ساختمانی

راهنمای کاربرد: ABF برای سیگنال های 100Gbps + در مراکز داده ایده آل است ، در حالی که RCC برای PCB های تلفن همراه که هزینه آن بسیار مهم است ، به خوبی کار می کند. پلی آمید برای طرح های انعطاف پذیر 2+N+2 (به عنوان مثال ،تکنولوژی پوشیدنی).

6طراحی بهترین شیوه ها برای استاکپ های قابل اعتماد 2+N+2
با استفاده از این استراتژی های طراحی اثبات شده از مشکلات رایج اجتناب کنید:
6.1 برنامه ریزی انبار
a. ضخامت تعادل: اطمینان حاصل کنید که لایه های بالای و پایین جمع شدن دارای ضخامت یکسان هستند تا از انحراف جلوگیری شود. یک انبار 2 + 4 + 2 با لایه های بالای 3 میلی لیتر باید لایه های پایین 3 میلی لیتر داشته باشد.
ب. جفت گیری لایه ها: همیشه جفت گیری لایه های سیگنال با سرعت بالا با سطوح زمینی مجاور برای کنترل مقاومت (هدف 50Ω برای اکثر سیگنال های دیجیتال).
ج. توزیع برق: استفاده از یک لایه اصلی برای 3.3V و یک لایه دیگر برای زمین برای ایجاد یک شبکه توزیع برق با مقاومت پایین.

6.2 طراحی میکروویا
a. نسبت ابعاد: ابعاد قطر تا عمق میکروویا را کمتر از ۱: ۱ نگه دارید (به عنوان مثال، قطر ۰٫۱۵ میلی متر برای لایه های جمع شده با ضخامت ۰٫۱۵ میلی متر).
ب. فاصله گذاری: فاصله دو برابر قطر بین میکروویا ها را حفظ کنید تا از مدار کوتاه در طول پوشش جلوگیری شود.
c. پر کردن: استفاده از میکروویا های پر از مس برای مقاومت مکانیکی در کاربردهای مستعد لرزش.

6.3 دستورالعمل های مسیر
a.عرض ردیابی: برای سیگنال های تا 10 گیگابایت در ثانیه از ردیابی 3 میلی لیتر استفاده کنید؛ برای مسیرهای برق از ردیابی 5 میلی لیتر استفاده کنید.
ب. جفت های دیفرانسیل: جفت های دیفرانسیل مسیر (به عنوان مثال USB 3.0) در یک لایه جمع آوری با فاصله 5 میلی متر برای حفظ مقاومت.
c. BGA Fan-Out: از مایکروویا های مرحله ای برای BGA Fan-out برای به حداکثر رساندن کانال های مسیریابی تحت جزء استفاده کنید.

7ملاحظات تولیدی و کنترل کیفیت
حتی بهترین طرح ها بدون تولید مناسب شکست می خورند. این چیزی است که از تولید کننده PCB شما انتظار دارید:

7.1 فرایندهای تولیدی حیاتی
لامیناسیون دنباله ای: این فرآیند پیوند مرحله به مرحله (اول هسته، سپس لایه های انباشت) اطمینان از تراز دقیق میکروویا را تضمین می کند. از تولید کنندگان می خواهند تحمل تراز را مستند کنند (هدف: ± 0.02mm).
ب.پلاستی: اطمینان حاصل کنید که میکروویا حداقل 20μm مس را دریافت می کند تا از مشکلات قابلیت اطمینان جلوگیری شود. از گزارش های برش متقابل برای تأیید یکسانی پوشش درخواست کنید.
c. پایان سطح: برای مقاومت در برابر خوردگی در دستگاه های پزشکی ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) را انتخاب کنید؛ برای محصولات مصرفی حساس به هزینه ها HASL (Hot Air Solder Leveling) را انتخاب کنید.

7.2 کنترل کیفیت

7.3 انتخاب سازنده مناسب
به دنبال تولید کننده هایی باشید که:

صدور گواهینامه IPC-6012 کلاس 3 (مهم برای قابلیت اطمینان بالا 2+N+2)
خط تولید HDI اختصاصی (نه تجهیزات استاندارد PCB استفاده مجدد)
c. پشتیبانی مهندسی داخلی برای بررسی DFM (LT CIRCUIT بازخورد DFM 24 ساعته را فراهم می کند)

8سوالات عمومی: پاسخ های متخصص در مورد PCB های 2+N+2 HDI
سوال1: حداکثر تعداد لایه های ممکن در یک استاکاپ 2+N+2 چیست؟
A1: در حالی که از نظر فنی انعطاف پذیر است، محدودیت های عملی N را در 8 محدود می کند، که منجر به 12 لایه است (2 + 8 + 2).پیچیدگی تولید و افزایش هزینه به صورت نمایی بدون افزایش عملکرد قابل توجهیاکثر برنامه ها با 2+4+2 (8 لایه) خوب کار می کنند.

س2: آیا استاکپ های 2+N+2 می توانند برنامه های قدرتمند را مدیریت کنند؟
A2: بله، با طراحی مناسب. استفاده از 2 اونس مس در لایه های هسته ای برای توزیع قدرت و اضافه کردن ویاس های حرارتی (قطر 1 میلی متر) برای از بین بردن گرما از اجزای با قدرت بالا.LT CIRCUIT به طور منظم 2+4+2 استیکاپ برای اینورترهای صنعتی 100W تولید می کند.

س3: در مقایسه با یک PCB استاندارد، 2+N+2 PCB چقدر هزینه دارد؟
A3: یک 2 + 4 + 2 استیکاپ حدود 30-50٪ بیشتر از یک PCB 8 لایه سنتی هزینه می کند ، اما 30-50٪ تراکم قطعات بالاتر و یکپارچگی سیگنال برتر را ارائه می دهد.تفاوت هزینه های واحد به دلیل بهره وری تولید به 15-20 درصد کاهش می یابد.

سوال 4: حداقل مقدار سفارش برای PCB های 2+N+2 چیست؟
A4: تولید کنندگان معتبر مانند LT CIRCUIT سفارشات نمونه اولیه را از 1-5 واحد پذیرفته اند. برای تولید انبوه، 1000 واحد معمولاً برای تخفیف قیمت عمده واجد شرایط هستند.

سوال 5: تولید PCB های 2+N+2 چقدر طول می کشد؟
A5: زمان تولید نمونه اولیه 5-7 روز با خدمات سریع است. تولید انبوه (10,000+ واحد) 2-3 هفته طول می کشد. لایه بندی متوالی در مقایسه با PCB های سنتی 1-2 روز اضافه می کند.اما تکرار سریع تر طراحی که توسط HDI امکان پذیر است اغلب این را جبران می کند.

نظرات نهایی
2+N+2 HDI استکاپ نشان دهنده نقطه شیرین در طراحی PCB است که چگالی مورد نیاز برای کوچک سازی، عملکرد مورد نیاز برای سیگنال های با سرعت بالا،و بهره وری هزینه ای که برای تولید انبوه ضروری استبا درک ساختار لایه، الزامات مواد و تفاوت های تولیدی، شما می توانید از این فناوری برای ایجاد الکترونیک هایی که در بازار رقابتی امروز برجسته هستند استفاده کنید.

موفقیت با 2+N+2 استیکاپ ها به شدت به انتخاب شرکای درست تولید بستگی دارد.تخصص LT CIRCUIT در فناوری HDI از حفاری میکروویا تا لایه بندی متوالی تضمین می کند که استیکاپ شما با رعایت بودجه و برنامه ریزی، مشخصات طراحی را برآورده می کند.

این که آیا شما در حال طراحی نسل بعدی دستگاه های 5G یا تجهیزات پزشکی فشرده هستید، 2+N+2 HDI انعطاف پذیری و عملکرد را برای تبدیل چشم انداز شما به واقعیت فراهم می کند.