เทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์แบบ High-Density Interconnect (HDI): ประเภท, ประโยชน์, ความท้าทาย และการใช้งาน

เทคโนโลยี HDI PCB กำลังเปลี่ยนแปลงการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ ช่วยให้สามารถสร้างอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กลงและทรงพลังมากขึ้น เทคโนโลยีนี้ช่วยให้วงจรมีความหนาแน่นมากขึ้นและประสิทธิภาพดีขึ้น บทความนี้สำรวจประเภท ข้อดี ความท้าทาย และการใช้งานของ HDI PCBs

เทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์ (HDI) High-Density Interconnect คืออะไร

เทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์แบบ High-Density Interconnect (HDI) หมายถึง การออกแบบแผงวงจรพิมพ์ที่มีความหนาแน่นของสายไฟมากขึ้นต่อหน่วยพื้นที่เมื่อเทียบกับแผงวงจรพิมพ์แบบทั่วไป เทคโนโลยีขั้นสูงนี้ช่วยให้สามารถสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดกะทัดรัดและซับซ้อนมากขึ้นโดยการใช้พื้นที่บนแผงวงจรให้เกิดประโยชน์สูงสุด

ลักษณะสำคัญของ HDI PCBs

HDI PCBs มีคุณสมบัติเด่นหลายประการที่แตกต่างจาก PCBs แบบดั้งเดิม HDI PCBs มีเส้นและช่องว่าง ≤ 100μm ซึ่งช่วยให้การเดินสายไฟฟ้าหนาแน่นขึ้น Microvias เจาะด้วยเลเซอร์เพื่อสร้างการเชื่อมต่อระหว่างชั้น vias เหล่านี้มีขนาดเล็กกว่า 150μm และแผ่นจับน้อยกว่า 400μm ในเส้นผ่าศูนย์กลาง แผง HDI มีความหนาแน่นของแผ่นเชื่อมต่อมากกว่า 20 แผ่น/ซม.² HDI PCBs ใช้ vias แบบบังและฝัง รวมถึง vias ผ่านรู ซึ่งให้ความยืดหยุ่นมากขึ้นในการเดินสายและเชื่อมต่อชั้น

ความแตกต่างด้านโครงสร้างจาก PCBs แบบดั้งเดิม

โครงสร้างของ HDI PCBs แตกต่างอย่างมากจาก PCBs แบบชั้นเดียวแบบดั้งเดิม:

1. หลายชั้น: HDI PCBs มักมีมากกว่าหนึ่งชั้น โดยทั่วไปอยู่ระหว่างสองถึงห้าชั้น โดยแผงสามและสี่ชั้นเป็นที่นิยมมากที่สุด
2. หน้าที่ของแต่ละชั้นใน HDI PCB:

• ชั้น 1 (ชั้นทองแดง): เป็นชั้นหลักสำหรับเส้นทางสัญญาณและการเชื่อมต่อพลังงาน/กราวด์ นอกจากนี้ยังมี vias สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างชั้น
• ชั้น 2 (แผ่นกราวด์): ชั้นทองแดงด้านเดียวที่ช่วยในการระบายความร้อนและเป็นแนวกันเพื่อป้องกันการรบกวนของสัญญาณ
• ชั้น 3 (ชั้นสัญญาณ): ชั้นนี้ประกอบด้วยเส้นทางสัญญาณ ซึ่งโดยทั่วไปจะจัดเรียงเป็นแถวต่อพินของส่วนประกอบหนึ่งแถวและมี 8 หรือ 10 พินต่อส่วนประกอบ
• ชั้น 4 (แผ่นรองรับส่วนประกอบ): ชั้นนี้ประกอบด้วยแผ่นรองสำหรับการเชื่อมต่อส่วนประกอบ โดยแต่ละแผ่นรองเชื่อมต่อกับ vias และเส้นทางสัญญาณที่อยู่ในชั้นอื่น

1. วิธีการเชื่อมต่อขั้นสูง: PCB HDI ใช้เทคนิคการเชื่อมต่อที่ซับซ้อน รวมถึง microvias ซ้อนกันและแบบ staggered ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถและความกะทัดรัดโดยรวมของบอร์ด

ประเภทของ HDI PCBs ตาม IPC 2226

สถาบันสำหรับวงจรพิมพ์ (IPC) ได้จัดตั้งระบบการจัดประเภทสำหรับ PCB HDI ในมาตรฐาน IPC-2226 ซึ่งช่วยให้นักออกแบบและผู้ผลิตสามารถสื่อสารเกี่ยวกับความซับซ้อนและความสามารถของการออกแบบ PCB HDI ต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ประเภทของ HDI PCBs ตาม IPC 2226

IPC-2226 แบ่งประเภทของ PCB HDI เป็นประเภท I ถึง VI ขึ้นอยู่กับการใช้งานและความซับซ้อน อย่างไรก็ตาม ประเภท I, II และ III เป็นที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรม แต่ละประเภทกำหนดโดยโครงสร้างชั้นและการกำหนดค่า via เฉพาะ

PCB HDI ประเภท I

PCB HDI ประเภท I มีลักษณะเด่นดังนี้:

1. ชั้น microvia เดียว: บอร์ดเหล่านี้มีชั้น microvia เดียวบนด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านของแกน
2. เทคโนโลยี via: ใช้ทั้งเทคโนโลยีผ่านรูเคลือบ (PTH) และ microvia เคลือบสำหรับการเชื่อมต่อ
3. ประเภทของ via: บอร์ดประเภท I มี via แบบสายตาแต่ไม่มี via ฝัง

PCB HDI ประเภท I เป็นรูปแบบที่ง่ายที่สุดของเทคโนโลยี HDI และมักใช้ในงานที่ต้องการความหนาแน่นระดับปานกลางมากกว่าบอร์ด PCB แบบดั้งเดิม

PCB HDI ประเภท II

PCB HDI ประเภท II มีความคล้ายคลึงกับประเภท I แต่มีความสามารถเพิ่มเติม:

1. ชั้น Microvia เดี่ยว: เหมือนกับ Type I แผงวงจรเหล่านี้มีชั้น microvia เดี่ยวบนหนึ่งหรือทั้งสองด้านของแกน
2. เทคโนโลยี Via: พวกเขาใช้เทคโนโลยีผ่านรูเคลือบ (PTH) และ microvia เคลือบสำหรับการเชื่อมต่อ
3. ประเภทของ Via: แตกต่างจาก Type I แผงวงจร Type II รวมทั้ง via แบบบลายด์และแบบฝัง

การรวม via ฝังใน HDI PCBs แบบ Type II ช่วยให้สามารถวางเส้นทางที่ซับซ้อนและออกแบบความหนาแน่นสูงขึ้นเมื่อเทียบกับ Type I

HDI PCBs แบบ Type III

HDI PCBs แบบ Type III เป็นก้าวสำคัญในความซับซ้อนและความหนาแน่น:

1. หลายชั้น microvia: แผงวงจรเหล่านี้มีอย่างน้อยสองชั้นของ microvia บนหนึ่งหรือทั้งสองด้านของแกน
2. เทคโนโลยี Via: พวกเขาใช้การเชื่อมต่อผ่านรูเคลือบ (PTH) และ microvia เคลือบ
3. ประเภทของ Via: แผงวงจร Type III รวมทั้ง via แบบบลายด์และแบบฝัง

หลายชั้นของ microvia ใน HDI PCBs แบบ Type III ช่วยให้สามารถวางเส้นทางและความยืดหยุ่นในการออกแบบที่มากขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนและกะทัดรัดที่สุด

คำศัพท์เกี่ยวกับโครงสร้าง

เพื่ออธิบายโครงสร้างชั้นของ HDI PCBs จะใช้คำศัพท์เฉพาะ:

• 1+N+1: แสดงถึงชั้น microvia เดี่ยวบนแต่ละด้านของแกน “N” แทนจำนวนชั้นแกน
• 2+N+2: โครงสร้างนี้มีชั้น microvia สองชั้นบนแต่ละด้านของแกน
• 3+N+3: โครงสร้างขั้นสูงนี้มีชั้น microvia สามชั้นบนแต่ละด้านของแกน

เมื่อเราเปลี่ยนจากโครงสร้าง 1+N+1 ไปเป็น 3+N+3 ความซับซ้อนและความหนาแน่นของ HDI PCB ก็เพิ่มขึ้น ซึ่งอนุญาตให้มีการออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่ก็ต้องการกระบวนการผลิตที่ก้าวหน้าขึ้นเช่นกัน

ข้อดีของแผงวงจร HDI ความหนาแน่นสูง

HDI PCBs มีข้อได้เปรียบอย่างมากเหนือ PCB แบบดั้งเดิม กลายเป็นที่นิยมในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ทำไมพวกมันจึงได้รับความนิยมในอุตสาหกรรมต่าง ๆ? ประโยชน์เหล่านี้มาจากคุณสมบัติการออกแบบเฉพาะตัวและกระบวนการผลิตขั้นสูง

การลดขนาดและน้ำหนัก

ข้อได้เปรียบหลักของ HDI PCBs คือความสามารถในการลดขนาดและน้ำหนักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างมาก สามารถวางส่วนประกอบได้มากขึ้นบนด้านใดด้านหนึ่งของบอร์ดโดยใช้เทคโนโลยี HDI ซึ่งช่วยเพิ่มการใช้พื้นที่ว่างให้เกิดประโยชน์สูงสุด เส้นและช่องว่างที่ละเอียดขึ้น (โดยปกติ ≤ 100μm) ช่วยให้การเดินสายไฟฟ้าเป็นแบบที่กะทัดรัดมากขึ้น vias ที่เจาะด้วยเลเซอร์ขนาดเล็กช่วยให้การเชื่อมต่อชั้นต่อชั้นมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยไม่ใช้พื้นที่มากเท่ากับ vias แบบผ่านรูแบบดั้งเดิม คุณสมบัติเหล่านี้รวมกันสร้าง PCB ที่มีขนาดเล็กและเบากว่าของเดิม HDI PCBs สามารถทำงานได้เทียบเท่ากับ PCB แบบดั้งเดิมในขนาดและน้ำหนักเพียงเศษเสี้ยว ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในงานที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่ เช่น สมาร์ทโฟน อุปกรณ์สวมใส่ และอุปกรณ์อวกาศ

การประหยัดต้นทุน

ต้นทุนการผลิตเริ่มต้นของ HDI PCBs อาจสูงกว่าของ PCB แบบดั้งเดิม แต่สามารถประหยัดต้นทุนโดยรวมในระยะยาวได้ การออกแบบที่กะทัดรัดมักต้องใช้วัตถุดิบต่ำกว่า ซึ่งอาจลดต้นทุนวัตถุดิบลง ในหลายกรณี เทคโนโลยี HDI ช่วยให้นักออกแบบสามารถทำงานได้เท่ากันโดยใช้ชั้นน้อยกว่าที่ PCB แบบดั้งเดิมต้องการ ความหนาแน่นที่สูงขึ้นบางครั้งช่วยให้นักออกแบบสามารถรวมบอร์ดหลาย ๆ เข้าด้วยกันเป็นบอร์ด HDI เดียว ลดความซับซ้อนและต้นทุนของระบบโดยรวม กระบวนการผลิตขั้นสูงสามารถนำไปสู่ผลผลิตที่สูงขึ้นและข้อบกพร่องน้อยลง ซึ่งอาจลดของเสียและต้นทุนการซ่อมแซมได้ แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นอาจดูสูงขึ้น แต่เมื่อพิจารณาถึงวงจรชีวิตทั้งหมดของผลิตภัณฑ์แล้ว HDI PCBs ก็สามารถให้ข้อได้เปรียบด้านต้นทุน

ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น

แน่นอนว่า HDI PCBs ไม่ได้ให้แค่ประโยชน์ด้านขนาดและต้นทุนเท่านั้น แต่ยังให้การปรับปรุงด้านประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถืออย่างมาก ระยะสายสั้นลงและขนาด vias ที่ลดลงส่งผลให้สูญเสียสัญญาณน้อยลง ลด crosstalk และปัญหาเกี่ยวกับการสะท้อนของสัญญาณ การออกแบบที่กะทัดรัดช่วยให้เส้นทางสัญญาณสั้นลง ทำให้สามารถดำเนินการความเร็วสูงขึ้น การใช้หลายชั้นบางช่วยให้การแจกจ่ายพลังงานและกราวด์มีประสิทธิภาพมากขึ้น ลดเสียงรบกวนและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ การกระจายส่วนประกอบไปยังหลายชั้นสามารถช่วยในการระบายความร้อน ปรับปรุงประสิทธิภาพความร้อนของอุปกรณ์ Microvias ซึ่งมีอัตราส่วนด้านเล็กลง สามารถนำไปสู่การเชื่อมต่อที่น่าเชื่อถือมากขึ้นและปรับปรุงความน่าเชื่อถือโดยรวมของบอร์ด ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในงานที่ต้องการความทนทานสูง การปรับปรุงประสิทธิภาพเหล่านี้ทำให้ HDI PCBs เหมาะสำหรับการใช้งานความถี่สูงและอุปกรณ์ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์และระบบอวกาศ

ประสิทธิภาพการผลิต

เทคโนโลยี HDI PCB มีข้อได้เปรียบหลายด้านในด้านประสิทธิภาพการผลิต ประสิทธิภาพในการออกแบบสามารถนำไปสู่รอบการพัฒนาที่สั้นลงและเวลาสู่ตลาดที่รวดเร็วขึ้นสำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่ ความหนาแน่นของส่วนประกอบที่สูงขึ้นและความสามารถในการเดินสายที่ดีขึ้นช่วยให้งานประกอบโดยรวมง่ายขึ้น การออกแบบ HDI ขั้นสูงมักรวมคุณสมบัติที่ทำให้การทดสอบง่ายขึ้นและครอบคลุมมากขึ้น ซึ่งอาจลดปัญหาในสนาม การออกแบบแบบโมดูลาร์บางแบบของ HDI ช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนหรืออัปเดตการออกแบบได้ง่ายขึ้นโดยไม่ต้องออกแบบบอร์ดใหม่ทั้งหมด ความสามารถในการผลิตนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมที่มีรอบผลิตภัณฑ์รวดเร็วหรือที่การเข้าสู่ตลาดอย่างรวดเร็วเป็นข้อได้เปรียบทางการแข่งขัน

คุณสมบัติสำคัญของแผงวงจร HDI ความหนาแน่นสูง

HDI PCBs มีลักษณะเด่นหลายประการที่ช่วยให้มีประสิทธิภาพสูงและการออกแบบที่กะทัดรัด

Via Technologies

คุณสมบัติเด่นของ HDI PCBs คือเทคโนโลยี vias ขั้นสูง vias คือรูเล็ก ๆ ที่เชื่อมต่อชั้นต่าง ๆ ของ PCB และเทคโนโลยี HDI ยกระดับสิ่งเหล่านี้ไปอีกขั้น Microvias เป็น vias ขนาดเล็กมาก ซึ่งสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคการเจาะด้วยเลเซอร์ ซึ่งอนุญาตให้ทำรูขนาดเล็กได้อย่างแม่นยำ การเดินสายที่หนาแน่นขึ้นและการใช้พื้นที่บอร์ดอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นถูกเปิดใช้งานโดย microvias Vias แบบ Blind เชื่อมต่อชั้นนอกกับชั้นในหนึ่งหรือหลายชั้น แต่ไม่ทะลุผ่านบอร์ดทั้งหมด ช่วยให้มีตัวเลือกการเดินสายที่ยืดหยุ่นมากขึ้นและสามารถลดความหนารวมของบอร์ดได้ Vias แบบ Buried เชื่อมต่อชั้นในของ PCB แต่ไม่เชื่อมต่อกับชั้นนอก ช่วยให้มีความยืดหยุ่นในการเดินสายมากขึ้นและสามารถปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณโดยลดความยาวของเส้นทางสัญญาณ เทคโนโลยี vias ขั้นสูงเหล่านี้ช่วยให้ HDI PCBs สามารถสร้างความหนาแน่นของการเชื่อมต่อที่สูงกว่ามากเมื่อเทียบกับ PCB แบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยให้วงจรซับซ้อนในพื้นที่ที่เล็กลง

โครงสร้างและการวางชั้น

HDI PCBs ใช้เทคนิคการสร้างและการวางชั้นที่ซับซ้อนเพื่อเพิ่มความหนาแน่นและประสิทธิภาพ การใช้ชั้นเดินสายมากขึ้นในความหนาบอร์ดเท่ากันสามารถทำได้โดยใช้ชั้นบางจำนวนมากขึ้น วิธีการสร้างแบบ Sequential Build-Up เป็นวิธีการสร้างที่ประกอบด้วยการสร้าง PCB ทีละชั้น ซึ่งอนุญาตให้สร้างโครงสร้างซับซ้อนที่มีหลายชั้นของ microvias บางดีไซน์ขั้นสูงของ HDI ใช้โครงสร้างแบบไร้แกน ซึ่ง PCB ถูกสร้างจากตรงกลางออกไปด้านนอก แทนที่จะเริ่มด้วยแกน ซึ่งสามารถทำให้บอร์ดบางลงและมีความยืดหยุ่นมากขึ้น วัสดุ laminate ขั้นสูงที่ใช้ใน HDI มักมีคุณสมบัติไฟฟ้าและความร้อนที่ดีกว่าวัสดุ FR-4 แบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณและจัดการความร้อนที่เกิดจากส่วนประกอบที่วางแน่น

ความกว้างและระยะห่างของเส้นสาย

แผงวงจร HDI มีชื่อเสียงในด้านความสามารถในการสร้างเส้นทางและช่องว่างที่ละเอียดกว่ามากเมื่อเทียบกับแผงวงจรแบบดั้งเดิม โดยทั่วไปแล้วแผงวงจร HDI จะมีความกว้างของเส้นทางไม่เกิน 100µm โดยบางดีไซน์ขั้นสูงสามารถทำให้กว้างเพียง 50µm หรือ 25µm ได้ ช่องว่างระหว่างเส้นทางอาจมีขนาดเท่ากับความกว้างของเส้นทาง ซึ่งช่วยให้สามารถวางเส้นทางได้แน่นหนามากขึ้น แผงวงจร HDI มักมีอัตราส่วนด้านต่ำกว่า (อัตราส่วนระหว่างความลึกของรูและเส้นผ่านศูนย์กลาง) สำหรับ vias ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและความสามารถในการผลิต เส้นทางที่ละเอียดและช่องว่างที่แน่นหนานี้ช่วยให้สามารถวางสัญญาณได้มากขึ้นในพื้นที่เดียวกัน ซึ่งเป็นการเพิ่มความหนาแน่นโดยรวมของการออกแบบ HDI

จำนวนการเชื่อมต่อที่มากขึ้น

เทคโนโลยี via ขั้นสูง เทคนิคการวางชั้นซับซ้อน และความสามารถในการสร้างเส้นทางละเอียด ช่วยให้แผงวงจร HDI สามารถเชื่อมต่อได้มากขึ้นต่อหน่วยพื้นที่ แผงวงจร HDI สามารถสร้างความหนาแน่นของ pad ได้มากกว่า 20 pads/cm² ซึ่งมากกว่ากระดานวงจรแบบดั้งเดิม การวางเส้นทางสัญญาณที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเป็นไปได้ด้วยการใช้ microvias และเส้นทางละเอียด ซึ่งลดจำนวนชั้นที่จำเป็นสำหรับความซับซ้อนของวงจร การเพิ่มความหนาแน่นของการวางเส้นทางช่วยให้สามารถวางส่วนประกอบใกล้กันมากขึ้น ซึ่งเพิ่มความหนาแน่นโดยรวมของบอร์ด

การใช้งานทั่วไปของ HDI PCBs ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

เทคโนโลยีแผงวงจร HDI ถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เนื่องจากความสามารถเฉพาะตัว ขนาดกะทัดรัด ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น และความน่าเชื่อถือ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานหลายประเภทที่พื้นที่จำกัดและต้องการประสิทธิภาพสูง

อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคได้รับประโยชน์สูงสุดจากเทคโนโลยีแผงวงจร HDI ความพยายามอย่างต่อเนื่องในการทำให้ขนาดเล็กลง น้ำหนักเบาขึ้น และมีพลังงานมากขึ้นสอดคล้องกับความสามารถของแผงวงจร HDI อย่างลงตัว

1. สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต: เทคโนโลยี HDI ช่วยให้สามารถทำให้ขนาดเล็กลงและเพิ่มฟังก์ชันการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ ความสามารถในการบรรจุส่วนประกอบมากขึ้นในพื้นที่ที่เล็กลงช่วยให้สามารถทำอุปกรณ์ที่บางลงและมีคุณสมบัติมากขึ้น
2. อุปกรณ์สวมใส่: สมาร์ทวอทช์ ตัวติดตามสุขภาพ และอุปกรณ์สวมใส่อื่น ๆ พึ่งพาแผงวงจร HDI อย่างมากสำหรับการออกแบบที่กะทัดรัดและเบา น้ำหนักเบาของอุปกรณ์เหล่านี้ทำให้จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยี HDI เพื่อให้พอดีกับส่วนประกอบทั้งหมด
3. แล็ปท็อปและกล้องดิจิทัล: แผงวงจร HDI ช่วยให้แล็ปท็อปและกล้องที่มีขนาดเล็กลงและทรงพลังมากขึ้น ความหนาแน่นของการวางเส้นทางที่เพิ่มขึ้นช่วยให้ผู้ผลิตสามารถเพิ่มคุณสมบัติได้มากขึ้นในขณะที่ยังคงรักษาหรือแม้แต่ลดขนาดของอุปกรณ์

ทหาร/อวกาศ

ภาคทหารและอวกาศต้องการอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่เพียงแต่มีขนาดกะทัดรัดเท่านั้น แต่ยังต้องมีความน่าเชื่อถือสูงและสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ แผงวงจร HDI ตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้ดี

1. อุปกรณ์อากาศยานและอาวุธอัจฉริยะ: แผงวงจร HDI ถูกใช้ในอุปกรณ์การบินและระบบอาวุธอัจฉริยะต่าง ๆ เนื่องจากความสามารถในการให้ประสิทธิภาพสูงในแพ็คเกจขนาดเล็ก
2. ดาวเทียมและอุปกรณ์อวกาศ: การลดน้ำหนักที่แผงวงจร HDI มอบให้เป็นสิ่งที่มีค่าสำหรับการใช้งานในอวกาศ ซึ่งทุกกรัมมีความสำคัญ
3. ระบบสื่อสารทางทหาร: ความสมบูรณ์ของสัญญาณที่เพิ่มขึ้นของแผงวงจร HDI ทำให้เหมาะสำหรับระบบสื่อสารความถี่สูงที่ใช้ในงานทหาร

การใช้งานที่มีพลังงานสูง

แม้จะมีขนาดเล็ก แผงวงจร HDI ก็ถูกนำไปใช้ในงานที่ต้องการพลังงานสูงเช่นกัน เนื่องจากความสามารถในการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ

1. แหล่งจ่ายไฟ: HDI PCBs ถูกใช้ในแหล่งจ่ายไฟเนื่องจากความน่าเชื่อถือสูงและความสามารถในการรองรับกำลังไฟสูงในรูปแบบที่กะทัดรัด
2. การควบคุมมอเตอร์: ความสามารถในการส่งผ่านพลังงานและสัญญาณควบคุมอย่างมีประสิทธิภาพทำให้ HDI PCBs เหมาะสำหรับระบบควบคุมมอเตอร์ที่ซับซ้อน

อุปกรณ์ทางการแพทย์

อุตสาหกรรมการแพทย์ได้รับประโยชน์จากขนาดที่กะทัดรัดและความน่าเชื่อถือสูงของ HDI PCBs โดยเฉพาะในอุปกรณ์ฝังและพกพา

1. ระบบภาพทางการแพทย์: เครื่องเอ็กซ์เรย์, เครื่อง MRI และอุปกรณ์ภาพอื่น ๆ ใช้ HDI PCBs เพื่อความแม่นยำและความน่าเชื่อถือ
2. อุปกรณ์ฝัง: เครื่องกระตุ้นหัวใจ, เครื่อง defibrillator และอุปกรณ์ทางการแพทย์ฝังอื่น ๆ พึ่งพา HDI PCBs เพื่อให้ได้ขนาดเล็กที่จำเป็นสำหรับการฝังในขณะที่ยังคงความสามารถสูง
3. อุปกรณ์การแพทย์แบบพกพา: เครื่องวิเคราะห์เลือด, อุปกรณ์อัลตราซาวด์แบบพกพา และอุปกรณ์ทางการแพทย์เคลื่อนที่อื่น ๆ ได้รับประโยชน์จากขนาดกะทัดรัดและประสิทธิภาพสูงของ HDI PCBs

โทรคมนาคม

อุตสาหกรรมโทรคมนาคมพึ่งพา HDI PCBs อย่างมากเพื่อรองรับความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับอุปกรณ์สื่อสารที่รวดเร็วและกะทัดรัดมากขึ้น

1. เราเตอร์และสวิตช์: HDI PCBs ถูกใช้ในอุปกรณ์โทรคมนาคมเช่นเราเตอร์และสวิตช์เพื่อให้ประสิทธิภาพสูงในรูปแบบที่กะทัดรัด
2. โครงสร้างพื้นฐาน 5G: ความสามารถในการรับความถี่สูงของ HDI PCBs ทำให้เป็นส่วนประกอบสำคัญในอุปกรณ์เครือข่าย 5G
3. การสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก: HDI PCBs ถูกใช้ในอุปกรณ์สื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกหลายชนิดเนื่องจากความสามารถในการรองรับสัญญาณความเร็วสูงด้วยการสูญเสียต่ำ

อุตสาหกรรมอัตโนมัติ

ภาคอุตสาหกรรมใช้ประโยชน์จาก HDI PCBs สำหรับความน่าเชื่อถือและความสามารถในการบรรจุฟังก์ชันซับซ้อนเข้าไปในพื้นที่ขนาดเล็ก

1. แผงควบคุมและระบบอัตโนมัติ: HDI PCBs ถูกใช้ในแผงควบคุมอุตสาหกรรมและระบบอัตโนมัติเนื่องจากความน่าเชื่อถือและความสามารถในการทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
2. อุปกรณ์ IoT: อุปกรณ์อินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ (IoT) ในอุตสาหกรรมมักใช้ HDI PCBs เพื่อให้ได้ฟังก์ชันที่จำเป็นในรูปแบบที่กะทัดรัด
3. หุ่นยนต์: ขนาดกะทัดรัดและประสิทธิภาพสูงของ HDI PCBs ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในระบบหุ่นยนต์ ซึ่งพื้นที่มักมีข้อจำกัด

อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์

อุตสาหกรรมยานยนต์พึ่งพา HDI PCBs อย่างมากขึ้นเนื่องจากยานพาหนะมีความซับซ้อนทางอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้น

1. หน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECUs): HDI PCBs ถูกใช้ใน ECUs เพื่อควบคุมฟังก์ชันต่าง ๆ เช่น การจัดการเครื่องยนต์ การควบคุมเกียร์ และระบบเบรก
2. ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS): วงจรซับซ้อนที่จำเป็นสำหรับคุณสมบัติเช่น ระบบควบคุมความเร็วอัตโนมัติ ระบบเตือนออกนอกเลน และเบรกฉุกเฉินอัตโนมั often relies on HDI PCBs.
3. ระบบความบันเทิงและข้อมูล: ขนาดกะทัดรัดและประสิทธิภาพสูงของ HDI PCBs ช่วยให้สามารถสร้างระบบความบันเทิงและข้อมูลในรถยนต์ที่ซับซ้อนได้

ความท้าทายในการนำเทคโนโลยี HDI และ Ultra HDI ไปใช้

เทคโนโลยี HDI และ Ultra HDI เผชิญกับความท้าทาย ความท้าทายเหล่านี้มีตั้งแต่ความซับซ้อนทางเทคนิค ไปจนถึงอุปสรรคด้านองค์กรและข้อจำกัดในการผลิต ความท้าทายใดบ้างที่ต้องเอาชนะเพื่อให้ประสบความสำเร็จในการนำไปใช้? การเข้าใจความท้าทายเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการนำเทคโนโลยี HDI ไปใช้ได้อย่างประสบผลสำเร็จ

ความซับซ้อนทางเทคนิค

เทคโนโลยี HDI นำเสนอความท้าทายทางเทคนิคหลายประการ ความท้าทายหลักคือการบรรลุและรักษาขนาดเส้นและช่องว่างที่ละเอียดอ่อน ซึ่งมักจะผลักดันขีดจำกัดของความสามารถในการผลิตในปัจจุบันและต้องการการควบคุมที่แม่นยำตลอดกระบวนการผลิต การควบคุมความต้านทานที่เหมาะสมกลายเป็นเรื่องท้าทายมากขึ้นเมื่อความเร็วสัญญาณเพิ่มขึ้นและความกว้างของเส้นลดลง การรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณในแอปพลิเคชันความเร็วสูงเป็นสิ่งสำคัญ ความหนาแน่นสูงของส่วนประกอบอาจนำไปสู่ความท้าทายในการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ต้องมีการดำเนินการแก้ปัญหาในการจัดการความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อป้องกันความร้อนเกินและรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ นี่เป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้ สัญญาณความเร็วสูงมีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหาเช่น crosstalk, การรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI), และการสะท้อนของสัญญาณ ซึ่งปัญหาเหล่านี้จะรุนแรงขึ้นเมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้นและต้องได้รับการจัดการผ่านเทคนิคการออกแบบที่เหมาะสม

อุปสรรคด้านองค์กร

การนำเทคโนโลยี HDI ไปใช้บ่อยครั้งต้องการการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญภายในองค์กร บริษัทอาจเผชิญกับการต่อต้านการนำเทคโนโลยีใหม่มาใช้เนื่องจากแนวทางการทำงานที่ฝังแน่นและความกลัวความเสี่ยง การเอาชนะการต่อต้านนี้ต้องการการสื่อสารและความเป็นผู้นำที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้การนำเทคโนโลยีไปใช้สอดคล้องกับวัตถุประสงค์ทางธุรกิจ การนำเทคโนโลยี HDI ไปใช้บ่อยครั้งอาจต้องมีการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการออกแบบและการผลิตที่มีอยู่แล้ว ซึ่งอาจเป็นเรื่องยากและต้องการการฝึกอบรมพนักงานใหม่และการปรับโครงสร้างกระบวนการ เทคโนโลยี HDI มักต้องการอุปกรณ์และเครื่องมือซอฟต์แวร์เฉพาะทาง ซึ่งอาจเป็นการลงทุนที่สำคัญสำหรับบริษัท

ความร่วมมือกับผู้ผลิต

การนำเทคโนโลยี HDI ไปใช้ต้องอาศัยความร่วมมืออย่างใกล้ชิดระหว่างนักออกแบบและผู้ผลิต นักออกแบบต้องทำงานร่วมกับผู้ผลิตตั้งแต่ต้นในกระบวนการออกแบบเพื่อแก้ไขปัญหาเกี่ยวกับความสามารถในการผลิตและปรับปรุงการออกแบบให้เหมาะสมกับการผลิต ปัญหาการผลิตที่อาจเกิดขึ้นสามารถระบุและแก้ไขได้ก่อนที่จะนำไปสู่การทำงานซ้ำหรือความล่าช้า ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากความแม่นยำที่เข้มงวดในการผลิต HDI นักออกแบบและผู้ผลิตต้องทำงานร่วมกันเพื่อกำหนดและปฏิบัติตามกฎการออกแบบที่รับประกันความสามารถในการผลิตในขณะที่ตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพของการออกแบบ

การศึกษาและการฝึกอบรม

การศึกษาและการฝึกอบรมอย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเทคโนโลยี HDI นักออกแบบต้องการโปรแกรมการฝึกอบรมที่ครอบคลุมเพื่อให้เชี่ยวชาญในเทคโนโลยี HDI และ Ultra HDI ซึ่งรวมถึงความเข้าใจในกฎการออกแบบใหม่ กระบวนการผลิต และเทคนิคการจำลอง การติดตามแนวโน้มและมาตรฐานใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเรียนรู้และพัฒนาวิชาชีพ ซึ่งอาจเป็นความท้าทายในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รวดเร็ว การออกแบบ HDI ที่มีประสิทธิภาพมักต้องการความรู้ที่ครอบคลุมหลายสาขา รวมถึงวิศวกรรมไฟฟ้า วิทยาศาสตร์วัสดุ และกระบวนการผลิต

ข้อจำกัดในการผลิต

ในความเป็นจริง การผลิต HDI ผลักดันขีดจำกัดของเทคโนโลยีการผลิตในปัจจุบัน ความแม่นยำที่ต้องการสามารถผลักดันขีดจำกัดของเทคโนโลยีการผลิตในปัจจุบัน โดยเฉพาะสำหรับการออกแบบ Ultra HDI เมื่อขนาดคุณสมบัติเล็กลงและความซับซ้อนเพิ่มขึ้น การรักษาอัตราการผลิตสูงไว้ได้กลายเป็นเรื่องท้าทายมากขึ้น ซึ่งอาจส่งผลต่อค่าใช้จ่ายและระยะเวลาการผลิต การออกแบบ HDI ขั้นสูงบางแบบอาจต้องใช้วัสดุเฉพาะทางที่หาได้ยากหรือทำงานด้วยยาก ซึ่งไม่ใช่ผู้ผลิต PCB ทุกแห่งมีอุปกรณ์เฉพาะทางที่จำเป็นสำหรับการผลิต HDI ขั้นสูง ซึ่งอาจจำกัดตัวเลือกในการผลิต

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบแผงวงจร HDI ความหนาแน่นสูง

การออกแบบ PCB HDI ต้องพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ อย่างรอบคอบเพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการผลิตที่ดีที่สุด ซึ่งจะมีความท้าทายและโอกาสใหม่ ๆ ที่นักออกแบบต้องนำทาง

การออกแบบและวางตำแหน่ง Via

ผ่านการออกแบบและการวางตำแหน่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในงานออกแบบ HDI PCB:

1. ความจุและความล่าช้าของ Via: นักออกแบบต้องพิจารณาความจุและความล่าช้าที่เกิดจาก vias โดยเฉพาะในงานออกแบบความเร็วสูง ค่าที่เฉพาะเจาะจงของความจุและความล่าช้าของ via เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปฏิบัติตามข้อจำกัดและความแม่นยำในการจำลอง
2. การออกแบบ Microvia: ใช้ microvias เพื่อเชื่อมต่อหลายชั้นอย่างมีประสิทธิภาพ ลดขนาดโดยรวม และปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ อัตราส่วนของ microvias ควรอยู่ที่ 0.75:1 หรือต่ำกว่าเพื่อให้แน่ใจว่าการชุบและการเชื่อมต่อไฟฟ้าแข็งแรง
3. Via แบบซ้อนและแบบกะทัดรัด: เข้าใจความแตกต่างระหว่าง vias แบบซ้อนและแบบกะทัดรัด และเลือกประเภทที่เหมาะสมตามความต้องการของการออกแบบและข้อพิจารณาด้านต้นทุน vias แบบซ้อนสามารถให้การเชื่อมต่อโดยตรงผ่านหลายชั้น ในขณะที่ vias แบบกะทัดรัดสามารถให้ความยืดหยุ่นมากขึ้นในการวางเส้นทาง
4. Vias ใน Pad: พิจารณาวาง vias ภายใน pad ของส่วนประกอบเพื่ออำนวยความสะดวกในการบีบอัดความหนาแน่นและปรับปรุงประสิทธิภาพในการวางเส้นทาง เทคนิคนี้สามารถลดพื้นที่ PCB ได้อย่างมาก แต่ต้องพิจารณาความสามารถในการผลิตอย่างรอบคอบ

กลยุทธ์การวางเส้นทาง

การวางเส้นทางที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเพิ่มประโยชน์สูงสุดของเทคโนโลยี HDI:

1. กฎระเบียบในพื้นที่: กำหนดกฎระเบียบในพื้นที่สำหรับความกว้างของเส้นทาง ระยะห่าง และขนาดของ via เพื่อให้ได้ความหนาแน่นที่จำเป็นสำหรับการวางเส้นทางห่างจากพินความหนาแน่นสูง ซึ่งช่วยให้ใช้พื้นที่ในบริเวณสำคัญของบอร์ดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2. มุม 45 องศา: การวางเส้นทางด้วยมุม 45 องศาที่แท้จริงสร้างเส้นทางหนีออกจากบริเวณ pad ที่มีความหนาแน่นสูง ช่วยปรับปรุงความสามารถในการผลิตและความสมบูรณ์ของสัญญาณ
3. การวางซ้อนชั้น: วางแผนการวางซ้อนชั้นอย่างรอบคอบเพื่อลดจำนวนชั้น ในขณะเดียวกันก็ต้องตอบสนองความต้องการด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณและการแจกจ่ายพลังงาน ควรพิจารณาใช้การวางซ้อนแบบไม่สมมาตรเมื่อเหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพตามความต้องการของการออกแบบเฉพาะ
4. การวางเส้นทางคู่ differential: สำหรับสัญญาณความเร็วสูง ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการวางเส้นทางคู่ differential รักษาระยะห่างและความยาวให้ตรงกันเพื่อความสมบูรณ์ของสัญญาณ

การเลือกวัสดุ

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพของ HDI PCB:

1. วัสดุฉนวน: เลือกวัสดุฉนวนที่เหมาะสมตามค่าความเป็นฉนวน ตัวแปรการดูดซับพลังงาน และคุณสมบัติทางความร้อน วัสดุที่มีการสูญเสียน้อยมักเป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานความถี่สูง
2. แผ่นทองแดง: เลือกแผ่นทองแดงคุณภาพสูงที่มีความหนาเหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าการกัดกร่อนเส้นทางที่ละเอียดอ่อนเป็นไปอย่างแม่นยำและลดความเสี่ยงของข้อบกพร่อง แผ่นทองแดงบางพิเศษอาจจำเป็นสำหรับความกว้างเส้นทางที่ละเอียดที่สุด
3. วัสดุบริหารความร้อน: พิจารณาการใช้วัสดุหรือโครงสร้างบริหารความร้อน เช่น ทางผ่านความร้อน (thermal vias) หรือฮีทซิงค์ฝัง เพื่อแก้ปัญหาการระบายความร้อนของส่วนประกอบที่วางแน่น

การออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต (DFM)

การรับรองความสามารถในการผลิตเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ HDI ที่ประสบความสำเร็จ:

1. ความร่วมมือในระยะเริ่มต้นกับผู้ผลิต: เข้าร่วมกับผู้ผลิตตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบเพื่อแก้ไขปัญหาการผลิตที่อาจเกิดขึ้นและปรับปรุงการออกแบบให้สามารถผลิตได้ ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงการออกแบบใหม่ที่มีค่าใช้จ่ายสูงในภายหลัง
2. อัตราส่วนด้าน: รักษาอัตราส่วนด้านที่ 0.75:1 หรือต่ำกว่า สำหรับ microvias เพื่อให้แน่ใจว่าการชุบและการเชื่อมต่อไฟฟ้ามีความน่าเชื่อถือ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะสำหรับ microvias ที่ซ้อนกัน
3. ความสมบูรณ์ของสัญญาณ: ใช้เทคนิคการต่อสายดินที่เหมาะสมและจัดการ impedance เพื่อรักษาคุณภาพของสัญญาณ ซึ่งอาจรวมถึงการใช้ ground planes การออกแบบ stackup อย่างระมัดระวัง และการวางเส้นทาง impedance ที่ควบคุมได้
4. การบริหารความร้อน: ใช้ทางผ่านความร้อน (thermal vias) และพิจารณาคุณสมบัติความร้อนของวัสดุเพื่อจัดการการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะในดีไซน์ที่มีส่วนประกอบที่ใช้พลังงานสูงหรือพื้นที่วางแน่น
5. ความสามารถในการทดสอบ: ออกแบบโดยคำนึงถึงความสามารถในการทดสอบ รวมถึงการวางจุดทดสอบและพิจารณาวิธีการทดสอบบอร์ดในระหว่างและหลังการผลิต ซึ่งจะช่วยปรับปรุงผลผลิตและลดต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับบอร์ดที่มีข้อผิดพลาด

เครื่องมือ CAD ขั้นสูง

การใช้เครื่องมือ CAD ขั้นสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการออกแบบ HDI PCB ที่มีประสิทธิภาพ:

1. การสร้างโมเดล 3 มิติ: ใช้ความสามารถในการสร้างโมเดล 3 มิติ เพื่อมองเห็นโครงสร้างซับซ้อนในดีไซน์ HDI และระบุปัญหาได้ตั้งแต่เนิ่นๆ ในกระบวนการออกแบบ
2. การวิเคราะห์ความสมบูรณ์ของสัญญาณ: ใช้เครื่องมือวิเคราะห์ความสมบูรณ์ของสัญญาณขั้นสูงเพื่อจำลองและปรับปรุงเส้นทางสัญญาณความเร็วสูง เพื่อให้แน่ใจว่าดีไซน์ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ
3. การวาง microvia อัตโนมัติ: ใช้ประโยชน์จากเครื่องมือที่มีการวาง microvia อัตโนมัติเพื่อเร่งกระบวนการออกแบบและรับประกันการวางตำแหน่ง microvia ที่เหมาะสมที่สุด
4. การคำนวณ impedance: ใช้เครื่องมือคำนวณ impedance ที่มีในตัวเพื่อให้แน่ใจว่าความกว้างของเส้นทางและระยะห่างเป็นไปตามค่าความต้านทานที่ต้องการ
5. การตรวจสอบกฎการออกแบบ: ใช้การตรวจสอบกฎการออกแบบอย่างครอบคลุมเพื่อจับปัญหาที่อาจเกิดขึ้นตั้งแต่เนิ่นๆ ในกระบวนการออกแบบ ซึ่งควรรวมกฎเฉพาะสำหรับ HDI เช่น อัตราส่วนด้านของ microvia และโครงสร้าง microvia ซ้อนกัน

กระบวนการผลิตสำหรับแผงวงจร HDI ความหนาแน่นสูง

การผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบ High-Density Interconnect (HDI) เกี่ยวข้องกับกระบวนการขั้นสูงและอุปกรณ์เฉพาะทางเพื่อให้ได้ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่ต้องการ กระบวนการเหล่านี้ซับซ้อนกว่าการใช้สำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบดั้งเดิมอย่างมาก สะท้อนให้เห็นถึงความซับซ้อนของเทคโนโลยี HDI มาดูกระบวนการผลิตหลักสำหรับแผงวงจรพิมพ์ HDI กันเถอะ

การสร้าง Via

การสร้าง Via เป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ HDI ซึ่งเกี่ยวข้องกับเทคนิคขั้นสูงหลายอย่าง:

1. การเจาะ Microvia: การเจาะด้วยเลเซอร์เป็นวิธีหลักในการสร้าง microvias ในแผงวงจรพิมพ์ HDI กระบวนการนี้ใช้เลเซอร์พลังงานสูงเพื่อกำจัดวัสดุอย่างแม่นยำ สร้างรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 150µm ความแม่นยำและขนาดเล็กของ microvias ที่เจาะด้วยเลเซอร์ช่วยให้สามารถวางเส้นทางได้หนาแน่นขึ้นและใช้พื้นที่บอร์ดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
2. กระบวนการ Via-in-Pad: เทคนิคขั้นสูงนี้อนุญาตให้วาง via ภายในพื้นผิวของแผ่นรองชิ้นส่วน กระบวนการประกอบด้วยการเจาะ via การชุบด้วยโลหะ และเติมด้วยอีพ็อกซี่ที่นำไฟฟ้าหรือไม่ก็ได้ จากนั้นเติม via จะถูกปิดผนึกและชุบด้วยชั้นโลหะเพื่อสร้างพื้นผิวเรียบสำหรับการวางชิ้นส่วน กระบวนการนี้ช่วยให้สามารถวางชิ้นส่วนได้หนาแน่นขึ้นและปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ
3. การเติม via: via ในแผงวงจร HDI มักถูกเติมเพื่อสร้างพื้นผิวเรียบสำหรับชั้นถัดไปหรือเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพทางความร้อน วัสดุเติมที่ใช้บ่อยได้แก่:

• อีพ็อกซี่ไม่เป็นตัวนำ: ใช้เมื่อไม่ต้องการให้ไฟฟ้าสามารถนำผ่าน via ได้
• อีพ็อกซี่นำไฟฟ้า: ให้การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าในขณะเดียวกันก็สร้างพื้นผิวเรียบ
• ทองแดง: ให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความร้อนดีที่สุด แต่มีความท้าทายในการดำเนินการมากกว่า
• เงิน: ให้การนำไฟฟ้าที่ดีและง่ายต่อการประมวลผลมากกว่าทองแดง

การเลือกวัสดุเติมขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของการออกแบบ รวมถึงประสิทธิภาพทางไฟฟ้า การจัดการความร้อน และงบประมาณ

การสร้างแบบต่อเนื่อง (SBU) การพับขึ้น

การสร้างแบบต่อเนื่อง (SBU) เป็นกระบวนการผลิตสำคัญสำหรับแผงวงจรพิมพ์ HDI ซึ่งช่วยให้สร้างโครงสร้างหลายชั้นที่ซับซ้อน:

1. โครงสร้างหลัก: กระบวนการมักเริ่มต้นด้วยแผงวงจรพิมพ์แกน ซึ่งอาจเป็นแผงสองด้านหรือหลายชั้น
2. การเจาะด้วยเลเซอร์: ใช้เครื่องเจาะเลเซอร์เพื่อสร้างรูในแกนสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างชั้น
3. การเคลือบและเติม: รูที่เจาะถูกเคลือบด้วยทองแดงและอาจเติมได้หากออกแบบต้องการ
4. การเพิ่มชั้น: ชั้นเพิ่มเติมจะถูกเพิ่มต่อเนื่องไปยังแกนกลาง แต่ละชั้นใหม่โดยทั่วไปประกอบด้วยวัสดุฉนวนและฟอยล์ทองแดง
5. การสร้างภาพและการแกะสลัก: ทองแดงบนแต่ละชั้นใหม่จะถูกสร้างภาพและแกะสลักเพื่อสร้างรูปแบบวงจรที่ต้องการ
6. ทำซ้ำ: ขั้นตอนที่ 2-5 ถูกทำซ้ำสำหรับแต่ละคู่ชั้นเพิ่มเติมจนกว่าจะสมบูรณ์

กระบวนการลำดับนี้ช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้าง HDI ที่ซับซ้อนด้วยหลายชั้นของไมโครไวอัส ซึ่งรองรับการออกแบบความหนาแน่นสูงที่เป็นไปไม่ได้ด้วยวิธีการผลิต PCB แบบดั้งเดิม

เทคนิคการผลิตขั้นสูง

เทคนิคขั้นสูงหลายอย่างถูกนำมาใช้ในการผลิต HDI PCB เพื่อให้ได้ความแม่นยำและประสิทธิภาพที่ต้องการ:

1. การสร้างภาพด้วยเลเซอร์โดยตรง (LDI): เทคนิคนี้ใช้เลเซอร์ในการสร้างภาพแบบวงจรโดยตรงบน PCB โดยไม่ต้องใช้มาสก์ LDI ให้ความแม่นยำสูงกว่าการใช้ลิโธกราฟีแบบดั้งเดิม ทำให้เหมาะสำหรับเส้นสายและช่องว่างที่ละเอียดในดีไซน์ HDI
2. สภาพแวดล้อมห้องสะอาด: กระบวนการผลิต HDI หลายอย่างดำเนินการในสภาพแวดล้อมห้องสะอาด โดยมักเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ (ระดับคลาส 100 หรือดีกว่า) ซึ่งช่วยลดข้อบกพร่องจากอนุภาค ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเมื่อทำงานกับคุณสมบัติที่ละเอียดของ HDI PCB
3. เทคนิคการเคลือบขั้นสูง: HDI PCB มักต้องการเทคนิคการเคลือบขั้นสูงเพื่อให้การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ใน via ที่มีอัตราส่วนสูงและเพื่อสร้างชั้นทองแดงที่บางมาก เทคนิคเช่น pulse plating และ reverse pulse plating อาจถูกใช้เพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอและความน่าเชื่อถือของการเคลือบ
4. การจัดการวัสดุที่บาง: HDI PCB มักใช้วัสดุที่บางมาก ซึ่งอาจเป็นความท้าทายในการจัดการในระหว่างการผลิต อุปกรณ์และเทคนิคเฉพาะทางจำเป็นเพื่อประมวลผลวัสดุเหล่านี้โดยไม่เกิดความเสียหาย

การควบคุมคุณภาพและการทดสอบ

ลักษณะที่ซับซ้อนของ HDI PCB ต้องการกระบวนการควบคุมคุณภาพและการทดสอบอย่างเข้มงวด:

1. การตรวจสอบด้วยแสงออปติคอลอัตโนมัติ (AOI): ระบบ AOI ขั้นสูงถูกใช้เพื่อตรวจสอบ HDI PCB สำหรับข้อบกพร่องเช่นวงจรเปิด, วงจรลัด, และขนาดคุณสมบัติที่ไม่ถูกต้อง ระบบเหล่านี้สามารถตรวจจับปัญหาที่ยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะมองเห็นด้วยตาเปล่า
2. การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์: ระบบรังสีเอกซ์ถูกใช้เพื่อตรวจสอบคุณสมบัติภายในของ HDI PCB โดยเฉพาะ via ที่ฝังอยู่และ via ที่มองไม่เห็น การทดสอบแบบไม่ทำลายนี้เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจในความสมบูรณ์ของโครงสร้าง via ที่ซับซ้อน
3. การทดสอบไฟฟ้า: อุปกรณ์ทดสอบไฟฟ้าที่ซับซ้อนถูกใช้เพื่อยืนยันการเชื่อมต่อและประสิทธิภาพไฟฟ้าของ HDI PCB ซึ่งอาจรวมถึงการทดสอบด้วยหัวปล่อยไฟฟ้า, อุปกรณ์แบบ bed-of-nails, และการทดสอบความต้านทาน
4. การตัดขวาง: แม้ว่าจะทำลายได้ การตัดขวางมักใช้เพื่อควบคุมคุณภาพ ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถตรวจสอบโครงสร้างภายในของ HDI PCB และยืนยันด้านต่าง ๆ เช่น ความหนาของการเคลือบและการก่อตัวของ via
5. การทดสอบความเครียดทางความร้อน: เนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนของ HDI PCB การทดสอบความเครียดทางความร้อนจึงมักถูกดำเนินการเพื่อให้แน่ใจในความน่าเชื่อถือภายใต้สภาพอุณหภูมิที่แตกต่างกัน

เปรียบเทียบระหว่าง HDI PCBs กับ PCBs แบบดั้งเดิม

เพื่อให้เข้าใจข้อดีและความท้าทายของเทคโนโลยี High-Density Interconnect (HDI) PCB อย่างเต็มที่ การเปรียบเทียบโดยตรงกับเทคโนโลยี PCB แบบดั้งเดิมจะช่วยให้เห็นความแตกต่างสำคัญในด้านการออกแบบ การผลิต และลักษณะการทำงานระหว่างสองแนวทางนี้

ตารางเปรียบเทียบ

คุณสมบัติ	แผ่น PCB แบบดั้งเดิม	แผ่น PCB HDI
ขนาดและน้ำหนัก	ใหญ่และหนักกว่า	เล็กและเบากว่า
ความหนาแน่นของส่วนประกอบ	ต่ำกว่า	สูงกว่า
เทคโนโลยี Via	Via ผ่านรู, แบบสายตา, และแบบฝัง	Via แบบสายตา, ฝัง, และไมโครvias
อัตราส่วนภาพ	สูงกว่า	ต่ำกว่า
ความเข้ากันได้กับอุปกรณ์ที่มี Pin จำนวนมาก	อาจจะเข้ากันได้หรือไม่ได้	เข้ากันได้
ความเข้ากันได้กับอุปกรณ์ขนาดจุดเล็ก	อาจจะเข้ากันได้หรือไม่ได้	เข้ากันได้
จำนวนชั้น	เพิ่มเติม	น้อยลง
เทคโนโลยีการเจาะ	การเจาะเชิงกล	การเจาะด้วยเลเซอร์

เปรียบเทียบรายละเอียด

1. ขนาดและน้ำหนัก:
   แผงวงจรพิมพ์ HDI ถูกออกแบบให้มีขนาดเล็กและเบากว่าแผงวงจรพิมพ์แบบดั้งเดิมอย่างมาก ซึ่งทำได้โดยใช้เส้นสายและช่องว่างที่ละเอียดกว่า vias ที่เล็กกว่า และเทคนิคการวางเส้นทางที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ขนาดและน้ำหนักที่ลดลงของแผงวงจรพิมพ์ HDI ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดกะทัดรัด โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมเช่นอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคและอวกาศ ซึ่งการลดขนาดและน้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญ
2. ความหนาแน่นของส่วนประกอบ:
   แผงวงจรพิมพ์ HDI ให้ความหนาแน่นของส่วนประกอบสูงกว่ามากเมื่อเทียบกับแผงวงจรพิมพ์แบบดั้งเดิม ซึ่งเป็นไปได้ด้วยหลายปัจจัย:

• เส้นสายและช่องว่างที่ละเอียดกว่าสามารถรองรับเส้นทางมากขึ้นในพื้นที่ที่กำหนด
• vias ที่เล็กกว่าจะใช้พื้นที่บนบอร์ดน้อยลง
• เทคโนโลยี Via-in-pad ช่วยให้สามารถวางแผ่นรองรับส่วนประกอบตรงบน vias ได้ ซึ่งช่วยประหยัดพื้นที่
• ความสามารถในการใช้แพ็คเกจส่วนประกอบที่เล็กลงเนื่องจากความสามารถในการใช้จุดเล็ก
  ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยให้สามารถบรรจุฟังก์ชันการทำงานได้มากขึ้นในพื้นที่บอร์ดที่เล็กลง ซึ่งเป็นแรงผลักดันให้เกิดการทำให้เครื่องอิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กลง

1. เทคโนโลยี Via:
   ในขณะที่ PCB แบบดั้งเดิมพึ่งพา via ผ่านรูเป็นหลัก โดยบางแบบมีการรวม via แบบมองไม่เห็นและแบบฝังอยู่ภายใน HDI PCB นำเทคโนโลยี via ไปสู่ระดับถัดไป:

• Microvias: via ขนาดเล็กที่เจาะด้วยเลเซอร์ (โดยทั่วไปมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 150µm) เป็นลักษณะเด่นของเทคโนโลยี HDI ซึ่งช่วยให้เชื่อมต่อระหว่างชั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
• Via แบบซ้อนและแบบกะทัดรัด: การออกแบบ HDI มักใช้โครงสร้าง via ที่ซับซ้อน รวมถึง microvias ที่ซ้อนกัน (microvias วางซ้อนกันโดยตรงบนชั้นต่าง ๆ) และ microvias ที่วางไม่ตรงกัน (microvias ที่วางไม่ตรงกัน) ซึ่งช่วยให้มีความยืดหยุ่นและเส้นทางการเดินสายที่หนาแน่นมากขึ้น
  เทคโนโลยี via ขั้นสูงเหล่านี้ให้ความยืดหยุ่นในการออกแบบที่มากขึ้นและอนุญาตให้ใช้พื้นที่บอร์ดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

1. อัตราส่วนด้าน:
   โดยทั่วไปแล้ว HDI PCB มีอัตราส่วนด้านของ via ที่ต่ำกว่าของ PCB แบบดั้งเดิม อัตราส่วนด้านคืออัตราส่วนของความลึกของ via ต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง อัตราส่วนด้านที่ต่ำกว่ามักง่ายต่อการผลิตอย่างเชื่อถือได้และให้ประสิทธิภาพไฟฟ้าที่ดีกว่า ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะสำหรับ microvias ที่ต้องรักษาอัตราส่วนด้านต่ำ (โดยทั่วไป 0.75:1 หรือต่ำกว่า) เพื่อการชุบและการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่แข็งแรง
2. ความเข้ากันได้กับอุปกรณ์ที่มีจำนวนขาเยอะและระยะห่างเล็ก:
   HDI PCB มีความเข้ากันได้โดยธรรมชาติกับอุปกรณ์ที่มีจำนวนขาเยอะและระยะห่างเล็ก เนื่องจากความสามารถในการวางสายและช่องว่างที่ละเอียดกว่า ซึ่งทำให้เทคโนโลยี HDI เหมาะสำหรับการใช้งานกับวงจรรวมขั้นสูงและแพ็คเกจอุปกรณ์ที่อาจเป็นเรื่องท้าทายหรือเป็นไปไม่ได้กับเทคโนโลยี PCB แบบดั้งเดิม
3. จำนวนชั้น:
   น่าสนใจที่ว่า HDI PCB มักต้องการชั้นน้อยกว่าของ PCB แบบดั้งเดิมเพื่อให้ได้ฟังก์ชันเดียวกัน เนื่องจากความหนาแน่นของการเดินสายที่เพิ่มขึ้นและการใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในดีไซน์ HDI ซึ่งอนุญาตให้เชื่อมต่อได้มากขึ้นในชั้นที่น้อยลง อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าแม้ว่าจำนวนชั้นรวมอาจน้อยลง แต่ HDI PCB มักมีการซ้อนชั้นที่ซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากการใช้ชั้น build-up และ microvias
4. เทคโนโลยีการเจาะ:
   PCB แบบดั้งเดิมพึ่งพาการเจาะด้วยกลไกเป็นหลักในการสร้าง via และรูต่าง ๆ ในทางตรงกันข้าม HDI PCB ใช้การเจาะด้วยเลเซอร์อย่างกว้างขวาง โดยเฉพาะสำหรับการสร้าง microvias การเจาะด้วยเลเซอร์มีข้อดีหลายประการ:

• ความสามารถในการสร้างรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลง
• ความแม่นยำและความถูกต้องที่สูงขึ้น
• ความสามารถในการเจาะรูผ่านสายตาอย่างคุ้มค่า
• ลดแรงกดดันทางกลบนบอร์ดในระหว่างกระบวนการเจาะ

1. ความซับซ้อนในการผลิต:
   แม้จะไม่ได้แสดงในตาราง แต่เป็นสิ่งสำคัญที่ควรทราบว่า HDI PCBs โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตที่ซับซ้อนมากกว่ากับ PCB แบบดั้งเดิม ซึ่งรวมถึง:

• กระบวนการสร้างภาพและกัดที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อสร้างเส้นและช่องว่างที่ละเอียดขึ้น
• เทคนิคการชุบที่ล้ำหน้าสำหรับการสร้าง microvia ที่เชื่อถือได้
• กระบวนการวางซ้อนแบบต่อเนื่องสำหรับชั้นสร้างขึ้น
• ข้อกำหนดการควบคุมคุณภาพและการทดสอบที่เข้มงวดยิ่งขึ้น

1. การพิจารณาด้านต้นทุน:
   ในช่วงแรก HDI PCBs มักมีต้นทุนการผลิตสูงกว่า PCB แบบดั้งเดิมเนื่องจากกระบวนการและอุปกรณ์ที่ล้ำหน้ากว่า อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาต้นทุนระบบทั้งหมด HDI มักจะคุ้มค่ากว่าด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้:

• ขนาดบอร์ดที่ลดลง ซึ่งสามารถลดต้นทุนวัสดุ
• ศักยภาพในการลดจำนวนชั้น ซึ่งสามารถลดความซับซ้อนโดยรวม
• ความสามารถในการใช้แพ็คเกจที่เล็กลงและราคาถูกลงสำหรับบางส่วนประกอบ
• ศักยภาพในการรวมบอร์ดหลายๆ เข้าด้วยกันเป็นบอร์ด HDI เดียว ซึ่งลดความซับซ้อนของระบบ

1. ประสิทธิภาพ:
   แผงวงจรพิมพ์ HDI โดยทั่วไปให้ประสิทธิภาพไฟฟ้าที่เหนือกว่าแผงวงจรพิมพ์แบบดั้งเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานความเร็วสูงและความถี่สูง ซึ่งเป็นผลมาจาก:

• เส้นทางสัญญาณที่สั้นลง ซึ่งลดการเสื่อมของสัญญาณ
• การควบคุมอิมพีแดนซ์ที่ดีขึ้นเนื่องจากกระบวนการผลิตที่มีความสม่ำเสมอมากขึ้น
• ความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ดีขึ้นเนื่องจาก vias ที่มีขนาดเล็กลงและการวางเส้นทางที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น