2+N+2 HDI PCB Stackup چیست؟ ساختار، مزایای و راهنمای طراحی

تصاویر با مشتری-مشتری

مطالب
1. Key Takeaways: 2+N+2 HDI PCB Essentials
2. شکستن ساختار پشته 2+N+2 HDI PCB
فناوری 3.microvia و لمینیت متوالی برای 2+N+2 طراحی
4. مزایای 2+N+2 HDI PCB Stackups
5. برنامه های کاربردی TOP برای PCB های 2+N+2 HDI
6. نکات طراحی و ساخت و سازهای مهم
7.FAQ: سوالات متداول در مورد 2+N+2 HDI Stackups

در دنیای PCB های اتصال دهنده با چگالی بالا (HDI) ، پشته 2+N+2 به عنوان یک راه حل برای تعادل عملکرد ، مینیاتوریزاسیون و هزینه ظاهر شده است. با رشد الکترونیک کوچکتر-فکر کردن به تلفن های هوشمند باریک ، دستگاه های پزشکی جمع و جور و سنسورهای اتومبیل محدود به فضا-طراحی کننده ها به معماری PCB احتیاج دارند که اتصالات بیشتری را بدون قربانی کردن یکپارچگی سیگنال یا قابلیت اطمینان دارند. پشته 2+N+2 دقیقاً ارائه می دهد ، با استفاده از یک ساختار لایه ای که فضا را بهینه می کند ، از بین رفتن سیگنال کاهش می یابد و از مسیریابی پیچیده پشتیبانی می کند.

اما یک پشته 2+N+2 دقیقاً چیست؟ ساختار آن چگونه کار می کند و چه زمانی باید آن را از طریق سایر تنظیمات HDI انتخاب کنید؟ این راهنما همه چیزهایی را که باید بدانید-از تعاریف لایه و انواع میکروویا گرفته تا برنامه های دنیای واقعی و طراحی بهترین شیوه ها-با بینش های عملی برای کمک به شما در استفاده از این پشته برای پروژه بعدی خود تجزیه می کند.

1. کلید آماده سازی کلید: 2+N+2 HDI PCB Essentials
قبل از غواصی به جزئیات ، بیایید با اصول اصلی که یک پشته 2+N+2 HDI PCB را تعریف می کند ، شروع کنیم:

پیکربندی A.Layer: برچسب "2+N+2" به معنی 2 لایه ساخت در قسمت بالای بیرونی ، 2 لایه ساخت در قسمت بیرونی پایین و لایه های هسته "N" در مرکز (جایی که بسته به نیازهای طراحی).
وابستگی B.microvia: ریزگردها کوچک لیزر حفر شده (به اندازه کوچک 0.1 میلی متر) لایه ها را به هم وصل می کنند و نیاز به VIA های بزرگ با سوراخ و صرفه جویی در فضای بحرانی را از بین می برد.
ج. لمینیت بعدی: پشته در مراحل (نه همه به یکباره) ساخته شده است و امکان کنترل دقیق بر میکروویا و تراز لایه را فراهم می کند.
عملکرد D.Balanced: این یک نقطه شیرین بین چگالی (اتصالات بیشتر) ، یکپارچگی سیگنال (سریعتر ، سیگنال های واضح تر) و هزینه (لایه های کمتری نسبت به طرح های HDI کاملاً سفارشی) ایجاد می کند.
E.Vertility: ایده آل برای دستگاه های پر سرعت و محدود فضا-از روترهای 5G گرفته تا ابزارهای پزشکی قابل کاشت.

2. شکستن ساختار پشته 2+N+2 HDI PCB
برای درک 2+N+2 Stackup ، ابتدا باید سه مؤلفه اصلی آن را باز کنید: لایه های بیرونی ساخت ، لایه های هسته داخلی و موادی که آنها را در کنار هم نگه می دارند. در زیر یک تفکیک دقیق ، از جمله توابع لایه ، ضخامت و گزینه های مواد ارائه شده است.

2.1 به معنای "2+N+2"
کنوانسیون نامگذاری ساده است ، اما هر شماره یک هدف مهم را ارائه می دهد:

به عنوان مثال ، یک PCB 10 لایه 2+6+2 HDI (مدل: S10E178198A0 ، یک طراحی صنعت مشترک) شامل موارد زیر است:

A.2 لایه های ساخت برتر → 6 لایه اصلی → 2 لایه های پایین ساخت
B.uses TG170 Shengyi FR-4 مواد (مقاوم در برابر گرما برای برنامه های با کارایی بالا)
ج. پایان سطح طلای غوطه وری (2μm) برای مقاومت در برابر خوردگی
d.supports 412،200 سوراخ در هر متر مربع و حداقل قطر میکروویا 0.2 میلی متر

ضخامت 2.2 لایه و وزن مس
ضخامت مداوم برای جلوگیری از جنگ PCB (یک مسئله مشترک با پشته های نامتعادل) و اطمینان از عملکرد قابل اعتماد بسیار مهم است. در جدول زیر مشخصات معمولی برای پشته های 2+N+2:

چرا این مهم است: یک ضخامت متعادل 2+N+2 (لایه های مساوی در بالا و پایین) استرس را در هنگام لمینیت و لحیم کاری به حداقل می رساند. به عنوان مثال ، یک پشته 2+4+2 (8 لایه کل) با لایه های ساخت 3mil و لایه های هسته 6mil دارای ضخامت بالا/پایین یکسان (کل 6mil در هر طرف) هستند و خطر جنگ را در مقایسه با طرح نامتعارف 3+4+1 کاهش می دهد.

2.3 انتخاب مواد برای پشته های 2+N+2
مواد مورد استفاده در PCB های 2+N+2 HDI به طور مستقیم بر عملکرد تأثیر می گذارد-به ویژه برای برنامه های با سرعت بالا یا درجه حرارت بالا. انتخاب هسته مناسب ، ساخت و مواد از پیش فرض غیر قابل مذاکره است.

مثال: یک پشته 2+N+2 برای یک ایستگاه پایه 5G از لایه های هسته Rogers 4350B (پایین DK = 3.48) و لایه های ساخت ABF استفاده می کند تا از دست دادن سیگنال در فرکانس های 28 گیگاهرتز به حداقل برسد. در مقابل ، یک تبلت مصرف کننده از لایه های ساختاری FR-4 Core و RCC استفاده می کند.

3. فناوری میکروویا و لمینیت متوالی برای 2+N+2 طرح
عملکرد 2+N+2 پشته به دو فرآیند تولید بحرانی وابسته است: حفاری میکروویا و لمینیت پی در پی. بدون این ، پشته نمی تواند به چگالی امضای خود و یکپارچگی سیگنال دست یابد.

3.1 انواع میکروویا: از کدام یک استفاده می شود؟
میکروویا سوراخ های ریز (قطر 0.1-0.2 میلی متر) هستند که لایه های مجاور را به هم وصل می کنند و جایگزین ویاس های بزرگ از طریق سوراخ می شوند که فضای را هدر می دهند. برای 2+N+2 پشته ، چهار نوع میکروویا متداول است:

جدول مقایسه: در مقابل میکروویای مبهم انباشته

نکته حرفه ای: برای بیشتر طرح های 2+N+2 ، ریزگردها مبهم نقطه شیرین هستند - چگالی و هزینه تعادل آنها. میکروویای انباشته شده فقط برای برنامه های فوق العاده متراکم (به عنوان مثال ، PCB های هوافضا 12 لایه) لازم است.

3.2 لمینیت متوالی: ساخت مرحله به مرحله پشته
بر خلاف PCB های سنتی (همه لایه ها به طور همزمان) ، پشته های 2+N+2 از لمینیت پی در پی استفاده می کنند - یک فرآیند مرحله ای که امکان قرار دادن میکروویا دقیق را فراهم می کند. در اینجا نحوه عملکرد آن آورده شده است:

مرحله 1: لایه های هسته لمینت: اول ، لایه های هسته N به همراه prepreg پیوند می خورند و تحت گرما (180-220 درجه سانتیگراد) و فشار (200-400 psi) درمان می شوند. این یک "بلوک اصلی" داخلی سفت و سخت است.
مرحله 2: اضافه کردن لایه های ساخت: یک لایه ساخت به قسمت بالا و پایین بلوک هسته اضافه می شود ، سپس برای میکروویا لیزر حفر می شود. میکروویا برای فعال کردن اتصالات الکتریکی مس روکش شده است.
مرحله 3: تکرار برای لایه دوم ساخت: یک لایه دوم ساخت به هر دو طرف اضافه می شود ، حفر شده و اندود شده است. این ساختار "2+N+2" را تکمیل می کند.
مرحله 4: درمان نهایی و پایان: کل پشته دوباره برای اطمینان از چسبندگی ، سپس با سطح سطح (به عنوان مثال ، طلای غوطه وری) درمان می شود و آزمایش می شود.

چرا لمینیت متوالی؟

a.crovias های کوچکتر (پایین به 0.05 میلی متر) در مقایسه با لمینیت سنتی.
خطر ابتلا به سوء استفاده از میکروویا را کاهش می دهد (برای VIA های انباشته) بسیار مهم است.
C. Allows برای "ترفندهای طراحی" بین لایه ها (به عنوان مثال ، تنظیم فاصله ردیابی برای یکپارچگی سیگنال).

مثال:مدار LT از لمینیت متوالی برای تولید 2+6+2 (10 لایه) PCB HDI با میکروویای پشته 0.15 میلی متر استفاده می کند-با افزایش میزان دقت تراز 99.8 ٪ ، بسیار بالاتر از میانگین صنعت 95 ٪.

4. مزایای اصلی 2+N+2 HDI PCB PCB
محبوبیت 2+N+2 از توانایی آن در حل چالش های کلیدی در الکترونیک مدرن ناشی می شود: مینیاتوریزاسیون ، سرعت سیگنال و هزینه. در زیر تأثیرگذارترین مزایای آن است:

مثال در دنیای واقعی:یک سازنده تلفن هوشمند از یک PCB استاندارد 4 لایه به یک پشته HDI 2+2+2 تغییر یافته است. نتیجه: اندازه PCB 40 ٪ کاهش یافته است ، سرعت سیگنال برای 5G 20 ٪ افزایش یافته و هزینه های تولید 18 ٪ کاهش یافته است - در حالی که از 30 ٪ مؤلفه های بیشتر پشتیبانی می کند.

5. برنامه های برتر برای PCB های 2+N+2 HDI
پشته 2+N+2 در برنامه هایی که فضا ، سرعت و قابلیت اطمینان غیر قابل مذاکره است ، برتری دارد. در زیر رایج ترین کاربردهای آن ، با مثال های خاص:

5.1 الکترونیک مصرفی
a.smartphones و تبلت: از مادربردهای جمع و جور با مودم 5G ، دوربین های متعدد و شارژرهای سریع پشتیبانی می کند. مثال: یک پشته 2+4+2 برای یک تلفن پرچمدار از میکروویای انباشته شده برای اتصال پردازنده به تراشه 5G استفاده می کند.
B.Wearables: متناسب با فاکتورهای شکل کوچک (به عنوان مثال ، ساعت های هوشمند ، ردیاب های تناسب اندام). یک پشته 2+2+2 با لایه های ساخت پلی آمید انعطاف پذیری را برای دستگاه های مچ دست ایجاد می کند.

5.2 الکترونیک خودرو
A.Adas (سیستم های پیشرفته کمک به راننده): رادار Power ، Lidar و ماژول های دوربین. یک پشته 2+6+2 با لایه های هسته ای TG FR-4 در برابر دمای زیر (-40 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد) مقاومت می کند.
سیستم های b.infotainment: داده های پر سرعت را برای صفحه لمسی و ناوبری کنترل می کند. میکروویای مبهم از خرابی های مرتبط با لرزش جلوگیری می کند.

5.3 دستگاه پزشکی
ابزارهای قابل حمل: (به عنوان مثال ، ضربان سازها ، مانیتورهای گلوکز). یک پشته 2+2+2 با اتمام زیست سازگار (به عنوان مثال ، طلای غوطه وری نیکل غوطه وری ، enig) و میکروویای دفن شده باعث کاهش اندازه و EMI می شود.
تجهیزات B.Diagnostic: (به عنوان مثال ، ماشین های سونوگرافی). لایه های هسته ای راجرز کم در یک پشته 2+4+2 از انتقال سیگنال شفاف برای تصویربرداری اطمینان حاصل می کنند.

5.4 صنعتی و هوافضا
کنترل های صنعتی: (به عنوان مثال ، PLC ، سنسورها). یک پشته 2+6+2 با لایه های هسته مس ضخیم ، جریان های بالا و محیط های سخت کارخانه را به خود اختصاص می دهد.
الکترونیک b.aerospace: (به عنوان مثال ، اجزای ماهواره ای). یک پشته 2+8+2 با میکروویای انباشته شده در حالی که مطابق با استانداردهای قابلیت اطمینان MIL-STD-883H است ، تراکم را به حداکثر می رساند.

6. نکات مهم طراحی و ساخت
برای به دست آوردن بیشترین استفاده از پشته 2+N+2 HDI ، این بهترین روش ها را دنبال کنید - آنها به شما کمک می کنند تا از مشکلات رایج (مانند از دست دادن سیگنال یا تأخیر در تولید) جلوگیری کنید و عملکرد را بهینه کنید.

6.1 نکات طراحی
1. برنامه های StackUp را زودتر برنامه ریزی کنید: توابع لایه (سیگنال ، قدرت ، زمین) را قبل از مسیریابی تعریف کنید. به عنوان مثال:
A. لایه های سیگنال با سرعت بالا (به عنوان مثال ، 5G) در مجاورت هواپیماهای زمینی برای به حداقل رساندن EMI.
B.PUT POWER PLATIES در نزدیکی مرکز پشته برای تعادل ضخامت.
2. بهینه سازی قرار دادن میکروویا:
میکروویا انباشته شده A.AVOID در مناطق استرس بالا (به عنوان مثال ، لبه های PCB). به جای آن از ویاس مبهم استفاده کنید.
برای جلوگیری از مشکلات آبکاری ، نسبت های قطر به عمق به عمق زیر 1: 1 (به عنوان مثال ، قطر 0.15 میلی متر → حداکثر عمق 0.15 میلی متر).
3. مواد را برای مورد استفاده خود انتخاب کنید:
a.dont بیش از حد: از FR-4 برای برنامه های مصرف کننده (مقرون به صرفه) به جای راجرز (هزینه غیر ضروری) استفاده کنید.
B. برای برنامه های درجه حرارت بالا (خودرو) ، مواد اصلی را با TG> 180 درجه سانتیگراد انتخاب کنید.
4- توخالی DFM (طراحی برای تولید) قوانین:
a.maintain حداقل عرض ردیابی/فاصله 2mil/2mil برای لایه های ساخت (برای جلوگیری از مشکلات اچ).
B. استفاده از فناوری از طریق PAD (VIP) برای BGAs برای صرفه جویی در فضا-اما اطمینان حاصل کنید که VIA ها به درستی با ماسک لحیم کاری یا مس پر می شوند تا از لحیم کاری جلوگیری شود.

6.2 نکات مربوط به همکاری
1.Partner با یک تولید کننده خاص HDI: همه مغازه های PCB تجهیزات مربوط به پشته های 2+N+2 را ندارند (به عنوان مثال ، دریل لیزر ، پرس های لمینیت متوالی). به دنبال تولید کننده هایی مانند LT Circuit با:
گواهینامه A.IPC-6012 کلاس 3 (برای HDI با قابلیت اطمینان بالا).
تجربیات با درخواست شما (به عنوان مثال ، پزشکی ، خودرو).
C.in-House قابلیت های آزمایش (AOI ، اشعه ایکس ، پروب پرواز) برای تأیید کیفیت میکروویا.

2. بازخوانی DFM قبل از تولید: یک تولید کننده خوب طرح شما را برای موضوعاتی مانند:
عمق A.microvia بیش از ضخامت مواد.
پشته های لایه ای تعادل (خطر جنگ).
C.Trace مسیریابی که الزامات امپدانس را نقض می کند.
LT Circuit در طی 24 ساعت بررسی های DFM رایگان را ارائه می دهد ، مشکلات پرچم گذاری و رفع مشکلات (به عنوان مثال ، تنظیم اندازه میکروویا از 0.1 میلی متر به 0.15 میلی متر برای آبکاری آسان تر).

3. قابلیت ردیابی مواد: برای صنایع تنظیم شده (پزشکی ، هوافضا) ، تعداد زیادی ماده و گواهینامه های انطباق را بخواهید (ROHS ، REACH). این تضمین می کند که پشته 2+N+2 شما مطابق با استانداردهای صنعت است و در صورت لزوم فراخوان را ساده می کند.

4. کیفیت لمینیت را تقویت کنید: پس از تولید ، گزارش های اشعه ایکس را درخواست کنید تا بررسی کنید:
تراز A.microvia (تحمل باید 0.02 میلی متر پوند باشد).
B.Voids در prepreg (می تواند باعث از بین رفتن سیگنال یا لایه لایه شدن شود).
ضخامت آبکاری C.Copper (حداقل 20μm برای اتصالات قابل اعتماد).

6.3 نکات تست و اعتبار سنجی
1. آزمایش الکتریکی: از آزمایش پروب پرواز برای تأیید تداوم میکروویا (بدون مدارهای باز/کوتاه) و کنترل امپدانس (برای سیگنال های پر سرعت) استفاده کنید. برای طرح های 5G ، برای اندازه گیری از دست دادن سیگنال ، تست بازتاب سنجی دامنه زمان (TDR) را اضافه کنید.
2. آزمایش THERMAL: برای برنامه های کاربردی پر فشار (به عنوان مثال ، ECU خودرو) ، تصویربرداری حرارتی را انجام دهید تا اطمینان حاصل شود که گرما به طور مساوی در سراسر پشته از بین می رود. یک پشته 2+N+2 به خوبی طراحی شده باید دارای تغییرات دما <10 درجه سانتیگراد در سراسر صفحه باشد.
تست مکانیکی: آزمایش فلکس (برای طرح های انعطاف پذیر 2+N+2) و آزمایش لرزش (برای خودرو/هوافضا) برای اعتبارسنجی قابلیت اطمینان انجام دهید. LT Circuit Subjects 2+N+2 PCB به 10،000 چرخه لرزش (10-2000 هرتز) برای اطمینان از مطابق با استانداردهای MIL-STD-883H.

7. سؤالات متداول: سؤالات متداول در مورد 2+N+2 HDI Stackups
Q1: آیا "N" در 2+N+2 می تواند تعداد باشد؟
A1: در حالی که "N" از نظر فنی به تعداد لایه های اصلی اشاره دارد و می تواند متفاوت باشد ، برای حفظ تعادل پشته ، معمولاً یک عدد یکنواخت (2 ، 4 ، 6 ، 8) است. تعداد لایه های هسته عجیب و غریب (به عنوان مثال ، 2+3+2) ضخامت ناهموار ایجاد می کند و خطر جنگ را افزایش می دهد. برای اکثر برنامه ها ، n = 2 (چگالی اساسی) تا n = 6 (چگالی بالا) بهترین کار را می کند-N = 8 برای طرح های فوق العاده پیچیده (به عنوان مثال ، سنسورهای هوافضا) محفوظ است.

Q2: آیا یک پشته 2+N+2 از PCB 4 لایه استاندارد گران تر است؟
A2: بله ، اما تفاوت هزینه با مزایای آن توجیه می شود. یک پشته HDI 2+2+2 (6 لایه) 30-40 ~ بیشتر از یک PCB 4 لایه استاندارد هزینه دارد ، اما 50 ٪ چگالی مؤلفه بالاتر و یکپارچگی سیگنال بهتر را ارائه می دهد. برای تولید با حجم بالا (10،000+ واحد) ، شکاف هزینه در هر واحدی باریک است-به ویژه اگر با یک تولید کننده مانند مدار LT کار می کنید که مراحل استفاده از مواد و لمینیت را بهینه می کند.

Q3: آیا می توان 2+N+2 Stackup از برنامه های با قدرت بالا پشتیبانی کرد؟
A3: کاملاً - با انتخاب وزن مناسب و وزن مس. برای طرح های پرقدرت (به عنوان مثال ، منبع تغذیه صنعتی) ، استفاده کنید:

A.Core Layers با مس 2oz (جریان جریان بالاتر).
B.High-TG Prepreg (در برابر گرما از اجزای برق مقاومت می کند).
C. VIA های THERMAL (به هواپیماهای زمینی وصل شده است) برای از بین بردن گرما.
Circuit LT برای اینورترهای صنعتی 100 W 2+4+2 پشته تولید کرده است ، با لایه های مس که دارای جریان های 20A بدون گرمای بیش از حد است.

Q4: حداقل اندازه میکروویا برای پشته 2+N+2 چیست؟
A4: بیشتر تولید کنندگان می توانند میکروویا را به اندازه 0.1 میلی متر (4mil) برای 2+N+2 پشته تولید کنند. با این حال ، 0.15 میلی متر (6mil) نقطه شیرین است - چگالی و عملکرد تولید را متعادل می کند. میکروویای کوچکتر (0.08 میلی متر یا کمتر) امکان پذیر است اما هزینه را افزایش داده و عملکرد را کاهش می دهد (خطاهای حفاری بیشتر).

Q5: ساخت یک PCB 2+N+2 HDI چه مدت طول می کشد؟
A5: زمان سرب به پیچیدگی و حجم بستگی دارد:

a.prototypes (1-100 واحد): 5-7 روز (با خدمات QuickTurn از مدار LT).
حجم B.Medium (1000-10،000 واحد): 10-14 روز.
C. Volume (10،000+ واحد): 2-3 هفته.
D. لمینیت بعدی 1-2 روز را در مقایسه با PCB های سنتی اضافه می کند ، اما تکرار طراحی سریعتر (به لطف پشتیبانی DFM) اغلب این را جبران می کند.

Q6: آیا می توان 2+N+2 پشته انعطاف پذیر بود؟
A6: بله-با استفاده از مواد هسته ای انعطاف پذیر و ساخت (به عنوان مثال ، پلی آمید به جای FR-4). پشته های انعطاف پذیر 2+N+2 برای پوشیدنی ها (به عنوان مثال ، باند های ساعت هوشمند) و برنامه های خودرو (به عنوان مثال ، الکترونیک داشبورد خمیده) ایده آل هستند. مدار LT پشته های 2+2+2 انعطاف پذیر با حداقل شعاع خم 5 میلی متر (برای انعطاف پذیری مکرر) ارائه می دهد.

افکار نهایی: آیا یک پشته 2+N+2 HDI برای شما مناسب است؟
اگر پروژه شما نیاز دارد:

A.Smaller اندازه PCB بدون قربانی کردن تعداد مؤلفه ها.
سیگنال های سرعت بالا (5G ، 100 گیگابیت در ثانیه) با حداقل ضرر.
تعادل CA از عملکرد و هزینه.

سپس پشته 2+N+2 HDI یک انتخاب عالی است. تطبیق پذیری آن باعث می شود که آن را برای الکترونیک مصرفی ، دستگاه های پزشکی ، سیستم های خودرو و فراتر از آن مناسب کند - در حالی که طراحی ساختاری آن تولید را ساده می کند و خطر را کاهش می دهد.

کلید موفقیت؟ شریک با یک تولید کننده که در پشته های 2+N+2 تخصص دارد. تخصص LT Circuit در لمینیت متوالی ، حفاری میکروویا و انتخاب مواد تضمین می کند که پشته شما مشخصات شما را بر روی زمان و در بودجه ملاقات می کند. از بررسی های DFM گرفته تا آزمایش نهایی ، LT Circuit به عنوان پسوند تیم شما عمل می کند و به شما کمک می کند تا طراحی خود را به یک PCB قابل اعتماد و با کارایی بالا تبدیل کنید.

اجازه ندهید محدودیت های فضا یا سرعت پروژه شما را محدود کند. با استفاده از 2+N+2 HDI Stackup ، می توانید الکترونیکی بسازید که کوچکتر ، سریعتر و قابل اطمینان تر باشند - بدون اینکه در هزینه به خطر بیفتد.