اتصالات با چگالی بالا ساده ساخته شده است. افزایش عملکرد تا 40٪.

وقتی برای اولین بار به طراحی PCB HDI نگاه کردم، نگرانی مشابه بسیاری از تیم های مهندسی را دیدم: اجزای بیشتر، فضای کمتری برای برد، قوانین سیگنال سخت تر، و جایی برای تاخیرهای قابل اجتناب. عبارت "40% عملکرد بیشتر" جذاب به نظر می رسد، اما نیاز به زمینه دارد. HDI یک افزایش عملکرد ثابت برای هر برد ایجاد نمی کند. نتیجه به طراحی پشته‌آپ، طول ردیابی، سرعت سیگنال، مواد، برنامه‌ریزی حرارتی و کیفیت تولید بستگی دارد. طراحی HDI به خوبی برنامه ریزی شده می تواند به محصول کمک کند تا از فضا به طور موثرتر استفاده کند، اتصالات حیاتی را کوتاه کند و از تراکم قطعات بالاتر پشتیبانی کند. ### در جایی که HDI می‌تواند HDI برد یا اتصال با چگالی بالا را بهبود بخشد، از ویژگی‌هایی مانند میکروویا، ردیابی‌های ظریف و لایه‌های ساخت متوالی استفاده می‌کند. این ویژگی‌ها به اتصال اجزای گام کوچک بدون بزرگ‌تر کردن برد کمک می‌کنند. من معمولاً به چهار حوزه نگاه می کنم: - طول مسیر سیگنال - قرار دادن قطعات - تحویل نیرو - تعادل حرارتی یک مسیر سیگنال کوتاهتر می تواند تاخیر و نویز ناخواسته را کاهش دهد. قرارگیری بهتر می تواند فضایی را برای باتری ها، حسگرها، کانکتورها یا قطعات خنک کننده آزاد کند. چیدمان قدرت قوی‌تر می‌تواند به برد کمک کند تا بارهای متغیر را با افت ولتاژ کمتر مدیریت کند. سود واقعی باید از طریق آزمایش اندازه گیری شود. داده های مفید ممکن است شامل از دست دادن سیگنال، خوانش حرارتی، زمان راه اندازی، پایداری برق و اندازه برد باشد. ### یک مثال طراحی عملی یک دستگاه نظارت پزشکی جمع و جور را تصور کنید که به یک پردازنده، ماژول بی سیم، حافظه، کانکتور نمایشگر و چندین سنسور نیاز دارد. یک PCB چند لایه سنتی ممکن است برای مسیریابی همه اتصالات به سطح بیشتری نیاز داشته باشد. تیم محصول ممکن است با یک محفظه بزرگتر یا فضای محدود برای باتری روبرو شود. یک ساختار HDI می‌تواند اجزا را نزدیک‌تر به هم قرار دهد و سیگنال‌ها را از طریق میکروویاها هدایت کند. تخته ممکن است در داخل یک محفظه کوچکتر قرار گیرد و در عین حال همان عملکردهای اصلی را حفظ کند. بهبود فقط در مورد سرعت نیست. یک برد کوچکتر همچنین می تواند محفظه سبک تر و مسیر اتصال کوتاهتر بین قطعات پرسرعت را پشتیبانی کند. نتیجه نهایی همچنان به انتخاب مواد، کنترل امپدانس، دقت مونتاژ و پوشش تست بستگی دارد. ### چگونه سود احتمالی را ارزیابی می‌کنم، به جای وعده دادن درصد ثابت، با الزامات محصول شروع می‌کنم. 1. برد فعلی را مرور کنید من اندازه برد، تعداد لایه ها، گام اجزاء، رابط های پرسرعت، ریل های برق، مناطق حرارتی و مسائل شناخته شده تولید را بررسی می کنم. این به من یک خط مبنا می دهد. بدون خط پایه، "40٪ عملکرد بیشتر" معنای روشنی ندارد. 2. سیگنال‌های حیاتی را علامت‌گذاری کنید PCIe، USB، MIPI، DDR، RF و سایر رابط‌های سریع ممکن است به امپدانس کنترل‌شده و مسیرهای مسیریابی کوتاه نیاز داشته باشند. من طول آنها را از طریق شمارش، مسیر برگشت و منابع نویز نزدیک بررسی می کنم. یک مسیر کوتاه‌تر می‌تواند کمک کند، اما جایگزین برنامه‌ریزی مناسب جمع‌آوری نمی‌شود. 3. ساخت HDI stack-up ساختار لایه باید با سیگنال و نیازهای تولید مطابقت داشته باشد. اندازه میکروویا، ضخامت دی الکتریک، وزن مس، عرض ردیابی، و لایه لایه سازی متوالی همگی بر طراحی تاثیر می گذارند. من همچنین تأیید می کنم که سازنده انتخاب شده می تواند ساختار پیشنهادی را با نتایج پایدار تولید کند. 4. برق و گرما را بررسی کنید یک برد متراکم می تواند در ضمن ایجاد نگرانی های جدید در مورد گرما، فضا را ذخیره کند. من مسیرهای فعلی، مناطق مسی، گذرگاه های حرارتی، محل تنظیم کننده و جریان هوا را بررسی می کنم. چیدمانی که روی صفحه نمایش کارآمد به نظر می رسد ممکن است پس از آزمایش حرارتی همچنان به تغییرات نیاز داشته باشد. 5. مقایسه نتایج اندازه گیری شده من نسخه HDI را با طراحی قبلی با استفاده از همان شرایط تست مقایسه می کنم. مقایسه ممکن است شامل موارد زیر باشد: - مساحت برد - یکپارچگی سیگنال - پایداری توان - حداکثر دما - سرعت انتقال داده - بازده مونتاژ - تعداد بازبینی‌های طراحی این فرآیند نشان می‌دهد که آیا برد سرعت، صرفه‌جویی در فضا، کاهش گرما، یا بهبود پایداری تولید را نشان می‌دهد. ### آنچه می تواند بر HDI نتیجه تاثیر بگذارد میانبری برای برنامه ریزی مدار ضعیف نیست. یک استک آپ ضعیف می تواند مشکلات امپدانس ایجاد کند. ویزای کوچک می تواند تقاضای تولید را افزایش دهد. فاصله کم می تواند مشکل بازرسی و تعمیر را افزایش دهد. انتخاب مواد نیز مهم است. یک برد با سرعت بالا ممکن است به ماده ای با عملکرد دی الکتریک مناسب و رفتار پایدار در تغییرات دما نیاز داشته باشد. یک برد کنترلی با سرعت پایین ممکن است به ساختار مواد مشابه نیاز نداشته باشد. هزینه باید با در نظر گرفتن کل محصول بررسی شود. HDI ممکن است الزامات ساخت را افزایش دهد، اما می تواند اندازه محفظه، تعداد کابل ها یا تعداد بردهای جداگانه را کاهش دهد. ### راه ایمن‌تر برای ارائه ادعای 40٪ من "40٪ عملکرد بیشتر" را به عنوان یک نتیجه تضمین شده ارائه نمی‌کنم. یک پیام واضح تر این خواهد بود: "طراحی HDI می تواند به محصولات الکترونیکی فشرده کمک کند تا راندمان مسیریابی و عملکرد سیگنال را بهبود بخشند. برخی از پروژه ها ممکن است پس از آزمایش به سود نزدیک به 40٪ برسند، اما نتیجه به طراحی اصلی و فرآیند تولید انتخاب شده بستگی دارد." این عبارت بدون پنهان کردن شرایط پشت این ادعا به مهندسان جهت مفید می دهد. برای پروژه های من، بهترین نتیجه HDI کوچکترین برد به تنهایی نیست. این تخته ای است که اهداف الکتریکی خود را برآورده می کند، بررسی های حرارتی را پشت سر می گذارد، می تواند با کیفیت پایدار تولید شود و فضای کافی برای آزمایش و سرویس باقی می گذارد. الزامات واضح و داده های اندازه گیری شده ادعای عملکرد را مفیدتر از یک درصد واحد می کند.

هنگامی که یک محصول به عملکردهای بیشتر اما فضای کمتری نیاز دارد، PCB اغلب به عامل محدود کننده تبدیل می شود. اجزا برای اتاق با هم رقابت می کنند، مسیرهای سیگنال سخت تر می شوند و ممکن است تخته برای پشتیبانی از طراحی فشرده به لایه های بیشتری نیاز داشته باشد. من این چالش را در گوشی‌های هوشمند، دستگاه‌های پوشیدنی، ابزار پزشکی، حسگرهای خودرو و اسکنرهای دستی می‌بینم. اتصال با چگالی بالا، یا فناوری PCB HDI، یک راه عملی برای قرار دادن اتصالات بیشتر در یک منطقه کوچکتر برد ارائه می دهد. HDI صرفاً به معنای کوچکتر کردن برد نیست. این به معنای استفاده از میکروویاهای کنترل شده، ردپای ریز، پدهای کوچکتر، و اتصالات انباشته یا تکان دهنده برای استفاده از فضای موجود با دقت بیشتر است. هنگامی که چیدمان، مواد، فرآیند تولید و طرح آزمایش با هم کار می کنند، یک برد کوچکتر می تواند از طراحی محصول قوی تری پشتیبانی کند. ### چرا HDI به کاهش اندازه برد کمک می‌کند. آنها فضای بیشتری را اشغال می کنند و ممکن است فضای مسیریابی را در چندین لایه مسدود کنند. PCB های HDI از میکروویاها استفاده می کنند که اتصالات لیزری بسیار کوچکتر بین لایه های انتخاب شده هستند. این به طراحان گزینه های مسیریابی بیشتری در نزدیکی مناطق متراکم اجزا می دهد. زمانی که فرآیند طراحی و ساخت اجازه می دهد، می توانم یک میکروویا را در داخل یا نزدیک یک پد جزء قرار دهم. که مسیر اتصال را کوتاه می کند و فضا را برای سیگنال های نزدیک آزاد می کند. ویژگی‌های متداول HDI عبارتند از: - میکروویاها - خطوط ریز و الگوهای فضای ظریف - ساختارهای داخل پد - لایه‌گذاری متوالی - تراکم اتصال لایه به لایه بالا - مسیرهای کوتاه‌تر برای سیگنال‌های پرسرعت. ### یک مثال عملی یک اسکنر بارکد دستی که در یک انبار استفاده می شود را در نظر بگیرید. این محصول ممکن است به یک ماژول دوربین، ارتباط بی‌سیم، نمایشگر، سیستم باتری، دکمه‌ها و مدار شارژ نیاز داشته باشد. یک PCB بزرگتر می تواند مسیریابی را آسان تر کند، اما ممکن است اندازه محفظه اسکنر را افزایش دهد. این می تواند بر راحتی در دست گرفتن، قرارگیری باتری و فضای موجود برای قطعات دیگر تأثیر بگذارد. یک PCB HDI ممکن است پردازنده، حافظه، رابط دوربین و بخش بی سیم را به هم نزدیکتر کند. میکروویاها می‌توانند به مسیریابی سیگنال‌ها در مناطق متراکم بدون استفاده از سوراخ‌های بزرگ کمک کنند. نتیجه به طور خودکار محصول بهتری نیست. تیم طراحی هنوز نیاز به بررسی گرما، یکپارچگی سیگنال، محدودیت‌های مونتاژ، نیازهای تعمیر و هزینه تولید دارد. HDI آزادی طرح بیشتری ایجاد می کند، اما هر انتخاب طراحی باید با الزامات محصول مطابقت داشته باشد. ### از جایی که ارزش طراحی اضافی از آنجا ناشی می شود، من معمولاً به مزایای HDI از چهار حوزه نگاه می کنم. فضای مسیریابی قابل استفاده بیشتر ردیابی های ظریف و گذرگاه های کوچک امکان اتصال بیشتر در بخش های شلوغ را فراهم می کند. این می تواند نیاز به طرح کلی تخته بزرگتر را کاهش دهد. مسیرهای سیگنال کوتاه اتصالات کوتاه می توانند با کاهش طول ردیابی غیرضروری، از طرح های با سرعت بالا پشتیبانی کنند. نتیجه الکتریکی به کنترل امپدانس، برنامه ریزی جمع آوری، انتخاب مواد و کیفیت چیدمان بستگی دارد. جای گیری بهتر اجزا فناوری HDI به طراحان آزادی بیشتری برای قرار دادن بسته های کوچک و ماژول های فشرده می دهد. یک چیدمان خوب برنامه ریزی شده می تواند مناطق استفاده نشده بین قطعات را کاهش دهد. کاهش لایه بالقوه برخی از تخته ها می توانند تراکم مسیریابی مورد نیاز را با ساختار لایه کارآمدتر به دست آورند. تعداد لایه های واقعی به کمیت سیگنال، طراحی توان، محدودیت های مکانیکی و قابلیت ساخت بستگی دارد. ### چگونه به یک پروژه PCB HDI نزدیک می‌شوم، من با کوچک‌ترین طرح برد ممکن شروع نمی‌کنم. این رویکرد می تواند بعداً مشکلات تولید و آزمایش ایجاد کند. من با الزامات محصول شروع می کنم: 1. اندازه و شکل تخته مورد نظر را تعریف کنید. 2. اجزای اصلی و انواع بسته بندی آنها را فهرست کنید. 3. نقاط پرسرعت، قدرت، RF و آنالوگ حساس را علامت گذاری کنید. 4. حجم تولید مورد انتظار را بررسی کنید. 5. حداقل ردیابی، فضا و محدودیت میکروویا سازنده PCB را تأیید کنید. 6. قبل از مسیریابی دقیق، لایه پشته را بسازید. 7. مسیرهای حرارتی و دسترسی قطعات را بررسی کنید. 8. روش های مونتاژ، بازرسی و آزمایش را بررسی کنید. 9. بررسی سیگنال، قدرت و قابلیت اطمینان را اجرا کنید. 10. طراحی را با آزمایش نمونه اولیه تایید کنید. این فرآیند به ارتباط طراحی الکتریکی با طرح تولید کمک می کند. طرح‌بندی که روی صفحه نمایش خوب به نظر می‌رسد ممکن است همچنان نیاز به تغییراتی داشته باشد که محدودیت‌های حفاری، لمینیت، لحیم کاری یا بازرسی در نظر گرفته شود. ### هزینه نیاز به بررسی دقیق دارد HDI می تواند اندازه برد را کاهش دهد، اما ممکن است هزینه ساخت را افزایش دهد. حفاری لیزری، لمینیت متوالی، کنترل ثبت دقیق تر، و بازرسی سخت تر می تواند بر قیمت گذاری تأثیر بگذارد. من تأثیر کامل محصول را به جای اینکه فقط به قیمت PCB نگاه کنم، مقایسه می کنم. یک برد کوچکتر ممکن است اندازه محفظه، طول کابل، فضای مونتاژ یا وزن محصول را کاهش دهد. همچنین ممکن است امکان عملکردهای بیشتری را در داخل همان محفظه فراهم کند. این عوامل می توانند مقدار HDI را برای هر پروژه تغییر دهند. برای یک برد کنترل ساده و کم چگالی، یک PCB چند لایه استاندارد ممکن است مناسب تر باشد. برای یک دستگاه فشرده با اجزای ریز و فضای داخلی محدود، HDI ممکن است مسیر طراحی قوی تری ارائه دهد. ### سوالاتی که باید از تامین کننده PCB خود بپرسید قبل از شروع تولید، از تامین کننده می پرسم: - حداقل اندازه میکروویای حفاری شده با لیزر چقدر است؟ - آیا می توانید از طریق-in-pad پشتیبانی کنید و چگونه پر می شود؟ - کدام ساختارهای پشته ای را به طور مرتب تولید می کنید؟ - چه عرض و فاصله ای را می توانید در حجم کنترل کنید؟ - چگونه میکروویا و تراز لایه داخلی را بررسی می کنید؟ - چه پوشش های سطحی موجود است؟ - آیا می توانید مقادیر امپدانس مورد نیاز را پشتیبانی کنید؟ - از چه نمونه اولیه و روش های آزمایش تولید استفاده می کنید؟ - به کدام فایل های طراحی و یادداشت های ساخت نیاز دارید؟ پاسخ های واضح در این مرحله می تواند از تغییرات چیدمان پس از اتمام کار مهندسی جلوگیری کند. ### کوچکتر به معنای ساده تر نیست یک PCB فشرده HDI می تواند استفاده از فضا را بهبود بخشد، اما تراکم نیز نیاز به برنامه ریزی دقیق را افزایش می دهد. گرما ممکن است در نزدیکی پردازنده ها یا قطعات برق ایجاد شود. دسترسی تعمیر ممکن است محدود شود. بسته های ریز می توانند به کنترل مونتاژ دقیق تری نیاز داشته باشند. من توصیه می کنم HDI را به عنوان یک روش طراحی کامل به جای یک ویژگی PCB واحد در نظر بگیرید. بهترین نتیجه حاصل همکاری بین مهندس طرح، تیم مکانیک، مهندس قطعه، مونتاژ کننده و سازنده PCB است. زمانی که هدف طراحی مشخص باشد و محدودیت‌های فرآیند مشخص باشد، HDI می‌تواند به محصول کمک کند تا ضمن پشتیبانی از عملکردهای مورد نیاز، از فضای کمتری برای برد استفاده کند. سوال درست فقط این نیست که "هیئت مدیره چقدر می تواند کوچک شود؟" همچنین این است که "چه اندازه بهترین تعادل را از عملکرد، قابلیت اطمینان، هزینه و کنترل تولید می دهد؟"

بسیاری از تیم‌های PCB با همین مشکل روبرو هستند: برد باید سیگنال‌های بیشتری را حمل کند، در فضای کوچک‌تری قرار بگیرد و عملکرد پایداری داشته باشد. یک PCB چند لایه استاندارد ممکن است قبل از آماده شدن طرح برای تولید به حد مسیریابی خود برسد. ردیابی طولانی، مناطق فرار شلوغ و مسیرهای ضعیف برق می تواند بر کیفیت سیگنال تأثیر بگذارد و تغییرات طرح را گران کند. فناوری PCB HDI می تواند به حل این مشکلات کمک کند. از میکروویاها، خطوط ظریف، پدهای کوچکتر و ساختارهای مسیریابی با چگالی بالا برای ایجاد اتصالات کوتاهتر و مستقیمتر استفاده می کند. افزایش عملکرد تا 40% ممکن است در یک طراحی خاص امکان پذیر باشد، اما نتیجه به ساختار اصلی PCB، سرعت سیگنال، طرح قدرت، مواد و روش تست بستگی دارد. HDI یک درصد ارتقاء ثابت برای هر محصول نیست. ## جایی که HDI می تواند عملکرد PCB را بهبود بخشد من معمولاً قبل از توصیه HDI به چهار زمینه نگاه می کنم: یکپارچگی سیگنال، چگالی مسیریابی، اندازه برد و تحویل نیرو. اتصالات کوتاه تر می توانند اندوکتانس انگلی و بازتاب سیگنال ناخواسته را کاهش دهند. این می تواند از رابط های پرسرعت مانند USB 3.x، PCIe، MIPI، حافظه DDR و سایر لینک های دیجیتال سریع پشتیبانی کند. Microvias همچنین گزینه های مسیریابی بیشتری را بین لایه ها به طراحان می دهد. یک سیگنال می‌تواند بین لایه‌های مجاور حرکت کند، بدون استفاده از یک سوراخ بزرگ از طریق آن که فضای کل تخته را مسدود می‌کند. هنگامی که طراحی شامل بسته‌های BGA با گام‌های ریز، کانکتورهای فشرده یا ماژول‌های حسگر متراکم باشد، این کمک می‌کند. یک برد کوچکتر نیز ممکن است یکپارچگی محصول را بهبود بخشد. گوشی‌های هوشمند، دستگاه‌های پوشیدنی، ابزار پزشکی و کنترل‌کننده‌های صنعتی فشرده اغلب از ساختارهای HDI استفاده می‌کنند، زیرا تراکم قطعات بالا و فضای محفظه محدود است. مزیت به اندازه محدود نمی شود. ساختار لایه بهتر می‌تواند مسیرهای حیاتی را کوتاه کند و کنترل مسیرهای جریان برگشتی را آسان‌تر کند. این می تواند کار اشکال زدایی را در طول آزمایش نمونه اولیه کاهش دهد. ## چگونه یک ادعای عملکرد 40٪ را ارزیابی کنم یک ادعای درصدی نیاز به یک روش اندازه گیری واضح دارد. من "40٪ بهتر" را به عنوان یک وعده کلی نمی بینم. من این سوالات را می پرسم: - عملکرد در این پروژه به چه معناست؟ - آیا هدف سرعت داده بالاتر، تلفات درج کمتر، اندازه برد کوچکتر، رفتار حرارتی بهتر، یا خطاهای سیگنال کمتر است؟ - استک آپ اصلی PCB چه بود؟ - کدام تجهیزات تست و نقاط تست استفاده خواهد شد؟ - آیا در مقایسه از اجزاء، سیستم عامل و شرایط عملیاتی یکسان استفاده می شود؟ به عنوان مثال، اگر یک برد معمولی دارای ردیابی های طولانی با سرعت بالا باشد که باعث از دست دادن سیگنال می شود، طراحی مجدد HDI ممکن است طول مسیر را کاهش دهد و نتایج نمودار چشمی را بهبود بخشد. اگر برد اصلی از قبل دارای استک آپ قوی و مسیریابی به خوبی کنترل شده باشد، بهره HDI ممکن است کوچکتر باشد. این رویکرد پروژه را از ادعاهای مبهم بازاریابی محافظت می کند. همچنین به تیم مهندسی یک هدف مفید می دهد که می تواند از طریق شبیه سازی و آزمایش بررسی شود. ## مرحله 1: PCB موجود را مرور کنید. با فایل‌های طراحی فعلی، استک‌آپ، قرار دادن اجزا و سوابق خرابی شروع می‌کنم. بررسی باید موارد زیر را پوشش دهد: - تعداد لایه و ضخامت مس - از طریق محدودیت‌های نوع و از طریق میدان - عرض و فاصله ردیابی - مسیر BGA و گریز - طول خالص با سرعت بالا - توزیع برق و زمین - نتایج تست EMI - محدودیت‌های حرارتی - بازده ساخت و تاریخچه تعمیر تخته ممکن است به دلیل عدم قرارگیری لایه‌ها شلوغ به نظر برسد. حرکت یک پردازنده، دستگاه حافظه یا کانکتور می تواند فشار مسیریابی را قبل از معرفی HDI کاهش دهد. ## مرحله 2: انتخاب ساختار HDI مناسب HDI به معنای استفاده از پیچیده ترین ساختار موجود نیست. یک طراحی ساده 1+N+1 ممکن است برای یک محصول کافی باشد، در حالی که یک دستگاه تلفن همراه متراکم ممکن است به ساختار میکروویای انباشته یا تکان دهنده پیشرفته تری نیاز داشته باشد. گزینه‌های متداول عبارتند از: - لایه‌های ساخت میکروویا - میکروویاهای تکان‌خورده - میکروویاهای انباشته شده - Viaهای مدفون - Via-in-pad - HDI هر لایه هر انتخاب بر هزینه، کنترل‌های ساخت، قابلیت اطمینان و نیازهای بازرسی تأثیر می‌گذارد. Via-in-pad می تواند به مسیریابی BGA با گام دقیق کمک کند، اما نیاز به پر کردن و مسطح سازی مناسب دارد. یک فرآیند نامناسب می تواند مشکلات لحیم کاری یا قابلیت اطمینان ایجاد کند. من ساختار HDI با کمترین پیچیدگی را ترجیح می دهم که اهداف الکتریکی و مکانیکی را برآورده کند. این امر باعث می‌شود طراحی و ساخت آن آسان‌تر شود. ## مرحله 3: ایجاد یک Stackup کنترل شده یک پشته HDI خوب از مسیریابی و رفتار سیگنال پشتیبانی می کند. پشته باید این موارد را تعریف کند: - ضخامت دی الکتریک - وزن مس - اهداف امپدانس - هواپیماهای مرجع - قطر میکروویا - اندازه پد ضبط - ضخامت تخته تمام شده - انتخاب مواد ردیابی با سرعت بالا به یک صفحه مرجع پایدار نیاز دارد. یک ردیابی باریک بدون مسیر بازگشت مداوم می تواند نویز ایجاد کند، حتی زمانی که طول ردیابی قابل قبول به نظر می رسد. انتخاب مواد نیز مهم است. استاندارد FR-4 ممکن است برای بسیاری از محصولات کار کند، در حالی که طراحی های با سرعت بالاتر یا دمای بالاتر ممکن است به ماده ای با خواص دی الکتریک و حرارتی مناسب نیاز داشته باشند. تصمیم باید از شبیه سازی، شرایط عملیاتی و قابلیت تولید گرفته شود تا برچسب مواد عمومی. ## مرحله 4: شبیه سازی قبل از ساخت من از شبیه سازی استفاده می کنم تا بررسی کنم که آیا تغییر HDI مشکل واقعی را حل می کند یا خیر. بررسی‌های مفید عبارتند از: - کنترل امپدانس - از دست دادن درج - افت برگشت - تداخل - نمودار چشمی - یکپارچگی توان - افت DC - توزیع حرارتی یک مسیر کوتاه‌تر می‌تواند رفتار سیگنال را بهبود بخشد، اما همه مشکلات را برطرف نمی‌کند. کیفیت اتصال، فرار بسته، انتقال لایه، نویز برق و زمین هنوز هم می تواند عملکرد سیستم را محدود کند. یک مثال عملی یک ماژول دوربین فشرده با سنسور تصویر با سرعت بالا است. اگر خطوط داده از چندین مسیر طولانی و انتقال لایه عبور کنند، طراحی مجدد HDI می تواند حسگر و پردازنده را به هم نزدیکتر کند، طول مسیر را کاهش دهد و مسیرهای مرجع تمیزتری ایجاد کند. سود واقعی باید از طریق اندازه گیری تایید شود نه اینکه از برچسب HDI فرض شود. ## مرحله 5: بررسی ریسک تولید عملکرد HDI به کنترل فرآیند بستگی دارد. قبل از انتشار، من توانایی سازنده را برای موارد زیر تأیید می‌کنم: - میکروویاهای حفاری شده با لیزر - پر کردن مس - حکاکی خط ریز - دقت ثبت - از طریق تست قابلیت اطمینان - بازرسی AOI و اشعه ایکس - آزمایش امپدانس - پایان سطح نهایی قوانین طراحی باید با تامین‌کننده انتخاب‌شده مطابقت داشته باشد. عرض ردیابی که در نمونه اولیه آزمایشگاهی کار می کند ممکن است بازده پایینی در تولید حجم ایجاد کند. من همچنین چرخه حرارتی را از طریق خستگی، شرایط لحیم کاری و مونتاژ اجزا بررسی می کنم. یک برد می‌تواند تست‌های الکتریکی را پشت سر بگذارد و اگر ساختار via برای محیط محصول مناسب نباشد، همچنان با مشکلات میدانی مواجه می‌شود. ## کاهش هزینه و طراحی HDI می تواند مساحت برد را کاهش دهد و از تراکم مسیریابی بالاتر پشتیبانی کند، اما ممکن است هزینه های ساخت و بازرسی را افزایش دهد. لایه‌های بیشتر، میکروویاهای انباشته شده، ساختارهای پرشده از طریق پد، و الزامات ثبت سخت‌تر می‌توانند بار تولید را افزایش دهند. به همین دلیل، من هزینه کامل پروژه را به جای قیمت واحد PCB به تنهایی مقایسه می کنم. یک برد کوچکتر ممکن است اندازه محفظه، پیچیدگی مونتاژ یا تعداد قطعات متصل را کاهش دهد. یک مسیر سیگنال بهتر همچنین ممکن است چرخه های تکراری نمونه اولیه را کاهش دهد. این پس انداز باید از برنامه واقعی محصول محاسبه شود. زمانی که برد دارای اجزای متراکم، سیگنال های سریع، فضای محدود یا خرابی های مسیریابی مکرر باشد، HDI یک گزینه قوی است. ممکن است برای یک برد کم سرعت با فضای زیاد و نیازهای ساخت ساده انتخاب مناسبی نباشد. بهترین نتیجه از تطبیق ساختار HDI با یک مشکل مهندسی قابل اندازه گیری حاصل می شود. هدف عملکرد را تعریف کنید، طرح موجود را بررسی کنید، یک استک آپ مناسب انتخاب کنید، شبکه های بحرانی را شبیه سازی کنید و نتیجه را از طریق آزمایش تایید کنید. بهبود 40 درصدی می تواند در برخی موارد یک هدف پروژه معتبر باشد، اما ساختار هیئت مدیره و داده های آزمایشی باید این ادعا را تأیید کند.

بسیاری از تیم‌های PCB با مشکل طراحی مشابهی روبرو هستند: محصول به عملکردهای بیشتری نیاز دارد، با این حال فضای موجود برد کماکان کاهش می‌یابد. اجزای بیشتر در مناطق کوچک‌تر بسته‌بندی می‌شوند، کنترل مسیرهای سیگنال سخت‌تر می‌شود و تحویل انرژی فضای کمتری برای خطا باقی می‌گذارد. فناوری HDI می تواند کمک کند، اما صرفاً انتخاب یک HDI stack-up، برد بهتری را تضمین نمی کند. نتیجه بستگی به این دارد که چیدمان، مواد، محدودیت های ساخت و طرح آزمایش با هم کار می کنند. من به HDI از یک زاویه عملی نگاه می کنم: فضای تلف شده را کاهش دهید، از کیفیت سیگنال محافظت کنید، و ساخت و آزمایش برد را آسان تر کنید. ### HDI چه تغییراتی را تغییر می‌دهد بردهای اتصال با چگالی بالا از ویژگی‌هایی مانند میکروویا، خطوط ظریف، پدهای کوچک و لایه‌های متوالی استفاده می‌کنند. این ویژگی‌ها به اتصالات اجازه می‌دهند به جای مسیریابی هر سیگنال از طریق یک مسیر سوراخ کامل، بین لایه‌های مجاور عبور کنند. این تغییر می‌تواند موارد زیر را پشتیبانی کند: - اجزای بیشتر در همان ناحیه برد - اتصالات کوتاه‌تر بین تراشه‌ها و حافظه - مسیریابی بهتر در اطراف بسته‌های با گام دقیق - قرارگیری انعطاف‌پذیرتر مسیرهای برق و زمین - کوچک‌تر از طریق میدان‌های زیر یا نزدیک اجزای فشرده. می تواند فضای مسیریابی را در هر لایه در طول مسیر اشغال کند. یک میکروویا از مسیر اتصال کوتاه‌تری استفاده می‌کند که به تیم طرح‌بندی فضای بیشتری می‌دهد. مزیت فقط کاهش سایز نیست. مسیرهای کوتاه‌تر نیز ممکن است اندوکتانس ناخواسته را کاهش دهند و به کنترل سیگنال‌های پرسرعت کمک کنند، مشروط بر اینکه مسیرهای بازگشت و بازگشت به درستی طراحی شده باشند. ### طراحی سریع‌تر با محدودیت‌های واضح شروع می‌شود. من یک پروژه HDI را با پرسیدن چند لایه می‌توان در برد شروع نمی‌کنم. من با الزامات محصول شروع می کنم. تیم طراحی به پاسخ‌های روشنی در مورد موارد زیر نیاز دارد: - طرح کلی و ضخامت برد - انواع بسته‌بندی اجزا - استانداردهای سرعت سیگنال و رابط - سطوح فعلی و مناطق قدرت - تعداد لایه‌های مورد نیاز - حداقل ردیابی و فضا - از طریق قطر و اندازه پد ضبط - انتخاب مواد - فرآیند مونتاژ - حجم مورد انتظار تولید یک برد پردازنده با حافظه LPDDR نیازهای متفاوتی با برد سنسور فشرده دارد. یک رابط پرسرعت ممکن است به امپدانس کنترل شده و یک مسیر برگشت با دقت برنامه ریزی شده نیاز داشته باشد. یک برد کنترلی با سرعت پایین ممکن است از صرفه جویی در فضا و انعطاف پذیری در قرار دادن قطعات سود بیشتری کسب کند. خلاصه طراحی واضح تغییرات دیرهنگام را کاهش می دهد. همچنین به سازنده کمک می کند بررسی کند که آیا ساختار پیشنهادی با تجهیزات موجود و کنترل فرآیند مطابقت دارد یا خیر. ### یک مسیر طراحی عملی HDI #### 1. طرح لایه را حول جریان سیگنال بسازید. Stack-up باید از نحوه حرکت سیگنال ها از طریق برد پشتیبانی کند. لایه های سیگنال با سرعت بالا به هواپیماهای مرجع نزدیک نیاز دارند. لایه های قدرت به مس کافی و مسیر مناسب برای بار نیاز دارند. لایه‌های بیرونی باید فضایی را برای پدهای اجزا، فن‌آوت و مسیریابی باقی بگذارند. یک اشتباه رایج اضافه کردن لایه ها پس از ظاهر شدن مشکلات مسیریابی است. این ممکن است یک مشکل را حل کند و در عین حال مشکلات جدیدی با ضخامت، امپدانس، هزینه یا لمینیت ایجاد کند. من ترجیح می دهم قبل از شروع طرح بندی دقیق، طرح لایه را با سازنده PCB مرور کنم. یک تغییر کوچک در این مرحله می تواند بعداً از طراحی مجدد بزرگ جلوگیری کند. #### 2. انتخاب درست از طریق ساختار بردهای HDI ممکن است استفاده کنند: - میکروویاهای لیزری - میکروویاهای انباشته شده - میکروویاهای پلکانی - Vias مدفون - از طریق vias - ساختارهای Via-in-pad هر گزینه بر هزینه، قابلیت اطمینان، بازرسی و مراحل ساخت اثر می گذارد. میکروویاهای تکان دهنده می توانند مقداری فشار تولید را در مقایسه با سازه های کاملاً انباشته کاهش دهند. Vias های انباشته ممکن است فضای بیشتری را ذخیره کنند، اما نیاز به کنترل فرآیند قوی تری دارند. Via-in-pad می‌تواند به بسته‌های دقیق کمک کند، اما via‌ها اغلب قبل از مونتاژ اجزا نیاز به پر کردن و مسطح‌سازی دارند. انتخاب صحیح به بسته بندی، انتقال لایه، ضخامت تخته و برنامه تولید بستگی دارد. ویژگی های کوچکتر به طور خودکار پاسخ درستی نیستند. #### 3. سیگنال‌های پرسرعت را با مسیرهای برگشتشان مسیریابی کنید. ردیابی سیگنال تنها بخشی از مسیر الکتریکی است. جریان برگشتی آن نیز نیاز به یک مسیر پایدار از طریق صفحه مرجع دارد. هنگامی که یک سیگنال لایه ها را تغییر می دهد، مسیر برگشت ممکن است به یک زمین نزدیک نیاز داشته باشد. اگر صفحه مرجع از زمین به قدرت تغییر کند، انتقال مستحق بررسی بیشتر است. شکاف طولانی یا شکاف زیر ردیابی می تواند نویز را افزایش دهد و امپدانس را تحت تأثیر قرار دهد. برای رابط‌هایی مانند USB، PCIe، MIPI یا حافظه پرسرعت، من این موارد را بررسی می‌کنم: - طول ردیابی و تطبیق - فاصله جفت - اهداف امپدانس - انتقال لایه - تداوم صفحه مرجع - از طریق طول خرد - خطر تقاطع - طراحی راه‌اندازی اتصال دهنده شبیه‌سازی می‌تواند از این بررسی‌ها پشتیبانی کند، اما تصمیم‌های چیدمان خوب هنوز با یک چیدمان معقول شروع می‌شود. #### 4. تحویل برق را نزدیک به بار نگه دارید یک برد فشرده همچنان ممکن است از مشکلات برق رنج ببرد. مسیرهای باریک، اتصالات ضعیف هواپیما و مسیرهای طولانی بین رگولاتور و دستگاه ممکن است افت ولتاژ یا صدای ناخواسته ایجاد کند. من به مسیر برق کامل نگاه می کنم: 1. خروجی رگولاتور 2. مسیر یا صفحه مسی 3. مسیر بین لایه ها 4. خازن های جداکننده محلی 5. پایه های برق کامپوننت 6. بازگشت زمین خازنی که در نزدیکی دستگاه قرار می گیرد تنها زمانی مفید است که اتصال به پایه های برق و زمین کوتاه و امپدانس کم باشد. اگر جریان باید از یک گردنه کوچک عبور کند یا از طریق گروه محدود شود، یک منطقه مسی بزرگ همه مشکلات برق را حل نمی کند. ### یک مثال رایج: مسیریابی حافظه فشرده یک برد محاسباتی کوچک با استفاده از پردازنده و حافظه LPDDR را در نظر بگیرید. زمین‌های بسته ممکن است فضای کمی را برای مسیریابی سنتی فن بیرون بگذارند. مسیرهای عبوری می توانند کانال های ارزشمندی را مصرف کنند و مسیرهای طولانی ممکن است تطبیق طول را دشوارتر کند. یک ساختار HDI می تواند میکروویاها را در نزدیکی پدهای بسته قرار دهد و اتصالات انتخاب شده را به لایه های داخلی منتقل کند. این ممکن است کانال های مسیریابی بیشتری را در اطراف پردازنده ایجاد کند در حالی که طول ردیابی حافظه را نزدیک تر نگه می دارد. این پیشرفت تنها از کلمه "HDI" ناشی نمی شود. این از ترکیب موارد زیر ناشی می‌شود: - الگوی فرار بسته مناسب - جمع‌بندی کنترل‌شده - انتقال لایه‌های کوتاه - صفحات مرجع پایدار - تطبیق دقیق طول - بررسی اولیه ساخت اگر رابط حافظه همچنان مشکلات زمان‌بندی یا نویز را نشان می‌دهد، تیم باید کل مسیر الکتریکی را بررسی کند نه اینکه فرض کند میکروویاهای بیشتری آن را برطرف می‌کنند. ### عملکرد بهتر نیاز به بررسی طراحی دارد. بردهای HDI نیاز به بررسی در چند مرحله دارند. #### بررسی طراحی، مجموعه مواد را از طریق قوانین، اهداف امپدانس و استراتژی فرار جزء بررسی کنید. تأیید کنید که طرح پیشنهادی می تواند با فرآیند انتخاب شده تولید شود. #### بررسی چیدمان تداوم صفحه، فاصله، تعادل مس، مسیرهای حرارتی، از طریق مکان‌ها و مناطق نگهدارنده را بررسی کنید. به کانکتورها، مدارهای کریستالی، آنتن ها و منابع تغذیه سوئیچینگ دقت کنید. #### تجزیه و تحلیل سیگنال و توان از شبیه سازی در جایی استفاده کنید که سرعت رابط یا تقاضای توان آن را مفید می کند. تلفات درج، تلفات برگشتی، تداخل، حاشیه زمان بندی، افت ولتاژ و چگالی جریان را بر اساس الزامات پروژه بررسی کنید. #### بررسی ساخت از سازنده بخواهید محدودیت‌های دریل لیزری را از طریق نیازهای پر کردن، تحمل ثبت، ضخامت مس، چرخه‌های لایه‌کاری و سازگاری سطح رو تایید کند. #### آزمایش نمونه اولیه پیوندهای پرسرعت، ریل های برق، رفتار حرارتی و تناسب مکانیکی را آزمایش کنید. هنگامی که ریسک پروژه بررسی اضافه شده را توجیه می کند، ریز مقاطع یا سایر نمونه های فرآیند را بازرسی کنید. تست باید به سوالات خاصی پاسخ دهد. "آیا تابلو کار می کند؟" بیش از حد گسترده است سوال بهتر این است که آیا چشم حافظه در حاشیه مورد نیاز باقی می‌ماند، آیا ریل برق در محدوده مجاز خود باقی می‌ماند، یا آیا ساختار Via تست قابلیت اطمینان برنامه‌ریزی‌شده را پشت سر می‌گذارد. ### کنترل هزینه بدون برش ویژگی‌های مفید HDI می‌تواند هزینه ساخت را افزایش دهد زیرا ممکن است به حفاری لیزری، لمینیت متوالی، از طریق پر کردن، ثبت دقیق‌تر و بازرسی اضافی نیاز داشته باشد. بحث هزینه باید شامل تاثیر کامل محصول باشد. یک برد کوچکتر ممکن است اندازه محفظه، طول کابل، منطقه مونتاژ یا وزن سیستم را کاهش دهد. الگوی فرار اجزای بهتر ممکن است تعداد لایه ها را در قسمت دیگری از طرح کاهش دهد. یک ساختار ساده تر ممکن است هزینه برد را کاهش دهد در حالی که هنوز هدف الکتریکی را برآورده می کند. من از اضافه کردن ویژگی های HDI در کل صفحه بدون دلیل روشن اجتناب می کنم. برخی از مناطق ممکن است به میکروویا نیاز داشته باشند، در حالی که مناطق دیگر می توانند از vias استاندارد استفاده کنند. یک رویکرد ترکیبی می تواند تعادل عملی بین چگالی و تلاش تولیدی را فراهم کند. ### اشتباهات رایجی که در پروژه های HDI می بینم در نظر گرفتن هر میکروویا به عنوان یک نقطه مسیریابی رایگان میکروویاها همچنان به فاصله، هندسه پد، تحمل مته و ثبت قابل اعتماد نیاز دارند. استفاده از via-in-pad بدون بررسی روند مونتاژ پر نشده یا بد کنترل نشده ویا ممکن است باعث از بین رفتن لحیم کاری، حفره ها، یا نشستن ناهموار قطعات شود. ** نادیده گرفتن تعادل مس** توزیع نابرابر مس می تواند به تاب خوردگی و تغییر ضخامت در طول لمینیت کمک کند. مسیریابی در میان شکاف های صفحه ممکن است سیگنال با قانون ردیابی خود مطابقت داشته باشد در حالی که مسیر برگشت ضعیف می شود. انتخاب مواد فقط بر اساس قیمت از دست دادن، رفتار حرارتی، بافت شیشه و قابلیت اطمینان می تواند بر طراحی نهایی تاثیر بگذارد. انتظار تا بعد از طرح بندی برای تماس با سازنده یک پشته که در CAD قابل قبول به نظر می رسد ممکن است با فرآیند تولید انتخاب شده مطابقت نداشته باشد. با فرض اینکه برد کوچکتر همیشه بهتر است یک چیدمان بسیار فشرده ممکن است مشکلات حرارتی، تعمیر، بازرسی یا مونتاژ ایجاد کند. ### یک چک لیست ساده پروژه قبل از انتشار طرح HDI، این نکات را بررسی می کنم: - آیا stack-up با نیازهای سیگنال و توان مطابقت دارد؟ - آیا همه انتقال های لایه بحرانی توسط یک مسیر بازگشت پشتیبانی می شوند؟ - آیا انواع via برای بسته بندی و فرآیند ساخت مناسب هستند؟ - آیا اهداف امپدانس و طول مستند شده اند؟ - آیا نواحی ریز از نظر خطر مونتاژ بررسی می شوند؟ - آیا توزیع مس متعادل است؟ - آیا مسیرهای حرارتی بررسی شده است؟ - آیا سازنده ابعاد کلیدی را تایید کرده است؟ - آیا آزمایش‌های نمونه اولیه با اهداف مشخص عملکرد مرتبط هستند؟ - آیا می توان برد را طبق برنامه بازرسی، مونتاژ و تعمیر کرد؟ HDI زمانی بهترین کار را انجام می دهد که به عنوان یک روش طراحی کامل تلقی شود تا یک ویژگی کوچک که نزدیک به انتهای طرح اضافه شود. هدف استفاده از کوچکترین اثر یا پیچیده ترین ساختار نیست. هدف ایجاد تابلویی است که از فضا به خوبی استفاده کند، سیگنال‌ها را با کنترل حمل کند، توان را به طور قابل اعتماد ارائه کند و با فرآیند تولید متناسب باشد. وقتی تیم برق، تیم چیدمان، مهندس قطعه و سازنده PCB طرح را با هم بررسی می‌کنند، HDI می‌تواند از محصول کوچک‌تر و توانمندتری بدون ایجاد خطر تولید قابل اجتناب پشتیبانی کند. ما از سوالات شما استقبال می کنیم: mr.xu@lingchaopcb.com/WhatsApp +8613780181891.

مراجع راهنمای طراحی IPC 2023 برای اتصالات متقابل با چگالی بالا و فناوری میکروویا جان لاو 2022 نیمه هادی و طراحی بسته برای کاربردهای PCB با سرعت بالا لی ریچی 2021 درست اولین بار طراحی سیستم های دیجیتال پرسرعت Eric Bogatin 2020 IP Integrity Standard20 طراحی برد چاپی Ragnar HK 2019 مواد PCB پیشرفته و طراحی مدار فرکانس بالا