Mikrovias HDI PCB: Analiza kosztów i korzyści w przypadku układów układanych w stosunku do układów układanych w układzie.

PCB o wysokiej gęstości (HDI) stały się kręgosłupem nowoczesnej elektroniki, umożliwiając miniaturyzację i wydajność wymaganą dla urządzeń 5G, implantów medycznych i czujników IoT. Sercem technologii HDI są mikrowia-szlaki przewodzące o średnicy (≤0,15 mm), które łączą warstwy bez zużywania cennej przestrzeni powierzchniowej. Dwie konfiguracje pierwotnej mikrowia dominują projekt HDI: ułożony i rozłożony. Podczas gdy oba umożliwiają wyższą gęstość składników niż tradycyjne przelotki w otworze, ich koszty, charakterystyka wydajności i przydatność dla określonych zastosowań różnią się znacznie. Niniejszy przewodnik zawiera szczegółową analizę kosztów i korzyści w stosunku do mikrowizmu ułożonych w stos i rozłożonych, pomagając inżynierom i zespołom ds. Zamówień w podejmowaniu świadomych decyzji, które równoważą wydajność, niezawodność i budżet.

Zrozumienie mikrowiznych HDI: ułożone vs. rozłożone
Mikrowi to otwory laserowe lub mechanicznie wiercone miedziane, zaprojektowane do łączenia warstw w PCB HDI. Ich niewielki rozmiar (zazwyczaj średnica 0,1–0,15 mm) i płytka głębokość (≤0,2 mm) pozwalają na mocniejsze odstępy śladowe i wyższą gęstość komponentów niż standardowe VIA.

Ułożone mikropętle
Ułożone mikropętle są wyrównane pionowo, z których każda z górną warstwą bezpośrednio łączy się z A w dolnej warstwie, tworząc ciągłą kolumnę przewodzącą przez wiele warstw. Na przykład ułożona mikrowia może połączyć warstwę 1 z warstwą 2, warstwę 2 z warstwą 3 i tak dalej, tworząc ścieżkę od górnej warstwy do warstwy 4 bez penetrujących warstw pośrednich.

Kluczowa funkcja: Eliminuje potrzebę „pomijania przelotek”, które omijają warstwy, maksymalizując wydajność przestrzeni.

Typowa konfiguracja: Zastosowane w 6+ Warstwach HDI PCB, w których przestrzeń pionowa ma kluczowe znaczenie.

Zachwycone mikrowia
Zachwycone mikropętle są przesunięte w poziomie, bez pionowego wyrównania między przelotkami w sąsiednich warstwach. A przez podłączenie warstwy 1 do warstwy 2 zostanie ustawione między przelotkami łączącymi warstwę 2 z warstwą 3, unikając bezpośredniego pionowego stosu.
Kluczowa funkcja: Zmniejsza naprężenie mechaniczne na połączeniach, ponieważ w jednej linii pionowej nie ma skoncentrowanej masy miedzi.
Typowa konfiguracja: Wspólne w 4–6 warstwy HDI HDI, w których priorytety są priorytetowe.

Porównanie kosztów: ułożone w stosunku do mikrowiali rozłożonych
Różnica kosztów między ułożonymi i rozłożonymi mikropę taki wynika z złożoności produkcyjnej, zużycia materiałów i szybkości wydajności. Oto szczegółowy podział:
1. Koszty produkcji

Całkowity koszt produkcji: Mikrowi ułożone zwykle kosztują o 30–50% więcej niż mikrowiali rozłożone dla równoważnych zliczeń warstw.

2. Koszty materiałowe
Podłoże: Mikroody układane w stosach wymagają niskiej straty, laminatów wysokiego TG (np. Rogers RO4830) w celu utrzymania integralności sygnału ścieżkami pionowymi, zwiększając koszty materiału o 15–20% w porównaniu ze standardowym FR-4 używanym z przelotkami z zatoczonym.
Miedź: Wzory ułożone wymagają o 20–30% więcej miedzi, aby zapewnić niezawodne połączenia przez wiele warstw, dodając do wydatków materiałowych.

3. Wskaźniki wydajności
Ułożone mikropęknię: daje średnio 75–85% ze względu na ścisłe wymagania dotyczące wyrównania i ciągłości. Pojedynczy niewspółponowany przez can może uczynić całą płytkę PCB wadliwą.
Zachęce mikropęknięcia: wydajności są wyższe (85–95%), ponieważ błędy wyrównania mają niższy wpływ na funkcjonalność.
Wpływ kosztów wydajności: W przypadku przebiegu produkcyjnego 10 000 jednostek ułożone w stosy mikrowia wymagałyby ~ 1500 dodatkowych PCB, aby zrekompensować niższe plony, zwiększając całkowite koszty o 15–20%.

Korzyści z wydajności: gdy ułożone mikrowia uzasadniają koszt
Pomimo wyższych kosztów, ułożone w stosy mikrowia oferują zalety wydajności, które sprawiają, że są niezbędne dla niektórych aplikacji:

1. Wyższa gęstość składników
Ułożone mikrofii zmniejszają przestrzeń poziomą wymaganą do przejścia warstw o 40–60% w porównaniu z rozłożonymi wzorami, umożliwiając:
Mniejsze ślady PCB (krytyczne dla urządzeń do noszenia, aparatów słuchowych i czujników dronów).
Wyższe elementy liczy się na metr kwadratowy (do 2000 komponentów vs. 1200 z rozłożonymi przelotkami).
Przykład: PCB ze smartfona 5G przy użyciu ułożonych mikroweksy pasuje do 25% więcej komponentów RF w tym samym obszarze 100 cm² niż rozłożona konstrukcja, umożliwiając szybsze przetwarzanie danych.

2. Ulepszona integralność sygnału
W konstrukcjach o wysokiej częstotliwości (28 GHz+) ułożone w stosy mikrowia minimalizują utratę sygnału przez:
Ścieżki sygnałów skracania (30–40% krótsze niż przelotki rozłożone).
Zmniejszenie nieciągłości impedancji (rozłożone przelotki tworzą „odcinki”, które odzwierciedlają sygnały o wysokiej częstotliwości).
Testy pokazują, że ułożone mikropętle zmniejszają utratę wstawiania o 0,5–1,0dB/cal przy 60 GHz w porównaniu z rozłożonymi projektami - krytyczny dla zastosowań 5G MMWAVE.

3. Lepsze zarządzanie termicznie
Pionowe miedziane kolumny w ułożonych mikrowiaczach działają jako przewody termiczne, rozprowadzając ciepło z gorących komponentów (np. Procesory) do płaszczyzn chłodzących o 20–30% bardziej wydajnie niż przelotki rozłożone. Zmniejsza to hotspoty o 10–15 ° C w gęsto upakowanych PCB, przedłużając żywotność komponentów.

Praktyczne zalety rozłożonych mikrowiasów
Zatoczone mikrofii excel w zastosowaniach, w których koszt, produkcja i niezawodność mają pierwszeństwo przed ekstremalną gęstością:
1. Niższe ryzyko awarii mechanicznej
Zatoczone VIA rozkładają stres bardziej równomiernie na PCB, co czyni je bardziej odpornymi na:
Cyklowanie termiczne (rozłożone przelotki wytrzymują 1500+ cykli vs. 1000+ dla ułożonych przelotek).
Zgięcie mechaniczne (krytyczne dla PCB z elastyczności w urządzeniach motoryzacyjnych i medycznych).
Studium przypadku: Producent motoryzacyjnych PCB ADAS przełączony z ułożonych na mikrowiali rozłożone, zmniejszając awarie pola z powodu wibracji o 40%.

2. Łatwiejsza produkcja i przeróbka
Zatoczone wymagania dotyczące wyrównania mikropęknięcia upraszczają:
Laminowanie (mniej odrzucania z powodu przesunięcia warstwy).
Przeróbka (wadliwe przelotki są łatwiejsze do naprawy bez wpływu na sąsiednie warstwy).
To sprawia, że rozłożone projekty są idealne do produkcji lub prototypowania o niskiej objętości, gdzie szybkie zwrot ma kluczowe znaczenie.

3. Opłacalność gęstości średniej klasy
W przypadku PCB, które nie wymagają ekstremalnej miniaturyzacji (np. Czujniki przemysłowe, urządzenia domowe), rozłożone mikrofii oferują równowagę gęstości i kosztów:
30–40% większa gęstość niż przelotki w otworze.
30–50% niższy koszt niż mikrowia ułożona.

Zalecenia specyficzne dla aplikacji
Wybór między mikrowiasami ułożonymi i rozłożonymi zależy od wymagań aplikacji. Oto jak zdecydować:
1. Wybierz ułożone mikrowia, kiedy:
Gęstość jest krytyczna: urządzenia do noszenia, aparaty słuchowe i moduły 5G, w których rozmiar jest głównym ograniczeniem.
Wydajność wysokiej częstotliwości ma znaczenie: 28 GHz+ 5G, radar i pCBS komunikacji satelitarnej.
Kluczem jest zarządzanie termicznie: urządzenia o dużej mocy (np. Moduły obliczeniowe krawędzi AI) z gęstymi układami komponentów.

2. Wybierz rozłożone mikrowia, kiedy:
Koszt jest priorytetem: elektronika konsumpcyjna (np. TV Smart TV, Hubs IoT) z potrzebami umiarkowanej gęstości.
Niezawodność w trudnych środowiskach: motoryzacyjne, lotnicze i przemysłowe PCB podlegają wahaniom wibracji i temperatury.
Produkcja o niskiej objętości: prototypy lub niestandardowe PCB, w których wydajność i możliwość przeróbki są krytyczne.

Podejścia hybrydowe: Równoważenie kosztów i wydajności
Wiele konstrukcji HDI wykorzystuje hybrydę ułożonych i rozłożonych mikrowiasowych, aby zoptymalizować koszty i wydajność:
Ścieżki krytyczne: ułożone mikrowia w obszarach o wysokiej częstotliwości lub o dużej gęstości (np. Podkładki BGA).
Obszary niekrytyczne: rozłożone mikropęknięcia w regionach mocy lub niskiej prędkości.
Podejście to obniża koszty o 15–20% w porównaniu z pełnymi projektami ułożonymi przy jednoczesnym zachowaniu wydajności w sekcjach krytycznych.

Studium przypadku: koszt-benefit w 5G PCB stacji bazowych
Producent telekomunikacyjny ocenił ułożone w stos i rozłożone mikrofii na 12-warstwową płytkę PCB stacji bazowej 5G:

Decyzja: Producent wybrał projekt hybrydowy - opakowane mikrowia na ścieżce sygnałowej 28 GHz, rozłożone gdzie indziej - osiągając 80% korzyści z wydajności przy 90% kosztów pełnego ułożonego przelotek.

Przyszłe trendy w mikrowi HDI
Postępy w produkcji zacierają granice między mikrowiasami ułożonymi i rozłożonymi:
Zaawansowane wiercenie laserowe: lasery nowej generacji o ± 1 μm dokładności zmniejszają koszty wyrównania w stosunku do przelotek.
Projekt oparty na AI: Narzędzia do uczenia maszynowego optymalizuj umiejscowienie mikrowiali, zmniejszając potrzebę konfiguracji czystej lub zatoczonej.
Innowacje materialne: Nowe laminaty o lepszej przewodności cieplnej poprawiają wydajność rozłożonych przelotków w zastosowaniach o dużej mocy.

FAQ
P: Czy w tej samej płytce można stosować i rozłożone mikrowizgi?
Odp.: Tak, projekty hybrydowe są powszechne, przy użyciu ułożonych przelotek w obszarach o wysokiej gęstości/wysokiej częstotliwości i rozłożonych przelotkach gdzie indziej w celu zrównoważenia kosztów i wydajności.

P: Jaka jest najmniejsza możliwa średnica mikrowiali z ułożonymi i rozłożonymi wzorami?
Odp.: Mikrowi ułożone mogą być tak małe, jak 0,05 mm (50 μm) z zaawansowanym wierceniem laserowym, podczas gdy mikropętle rozłożone zwykle wynoszą od 0,1–0,15 mm.

P: Czy mikrowiasie rozłożone są odpowiednie do Flex PCB?
Odp.: Tak, mikrowiale rozłożone są preferowane dla Flex PCB, ponieważ ich konstrukcja przesunięcia zmniejsza stężenie naprężeń podczas zginania, minimalizując ryzyko pękania.

P: W jaki sposób liczba warstw wpływa na różnicę kosztów między mikrowiącymi układami ułożonymi i rozłożonymi?
Odp.: Różnica kosztów rozszerza się wraz z liczbą warstwy. W 4-warstwowych PCB ułożone w stosy VIA kosztują ~ 30% więcej; W 12-warstwowych PCB różnica może osiągnąć 50% ze względu na zwiększone wymagania dotyczące wyrównania i inspekcji.

Wniosek
Wybór między mikrowiami ułożonymi i rozłożonymi w PCB HDI zależy od kosztów równoważenia, gęstości i wydajności. Ułożone mikropętle uzasadniają ich 30–50% wyższy koszt w aplikacjach wymagających ekstremalnej miniaturyzacji, wydajności o wysokiej częstotliwości i wydajności cieplnej-takich jak urządzenia 5G i implanty medyczne. Tymczasem rozłożone mikrofii oferują opłacalne rozwiązanie potrzeb gęstości średniej, z lepszą niezawodnością w trudnych środowiskach.
W przypadku wielu projektów podejście hybrydowe zapewnia najlepsze z obu światów, przy użyciu ułożonych przelotek w krytycznych obszarach i rozłożonych przelotkach gdzie indziej. Wyrównując konfigurację Microvia z wymaganiami aplikacji, inżynierowie mogą zoptymalizować PCB HDI zarówno pod względem wydajności, jak i kosztów.
Kluczowe na wynos: Mikrowi ułożone i rozłożone nie są konkurującymi technologiami, ale uzupełniające się rozwiązania. Właściwy wybór zależy od tego, czy Twoim priorytetem jest ekstremalna gęstość i wydajność czy koszt, niezawodność i możliwość produkcji.