High-Density Interconnect (HDI) PCBs are the backbone of modern electronics—powering everything from 5G smartphones to medical imaging devices—thanks to their ability to pack more components into smaller spaces using microviasبا این حال، شکاف بین آرمان های طراحی HDI و قابلیت های تولید اغلب منجر به اشتباهات پرهزینه می شود: مهلت های از دست رفته، تخته های معیوب،و مواد هدر رفتهمطالعات نشان می دهد که ۷۰ درصد مشکلات تولید PCB HDI ناشی از عدم هماهنگی بین طراحی و تولید است. اما این مشکلات با همکاری زودهنگام، قوانین طراحی دقیق،و شناسایی مسئله فعالاین راهنما چگونگی برطرف کردن شکاف طراحی و تولید، شناسایی مشکلات بحرانی قبل از افزایش آنها و اجرای راه حل ها برای اطمینان از PCB های HDI قابل اعتماد و با عملکرد بالا را تجزیه می کند.
نکات کلیدی
1همکاری با تولید کنندگان در اوایل (قبل از نهایی کردن طرح ها) برای هماهنگی انتخاب های طراحی با قابلیت های تولید
2قوانین سختگیرانه طراحی HDI را اجرا کنید (عرض ردیابی، از طریق اندازه، نسبت ابعاد) و چک های تکراری طراحی برای تولید (DFM) را برای شناسایی مشکلات در هر مرحله اجرا کنید.
3.آودیت فایل های Gerber به طور کامل برای اصلاح عدم تطابق، داده های گمشده، یا اشتباهات فرمت - اینها مسئول 30٪ از تاخیر تولید HDI هستند.
4استفاده از ابزارهای پیشرفته (تحلیل مبتنی بر هوش مصنوعی، شبیه سازی سه بعدی) و بهترین شیوه های میکروویا برای بهینه سازی یکپارچگی سیگنال و کاهش نقص ها.
5استفاده از نمونه اولیه و حلقه های بازخورد (بین تیم های طراحی و تولید) برای تأیید طرح ها و حل مشکلات قبل از تولید انبوه.
تضاد بین طراحی HDI و تولید
PCB های HDI نیاز به دقت دارند: ردپای های نازک به اندازه 50 میکرومتر، میکروویا های کوچک به اندازه 6 میلی متر و فرآیندهای لایه بندی دنباله دار که نیاز به تحمل های تنگ دارند.زمانی که تیم های طراحی اولویت عملکرد یا کوچک سازی را بدون در نظر گرفتن محدودیت های تولید دارند، تعارضاتی بوجود می آید که منجر به تنگنایی های تولید و صفحه های معیوب می شود.
علل اختلاف
شکاف بین طراحی و تولید اغلب ناشی از اشتباهات اجتناب پذیر است، از جمله:
1. عدم تطابق اسناد
a.نقشه های ساخت و فایل های Gerber که تراز نمی شوند (به عنوان مثال ضخامت های مختلف PCB یا رنگ های ماسک جوش) تولید کنندگان را مجبور به توقف تولید برای روشن شدن می کنند.
فایل های حفاری b.NC که با نمودارهای حفاری مکانیکی در تضاد هستند، باعث سردرگمی در مورد اندازه سوراخ می شوند، حفاری را کند می کنند و خطر عدم تراز شدن ویاس ها را افزایش می دهند.
ج.کاپی شده و یا از دست رفته یادداشت های ساخت (به عنوان مثال، مشخص کردن غیر ضروری از طریق پر کردن) مراحل و هزینه های غیر ضروری را اضافه می کند.
2مطالب یا مشخصات نادرست
a.خطای وزن مس (به عنوان مثال، مخلوط اونس و میل) منجر به نقص های پوشش می شود. مقدار کمی از مس باعث از دست دادن سیگنال می شود، در حالی که مقدار زیادی از محدودیت های ضخامت تولید فراتر می رود.
ب.انتخاب موادی که با استانداردهای IPC مطابقت ندارند (به عنوان مثال، مواد دی الکتریک که با شوک حرارتی ناسازگار هستند) قابلیت اطمینان صفحه را کاهش می دهد و نرخ شکست را افزایش می دهد.
3.توانايي توليد را نادیده ميگيرد
a.طراحی ویژگی هایی که از محدودیت های تجهیزات تولید کننده فراتر می رود: به عنوان مثال، مشخص کردن میکروویا های 4 میلی متر در حالی که حفاری لیزر کارخانه فقط می تواند سوراخ های 6 میلی متر را اداره کند.
b. نقض قوانین اساسی HDI (به عنوان مثال، نسبت ابعاد > 1: 1 برای میکروویا، فاصله ردیابی <3 میلی متر) امکان پوشش و حک کردن را غیرممکن می کند، که منجر به شورت یا مدار باز می شود.
4. از پیچیدگی فرآیند چشم پوشی
a. PCB های HDI به فرآیندهای تخصصی مانند تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) و حکاکی پلاسما تکیه می کنند. طرح هایی که این مراحل را در نظر نمی گیرند (به عنوان مثال،عدم وجود فضای خالی کافی برای تراز LDI) منجر به تعریف ضعیف ویژگی می شود..
ب.سلسلوی لامیناسیون (پرده های ساختمانی یک به یک) نیاز به تراز دقیق لایه دارد. طرح هایی با لایه های ثبت نشده باعث عدم تراز و از طریق شکست می شوند.
نکته: قبل از شروع طراحی HDI، یک جلسه شروع با تولید کننده خود را برنامه ریزی کنید. استیکاپ اولیه خود را از طریق برنامه و لیست اجزای خود به اشتراک بگذارید. آنها شکاف های قابلیت ها را نشان می دهند (به عنوان مثال، ما نمی توانیم 0 انجام دهیم).75(۱: ۱ نسبت ابعاد میکروویا) در اوایل، شما را از طراحی مجدد گران قیمت نجات می دهد.
تاثیر بر تولید
تعارض های حل نشده طراحی و تولید تولید را به روش های ملموس از راه می اندازد، هزینه، کیفیت و جدول زمانی را تحت تاثیر قرار می دهد:
| تاثیر |
توضیحات |
| تاخیر |
بازرسی برای حل عدم تطابق اسناد 2 × 3 برابر طول می کشد؛ طراحی مجدد 1 × 2 هفته به تولید اضافه می کند. |
| نرخ نقص های بالاتر |
نقایص رایج شامل ترک (از نسبت ابعاد ضعیف) ، خستگی مفصل جوش (از استرس حرارتی) و مدارهای باز (از نقض فاصله ردیابی) است. |
| بازده کمتر |
فرایندهای پیشرفته مانند LDI یا حکاکی پلاسما نیاز به ورودی دقیق طراحی دارند. لایه های غلط یا پاکسازی نادرست می توانند حاصل را از 90٪ به 60٪ کاهش دهند. |
| افزایش هزینه ها |
تست های اضافی، کار مجدد روی تخته های معیوب و مواد هدر رفته، 20 تا 30 درصد از کل هزینه های پروژه را افزایش می دهد. |
| زمان بندی از دست رفته |
طراحی مجدد و توقف تولید اغلب منجر به تاخیر در راه اندازی محصولات و از دست دادن سهم بازار می شود. |
برای کاهش این خطرات، تولید کنندگان ممکن است از راه حل هایی مانند جبران لایه بندی (تعدیل ضخامت لایه برای تنظیم تراز) یا پوشش اضافی استفاده کنند، اما این کمک های باند قابلیت اطمینان صفحه را کاهش می دهد..تنها راه حل بلند مدت این است که از ابتدا با توجه به تولید طراحی کنیم.
شناسایی مسائل PCB HDI: زمینه های کلیدی برای حسابرسی
تشخیص مسائل HDI در اوایل (در طول طراحی، نه تولید) بسیار مهم است. رفع یک مشکل در طرح 100 دلار هزینه دارد، اما رفع آن پس از تولید 10،000 دلار هزینه دارد.در زیر سه منطقه با بیشترین خطر برای بازرسی وجود دارد، به علاوه گام های عملی برای شناسایی مشکلات.
1محدودیت ها و قوانین طراحی: اجرای استانداردهای خاص HDI
PCB های HDI قوانین بسیار سختگیرانه تری نسبت به PCB های استاندارد به دلیل ویژگی های ظریف خود دارند. نادیده گرفتن این قوانین علت شماره یک شکست طراحی است. در زیر دستورالعمل های غیر قابل مذاکره هستند،با IPC-2226 (استانداردهای صنعت برای HDI) هماهنگ شده است:
| عنصر طراحی |
قاعده ی عمومی HDI |
توجیه |
| عرض ردیاب |
۲٫۴ میلی (50٫۱۰۰ میکروم) |
ردیاب های نازک تر فضای بیشتری را صرفه جویی می کنند اما خطر از دست دادن سیگنال را دارند؛ ردیاب های ضخیم تر از اهداف تراکم فراتر می روند. |
| فاصله ردیابی |
۳۵ میلی لیتر (۷۵٫۱۲۵ میکروم) |
از سر و صدا در هنگام حک کردن جلوگیری می کند. |
| از طریق قطر |
۶۸ میلی لیتر برای مایکروویا؛ ۱۰۱۲ میلی لیتر برای ویوس کور |
میکروویا های کوچکتر طراحی های درون پد را امکان پذیر می کنند اما نیاز به حفاری لیزری دارند. |
| فاصله بین مسیرها |
۸ ٫۱۰ میلی لیتر |
از همپوشانی پوشش جلوگیری می کند و یکپارچگی ساختاری را تضمین می کند. |
| اندازه پد |
حداقل 10~12 میلی لیتر |
اطمینان از جوش قابل اطمینان برای اجزای باریک (به عنوان مثال BGA). |
| نسبت ابعاد میکروویا |
≤0.75:1 (عمق:قطر) |
جلوگیری از پوسته های پوسته سازی: نسبت های بالاتر (به عنوان مثال 1: 1) منجر به پوسته بندی نازک یا نابرابر می شود. |
| کنترل مقاومت |
عرض ردیابی/فاصله را با مقاومت هدف مطابقت دهید (به عنوان مثال، 50Ω برای سیگنال ها) |
حفظ یکپارچگی سیگنال برای داده های با سرعت بالا (به عنوان مثال، 4G / 5G، PCIe). |
بهترین شیوه های طراحی اضافی
a. جداسازی سیگنال: جدا کردن سیگنال های دیجیتال (سرعت بالا) ، آنالوگ (صدای کم) و قدرت به لایه های متمایز، EMI را 30٪ کاهش می دهد و از فساد سیگنال جلوگیری می کند.
b. مدیریت حرارتی: اضافه کردن ویاس های حرارتی (10-12 میلی لیتر) در زیر اجزای تولید کننده گرما (به عنوان مثال پردازنده ها) برای از بین بردن گرما؛ برای دستگاه های با قدرت بالا با بخاری ها جفت شود.
c. بهینه سازی استاکاپ: استفاده از لایه بندی میکروویا برای BGA های دارای تعداد پین بالا این اجازه می دهد تا سیگنال ها از BGA به لایه های داخلی از طریق میکروویا های انباشته هدایت شوند و فضا را صرفه جویی کنند.
d. تخفیف استرس مکانیکی: از قرار دادن قطعات یا ویاس ها در نزدیکی لبه های PCB اجتناب کنید (یک بافر 2 میلی متری را ترک کنید) تا از ترک شدن در طول مونتاژ یا دستکاری جلوگیری شود.
نکته مهم: همیشه قوانین انباشت و طراحی خود را با تولید کننده خود تأیید کنید. به عنوان مثال،یک کارخانه ممکن است به جای 3 میلی متر به فاصله 5 میلی متر نیاز داشته باشد اگر فرآیند حکاکی آنها تحملات سخت تری داشته باشد.
2بررسی DFM: تایید قابلیت تولید در هر مرحله
بررسی طراحی برای قابلیت تولید (DFM) یک مرحله یکبار نیست، آنها باید به طور مکرر در طول بررسی کتابخانه، قرار دادن قطعات، مسیریابی و تایید طرح نهایی اجرا شوند..g، تحلیلگر DFM Altium Designer، چک کننده DFM Cadence Allegro) مسائل را نشان می دهد که چشم انسان از آن غافل می شود، اما آنها بهترین کار را زمانی انجام می دهند که به قابلیت های سازنده شما سفارشی شده باشند.
چک های کلیدی DFM برای PCB های HDI
جدول زیر چک های ضروری DFM و تأثیر آنها بر تولید HDI را نشان می دهد:
| بررسی DFM/ ویژگی ابزار |
هدف |
مزایای خاص HDI |
| بررسی های تکراری (کتابخانه → مسیر) |
قوانین را در هر مرحله طراحی اعمال کنید (به عنوان مثال، اندازه های چک پد در هنگام تنظیم کتابخانه، فاصله ردیابی در هنگام مسیریابی). |
مشکلات را زودتر تشخیص می دهد (به عنوان مثال، پد استیک ناسازگار برای میکروویا) قبل از اینکه نیاز به بازسازی طرح کامل داشته باشند. |
| اعتبارسنجی فاصله پشت |
اطمینان حاصل شود که فاصله کافی بین پین های backdrill و vias/traces مجاور وجود دارد. |
جلوگیری از بازتاب سیگنال و کوتاه مدت در طرح های HDI با سرعت بالا (به عنوان مثال، motherboards سرور). |
| تشخیص ماسک جوش دهنده / ماسک چسب |
بررسی کنید که بازیهای ماسک جوش با پد ها هماهنگ باشند؛ بررسی کنید که آیا ماسک ها از دست رفته اند. |
جلوگیری از اتصال جوش (کوتاه کردن پد های مجاور) و اطمینان از جوش مناسب قطعات که برای BGA های باریک ضروری است. |
| اجرای فاصله مس |
حداقل فاصله بین ویژگی های مس (نشان ها، پد ها، ویاس ها) را اعمال کنید. |
جلوگیری از خطاهای حکاکی (به عنوان مثال، ردپای ادغام شده) در طرح های فشرده HDI. |
| مجموعه محدودیت های سفارشی |
ایجاد قوانین DFM متناسب با فرآیندهای سازنده خود (به عنوان مثال، هیچ ویاس در عرض 8 میلی متر از لبه تخته) |
طراحی را با قابلیت های کارخانه هماهنگ می کند و ویژگی های غیر قابل ساخت را کاهش می دهد. |
| از طریق خارج شدن |
از بررسی های خاصی (به عنوان مثال، پاکسازی ماسک خمیر) خارج کنید. |
مثبت های کاذب را کاهش می دهد و اعتبار سنجی را تسریع می کند |
| اصلاح پاد استاک |
ابعاد پد را تنظیم کنید (به عنوان مثال، اندازه حلقه حلقه ای را افزایش دهید) برای رفع نقض قوانین. |
امکان رعایت قوانین HDI سختگیرانه (به عنوان مثال، 6 میلی لیتر vias نیاز به حلقه های حلقه ای 2 میلی لیتر) بدون طراحی مجدد طرح. |
چگونگی به حداکثر رساندن اثربخشی DFM
a.با قوانین همکاری کنید: محدودیت DFM خود را با تولید کننده برای بررسی به اشتراک بگذارید. آنها قوانین خاص فرآیند را اضافه می کنند (به عنوان مثال، میکروویای لیزر سوراخ شده نیاز به حلقه های حلقه ای 1 میلی متر دارند).
b. چک کردن پس از هر تغییر: حتی تنظیمات کوچک (به عنوان مثال، حرکت یک جزء) می تواند قوانین DFM را نقض کند
c.تحقیقات خودکار و دستی را ترکیب کنید: ابزارهای خودکار از زمینه خارج می شوند (به عنوان مثال، این ردیاب در نزدیکی یک منبع گرما است٬ آیا به فاصله اضافی نیاز دارد؟).با دست (مجموعه های میکرووی).
نکته ابزار: از ویژگی Altium Designer برای اتصال مستقیم به پایگاه داده DFM کارخانه PCB خود استفاده کنید. این به طور خودکار آخرین قوانین آنها را به نرم افزار طراحی شما می کشد.
3مشکلات داده های گربر: اجتناب از تاخیر تولید شماره یک
فایل های Gerber "طراحی" برای PCB های HDI هستند. آنها حاوی تمام داده های لایه، دستورالعمل های حفاری و جزئیات ماسک جوش هستند. یک خطا در فایل های Gerber می تواند تولید را برای روز ها متوقف کند.مسائل رایج شامل لایه های گمشده است، داده های اشتباه و فرمت های منسوخ شده و آنها به ویژه برای HDI ها گران هستند، جایی که حتی یک میل اشتباه میکروویا را می شکند.
مشکلات رایج جربر و تاثیر آن
| مشکل داده های گربر |
توضیحات |
تاثیر بر تولید HDI |
| عدم تطابق طراحی و تولید |
ویژگی های طراحی PCB (به عنوان مثال، از طریق اندازه) از توانایی های سازنده فراتر می رود. |
درخواست های طراحی مجدد را تحریک می کند، تولید را با 1 ¢ 2 هفته تأخیر می اندازد؛ ضایعات مواد را افزایش می دهد. |
| مجوزهای ناکافی |
فاصله بین ردیف ها، پد ها یا ویاس ها کمتر از حداقل الزامات است. |
باعث اشتباهات حکاکی (کوتاه) ، شکاف های پوشش می شود و از طریق شکست، تولیدات 20٪ کاهش می یابد. |
| فرمت فایل های منسوخ شده |
استفاده از فرمت های منسوخ شده (به عنوان مثال، Gerber 274D) به جای RS-274X / Gerber X2. |
فایل ها توسط تجهیزات مدرن HDI (به عنوان مثال ماشین های LDI) قابل خواندن نیستند؛ تولید تا زمان فرمت مجدد متوقف می شود. |
| لایه های ثبت نشده |
لایه ها با یک نقطه مرجع مشترک هماهنگ نیستند. |
علت از طریق عدم تراز ٫ مایکروویا ممکن است به لایه های داخلی متصل نشود و منجر به باز شدن مدار شود. |
| نقشه ي گمشده ي تخته |
هیچ محدوده محدودی برای PCB وجود ندارد. |
تولید کنندگان نمی توانند تخته را به اندازه خود برش دهند؛ تولید تا زمان ارائه طرح متوقف می شود. |
| فایل های فاسد/خالی |
فایل های گربر داده های گمشده دارند یا در طول انتقال آسیب دیده اند. |
تولید نمی تواند شروع شود؛ نیاز به صادرات مجدد و بررسی مجدد پرونده ها دارد. |
| نامگذاری دو فایل مبهم |
نام های غیر استاندارد (به عنوان مثال، Layer1.GBR به جای Top_Copper_RS274X.GBR ). |
ایجاد سردرگمی (به عنوان مثال، مخلوط کردن لایه های بالا و پایین) ؛ منجر به تخته های معکوس می شود. |
| خطاهای پاکسازی ماسک جوش |
بازیهای ماسک جوش برای پد ها خیلی کوچک و بزرگ هستند. |
باعث می شود که مس در معرض (خطر خوردگی) یا پل جوش (کوتاه) در طرح های HDI باریک باشد. |
| استفاده نامناسب از روش کور/پنهار |
ویاس های کور با نسبت ابعاد بالا نشان داده نشده اند یا جفت لایه ها نادرست هستند. |
پوشش نامناسب است (دیواره های نازک) ، که منجر به ترک شدن در طول چرخه حرارتی می شود. |
چگونه پرونده های Gerber را برای HDIs بررسی کنیم
a. از Gerber Viewer استفاده کنید: ابزارهایی مانند GC-Prevue یا ViewMate به شما امکان می دهد لایه ها را بررسی کنید، تراز آنها را بررسی کنید و اندازه حفاری را بررسی کنید.
ب.تطابق لایه را تایید کنید: تمام لایه ها را (سطح مس بالا ، ماسک جوش ، فایل حفاری) پوشش دهید تا اطمینان حاصل شود که آنها در یک خط قرار دارند.
c. بررسی داده های دیافراگم: اطمینان حاصل کنید که جداول دیافراگم (پد تعریف / از طریق اشکال) با طراحی شما مطابقت دارد.
d. Cross-Reference with BOM/Pick-and-Place: Confirm component footprints in Gerbers match the Bill of Materials (BOM) ️ یک اثر متضاد (به عنوان مثال، 0402 در مقابل 0201) منجر به خطاهای مونتاژ می شود.
سازگاری فایل های تست: یک نمونه از مجموعه Gerber را به سازنده خود برای بررسی قبلی بفرستید. آنها تأیید می کنند که فایل ها با تجهیزات خود کار می کنند.
نکته حرفه ای: صادرات فایل های Gerber در فرمت RS-274X (با داده های دیافراگم های جاسازی شده) به جای 274D
حل و پیشگیری از تعارضات طراحی و تولید HDI
رفع مشکلات HDI فقط در مورد رفع مشکلات نیست بلکه در مورد سیستم های ساختمانی است که در ابتدا از تعارض جلوگیری می کنند. در زیر استراتژی های اثبات شده برای هماهنگی طراحی و تولید،بهینه سازی عملکرد HDI، و نقص ها را کاهش دهد.
1همکاری های اولیه: دفاع شماره یک در برابر درگیری ها
موثرترین راه برای جلوگیری از مشکلات HDI این است که قبل از اینکه طرح را نهایی کنید، تولید کنندگان را در فرآیند طراحی درگیر کنید.این همکاری تضمین می کند که طراحی شما از ابتدا قابل ساخت باشد و از تخصص کارخانه برای بهینه سازی عملکرد استفاده می کند..
گام های عملی برای همکاری
1جلسه شروع: قرار ملاقات با تیم مهندسی سازنده خود را برای بررسی:
a. استاکپ (شمار لایه ها، مواد دی الکتریک، وزن مس).
ب. نقشه مسیر (سطح میکروویا، نسبت ابعاد، کور / دفن شده از طریق جفت لایه).
c.لیستی از اجزای موجود (BGA های با صدای خوب، قطعات تولید کننده گرما).
اونها مسائل مثل "ما نمیتونیم از FR-4 برای 12 لایه ی شما استفاده کنیم" استفاده از لامینات Tg بالا برای ثبات حرارتی.
2.تکرار های طراحی را به اشتراک بگذارید: طرح های پیش نویس (نه فقط فایل های نهایی) را برای بازخورد ارسال کنید(به سمت چپ این خوشه ی میکروویا 2 میلی متر حرکت کنید تا از سوراخ کردن در یک هواپیما قدرت جلوگیری کنید) که بعد از سردرد بزرگ نجات می دهد..
3نقش های واضح را تعریف کنید: یک ارتباط طراحی و ارتباط تولید را برای برقراری ارتباط منظم تعیین کنید. این باعث جلوگیری از سوء ارتباط می شود (به عنوان مثال، تیم طراحی اندازه طریق را تغییر داد،اما به کارخونه خبر نشده بود).
4.تطابق با تحمل: تولید HDI نیاز به تحمل های تنگ (± 0.1 میلی برای حفاری لیزر) دارد. قابلیت های سازنده خود را تأیید کنید (به عنوان مثال، حداقل تحمل عرض ردیابی شما چیست؟و طراحی خود را برای مطابقت با.
مطالعه موردی: یک شرکت تجهیزات پزشکی طراحی مجدد HDI را 60٪ کاهش داد با درگیر کردن تولید کننده خود در طراحی استاکپ.کارخانه توصیه کرد که از میکروویای 8 میلی لیتر به میکروویای 6 میلی لیتر (که دریل لیزر آنها بهتر کار می کند) تغییر کنند، کاهش اندازه صفحه 15٪ و بهبود یکپارچگی سیگنال
2ابزار طراحی پیشرفته: بهینه سازی HDI برای عملکرد و قابلیت تولید
ابزارهای طراحی PCB مدرن برای HDI ها ساخته شده اند، آنها ردیابی های ظریف، میکروویا و طرح های سه بعدی را که نرم افزار قدیمی نمی تواند انجام دهد، مدیریت می کنند. سرمایه گذاری در این ابزارها باعث کاهش خطاها و سرعت طراحی می شود.در حالی که ویژگی های شبیه سازی اجازه می دهد تا شما تست عملکرد قبل از تولید.
ابزارهای ضروری برای طراحی HDI
| دسته ابزار |
نمونه ها |
مورد استفاده خاص HDI |
| طراحی سه بعدی و ابزارهای انباشت |
طراح آلتیوم (مدیر استیک لایه) ، Cadence Allegro (مدیر بخش متقابل) |
طراحی HDI پیچیده (به عنوان مثال، 16 لایه با میکروویای پر) و بررسی ضخامت دی الکتریک برای کنترل مقاومت. |
| شبیه سازی یکپارچگی سیگنال |
ADS Keysight، Ansys SIwave |
سیگنال های با سرعت بالا (به عنوان مثال، 10Gbps Ethernet) را برای crosstalk و انعکاس آزمایش کنید که برای فاصله ردیابی HDI بسیار مهم است. |
| ابزار تجزیه و تحلیل EMI |
Ansys HFSS، Cadence Clarity 3D Solver |
هواپیماهای زمینی و لایه های محافظ را برای کاهش EMI HDI اندازه کوچک آن را مستعد تداخل الکترومغناطیسی می کند. |
| ابزارهای مسیریابی تعاملی |
"التيوم اکتيو روت" ، "کادنس سيگريت روتر" |
مسیرهای BGA با ارتفاع دقیق (به عنوان مثال، ارتفاع 0.4 میلی متر) در حالی که قوانین HDI را اجرا می کند (به عنوان مثال، هیچ چرخش زاویه راست). |
| پلتفرم های طراحی مبتنی بر هوش مصنوعی |
کادنس الگرو ایکس، شرکت زیمنس اکسپدیشن |
استفاده از هوش مصنوعی برای بهینه سازی قرار دادن میکروویا، کاهش طول مسیر (تا ۲۰٪) و پیش بینی مشکلات سیگنال قبل از وقوع آنها. |
چگونه از ابزارها برای موفقیت HDI استفاده کنیم
a. شبیه سازی زودهنگام: شبیه سازی یکپارچگی سیگنال را قبل از مسیریابی اجرا کنید. این مسئله مشکلات احتمالی را شناسایی می کند (به عنوان مثال ، این ردیاب 15٪ crosstalk را دارد) و به شما امکان می دهد استیکپ لایه یا فاصله ردیاب را تنظیم کنید.
b.استفاده از تجسم سه بعدی: PCB های HDI دارای ویژگی های پنهان هستند (ویاس های کور، لایه های داخلی) که دیدگاه های دو بعدی از بین می روند. ابزارهای سه بعدی به شما امکان می دهد تا برخورد لایه ها را بررسی کنید (به عنوان مثال،(یک کور از لایه 1 به لایه 3 به یک سطح قدرت در لایه 2 ضربه می زند).
c.کار های روتینی را به صورت خودکار انجام دهید: از مسیریابی مبتنی بر هوش مصنوعی برای انجام کارهای تکراری (به عنوان مثال، مسیریابی 100 پین BGA) استفاده کنید در حالی که روی مناطق پرخطر (توزیع برق، مدیریت حرارتی) تمرکز می کنید.
نکته ابزار: ¢HDI Wizard ¢ Siemens Xpedition ¢ طراحی استاکپ میکروویا را خودکار می کند ¢ پیچ و تعداد لایه های مولفه را وارد می کند و از طریق طرح قابل تولید تولید می کند.
3بهترین شیوه های میکروویا: اجتناب از نقص شماره یک HDI
میکروویا قلب PCB های HDI هستند، آنها با اتصال لایه ها بدون استفاده از سوراخ های عبور، چگالی بالا را امکان پذیر می کنند.۴۰ درصد نقص های HDI مربوط به میکروویا (شکستگی) هستند.در زیر قوانینی برای اطمینان از قابلیت اطمینان میکروویا وجود دارد.
قوانین طراحی حیاتی میکروویا
a. نسبت ابعاد: نسبت ابعاد میکروویا (عمق:قطر) ≤0 باشد.75۱- نسبت های پایین تر (به عنوان مثال، 0.5برای مثال، یک میکرووی 6 میلی متر باید از 4.5 میلی متر عمیق تر نباشد (که 2 لایه مجاور را به هم متصل می کند).
روش حفاری: استفاده از حفاری لیزری برای میکروویا ≤8 میلیمتر: حفاری های مکانیکی نمی توانند دقت مورد نیاز برای HDI را به دست آورند. حفاری لیزر همچنین دیوارهای سوراخ تمیزتر را ایجاد می کند و حفره های پوشش را کاهش می دهد.
c.گشایش: بین میکروویا ها و ویژگی های مس (آزارهای، پد ها) فاصله 7-8 میلی لیتر را حفظ کنید.این باعث جلوگیری از مدار کوتاه در طول حفاری یا پوشش می شود.
d.پاشایی سطح:برای پد های میکروویا ENIG (طلای غوطه ور شدن نیکل بدون برق) یا ENEPIG (طلای غوطه ور شدن نیکل بدون برق) را انتخاب کنید.
راه های بدون زمین:برای طرح های بسیار متراکم از میکروویا بدون زمین استفاده کنید (بدون پد مس در اطراف سوراخ) اما تایید کنید که تولید کننده شما از این فرآیند پشتیبانی می کند (همه کارخانه ها برای ویاس های بدون زمین دقیق نیستند).
آزمایش و تأیید میکروویا
a. چرخه حرارتی: آزمایش میکروویا با استفاده از IPC-TM-650 2.6.27 (آزمایش شوک حرارتی) با کوپن های D. این نشان می دهد شکاف ها یا کشش های پد ناشی از فشار حرارتی (به عنوان مثال، در طول جوش مجدد).
بررسی اشعه ایکس: پس از ساخت، از اشعه ایکس برای بررسی ضخامت پوشش میکروویا استفاده کنید.
c.Microsectioning: یک نمونه از PCB را برش دهید و میکروویا را تحت میکروسکوپ بررسی کنید. به دنبال حفره های پوشش، دیواره های نابرابر یا عدم تراز با لایه های داخلی باشید.
نکته حرفه ای: برای برنامه های کاربردی پویا (به عنوان مثال، تکنولوژی پوشیدنی) ، از میکروویای متزلزل استفاده کنید (نه انباشته شده) برای کاهش استرس میکروویای انباشته شده بیشتر در معرض شکستگی در زیر خم مجدد هستند.
استراتژی های پیشرفته برای برتری HDI
برای HDI های پیچیده (به عنوان مثال، 20 صفحه لایه، PCB ایستگاه پایه 5G) ، بهترین شیوه های اساسی کافی نیست.استراتژی های پیشرفته زیر به شما کمک می کند تا محدودیت های تراکم را افزایش دهید در حالی که قابلیت تولید را حفظ کنید.
1تجزیه و تحلیل مبتنی بر هوش مصنوعی: پیش بینی و جلوگیری از مشکلات
سیستم عامل های طراحی مبتنی بر هوش مصنوعی با تجزیه و تحلیل هزاران متغیر طراحی در زمان واقعی، در توسعه PCB HDI انقلاب ایجاد می کنند. ابزارهایی مانند Cadence Allegro X از یادگیری ماشین برای:
a. بهینه سازی مسیریابی: هوش مصنوعی طول مسیر را تا 20٪ کاهش می دهد که یکپارچگی سیگنال را بهبود می بخشد و مصرف برق را (به طور متوسط 15٪) کاهش می دهد.
b. نقص های پیش بینی شده: هوش مصنوعی مناطق با خطر بالا را نشان می دهد (به عنوان مثال، ′′این خوشه میکروویا مشکلات پوشش خواهد داشت′′) با مقایسه طراحی شما با پایگاه داده ای از شکست های HDI گذشته.
c. زمان طراحی را کاهش دهید: چک های DFM در زمان واقعی و مسیریابی خودکار زمان طراحی را 30٪ کاهش می دهد و به شما امکان می دهد محصولات را سریعتر راه اندازی کنید.
d. بهبود عملکرد حرارتی: هوش مصنوعی پیشنهاد می کند که حرارتی از طریق قرار دادن برای کاهش مقاومت حرارتی تا 25٪، جلوگیری از گرم شدن بیش از حد در HDIs با قدرت بالا.
مزایای قابل اندازه گیری هوش مصنوعی برای HDIs
| حوزه سود |
بهبود قابل اندازه گیری |
چگونه کار می کند |
| کاهش طول رد |
تا 20 درصد |
هوش مصنوعی مسیرها را در امتداد کوتاه ترین مسیر در حالی که قوانین HDI را اجرا می کند، ردیابی می کند. |
| کاهش زمان طراحی |
تا 30% |
مسیرهای خودکار و چک های زمان واقعی تکرار دستی را از بین می برند. |
| نرخ خطا بیت (BER) |
کمتر از 10−12 |
هوش مصنوعی مانع را بهینه می کند و صدای عبور را برای سیگنال های با سرعت بالا کاهش می دهد. |
| مصرف برق |
تا 15 درصد کمتر |
هوش مصنوعی مقاومت ردیابی را به حداقل می رساند و توزیع سطح قدرت را بهینه می کند. |
| مقاومت حرارتی |
تا 25 درصد کمتر |
هوش مصنوعی در مناطق با دمای بالا، لوله های حرارتی و بخاری های حرارتی را قرار می دهد. |
| زباله های مادی |
تا 20 درصد کمتر |
هوش مصنوعی اندازه تخته را با بسته بندی قطعات و ردیاب ها به طور کارآمدتر بهینه می کند. |
| هزینه تولید |
10~15% کمتر |
نقص های کمتر و طراحی مجدد هزینه های تولید را کاهش می دهد. |
مطالعه موردی: یک شرکت مخابراتی از هوش مصنوعی برای طراحی یک PCB 5G HDI استفاده کرد، طول ردیابی را 18٪ کاهش داد، BER را به 10-13 کاهش داد و 2 طراحی مجدد را از بین برد و 50،000 دلار در هزینه های توسعه صرفه جویی کرد.
2نمونه سازی: تایید طرح قبل از تولید انبوه
ساخت نمونه اولیه برای HDI قابل مذاکره نیست حتی بهترین شبیه سازی ها نیز نمی توانند شرایط تولید دنیای واقعی را تکرار کنند. نمونه های اولیه سریع (1-3 روز زمان تحویل) به شما اجازه می دهد:
a. قابل تولید: آیا کارخانه با موفقیت مایکروویا، ویاس های کور و ردپای های خوب را تولید می کند؟
b.Performance: آیا سیگنال ها اهداف مقاومت را برآورده می کنند؟ آیا صفحه فشار حرارتی را تحمل می کند؟
c.Assembly: آیا می توان اجزای (به عنوان مثال، BGA های 0.3mm pitch) را بدون پل بریز کرد؟
روش های نمونه سازی HDI
| روش ساخت نمونه اولیه |
توضیحات |
مزایای HDI |
| حفاری با لیزر |
از ليزرهاي UV براي ساخت مايکروويا، وياس هاي کور و وياس هاي دفن شده استفاده ميکنه |
امکان می دهد که ویاس های کوچک و دقیق (تا 4 میلی متر) برای HDI های بسیار متراکم استفاده شوند. |
| لامیناسیون دنباله دار |
لایه به لایه PCB را می سازد (یک لایه را لایه بندی می کند، سپس قبل از اضافه کردن بعدی حفاری / مسیر). |
HDI های چند لایه پیچیده (12+ لایه) را با میکروویای هم تراز ایجاد می کند. |
| از طریق پد با پر کردن مس |
میکروویا ها را در پد های قطعات با مس پر می کند، سپس پد را پوشش می دهد. |
باعث کاهش حثیت (مهم برای سیگنال های با سرعت بالا) و بهبود تبعید حرارتی می شود. |
| پوشش انتخابی |
فقط مناطق بحرانی (به عنوان مثال، پد های میکروویا) را با ENIG/ENEPIG پوشش می دهد. |
صرفه جویی در هزینه ها در حالی که اطمینان از جوش قابل اعتماد برای اجزای باریک. |
چگونه از ساخت نمونه های اولیه بیشترین بهره را ببرید؟
1نمونه های محور آزمایش: نمونه اولیه پیچیده ترین بخش HDI خود را (به عنوان مثال، خوشه BGA microvia) به جای کل تخته، این زمان و هزینه را صرفه جویی می کند.
2تست کامل اجرا کنید: پس از نمونه سازی، انجام:
a.بررسی های الکتریکی (پایش، مقاومت، یکپارچگی سیگنال).
b.بررسی های مکانیکی (بررسی خم برای HDI های پویا).
c.بررسی های حرارتی (بررسی درجه حرارت از طریق ترک).
3تکرار سریع: اگر نمونه اولیه شکست بخورد (به عنوان مثال، ترک میکروویاس) ، با تولید کننده خود کار کنید تا طراحی را تنظیم کنید (به عنوان مثال،افزایش قطر میکروویا) و نمونه سازی مجدد این ارزان تر از نصب تخته های تولید انبوه است..
نکته حرفه ای: از تولید کنندگان PCB با آزمایشگاه های نمونه سازی HDI استفاده کنید (به عنوان مثال، Jabil، Flex) آنها تجهیزات تخصصی برای تولید سریع HDI های دسته کوچک دارند.
3حلقه های بازخورد: شکاف طراحی و تولید را ببندید
حلقه های بازخورد اطمینان حاصل می کنند که درس های یک پروژه به پروژه بعدی اطلاع می دهد. با مستند سازی مسائل، به اشتراک گذاری داده ها بین تیم ها و بهبود فرآیندهای،شما شکست های تکراری را کاهش می دهید و قابلیت اطمینان HDI را در طول زمان بهبود می بخشید.
چگونگی ایجاد حلقه های بازخورد موثر
1نقص ها و علل اصلی را ردیابی کنید: از یک پایگاه داده مشترک برای ثبت مشکلات HDI (به عنوان مثال ، شکستگی میکرووی در دسته 123) و علل اصلی آنها (به عنوان مثال ، نسبت ابعاد 1: 1 از محدودیت های تولید فراتر رفته است) استفاده کنید.
2بررسی های پس از تولید: پس از هر پروژه HDI، با تیم های طراحی و تولید ملاقات کنید تا در مورد:
a.چیزی که کار کرد (به عنوان مثال، همکاری استاکاپ اولیه از طراحی مجدد اجتناب کرد).
b. چه چیزی انجام نشد (به عنوان مثال، خطای فرمت فایل Gerber تاخیر در تولید).
ج.بستهای عمل (به عنوان مثال، به طور پیش فرض تنظیمات صادرات Gerber را به RS-274X به روزرسانی کنید).
3استفاده از داده های کنترل کیفیت: نتایج آزمایش تولید (AOI، اشعه ایکس، چرخه حرارتی) را با تیم طراحی به اشتراک بگذارید(آثار 3 میلی است که 2 برابر بیشتر خطای حک شده است).
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
