การพัฒนา PCB หนาแน่น-ยืดหยุ่นของ HDI: ยกขอบเขตของการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์

PCBs ที่มีความแน่นสูง (HDI) เป็นจุดสูงสุดของการนวัตกรรมในแผ่นวงจร โดยรวมผลประโยชน์ของการประหยัดพื้นที่ของเทคโนโลยี HDI กับความหลากหลายของการออกแบบที่มีความแน่นพีซีบีที่ทันสมัยเหล่านี้ได้ปฏิวัติอุตสาหกรรมจากเครื่องบินไปยังเครื่องมือที่ใส่ได้ความก้าวหน้าล่าสุดในวัสดุ การผลิต และเครื่องมือการออกแบบได้ขยายความสามารถของพวกเขาทําให้มันจําเป็นสําหรับ อิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่.

คู่มือนี้สืบค้นความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยี HDI PCB แข็งแกร่งและยืดหยุ่น วิธีที่พวกเขาแก้ปัญหาวิศวกรรมที่ซับซ้อนและทําไมพวกเขาจึงกลายเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์ที่ล้ําหน้าจากนวัตกรรมของ microvia ไปยังเทคนิคการละเมินที่ทันสมัยเราจะดําน้ําในความก้าวหน้าที่ขับเคลื่อนด้านนี้

ประเด็นสําคัญ
1.HDI PCBs rigid-flex รวมรวม microvias (50-150μm) และ hinges ยืดหยุ่นเพื่อบรรลุความหนาแน่นขององค์ประกอบที่สูงกว่า 30-50% กว่าการออกแบบแบบ rigid-flex แบบดั้งเดิม
2ความก้าวหน้าของวัสดุล่าสุด เช่น โพลีไมไมด์ความสูญเสียต่ําและดีเอเลคทริกซ้อนนาโนได้ปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ 50Gbps + และอุณหภูมิการทํางานถึง 200 °C
3การถ่ายภาพโดยตรงด้วยเลเซอร์ (LDI) และเทคนิคการละลายลําดับในขณะนี้ทําให้ความแม่นยําการจัดอันดับ ± 5μm เป็นสิ่งสําคัญสําหรับ BGA ขนาด 0.3 มม.
4PCB เหล่านี้ลดน้ําหนักของอุปกรณ์ลง 20~40% และปรับปรุงความน่าเชื่อถือขึ้น 60% ในแอพลิเคชั่นที่มีความเสี่ยงต่อการสั่นสะเทือน โดยมีกรณีการใช้ตั้งแต่สมาร์ทโฟนที่พับได้ถึงเซ็นเซอร์อากาศ

HDI Rigid-Flex PCBs คืออะไร?
PCB HDI ที่แข็ง-ยืดหยุ่นรวมเทคโนโลยีหลักสองอย่าง:
1.HDI: ใช้ไมโครวีอา, ร่องรอยละเอียด (25 ‰ 50μm) และค้อนชั้นหนาเพื่อเพิ่มความหนาแน่นขององค์ประกอบสูงสุด
2.Rigid-Flex: ผสมผสานส่วนแข็ง (สําหรับการติดตั้งส่วนประกอบ) กับหมุนยืดหยุ่น (สําหรับการบิดและการบูรณาการ 3 มิติ)
ผลลัพธ์คือวงจรต่อเนื่องเดียวที่สามารถ:
a. ติดตั้ง 1,000+ ส่วนประกอบต่อตารางนิ้ว (เทียบกับ 500-700 ในแบบแบบแข็ง-ยืดหยุ่นมาตรฐาน)
b.บิดรอบมุม, พับ, หรือบิดโดยไม่เสียสละความสมบูรณ์ของสัญญาณ
c.กําจัดเครื่องเชื่อมและสายไฟฟ้า ลดจุดผิดพลาดในระบบที่มีความน่าเชื่อถือสูง
ความก้าวหน้าล่าสุดได้ผลักดันความสามารถเหล่านี้ไปไกลกว่านี้ ทําให้ PCB HDI ที่แข็งแรงและยืดหยุ่น เหมาะสําหรับการใช้งานที่ต้องการมากที่สุด

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยี HDI Rigid-Flex PCB
1นวัตกรรมในไมโครเวีย: การเชื่อมต่อขนาดเล็กและน่าเชื่อถือมากขึ้น
ไมโครวิอา (รูเล็กๆ ที่เคลือบผนังเชื่อมผนัง) เป็นกระดูกสันหลังของเทคโนโลยี HDI และความก้าวหน้าล่าสุดได้ขยายศักยภาพของมัน:
a.Microvia ที่เล็กมาก: การเจาะด้วยเลเซอร์ UV ปัจจุบันสามารถเจาะขนาดเล็กขนาด 50μm (ลดจาก 100μm เมื่อสิบปีที่แล้ว) ทําให้การเชื่อมต่อชั้นสูงขึ้น 40% ในพื้นที่เดียวกันช่องทางเล็กๆ เหล่านี้มีความสําคัญสําหรับ 0.3mm pitch BGA และชิปสเกลแพคเกจ (CSP)
b. Vias สตั๊กและสเต็กเกอร์: การละเมินเรียงลําดับที่ก้าวหน้าทําให้ microvias สตั๊ก (เชื่อมต่อ 3 + ชั้นตั้งตรง) ด้วยการสอดคล้อง ± 5μm ลดการใช้พื้นที่ 30% เมื่อเทียบกับ vias สเต็กเกอร์
c.Buried Microvias: ช่องทางที่ซ่อนอยู่ระหว่างชั้นภายในปลดปล่อยชั้นภายนอกสําหรับองค์ประกอบ เพิ่มพื้นที่พื้นผิวที่ใช้ได้ 25% ในการออกแบบชั้น 8+

2การค้นพบวัสดุ: ผลงานภายใต้ความกดดัน
วัสดุใหม่ได้เอาชนะข้อจํากัดที่เกิดขึ้นมานานในเรื่องของความร้อน ความถี่ และความยืดหยุ่น
a. Dielectrics ที่ยืดหยุ่นด้วยการสูญเสียต่ํา: โพลีไมไมด์ที่ใส่กับอนุภาคนาโนเซรามิก (ตัวอย่างเช่น Rogers RO3003) ตอนนี้มีค่าคงที่แบบยืดหยุ่น (Dk) ต่ําถึง 3.0 และค่าสัมผัสการสูญเสีย (Df) <0.002, ทําให้การส่งสัญญาณ 50Gbps + ในส่วนยืดหยุ่นที่สําคัญสําหรับ 5G และการใช้งานศูนย์ข้อมูล
b.ชั้นยืดหยุ่นอุณหภูมิสูง: โพลีไมด์ที่ปรับปรุงทนการทํางานต่อเนื่อง 200 °C (ขึ้นจาก 150 °C)การผลิต PCB HDI ที่แข็ง-ยืดหยุ่น เหมาะสําหรับเครื่องอิเล็กทรอนิกส์รถยนต์และเครื่องยนต์อากาศภายใต้หมวก.
c.พยาธิติดต่อที่เสริม: พยาธิติดต่อที่มีโครงสร้างนาโนช่วยเพิ่มความแข็งแรงของพันธะระหว่างชั้นแข็งและชั้นยืดหยุ่น 50% ลดความเสี่ยงของการลดแผ่นในสภาพแวดล้อมที่คล่องตัวต่อการสั่นสะเทือน (เช่นหุ่นยนต์อุตสาหกรรม)

3การผลิตแม่นยํา: เลเซอร์และอัตโนมัติ
เทคนิคการผลิตได้วิวัฒนาการเพื่อจัดการกับความซับซ้อนของการออกแบบ HDI rigid-flex:
a.Laser Direct Imaging (LDI): เปลี่ยน photomasking แบบดั้งเดิมเป็น laser patterning โดยสามารถบรรลุความกว้าง/ระยะทางของ 25/25μm (เทียบกับ 50/50μm กับ photomasks)LDI ยังเพิ่มความแม่นยําในแผ่นขนาดใหญ่, ด้วยความละเอียด ±3μm
b.การเคลือบเรียงลําดับ 2.0: เครื่องพิมพ์ที่ทันสมัยที่มีการติดตามความดันและอุณหภูมิในเวลาจริงให้ความมั่นคงของชั้นแข็งและชั้นยืดหยุ่นสําคัญสําหรับไมโครเวียที่ซ้อนกัน.
c. การตรวจสอบทางอัตโนมัติด้วยสายตา (AOI) สําหรับชั้นยืดหยุ่น: กล้องความละเอียดสูง (50MP+) สามารถตรวจพบรอยเล็ก ๆ ในรอยยืดหยุ่นและช่องว่างใน microvias โดยมีความแม่นยํา 99.5% จาก 95% ในการตรวจสอบด้วยมือ

4โปรแกรมการออกแบบ: โมเดลและจําลอง 3 มิติ
เครื่องมือการออกแบบที่ทันสมัยในปัจจุบันรองรับความท้าทายที่พิเศษของ HDI
a.3D การจําลองการบิด: โปรแกรมเช่น Altium Designer และ Cadence Allegro ทําจําลองวิธีการบิดส่วนยืดหยุ่น, การคาดการณ์จุดความเครียดและรับประกันรอยไม่แตกระหว่างการใช้งานซึ่งลดการทดลองแบบต้นแบบลงถึง 40%.
b. การจําลองอัตราต่อรองสําหรับการเปลี่ยนแบบยืดหยุ่น-แข็งแรง: เครื่องแก้สนาม (เช่น Polar Si8000) คํานวณอัตราต่อรองข้ามขอบเขตยืดหยุ่น-แข็งแรง, รับประกันความสม่ําเสมอ 50Ω/100Ω สําหรับสัญญาณความเร็วสูง.
การวิเคราะห์ความร้อน: อุปกรณ์การแผนที่ความร้อนที่บูรณาการคาดการณ์การกระจายความร้อนในส่วน HDI ที่หนาแน่น ช่วยให้นักออกแบบวางองค์ประกอบที่ผลิตความร้อน (ตัวอย่างเช่น.g., เซ็นเซอร์)

ข้อดีของการนํา PCBs Rigid-Flex Advanced HDI มาใช้
ความก้าวหน้าเหล่านี้แปลว่ามีประโยชน์ต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
1. การลดขนาดที่ไม่เคยมีมาก่อน
a.ความหนาแน่นขององค์ประกอบ: 1,000+ องค์ประกอบต่อตารางอินช์ (เทียบกับ 500 ในแบบแบบแข็ง-ยืดหยุ่นมาตรฐาน) ทําให้อุปกรณ์เช่นเครื่องช่วยได้ยินที่มีเซ็นเซอร์ 6+ องค์ประกอบในพัสดุ 1 ซม.
b.การประหยัดพื้นที่: การกําจัดเครื่องเชื่อมและสายไฟลัดปริมาตรของอุปกรณ์ลง 30~50% ตัวอย่างเช่น เครื่องวิทยุทหารที่ใช้ PCB HDI หนา-ยืดหยุ่นมีขนาดเล็กกว่าเดิม 40%

2ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น
a. ความต้านทานต่อการสั่นสะเทือน: การสร้างชิ้นเดียวทนต่อการสั่นสะเทือน 20G (MIL-STD-883H) ด้วยความล้มเหลวน้อยกว่า 60% กว่า PCB ที่แข็งแกร่งเชื่อมต่อเคเบิล
b.ผลประกอบการทางอุณหภูมิ: วัสดุที่มีอุณหภูมิสูงและการแพร่กระจายความร้อนที่ดีขึ้น ลดอุณหภูมิส่วนประกอบลง 20 ̊30 ̊C ขยายอายุการใช้งาน 2 ̊3 เท่าในแสง LED และปัสดุพลังงาน

3ความสมบูรณ์แบบของสัญญาณ
a.การสนับสนุนความเร็วสูง: ไดเอเลคทริกที่มีการสูญเสียต่ําและอิเมพานซ์ที่ควบคุมสามารถให้อัตราการส่งข้อมูล 50Gbps+ เป็นสิ่งสําคัญสําหรับสถานีฐาน 5G และตัวเร่ง AI
b.ลด EMI: การติดพื้นที่หนาแน่นและร่องรอยที่ป้องกัน ลดการแทรกแซงทางแม่เหล็กไฟฟ้า 30% ทําให้ HDI PCBs ที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่น เหมาะสําหรับอุปกรณ์การถ่ายภาพทางการแพทย์

4. ประสิทธิภาพการใช้จ่ายในการผลิตปริมาณสูง
ขณะที่ HDI PCBs ราคา 2 หน า 3 เท่ากว่า PCBs ราคาแบบแข็ง-ยืดหยุ่นแบบมาตรฐาน
a.กําจัดสายเชื่อม, สายเคเบิล, และแรงงานการประกอบ (ประหยัด (1 ٪) 5 ต่อหน่วยในปริมาณสูง)
b.ลดอัตราการปรับปรุงจาก 5% เป็น < 1% ผ่านความละเอียดการผลิตที่ดีขึ้น

การประยุกต์ใช้: ที่ PCBs Rigid-Flex ที่มีความทันสมัยของ HDI ส่องแสง
1เทคโนโลยีที่ใส่ได้
นาฬิกาสมาร์ทและเครื่องติดตามความฟิตเนส: PCB HDI ที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่นใส่เครื่องตรวจจังหวะหัวใจ, GPS และจอแสดงในกระเป๋า 40 มิลลิเมตร โดยมีหมุนยืดหยุ่นที่สอดคล้องกับข้อมือ
อุปกรณ์การแพทย์ที่ใช้สวมใส่: เครื่องตรวจวัดน้ําตาลต่อเนื่องใช้ไมโครเวียขนาดเล็กมาก เพื่อเชื่อมเซ็นเซอร์ แบตเตอรี่ และเครื่องส่งสัญญาณในอุปกรณ์ขนาดแพทช์

2การบินและอวกาศและการป้องกัน
ภาระประโยชน์ของดาวเทียม: น้ําหนักเบา (20~40% ลดน้ําหนัก) และ PCB HDI หนาแน่น-ยืดหยุ่นที่ทนต่อรังสี ลดต้นทุนการเปิดตัวให้น้อยที่สุดและทนต่อสภาพแวดล้อมอวกาศ
เครื่องบิน: ระบบการนําทางแบบอินเนอร์เซียลใช้แบบ HDI rigid-flex 12 ชั้น เพื่อใส่เครื่องวัดความเร่ง, จิโรสโกป และโปรเซสเซอร์ในพื้นที่คอกปิตที่แคบ

3อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค
โทรศัพท์ที่พับได้: PCB HDI ที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่นที่มีไมโครเวีย 50μm เชื่อมต่อจอพับได้กับบอร์ดหลัก ทําให้สามารถพับได้ 100,000+ ครั้งโดยไม่เสียสัญญาณ
หูฟัง VR: การบรรจุส่วนประกอบที่หนาแน่นและการตั้งทาง 3 มิติ ลดน้ําหนักของหูฟังลงถึง 30% เพิ่มความสบายใจระหว่างการใช้งานที่ยาวนาน

4อุปกรณ์การแพทย์
อุปกรณ์ที่สามารถปลูก: เครื่องกําหนดหัวใจและเครื่องกระตุ้นประสาทใช้ PCB HDI ที่แข็งแรงและยืดหยุ่นที่เข้ากันได้ด้วยสารชีวภาพที่มีไมโครเวีย 75μm ซึ่งสามารถปรับรูปแบบการรักษาได้มากกว่าในพัสดุขนาด 10mm3
เอ็นโดสโกป: ส่วนยืดหยุ่นที่มีรอยละเอียด (25μm) ส่งวิดีโอความละเอียดสูงจากปลายกล้องไปยังโปรเซสเซอร์ ทําให้สามารถดําเนินการที่ไม่บุกรุกได้

ความ ท้าทาย และ ทิศทาง ใน อนาคต
ถึงแม้ว่าจะมีความก้าวหน้า แต่ PCBs HDI ที่แข็งแรงและยืดหยุ่นต้องเผชิญกับปัญหา:
ค่าใช้จ่าย: ไมโครเวียขนาดเล็กและวัสดุที่ทันสมัยทําให้ค่าใช้จ่ายสูงสําหรับการใช้งานขนาดเล็ก
ความซับซ้อนในการออกแบบ: วิศวกรต้องการการฝึกอบรมเชิงเฉพาะเพื่อปรับปรุงการนําทาง 3 มิติและการวาง microvia
ความก้าวหน้าในอนาคตจะเน้นใน:
การออกแบบโดย AI: เครื่องมือการเรียนรู้เครื่องจักรเพื่ออัตโนมัติการวางแผน HDI rigid-flex ลดเวลาออกแบบ 50%
วัสดุที่สามารถแยกแยกได้ทางชีวภาพ: ชั้นยืดหยุ่นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสําหรับอุปกรณ์การแพทย์ที่ใช้ครั้งเดียว
เซนเซอร์อินทิกรีต: การฝังเซนเซอร์ความเครียดหรืออุณหภูมิโดยตรงในชั้นยืดหยุ่นสําหรับ PCBs ที่ติดตามสุขภาพของตัวเอง

FAQs
คําถาม: จํานวนชั้นสูงสุดของ PCBs HDI rigid-flex คือเท่าไหร่?
ตอบ: การออกแบบพาณิชย์มี 16 ชั้น ขณะที่ต้นแบบเครื่องบินใช้ 20+ ชั้น

ถาม: PCB HDI ที่แข็งและยืดหยุ่น สามารถรับความแรงสูงได้หรือไม่?
ตอบ: ครับ ทองแดงหนา (2 4 oz) ในส่วนแข็งรองรับ 20 30A ทําให้มันเหมาะสําหรับการจัดการพลังงานใน EVs

ถาม: ส่วนประกอบใน PCB HDI ที่แข็ง-ยืดหยุ่น สามารถมีขนาดเล็กแค่ไหน?
ตอบ: พวกมันรองรับ 01005 passive (0.4mm × 0.2mm) และ 0.3mm pitch BGA, โดยการออกแบบในอนาคตมีเป้าหมาย 0.2mm pitch.

คําถาม: PCB HDI ที่แข็ง-ยืดหยุ่นสามารถเชื่อมต่อกับการผสมแบบไร้鉛ได้หรือไม่?
A: ใช่ ผสมพอลิไมด์และผสมผสมอุณหภูมิสูงทนอุณหภูมิการไหลกลับ 260 °C ที่จําเป็นสําหรับการผสมที่ไม่มีหมู

Q: ช่วงเวลาเฉพาะสําหรับ PCBs HDI rigid-flex เป็นเวลาเท่าไร?
ตอบ: 4~6 สัปดาห์สําหรับต้นแบบ, 6~8 สัปดาห์สําหรับการผลิตปริมาณสูง มากกว่า PCB มาตรฐานเพราะขั้นตอนการผลิตที่ซับซ้อน

สรุป
ความก้าวหน้าของ HDI Rigid-Flex PCB ได้เปลี่ยนสิ่งที่เป็นไปได้ในด้านการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ ทําให้อุปกรณ์ที่เล็กกว่าจาก 50μm microvias ถึง 50Gbps การสนับสนุนสัญญาณ, นวัตกรรมเหล่านี้ตอบสนองความต้องการสําคัญของอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย
ในขณะที่วัสดุ การผลิต และเครื่องมือการออกแบบ พัฒนาต่อเนื่อง PCB HDI ที่แข็งแรงและยืดหยุ่น จะมีบทบาทที่ยิ่งใหญ่ขึ้น ในเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น จอแสดงภาพยืดหยุ่น เซ็นเซอร์ IoTและอุปกรณ์การแพทย์รุ่นใหม่สําหรับวิศวกรและนักออกแบบสินค้า การรับมือกับความก้าวหน้าเหล่านี้ ไม่ใช่เพียงแค่การเลือก มันจําเป็นต่อการแข่งขันในตลาดที่นวัตกรรมจะวัดในไมโครเมตรและมิลลิวินาที
อนาคตของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือความยืดหยุ่น ความหนาแน่นและเชื่อมต่อ และ HDI PCBs หนาแน่นและยืดหยุ่น นําทาง