۱۰ مزیت برتر بردهای مدار چاپی HDI برای الکترونیک مدرن: دگرگون کردن امکانات طراحی

تصاویری که توسط مشتری به وجود آمده است

PCB های با چگالی بالا تبدیل به ستون فقرات الکترونیک پیشرفته شده اند، که به گوشی های هوشمند، سنسورهای قدرتمند IoT،و دستگاه های پزشکی پیشرفته ای که دنیای متصل ما را تعریف می کنندبرخلاف PCB های سنتی، که به ویاس های بزرگ و سوراخ های گسترده تکیه می کنند، تکنولوژی HDI از میکروویاس ها، مسیریابی باریک استفاده می کند.و لایه های پیچیده ای برای تعریف مجدد آنچه در طراحی مدار ممکن استبا افزایش تقاضای مصرف کنندگان برای دستگاه های کوچکتر، سریعتر و غنی تر از ویژگی ها، PCB های HDI به عنوان یک نوآوری حیاتی ظاهر شده اند و مزایایی را ارائه می دهند که PCB های استاندارد به سادگی نمی توانند مطابقت داشته باشند.

این راهنما ۱۰ مزیت اصلی PCB های HDI را به طور دقیق بررسی می کند و توضیح می دهد که چگونه آنها عملکرد را افزایش می دهند، اندازه را کاهش می دهند و هزینه های کمتری را در صنایع مختلف کاهش می دهند.از امکان اتصال 5G تا تغذیه ایمپلنت های پزشکی نجات دهندهتکنولوژی HDI چشم انداز الکترونیک را تغییر می دهد. چه شما مهندس طراحی یک دستگاه پوشیدنی نسل بعدی باشید یا یک تولید کننده در حال مقیاس بندی تولید،درک این مزایا به شما کمک می کند تا از PCB های HDI برای ایجاد محصولاتی که در یک بازار رقابتی برجسته هستند استفاده کنید.

نکات کلیدی
1کوچک سازی: PCB های HDI در مقایسه با PCB های استاندارد، اندازه دستگاه را 30٪ تا 50٪ کاهش می دهند و باعث می شوند گوشی های هوشمند باریک و پوشیدنی های فشرده امکان پذیر باشند.
2عملکرد با سرعت بالا: مایکروویا ها و ردپای های با مقاومت کنترل شده سرعت داده 10 گیگابایت در ثانیه را فراهم می کنند که برای برنامه های 5G و هوش مصنوعی بسیار مهم است.
3بهره وری حرارتی: از بین رفتن حرارت افزایش یافته طول عمر قطعات را تا 40٪ در دستگاه های با قدرت بالا مانند درایورهای LED و پردازنده ها افزایش می دهد.
4بهینه سازی هزینه ها: لایه های کمتر و استفاده از مواد کاهش یافته هزینه های تولید را تا 15-25٪ برای طرح های پیچیده کاهش می دهد.
5تنوع طراحی: گزینه های سخت و انعطاف پذیر و یکپارچه سازی سه بعدی از فاکتورهای فرم نوآورانه از تلفن های تاشو گرفته تا سنسورهای پزشکی انعطاف پذیر پشتیبانی می کنند.

1کوچک سازی بی نظیر: دستگاه های کوچکتر با ویژگی های بیشتر
یکی از مهمترین مزیت های PCB های HDI توانایی آنها در بسته بندی مدارهای پیچیده در فضاهای بسیار کوچک است.

a.چگونه کار می کند: PCB های HDI از میکروویا (قطر 50 ‰ 150μm) به جای ویاس های سوراخ سنتی (300 ‰ 500μm) استفاده می کنند، که فضاهای تلف شده بین لایه ها را از بین می برد.یا 75/75μm) ، با اجازه دادن به قرار دادن اجزای نزدیک تر به هم، اثر پا را بیشتر کاهش می دهد..
اثر واقعی: یک گوشی هوشمند 5G مدرن از PCB های HDI برای قرار دادن صفحه نمایش 6.7 اینچی، مودم 5G، چندین دوربین و یک باتری در یک بدن 7.4 میلی متر ضخیم استفاده می کند.که نیاز به ضخامت 12mm+ برای همان عملکرد دارد.
ج.جدول مقایسه:

2. یکپارچگی سیگنال برتر برای داده های با سرعت بالا
در عصر 5G، هوش مصنوعی و پردازش داده در زمان واقعی، حفظ کیفیت سیگنال در سرعت چند گیگابایت در ثانیه قابل مذاکره نیست و PCB های HDI در این زمینه برتری دارند.

a.بهبودی های حیاتی:
مسیرهای سیگنال کوتاه تر: میکروویها در مقایسه با ویاس های سنتی، طول مسیر را 30٪ تا 40٪ کاهش می دهند و تاخیر و تخریب سیگنال را به حداقل می رسانند.
موانع کنترل شده: هندسه ردیابی دقیق موانع ثابت (50Ω برای سیگنال های RF، 100Ω برای جفت های فرقی) را تضمین می کند و بازتاب و crosstalk را کاهش می دهد.
محافظت بهبود یافته: سطوح زمینی متراکم در طرح های HDI به عنوان موانع بین سیگنال های حساس عمل می کنند و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را تا 50٪ کاهش می دهند.
مثال عملی:یک پیوند داده 10Gbps در یک ایستگاه پایه 5G با استفاده از PCB های HDI تنها 0.5dB از دست دادن سیگنال در هر اینچ را تجربه می کند، در مقایسه با 2.0dB با PCB های استاندارد.این تفاوت دامنه شبکه را تا ۲۰ درصد افزایش می دهد و تعداد ایستگاه های پایه مورد نیاز را کاهش می دهد..

3مدیریت حرارتی بهبود یافته برای طول عمر بیشتر قطعات
گرما دشمن قابلیت اطمینان الکترونیک است، اما PCB های HDI برای از بین بردن گرما به طور موثرتر از طرح های سنتی طراحی شده اند.

a.مزیت های حرارتی:
افزایش تراکم مس: PCB های HDI از لایه های مس ضخیم تر (2 ′′ 3 اونس) در فضاهای فشرده پشتیبانی می کنند و سطوح گسترده تر انتشار گرما را برای اجزای مانند پردازنده ها و تقویت کننده های قدرت ایجاد می کنند.
ویاس های حرارتی: میکروویاس های پر از اپوکسی رسانای حرارتی انتقال گرما از اجزای داغ به طور مستقیم به هواپیماهای خنک کننده، کاهش دمای نقطه گرم با 15-20 °C.
انباشت لایه بهینه: قرار دادن استراتژیک هواپیماهای قدرت و زمین در طرح های HDI، کانال های گرمایی کارآمد را ایجاد می کند و از تنگنایی های حرارتی جلوگیری می کند.
تاثیر داده ها:یک ماژول LED 5W نصب شده بر روی یک PCB HDI 15 درجه سانتیگراد سردتر از همان ماژول بر روی یک PCB استاندارد کار می کند و طول عمر LED را از 30،000 تا 50،000 ساعت افزایش می دهد.

4کاهش تعداد لایه ها برای کاهش هزینه های تولید
PCB های HDI مسیر پیچیده ای را با لایه های کمتری نسبت به PCB های استاندارد به دست می آورند و باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه مواد و تولید می شوند.

a.چگونه کار می کند:میکروویای انباشته شده و مسیریابی هر لایه ای نیاز به لایه های اضافی برای اتصال اجزای در سراسر هیئت مدیره را از بین می برد.این کار مصرف مواد را کاهش می دهد و مراحل تولید مانند لایه بندی و حفاری را ساده می کند..
ب.تفاوت هزینه ها:یک PCB استاندارد 12 لایه برای یک سیستم ADAS خودرو می تواند با یک PCB HDI 8 لایه جایگزین شود، کاهش هزینه های مواد به میزان 20٪ و کاهش زمان تولید به 15٪.برای تولید حجم بالا (100k+ واحد)، این به ۳۵ دلار در هر واحد صرفه جویی می کند.
c. مطالعه موردی:یک تامین کننده پیشرو خودرو برای ماژول های رادار خود به PCB های HDI تغییر کرد، تعداد لایه ها را از 10 به 6 کاهش داد. در طی 500 هزار واحد تولید، این تغییر تنها 1.2 میلیون دلار در هزینه های مواد صرفه جویی کرد.

5. بهبود قابلیت اطمینان در محیط های خشن
PCB های HDI برای مقاومت در برابر شرایط شدید ساخته شده اند، که آنها را برای کاربردهای خودرو، هوافضا و صنعتی که در آن شکست یک گزینه نیست، ایده آل می کند.

a. ویژگی های قابلیت اطمینان:
جفت های آهنربا کمتر: طراحی یکپارچه HDI ٪ نیاز به کانکتورها و اجزای جداگانه را 40٪ کاهش می دهد و نقاط شکست را در محیط های مستعد لرزش کاهش می دهد.
ویاس های قوی: ویاس های کوچک در PCB های HDI دارای پوشش ضخیم تر و یکنواخت تر (25μm +) هستند ، که آنها را قادر می سازد در مقایسه با ویاس های استاندارد 10G به ارتعاشات 20G (به MIL-STD-883H) مقاومت کنند.
مقاومت در برابر رطوبت: لایه های متراکم و ماسک های جوش پیشرفته در PCB های HDI نفوذ آب را 60٪ کاهش می دهند و آنها را برای سنسورهای IoT در فضای باز و الکترونیک دریایی مناسب می کنند.
ب.نتایج آزمایش:PCB های HDI 1000 چرخه حرارتی (-40 °C تا 125 °C) را با کمتر از 5٪ تغییر مقاومت زنده می دارند، در حالی که PCB های استاندارد معمولاً پس از 500 چرخه شکست می خورند.

6انعطاف پذیری طراحی برای عوامل شکل نوآورانه
تکنولوژی HDI امکاناتی را برای طراحی که PCB های استاندارد نمی توانند پشتیبانی کنند، باز می کند و محصولات با اشکال و عملکرد منحصر به فرد را امکان پذیر می کند.

a. طرح های انعطاف پذیر و سخت انعطاف پذیر:PCB های HDI را می توان به عنوان هیبرید های سخت و انعطاف پذیر تولید کرد، ترکیب بخش های سخت FR-4 برای اجزای با لایه های انعطاف پذیر پلی آمید که بدون آسیب ردیابی خم می شوند. این برای تلفن های تاشو بسیار مهم است.ساعت های هوشمند، و دستگاه های پزشکی که با بدن مطابقت دارند.
b.3D ادغام:بسته بندی سه بعدی ، در مقایسه با طرح های نصب سطحی سنتی ، حجم را 30٪ کاهش می دهد.
ج.مثلا:یک گوشی هوشمند تاشو از PCB های HDI سخت و انعطاف پذیر استفاده می کند تا از 100،000 چرخه خم شدن (بررسی بر اساس ASTM D5222) بدون ترکیدن ردیابی استفاده کند. یک استاندارد دوام که PCB های استاندارد در کمتر از 10 شکست می خورند.000 چرخه.

7تراکم اجزای بالاتر برای دستگاه های غنی از ویژگی
PCB های HDI از اجزای کوچکتر و متراکم تر پشتیبانی می کنند و به دستگاه ها اجازه می دهند بدون افزایش اندازه ویژگی های بیشتری را شامل شوند.

a. سازگاری قطعات:
BGA های پیچ باریک: PCB های HDI به طور قابل اعتماد به آرایه های شبکه توپ 0.4 میلی متر متصل می شوند ، در مقایسه با 0.8 میلی متر برای PCB های استاندارد ، که امکان استفاده از تراشه های کوچکتر و قدرتمندتر را فراهم می کند.
مینیاتوری غیر فعال: مقاومت ها و خازن های اندازه 01005 (0.4mm × 0.2mm) می توانند بر روی PCB های HDI با 3/3 میلی لیتر قرار گیرند، دو برابر تراکم قطعات در مقایسه با PCB های استاندارد محدود به 0402 غیر فعال.
اجزای جاسازی شده: فناوری HDI اجازه می دهد مقاومت ها و خازن ها در لایه ها جاسازی شوند و 20٪ تا 30٪ از فضای سطحی را برای اجزای دیگر صرفه جویی کنند.
ب.اثر:یک ساعت هوشمند با استفاده از PCB های HDI شامل یک مانیتور ضربان قلب، GPS، اتصال سلولی و یک باتری در یک کیس 44 میلی متری است که دارای ویژگی های 3 برابر بیشتر از یک طراحی PCB استاندارد با همان اندازه است.

8کاهش وزن برای کاربردهای قابل حمل و هوافضا
برای دستگاه هایی که وزن اهمیت دارد، از هواپیماهای بدون سرنشین گرفته تا ماهواره ها، PCB های HDI باعث کاهش قابل توجهی وزن می شوند.

a.چگونه کار می کند:
سبسترهای نازک تر: PCB های HDI از لایه های دی الکتریک 0.1 میلی متری (در مقابل 0.2 میلی متری برای PCB های استاندارد) استفاده می کنند و ضخامت کل صفحه را به میزان 50٪ کاهش می دهند.
استفاده از مواد کاهش یافته: لایه های کمتر و ویاس های کوچکتر مصرف مواد را به میزان 30٪ تا 40٪ کاهش می دهند و وزن را بدون قربانی قدرت کاهش می دهند.
لمینت های سبک: PCB های HDI اغلب از مواد سبک و با عملکرد بالا مانند Rogers 4350 استفاده می کنند که 15٪ سبک تر از FR-4 استاندارد هستند.
مثال هوافضا:یک ماهواره کوچک با استفاده از PCB های HDI وزن بار مفید را 2 کیلوگرم کاهش می دهد و هزینه های پرتاب را حدود 20،000 دلار کاهش می دهد (بر اساس هزینه های پرتاب معمولی 10،000 دلار در هر کیلوگرم).

9. زمان سریع تر به بازار با نمونه سازی ساده
PCB های HDI تکرار طراحی و تولید را ساده می کنند و به محصولات کمک می کنند تا سریعتر به مصرف کنندگان برسند.

a.مزیت های نمونه سازی:
زمان های کوتاه تر: نمونه های اولیه HDI را می توان در ۵/۷ روز تولید کرد، در مقایسه با ۱۰/۱۴ روز برای PCB های استاندارد پیچیده، که به مهندسان اجازه می دهد طراحی ها را زودتر آزمایش کنند.
انعطاف پذیری طراحی: فرایندهای تولید HDI (به عنوان مثال، حفاری لیزر) تغییرات آخرین دقیقه را مانند تنظیم پهنای ردیاب یا از طریق قرار دادن بدون تغییر ابزار گران قیمت پذیر می کنند.
سازگاری شبیه سازی: طرح های HDI به طور یکپارچه با ابزارهای EDA مدرن ادغام می شوند و امکان یکپارچگی سیگنال دقیق و شبیه سازی حرارتی را فراهم می کنند که نیاز به نمونه سازی فیزیکی را 30٪ کاهش می دهد.
داستان موفقیت استارتاپ:یک استارت آپ دستگاه پزشکی از PCB های HDI برای نمونه اولیه یک سُند سونوگراف قابل حمل استفاده کرد. با کاهش زمان تولید نمونه اولیه از 14 روز به 7 روز، آنها جدول زمانی توسعه خود را 6 هفته سرعت بخشیدند،رقابت با رقبای دیگر در بازار.

10مقیاس پذیری برای تولید حجم بالا
PCB های HDI به طور موثر از نمونه اولیه به تولید انبوه مقیاس پذیر می شوند، که آنها را برای الکترونیک مصرفی و کاربردهای خودرو با نیازهای حجم بزرگ ایده آل می کند.

a.فايده هاي توليد:
تولید خودکار: حفاری لیزری، بازرسی نوری خودکار (AOI) و مونتاژ رباتیک تولید HDI با حجم بالا با نرخ نقص کمتر از 1٪ را امکان پذیر می کند،در مقایسه با ۳/۵٪ برای PCB های استاندارد پیچیده.
سازگاری: تحملات تنگتر (± 5μm برای عرض رد) عملکرد یکنواخت را در 100k+ واحد اجرا تضمین می کند، که برای شهرت برند و اعتماد مشتری حیاتی است.
بهره وری زنجیره تامین: تولید کنندگان HDI مانند LT CIRCUIT تولید انتهای به انتهای را از پشتیبانی طراحی تا آزمایش نهایی ارائه می دهند، که پیچیدگی لجستیک و زمان تحویل را کاهش می دهد.

ب.مطالعه موردی:یک برند برجسته تلفن هوشمند ماهانه 5 میلیون PCB HDI را برای مدل پرچمدار خود تولید می کند، که نرخ بازده 99.2٪ بسیار بالاتر از بازده 95٪ معمول برای PCB های استاندارد در همان حجم است.

PCB HDI در مقابل PCB استاندارد: مقایسه جامع

سوالات عمومی
س: آیا PCB های HDI گران تر از PCB های استاندارد هستند؟
A: برای طرح های ساده (2 ٪ 4 لایه) ، PCB های HDI ممکن است 10 ٪ 15٪ بیشتر از پیش هزینه کنند. با این حال، برای طرح های پیچیده (8 + لایه) ، HDI تعداد لایه ها و استفاده از مواد را کاهش می دهد.کاهش هزینه های کل 15~25% در تولید حجم بالا.

س: چه نوع دستگاه هایی بیشتر از PCB های HDI سود می برند؟
ج: تلفن های هوشمند 5G، پوشیدنی ها، ایمپلنت های پزشکی، سیستم های ADAS خودرو، سنسورهای IoT و الکترونیک هوافضا-هر دستگاهی که نیاز به اندازه کوچک، سرعت بالا یا قرار دادن اجزای متراکم دارد.

س: آیا PCB های HDI می توانند قدرت بالایی را تحمل کنند؟
A: بله. با لایه های مس 2 ′′ 3 اونس و ویاس های حرارتی، PCB های HDI در فضاهای جمع و جور تا 50 وات را پشتیبانی می کنند، که آنها را برای تقویت کننده های قدرت، رانندگان LED و سیستم های مدیریت باتری مناسب می کند.

سوال: کوچکترین اندازه در PCB های HDI چیست؟
A: تولید کنندگان پیشرو مانند LT CIRCUIT میکروویا های کوچک به اندازه 50μm تولید می کنند، که طراحی های بسیار متراکم برای اجزای 0.3mm-pitch مورد استفاده در IC های 5G beamforming را امکان پذیر می کند.

س: PCB های HDI چگونه عملکرد 5G را بهبود می بخشند؟
A: کاهش از دست دادن سیگنال، مقاومت کنترل شده و اندازه فشرده PCB های HDI را برای ماژول های 5G mmWave ایده آل می کنند، محدوده شبکه را 20٪ گسترش می دهند و از سرعت داده تا 10Gbps پشتیبانی می کنند.

نتیجه گیری
PCB های HDI فقط یک پیشرفت تدریجی نسبت به صفحه های مداری سنتی نیستند، بلکه یک تغییر در طراحی الکترونیک هستند.تکنولوژی HDI باعث ایجاد نوآوری در سراسر صنایع می شود، از الکترونیک مصرفی تا هوافضا.۱۰ مزیت ذکر شده در اینجا نشان می دهد که چرا PCB های HDI برای مهندسان و تولید کنندگان که قصد دارند مرزهای آنچه ممکن است را گسترش دهند، انتخاب شده اند..

با پیشرفت تکنولوژی ٬ با 6G ، هوش مصنوعی و الکترونیک انعطاف پذیر در افق ٬ PCB های HDI نقش بسیار مهمی را بازی خواهند کرد.که تخصص در حفاری میکروویا را ارائه می دهد، مسیرهای دقیق و تولید حجم بالا، شما می توانید از این مزایا برای ایجاد محصولات که در یک بازار شلوغ ایستادگی می کنند استفاده کنید.

در دنیایی که مصرف کنندگان تقاضای بیشتری از دستگاه های کوچکتر دارند، PCB های HDI کلید باز کردن نسل بعدی نوآوری الکترونیک هستند.