الصفحة الرئيسية > موارد > المدونات > المقال الأكثر مللاً حول PCB HDI الذي لم تقرأه من قبل

المقال الأكثر مللاً حول PCB HDI الذي لم تقرأه من قبل

2023-05-25مراسل: SprintPCB

ما هو HDI PCB

لوحة دارات مطبوعة HDI

HDI PCB هو اختصار لـ High-Density Interconnect PCB، وهو نوع من التقنيات المستخدمة في إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة. تشتهر لوحات HDI PCB بكثافة دوائرها العالية واستخدامها تقنية micro-blind via. وتمثل هذه اللوحات أحد أسرع القطاعات نموًا في سوق لوحات الدوائر المطبوعة. وبفضل زيادة كثافة دوائرها، فإنها تسمح بتوحيد الخطوط والمسافات الدقيقة، والثقوب الصغيرة، ووسادات الالتقاط، بالإضافة إلى كثافة أعلى لوسادات التوصيل. تتميز لوحات HDI PCB بفتحات عمياء وفتحات مدفونة، وتتضمن عادةً فتحات دقيقة بأقطار 0.006 أو أقل. في سبتمبر 1994، شرع اتحاد تعاوني لصناعة لوحات الدوائر المطبوعة في الولايات المتحدة، يُعرف باسم ITRI (معهد أبحاث تكنولوجيا الترابط)، في إجراء بحث لإنتاج لوحات دوائر عالية الكثافة، يُشار إليه باسم مشروع أكتوبر. استخدموا النموذجين الأوليين من موتورولا MTV1 وMRTV2.2 (يونيو 1996) لتجربة إنتاج فتحات دقيقة عمياء باستخدام طرق حفر غير ميكانيكية. وشملت هذه الطرق الاستئصال بالليزر، والفتحات الضوئية، والنقش البلازمي، والنقش القلوي. بدأ عصر لوحات دوائر التوصيل عالي الكثافة (HDI) رسميًا مع نشر تقرير الجولة الثانية من المرحلة الأولى للمشروع لشهر أكتوبر في 15 يوليو 1997. في البداية، أُطلق على هذه المنتجات اسم SBU (وحدة الأعمال الصغيرة) في الدول الغربية، بينما عُرفت في اليابان باسم MVP (فتحات ووسادات مصغرة)، نظرًا لصغر حجم هياكل فتحاتها مقارنةً باللوحات السابقة. ومع ذلك، في النهاية، قامت جمعية ربط صناعات الإلكترونيات الأمريكية (IPC) بتوحيد المصطلحات وأطلقت عليها اسم "HDI".

الفرق الرئيسي بين HDI PCB و PCB التقليدي

HDI-PCB-البناء

تُصنع ألواح HDI، المعروفة أيضًا باسم ألواح البناء متعددة الطبقات (BUM)، باستخدام ألواح تقليدية ثنائية الجوانب كركيزة أساسية، والتي يتم تكديسها وتصفيحها باستمرار. بالمقارنة مع لوحات الدوائر التقليدية، تتميز ألواح HDI بمزايا مثل خفة الوزن، والنحافة، والقصر، والصغر. يتم تحقيق الترابط الكهربائي بين طبقات ألواح HDI من خلال فتحات موصلة، وفتحات مدفونة، وفتحات عمياء. يختلف التركيب الهيكلي لألواح HDI عن الألواح متعددة الطبقات العادية حيث أنها تتضمن على نطاق واسع فتحات عمياء مدفونة بدقة. تحتوي لوحات الدوائر متعددة الطبقات التقليدية على ثقوب مرورية فقط وليس بها فتحات عمياء مدفونة صغيرة. يتم تحقيق الترابط الكهربائي في هذه اللوحات من خلال توصيلات عبر الثقوب، مما يتطلب عددًا أكبر من الطبقات لتلبية متطلبات التصميم. في المقابل، تستخدم ألواح HDI تصميم فتحة عمياء مدفونة بدقة، مما يتطلب طبقات أقل لتلبية احتياجات التصميم، مما يجعلها أخف وزنًا وأرق.

المزايا الرئيسية لـ HDI PCB

موثوقية عالية لـ HDI PCB

تُعزز أعمدة النحاس الموثوقية بتقليل تفاوتات المعاوقة بين مختلف المعادن المستخدمة في التجميع، وذلك بفضل اختلاف معاملات التمدد الحراري. علاوة على ذلك، تُبدي لوحات HDI حساسية أقل للعوامل البيئية، كالرطوبة ودرجة الحرارة، مقارنةً بلوحات الدوائر المطبوعة التقليدية، بفضل قوتها الميكانيكية العالية.

الربط عالي الكثافة لـHDI PCB

يُتيح استخدام أعمدة النحاس ربطًا عالي الكثافة دون زيادة عدد طبقات لوحة الدائرة. وهذا يُتيح مرونة أكبر في توجيه الإشارات من أحد جانبي اللوحة إلى الجانب الآخر دون الحاجة إلى ثقوب مرورية مطلية باهظة الثمن أو فتحات عمياء. كما يُساعد وجود أعمدة النحاس على تقليل التداخل بين الإشارات المُوجهة على طبقات مختلفة من خلال توفير نقاط توصيل كهربائية إضافية عند كل واجهة طبقة.

أبعاد أصغر لـ HDI PCB

يتم تحقيق الترابط عالي الكثافة بوضع المكونات أقرب إلى بعضها من لوحات الدوائر التقليدية، مما يقلل الحجم الإجمالي للوحة مع الحفاظ على نفس مستوى الأداء. على سبيل المثال، غالبًا ما تتطلب الأجهزة الطبية تغليفًا صغيرًا بمعدلات نقل عالية، وهو ما لا توفره إلا لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI PCBs). على سبيل المثال، يجب أن تكون الغرسات صغيرة بما يكفي لتناسب جسم الإنسان، ولكن يجب أن تسمح أي أجهزة إلكترونية مُستخدمة في الغرسات بنقل إشارات عالية السرعة بفعالية.

تقليل الوزن

يسمح هذا التخفيض الشامل في الحجم بتصنيع لوحات دوائر كهربائية أرقّ دون المساس بالأداء أو الموثوقية. كما يُقلّل هذا من عدد المواد المستخدمة أثناء عملية الإنتاج، مما يُخفّض تكاليف المواد وتكاليف التخلص من النفايات.

انخفاض السعة والمحاثة للوحة PCB HDI

تتمتع الوصلات المتداخلة بسعة ومحاثة أقل مقارنة بلوحات الدوائر المطبوعة التقليدية، مما يساعد على تحسين سلامة الإشارة وتقليل الضوضاء وزيادة النطاق الترددي.

أداء أعلى لـ HDI PCB

تُوفر لوحات HDI تبديدًا حراريًا أفضل وسلامة إشارة أفضل مقارنةً بلوحات الدوائر المطبوعة التقليدية. تسمح الكثافة العالية باستخدام مكونات أصغر وطبقات أرق مع الحفاظ على خصائص المقاومة المطلوبة. هذا يُؤدي إلى أداء فائق في الدوائر الرقمية والتناظرية، وخاصةً من حيث مقاومة الضوضاء وسلامة الإشارة.

قابلة للتخصيص بدرجة كبيرة

توفر لوحات الدوائر المطبوعة عالية الدقة (HDI PCBs) إمكانية تخصيص عالية، مما يسمح ليس فقط بتعديل حجم الدائرة وسمكها، بل أيضًا بتشكيلها وفقًا لمتطلبات محددة. يتيح ذلك بناء تصاميم أكثر تعقيدًا ضمن عوامل شكل أصغر، وهو أمر مفيد بشكل خاص للأجهزة اللاسلكية محدودة المساحة، مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية.

انخفاض تكلفة PCB HDI

تُعد لوحات الدوائر المطبوعة عالية الدقة (HDI PCBs) أكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنةً بلوحات الدوائر التقليدية. فهي تتطلب طبقات نحاسية أقل لكل بوصة مربعة، مما يُخفض تكاليف الإنتاج. علاوة على ذلك، ولأنها لا تتطلب مكونات باهظة الثمن ذات ثقوب، فإن تكاليف تصنيعها أقل من تكاليف لوحات الدوائر التقليدية.

العوامل التي تؤثر على تكلفة HDI PCB

نوع وعدد الثقوب النفاذة أو الدقيقة: يؤثر نوع وعدد الثقوب النفاذة أو الدقيقة في لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI) على تكلفتها. تكون التكلفة أعلى للأقطار الصغيرة مقارنةً بالأقطار الكبيرة، لأنها تتطلب دقة أعلى. كما أن زيادة عدد الثقوب سترفع السعر أيضًا. ارتفاع المكدس وعدد الطبقات: يؤثر نوع المكدس المطلوب أيضًا على التكلفة. تصميم لوحة الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (2-n-2) أكثر تعقيدًا من تصميم لوحة الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (1-n-1)، وبالتالي سيكون أكثر تكلفة. ستؤدي الطبقات الإضافية إلى زيادة السعر. يجب اختيار عدد الطبقات الأكثر فعالية من حيث التكلفة. ارتفاع المكدس وعدد الطبقات في مؤشر HDI

المواد المستخدمة: يمكن أن تكون المادة الأساسية FR4 أو المعدن أو الألياف الزجاجية أو مواد أخرى. لمعالجة السطح، يمكنك اختيار ENIG أو HASL أو القصدير المغمور أو الفضة المغمورة أو الطلاء الذهبي أو أنواع أخرى. ENIG هي أكثر طرق معالجة السطح شيوعًا لـ HDI نظرًا لتسطيحها وسهولة لحامها. التصفيح المتعدد: يحدد عدد الطبقات وبنية الثقوب المدفونة العمياء العدد المطلوب من التصفيح. في حين أن المزيد من طبقات التصفيح تعني زيادة وقت المعالجة وارتفاع التكاليف، فإن الاستثمار في طبقات إضافية يمكن أن يعزز أداء المنتج وفعاليته من حيث التكلفة. ملء الفتحات مقابل الفتحات العابرة: قد تكون هناك أيضًا اختلافات في التكلفة بين تكوينات ملء الفتحات والفتحات العابرة. يمكن ملء الفتحات الدقيقة في ملء الفتحات بالنحاس، بينما لا يمكن ملء الفتحات الدقيقة في الفتحات العابرة. يتطلب ملء الفتحات العمياء المدفونة المزيد من المواد والوقت. حجم PAD: من المهم تحديد حجم PAD في أقرب وقت ممكن للمساعدة في خفض التكاليف. سيساعدك فهم حجم لوحة التوزيع (PAD) المناسب على تخطيط التصميم بفعالية واقتصادية. دورة الإنتاج: قد يؤدي طلب تسليم عاجل للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى ارتفاع التكاليف نظرًا للحاجة إلى موارد إضافية لتلبية الطلب المُعجّل. أحيانًا، قد تنشأ مواقف طارئة خارجة عن سيطرتك، لكن التخطيط المسبق للطلبات يُحسّن من كفاءة التكلفة. تُقدم SprintPCB مهلة إنتاج سريعة وخدمة عملاء ممتازة. مورد لوحات الدوائر المطبوعة: سيؤثر اختيارك لشريك لوحات الدوائر المطبوعة بشكل كبير على تكلفة لوحات HDI الخاصة بك. عليك اختيار مورد يُقدم أسعارًا تنافسية مع توفير منتجات عالية الجودة بفعالية لضمان فعالية التكلفة. يُفضل طلب منتجات عالية الجودة على طلب قطع غيار للإصلاح أو الاستبدال.

ما هي مفاتيح التصميم الناجح لـHDI PCB؟

بالمقارنة مع لوحات الدوائر التقليدية، تتميز لوحات الدوائر عالية الكثافة (HDI) عادةً بكثافة أسلاك ووسادات أعلى. كما تتميز بعرض ومسافات أصغر للمسارات. تتحقق هذه الخصائص من خلال دمج تقنيات مثل الفتحات العمياء، والفتحات المدفونة، والفتحات الدقيقة. كما أن هذه التطورات التكنولوجية تجعلها أكثر تكلفة مقارنةً بلوحات الدوائر التقليدية. المبادئ الرئيسية الثلاثة لتصميم لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة هي كما يلي: أولاً، على عكس لوحات الدوائر التقليدية ذات الثقوب المطلية (PTH)، سيتم استخدام الفتحات الدقيقة. سيؤدي ذلك إلى زيادة كثافة توجيه الطبقات الداخلية. ثانيًا، سيتعين عليك التفكير في طريقة جديدة لتكديس الطبقات تساعد في التخلص من الفتحات الدقيقة. ثالثًا، تأكد من أن وضع الفتحات الدقيقة يسمح بإنشاء قنوات وسبل لتحسين التوجيه.

تطبيق HDI PCB

تطبيق hdi-pcb

تُعدّ لوحات الدوائر المطبوعة عالية الدقة (HDI PCB) مناسبة لمختلف الصناعات. وكما ذكرنا سابقًا، يُمكن استخدامها في جميع أنواع الأجهزة الرقمية، مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، ويُعدّ التصغير أساسًا لتطبيقاتها الفعّالة. كما يُمكن استخدامها في المركبات، مثل السيارات والطائرات وغيرها من المركبات التي تعتمد على المنتجات الإلكترونية. فيما يلي بعض تطبيقات لوحات الدوائر المطبوعة عالية الدقة (HDI PCB) :

المنتجات الإلكترونية في صناعة السيارات (الملاحة، نظام تحديد المواقع العالمي، الخ.)

تطبيقات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من لوحة الدوائر المطبوعة عالية الدقة (HDI-PCB) في السيارات الذكية

الهواتف الذكية والهواتف المحمولة

تطبيقات لوحات الدوائر المطبوعة عالية الدقة (HDI-PCB) في الهواتف الذكية والمحمولة

أجهزة الكمبيوتر المحمولة

تطبيقات أجهزة الكمبيوتر المحمولة ذات لوحة الدوائر المطبوعة عالية الدقة (HDI-PCB)

أجهزة الألعاب

تطبيقات لوحات المفاتيح الرقمية للألعاب HDI

التقنيات القابلة للارتداء (Apple Watch، وأجهزة تتبع اللياقة البدنية، وما إلى ذلك)

تطبيقات أجهزة HDI-PCB القابلة للارتداء

الاتصالات السلكية واللاسلكية

تطبيقات HDI-PCB-الاتصالات

اتجاهات التنمية المستقبلية لصناعة HDI

على الرغم من أن الصين أصبحت أكبر سوق للوحات الدوائر المطبوعة على مستوى العالم، إلا أن الطاقة الإنتاجية في البر الرئيسي لا تزال تركز في المقام الأول على المنتجات منخفضة التقنية ومنخفضة القيمة المضافة. ووفقًا لإحصاءات Prismark، في عام 2016، شكل البر الرئيسي 19.1٪ و13.5٪ و10.4٪ من قيمة الإنتاج في أسواق لوحات الدوائر المطبوعة المكونة من 4 طبقات و6 طبقات و8-16 طبقة على التوالي. وكان لحجم مبيعات لوحات حاملة IC واللوحات عالية الطبقات المكونة من 18 طبقة فأكثر حصة صغيرة، حيث بلغت 2.7٪ و1.2٪ فقط على التوالي. بلغت حصص السوق للوحات HDI واللوحات المرنة 16.5٪ و17.1٪ على التوالي. في الوقت الحالي، تتسارع عملية البقاء للأصلح في صناعة البر الرئيسي في الصين، وتدخل صناعة لوحات الدوائر المطبوعة مرحلة من الترقية. لا تزال المنتجات الراقية والمتطورة تتركز في اليابان وتايوان وكوريا الجنوبية وأوروبا الغربية. من الناحية التكنولوجية، لا تزال اليابان المنتج الرائد عالميًا للوحات الدوائر المطبوعة عالية الجودة، متخصصة في لوحات HDI المتقدمة، وركائز التغليف، واللوحات المرنة عالية الكثافة. لا تزال الولايات المتحدة تحافظ على قدراتها البحثية والإنتاجية للوحات الدوائر المطبوعة شديدة التعقيد، مع التركيز بشكل أساسي على اللوحات متعددة الطبقات عالية الجودة، والتي تُستخدم على نطاق واسع في القطاعات العسكرية والفضائية والاتصالات المحلية. كما دخلت كوريا الجنوبية وتايوان تدريجيًا المنافسة في مجالات ذات قيمة مضافة أعلى، مثل ركائز التغليف ولوحات HDI. يدفع الطلب الصناعي التطور السريع لتقنية HDI (الربط عالي الكثافة). تتطور المنتجات الإلكترونية مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة القابلة للارتداء نحو التصغير، وتعدد الوظائف، وعمر البطارية الطويل. على سبيل المثال، قدمت شركة Apple هاتف iPhone 4S تقنية Anylayer HDI لأول مرة، بينما تضمن هاتف iPhone X تقنية SLP (لوحة الدوائر المطبوعة الشبيهة بالركيزة). سمحت تقنية SLP المكدسة للوحة الرئيسية لهاتف iPhone X بأن تكون 70% فقط من حجم اللوحة الرئيسية لهاتف iPhone 8 Plus. مع الترقية إلى تقنية اتصالات الجيل الخامس، اعتمدت هواوي وأوبو وفيفو على نطاق واسع لوحات Anylayer HDI الرئيسية في طرازاتها من الجيل الخامس، بل شهدت الطرازات السائدة والمنخفضة المستوى زيادة في مستوى HDI في لوحاتها الرئيسية. تطورت لوحات الهواتف الذكية الرئيسية من HDI أحادي الطبقة إلى HDI عالي المستوى وذو مستويات عشوائية، ثم إلى SLP، مع انخفاض مستمر في عرض/تباعد الخطوط وتحسين مستمر في كثافة المكونات. يتسع نطاق منتجات HDI (الربط البيني عالي الكثافة) للسيارات. مع التوجه نحو الذكاء والأتمتة، هناك إمكانات كبيرة للنمو في تكوين وأداء وحدات تحكم مجال المركبات، والتي تشمل أنظمة الترفيه وأنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) وأنظمة القيادة الذاتية. يُسهّل هذا النمو العدد المتزايد من رقائق الحوسبة عالية السرعة المعبأة ضمن حجم محدود. على سبيل المثال، يعتمد جهاز تحكم ADAS من تسلا تصميم HDI من الدرجة الثالثة بثماني طبقات. في المستقبل،ومن المتوقع أن يتبع مسار تطوير اللوحات الرئيسية للسيارات مسارًا مشابهًا لمسار اللوحات الرئيسية للهواتف المحمولة، حيث يتقدم من عمليات HDI ذات المستوى الأدنى إلى المستوى الأعلى.