2025-07-25
รูปภาพที่สร้างขึ้นโดยลูกค้า
ในการแข่งขันเพื่อสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่เล็กกว่า เร็วขึ้นและมีพลังมากขึ้น พีซีบีแบบดั้งเดิมกําลังชนผนังและเซ็นเซอร์รถยนต์อิสระต้องการฟังก์ชันมากขึ้นในพื้นที่ที่แคบมากขึ้นผนัง PCB หลายชั้นความหนาแน่นสูง (HDI): เทคโนโลยีที่ใช้ไมโครเวีย, วัสดุที่ทันสมัยและการผลิตความแม่นยํา เพื่อบรรจุวงจรที่ซับซ้อนในรอยเท้าเล็ก ๆ น้อย ๆHDI ไม่เพียงแค่การปรับปรุง แต่เป็นการปฏิวัติในวิธีการออกแบบและสร้างอิเล็กทรอนิกส์ นี่คือเหตุผลที่ HDI กลายเป็นกระดูกสันหลังของอุปกรณ์ที่ทันสมัย วิธีการทํางานและเมื่อเลือกมันสําหรับโครงการของคุณ.
PCB หลายชั้น HDI คืออะไร?
PCBs HDI เป็นพานหลายชั้นที่พัฒนามาเพื่อความหนาแน่นอย่างมาก ไม่เหมือนกับ PCBs แบบดั้งเดิม ที่พึ่งพากับช่องผ่านรู (เจาะผ่านพาน) และระยะห่างที่ใหญ่กว่าการใช้ HDI:
a.Microvias: หลุมเล็กๆ ที่เจาะด้วยเลเซอร์ (กว้าง 6 ~ 10 มิล) ที่เชื่อมชั้นกันโดยไม่เจาะแผ่นทั้งหมด
b. Blind/buried vias: Vias ที่เชื่อมต่อชั้นบนเท่านั้นกับชั้นใน (blind) หรือชั้นในกับกัน (buried) เพื่อประหยัดพื้นที่
c. ชั้นสร้าง: ชั้นละอ่อนและสลับกันของไฟฟ้าดียิเลคทริก (ไอโซเลเตอร์) และทองแดง, เพิ่มเพิ่มเติมเพื่อทําให้ความกว้างของรอยละเอียดกว่า (≤ 3 มิล) และระยะห่างที่แคบกว่า (≤ 2 มิล)
การออกแบบนี้ช่วยลดจํานวนชั้นที่จําเป็นสําหรับวงจรที่ซับซ้อน ลดเส้นทางสัญญาณ และลดความรบกวนที่สําคัญสําหรับการใช้งานความเร็วสูง เช่น โมเดม 5G หรือเซ็นเซอร์ที่ใช้พลังงาน AI
HDI vs PCB หลายชั้นแบบดั้งเดิม: การเปรียบเทียบที่สําคัญ
ความแตกต่างระหว่าง HDI และ PCB แบบดั้งเดิมไปไกลกว่าขนาด นี่คือวิธีการที่พวกเขามีผลประกอบการและการออกแบบเมทริกหลัก
| เมทริก | PCB หลายชั้นแบบดั้งเดิม | HDI PCB หลายชั้น | ข้อดีสําหรับ HDI |
|---|---|---|---|
| ผ่านขนาด | ช่องผ่านรู: 50-100 มิลลิส | ไมโครวีอา: 6 หมื่น 10 มิล; ไมโครวีอาที่ปิด/ฝัง | 80~90% ช่องทางขนาดเล็กจะปลดพื้นที่ให้กับส่วนประกอบ |
| ความกว้างของร่องรอย/ระยะห่าง | ความกว้าง 5 ไมล์; ระยะห่าง 5 ไมล์ | ความกว้าง 2 ไมล์; ระยะห่าง 2 ไมล์ | ความหนาแน่นสูง 2 เท่า สามารถใส่ส่วนประกอบได้มากกว่า 4 เท่าต่อตารางนิ้ว |
| ความยาวเส้นทางสัญญาณ | ยาวกว่า (เนื่องจากเส้นทางผ่านหลุม) | 30~50% สั้นกว่า (การเชื่อมต่อชั้นตรง) | ลดการสูญเสียสัญญาณ 20% - 30% ในความถี่สูง (≥ 28 GHz) |
| น้ําหนักและความหนา | หนากว่า (≥1.6 มิลลิเมตรสําหรับ 8 ชั้น) | หนากว่า (0.4 ∼1.0 มิลลิเมตรสําหรับ 8 ชั้น) | 40~50% น้ําหนักเบา; เหมาะสําหรับ Wearables/Portables |
| ความน่าเชื่อถือ | มีแนวโน้มต่อการล้มเหลวทาง (ความเครียดจากรูผ่าน) | ไมโครวีอาลัยลดความเครียด; เครื่องเชื่อมต่อน้อยลง | อัตราความล้มเหลวที่ต่ํากว่า 50% ในการทดสอบความสั่นสะเทือน (ต่อ IPC-9701) |
| ค่าใช้จ่าย (สัมพันธ์) | ต่ํากว่า (วัสดุมาตรฐาน การผลิตที่ง่ายกว่า) | 30~50% สูงกว่า (วัสดุพิเศษ, การเจาะเลเซอร์) | คอนเฟสต์โดยการลดจํานวนส่วนประกอบและห้องเรือนขนาดเล็ก |
วิธีการผลิต PCB หลายชั้น HDI
การผลิต HDI เป็นกระบวนการที่มีความแม่นยํา โดยรวมเครื่องจักรที่ทันสมัย และการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด เพื่อให้สามารถสร้างลักษณะในขนาดเล็ก
1การเตรียมแกน
HDI มักจะเริ่มต้นด้วยชั้นละอองของเนื้อหิน (มักหนา 0.2 ~ 0.4 มม) ของวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงเช่น FR-4 หรือ Rogers เนื้อหินนี้ให้ความมั่นคงทางโครงสร้างและเป็นพื้นฐานสําหรับชั้นสร้าง
2. การเจาะเลเซอร์สําหรับไมโครวีอา
เครื่องเจาะกลไกแบบดั้งเดิมไม่สามารถสร้างรูที่เล็กกว่า 50 มิลลาร์ ดังนั้น HDI ใช้เลเซอร์ UV หรือ CO2 เพื่อเจาะไมโครเวีย (6-10 มิลลาร์) ด้วยความแม่นยํา ± 1 μmขั้นตอนนี้ทําให้แน่ใจว่า vias ถูกวางไว้ตรงที่จําเป็น, แม้แต่ในกลุ่มที่หนาแน่น (สูงสุด 100 ช่องทางต่อซม.
3. พื้นที่สร้าง
ชนิดผสมบางของ dielectric (0.05 หนา 0.1 มม) และทองแดง (0.5 หนา 1 oz) เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ:
a. ไดเลคทริกถูกผสมผสานกับแกน แล้วเลเซอร์เจาะเพื่อเปิดจุดเชื่อมต่อ
b. ทองแดงถูกท่อเข้าไปในรู (เพื่อสร้างช่อง conductive vias) และถูกกะทะเป็นรอยละเอียด (ความกว้าง 2-3 มิล) โดยใช้ photolithography
c. กระบวนการนี้ซ้ําต่อสําหรับแต่ละชั้นที่สร้างขึ้น สร้างโครงสร้างที่หนาแน่นและมีชั้น
4. การตรวจสอบและการทดสอบ
องค์ประกอบขนาดเล็กของ HDI ต้องการการตรวจสอบคุณภาพอย่างเข้มงวด
a. การตรวจสอบทางแสงอัตโนมัติ (AOI): การสแกนเพื่อหารอยบกพร่องหรือเส้นทางที่ไม่ตรงกัน
b.การตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์: ตรวจสอบผ่านคุณภาพการเคลือบ (ไม่มีช่องว่าง) ในชั้นภายใน
c. การทดสอบอัดอัด: รับประกันความสมบูรณ์ของสัญญาณ (สําคัญสําหรับการออกแบบความเร็วสูง)
ข้อดีสําคัญของ PCB หลายชั้น HDI
การออกแบบและการผลิตของ HDI ที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวมัน จะเปิดโอกาสให้กับประโยชน์ ที่ทําให้มันจําเป็นสําหรับ อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย
1การลดขนาดสุดๆ
โดยการแทนช่องผ่านขนาดใหญ่ด้วยช่องไมโครเวีย และลดระยะห่างรอย, HDI แพ็ค 2 หน่วย 4 เท่าของฟังก์ชันในพื้นที่เดียวกันกับ PCB แบบดั้งเดิม. ตัวอย่างเช่น:
a. PCB สมาชิกสมาร์ทโฟน 5G ที่ใช้ HDI สามารถรองรับการออกแบบ 6 ชั้นในขนาด 10 ตารางเซนติเมตร ในขณะที่ PCB แบบดั้งเดิมจะต้องการ 8 ชั้นและ 15 ตารางเซนติเมตร
b เครื่องใช้ทางการแพทย์ที่ใส่ได้ (เช่น เครื่องวัดน้ําตาลในเลือด) ใช้ HDI เพื่อลดความกว้างจาก 30 มิลลิเมตรเป็น 15 มิลลิเมตร เพื่อเพิ่มความสบายใจของผู้ใช้
2. ความเร็วสัญญาณที่เร็วขึ้นและลดความดัง
เส้นทางสัญญาณที่สั้นกว่า (เนื่องจากไมโครวิยาและวิยาที่ตาบอด) ลดความช้าในการแพร่กระจาย (เวลาในการเดินทางของสัญญาณ) และลดการแพร่กระจายเสียง (การแทรกแซงระหว่างร่องรอย) ทําให้ HDI เหมาะสําหรับ:
a.อุปกรณ์ความถี่สูง (5G, ราดาร์, Wi-Fi 6E) ที่ทํางานที่ 28+ GHz
b. การส่งข้อมูลความเร็วสูง (เช่น PCIe 6)0, ซึ่งถึง 64 Gbps)
3การจัดการความร้อนที่ดีขึ้น
HDI ผนังบางและไมโครวิอาทํางานเหมือน หนาวท่อ, แพร่กระจายความร้อนอย่างเท่าเทียมกันมากกว่าทั่วกระดาน.ซึ่งลดจุดร้อน 30%~40% เมื่อเทียบกับ PCBs แบบดั้งเดิม.
4ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น
PCB แบบดั้งเดิมจะล้มเหลวเมื่อช่องผ่านแตกภายใต้ความเครียด (เช่นการสั่นสะเทือนในรถยนต์)ทนทาน 10 เท่าของวงจรทางอุณหภูมิหรือทางกล (ต่อการทดสอบ IPC-TM-650)ซึ่งทําให้มันเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น เครื่องจักรยานอากาศหรืออุตสาหกรรม
ชนิด PCB หลายชั้น HDI การเลือกความซับซ้อนที่เหมาะสม
HDI มีหลายระดับ (หรือลําดับ) ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของทางเลือกที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับความต้องการความหนาแน่นของการออกแบบของคุณ:
| คําสั่ง HDI | ช่องทางใช้ | ความหนาแน่น (องค์ประกอบต่อตารางนิ้ว) | ความซับซ้อนของการผลิต | การใช้งานที่เหมาะสม |
|---|---|---|---|---|
| สถานที่ 1 | ไมโครเวียระดับเดียว (ไม่ติดกัน) | 100?? 200 | ต่ํา | อุปกรณ์ที่ใส่ได้ เครื่องรับรู้ IoT หลัก |
| สั่งการที่สอง | ไมโครเวียสเรียงกัน (ลึก 2 ชั้น) | 200 บาท 400 บาท | กลาง | สมาร์ทโฟน 5G อุปกรณ์การแพทย์พกพา |
| คําสั่งที่ 3 | ไมโครเวียสเรียงกัน (ลึกกว่า 3 ชั้น) | 400?? 600 | สูง | อีวีออนิกส์อากาศศาสตร์ อีไอเอจีคอมพิวเตอร์ |
การใช้งานที่ดีที่สุดสําหรับ HDI Multilayer PCBs
HDI ไม่ใช้อุปกรณ์ที่เหมาะกับทุกคน แต่มันโดดเด่นในสาขาที่มีความต้องการสูง
1อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค
a.สมาร์ทโฟน / แท็บเล็ต: โทรศัพท์พับได้ (เช่น Samsung Galaxy Z Fold) ใช้ HDI เพื่อใส่โมเดม 5G กล้องและแบตเตอรี่ในรูปแบบที่ยืดหยุ่นและบาง
b.Wearables: นาฬิกาสมาร์ท (Apple Watch) ใช้ HDI ในการบรรจุเซ็นเซอร์อัตราการเต้นของหัวใจ, GPS และ Bluetooth ลงในกระเป๋าขนาด 40 มม.
2อุปกรณ์การแพทย์
a. การวินิจฉัยแบบพกพา: เครื่องตรวจฉายเสียงฉายเสียงมือถือใช้ HDI เพื่อลดขนาดจาก 200 กรัม เป็น 100 กรัม ทําให้แพทย์สามารถใช้ได้ง่ายขึ้น
b.Implantables: Neurostimulators (สําหรับการรักษาโรคสะเก็ดเงิน) ใช้วัสดุ HDI ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ เพื่อใส่วงจร 8 ชั้นในกรอบขนาด 10 มม.
3อิเล็กทรอนิกส์รถยนต์
a. ADAS (Advanced Driver Assistance Systems): โมดูลราดาร์และ LiDAR ใช้ HDI ในการประมวลผลข้อมูล 100+ จุดต่อวินาที ในแบบที่คอมพ็อคต และทนความร้อน (อดทน 125 °C ภายใต้หมวกรถ)
b.EV Controls: ระบบบริหารแบตเตอรี่ (BMS) ใช้ HDI ในการติดตามเซลล์ 100+ ในพื้นที่ที่เล็กกว่า PCB แบบดั้งเดิม 30% โดยลดน้ําหนักรถ
4. ท้องอากาศและการป้องกัน
a.การสื่อสารผ่านดาวเทียม: การออกแบบของ HDI ที่เบา (40% น้อยกว่า PCBs แบบดั้งเดิม) ช่วยลดต้นทุนการเปิดตัว ขณะที่ความทนทานต่อรังสีของมันทําให้มีความน่าเชื่อถือในอวกาศ
b.วิทยุทหาร: PCB HDI ที่แข็งแกร่งสามารถทนต่อการสั่นสะเทือนและอุณหภูมิสูงสุด (-55 °C ถึง 125 °C) ในอุปกรณ์สื่อสารสนามรบ
เมื่อเลือก HDI (และเมื่อติดกับ PCB แบบดั้งเดิม)
สิทธิประโยชน์ของ HDI มีค่าใช้จ่ายในการผลิตที่สูงขึ้น ดังนั้นมันจึงไม่จําเป็นเสมอ ใช้กรอบนี้เพื่อตัดสินใจ
เลือก HDI หาก:
อุปกรณ์ของคุณต้องมีขนาดเล็กกว่า 50 ซม.ตารางวา (เช่น เครื่องสวมใส่, สมาร์ทโฟน)
คุณออกแบบให้กับความถี่สูง (≥10 GHz) หรือความเร็วสูง (≥10 Gbps)
ความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (การสั่นสะเทือน ความร้อน) เป็นสิ่งสําคัญ
คุณต้องการลดจํานวนส่วนประกอบ (เชื่อมต่อน้อยกว่า, กล่องเล็กกว่า)
ใช้ PCB แบบดั้งเดิม หาก:
ค่าใช้จ่ายเป็นความสําคัญสูงสุด (ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ผู้บริโภคระดับต่ํา เช่น เครื่องควบคุมไกล)
การออกแบบของคุณง่าย (≤4 ชั้น, ส่วนประกอบขนาดใหญ่ เช่น resistors / capacitors)
ความถี่ในการทํางานต่ํา (< 1 GHz) และขนาดไม่จํากัด
การ ชนะ ปัญหา ที่ เกี่ยว กับ อัตรา การ ปรับปรุง สุขภาพ
ความซับซ้อนของวัตถุประกอบการทางด้านความสูงของมนุษย์ นํามาซึ่งอุปสรรคพิเศษ แต่มันสามารถจัดการได้ด้วยการวางแผนอย่างรอบคอบ:
a. ค่าใช้จ่ายสูงขึ้น: คอมเพนซ์โดยขนาดที่ลดลงของห้องพัก, ส่วนประกอบน้อยลง, และอัตราความล้มเหลวต่ํากว่า (การประหยัดในระยะยาว)
b.ความซับซ้อนของการออกแบบ: ใช้เครื่องมือ CAD ที่เฉพาะ HDI (เช่น Altium Designer กับโมดูล HDI) เพื่อจําลองไมโครวิอาและชั้นสะสม
c.ขีดจํากัดการผลิต: พาร์ทเนอร์กับผู้ผลิต HDI ที่มีประสบการณ์ ภายในระยะแรก รายการการออกแบบ (IPC-2581) เพื่อรับรองความเป็นไปได้ก่อนการผลิต
สรุป
พีซีบี HDI หลายชั้น ไม่เพียงแต่เป็นแนวโน้ม แต่ยังเป็นพื้นฐานของอิเล็กทรอนิกส์รุ่นต่อไป โดยการทําให้มีขนาดเล็ก ความเร็วที่เร็วขึ้น และความน่าเชื่อถือมากขึ้นHDI แก้ปัญหาใหญ่ที่สุดในการออกแบบอุปกรณ์ที่ทันสมัยขณะที่มันมีค่าใช้จ่ายในเบื้องต้นที่สูงกว่า ความสามารถในการลดขนาด, เพิ่มประสิทธิภาพ, และลดความล้มเหลวระยะยาวทําให้มันเป็นการลงทุนที่ฉลาดสําหรับการใช้งานที่สําคัญ
ไม่ว่าคุณจะสร้างโทรศัพท์พับได้ หรืออุปกรณ์การแพทย์ที่ช่วยชีวิต หรือเครื่องมือทหารที่แข็งแกร่ง
ส่งข้อสอบของคุณตรงมาหาเรา
