أصبحت الوصلات البينية عالية الكثافة بسيطة. تعزيز الأداء بنسبة 40%.

عندما نظرت لأول مرة إلى تصميم HDI PCB، رأيت نفس القلق لدى العديد من الفرق الهندسية: المزيد من المكونات، ومساحة أقل للوحة، وقواعد إشارة أكثر صرامة، ولا يوجد مجال للتأخير الذي يمكن تجنبه. تبدو عبارة "أداء أكثر بنسبة 40%" جذابة، ولكنها تحتاج إلى سياق. لا يُنشئ HDI مكاسب أداء ثابتة لكل لوحة. تعتمد النتيجة على تصميم المكدس وطول التتبع وسرعة الإشارة والمواد والتخطيط الحراري وجودة الإنتاج. يمكن أن يساعد تصميم HDI المخطط جيدًا المنتج على استخدام المساحة بشكل أكثر فعالية، وتقصير الاتصالات المهمة، ودعم كثافة المكونات الأعلى. ### حيث يمكن لـ HDI تحسين اللوحة، يستخدم HDI، أو التوصيل البيني عالي الكثافة، ميزات مثل microvias، والآثار الدقيقة، وطبقات البناء المتسلسلة. تساعد هذه الميزات على توصيل المكونات ذات المسافة الصغيرة دون جعل اللوحة أكبر. عادةً ما أنظر إلى أربع مناطق: - طول مسار الإشارة - موضع المكونات - توصيل الطاقة - التوازن الحراري يمكن أن يؤدي مسار الإشارة الأقصر إلى تقليل التأخير والضوضاء غير المرغوب فيها. يمكن أن يؤدي الوضع الأفضل إلى توفير مساحة للبطاريات أو أجهزة الاستشعار أو الموصلات أو أجزاء التبريد. يمكن أن يساعد تخطيط الطاقة الأقوى اللوحة على التعامل مع الأحمال المتغيرة مع انخفاضات أقل في الجهد. وينبغي قياس الكسب الفعلي من خلال الاختبار. قد تتضمن البيانات المفيدة فقدان الإشارة والقراءات الحرارية ووقت التمهيد واستقرار الطاقة وحجم اللوحة. ### مثال عملي على التصميم تخيل جهاز مراقبة طبي صغير الحجم يحتاج إلى معالج ووحدة لاسلكية وذاكرة وموصل عرض والعديد من أجهزة الاستشعار. قد يتطلب ثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدي متعدد الطبقات مساحة سطح أكبر لتوجيه كافة الاتصالات. قد يواجه فريق المنتج بعد ذلك حاوية أكبر أو مساحة محدودة للبطارية. يمكن لهيكل HDI أن يضع المكونات بالقرب من بعضها البعض ويوجه الإشارات عبر microvias. قد يتم وضع اللوحة داخل مبيت أصغر مع الحفاظ على نفس الوظائف الرئيسية. التحسن لا يتعلق فقط بالسرعة. يمكن للوحة الأصغر أيضًا أن تدعم حاوية أخف ومسار اتصال أقصر بين الأجزاء عالية السرعة. لا تزال النتيجة النهائية تعتمد على اختيار المواد والتحكم في المعاوقة ودقة التجميع وتغطية الاختبار. ### كيف أقوم بتقييم المكاسب المحتملة، أبدأ بمتطلبات المنتج بدلاً من الوعد بنسبة مئوية ثابتة. 1. مراجعة اللوحة الحالية أتحقق من حجم اللوحة، وعدد الطبقات، ودرجة المكونات، والواجهات عالية السرعة، وقضبان الطاقة، والمناطق الحرارية، ومشكلات الإنتاج المعروفة. وهذا يعطيني خط الأساس. وبدون خط الأساس، فإن عبارة "أداء أفضل بنسبة 40%" ليس لها معنى واضح. 2. حدد الإشارات المهمة قد تحتاج واجهات PCIe وUSB وMIPI وDDR وRF وغيرها من الواجهات السريعة إلى مقاومة يمكن التحكم فيها ومسارات توجيه قصيرة. أقوم بمراجعة طولها من خلال العد ومسار العودة ومصادر الضوضاء القريبة. يمكن أن يساعد المسار الأقصر، لكنه لا يحل محل التخطيط السليم للمكدسات. 3. قم ببناء مكدس HDI ** يجب أن يتوافق هيكل الطبقة مع الإشارة واحتياجات التصنيع. يؤثر حجم الميكروفيا، وسمك العزل الكهربائي، ووزن النحاس، وعرض التتبع، والتصفيح المتسلسل، على التصميم. وأؤكد أيضًا أن المُصنِّع المختار يمكنه إنتاج الهيكل المقترح بنتائج مستقرة. **4. التحقق من الطاقة والحرارة يمكن للوحة الكثيفة توفير المساحة مع خلق مخاوف جديدة تتعلق بالحرارة. أقوم بمراجعة المسارات الحالية والمناطق النحاسية والمنافذ الحرارية ووضع المنظم وتدفق الهواء. قد يظل التخطيط الذي يبدو فعالاً على الشاشة بحاجة إلى تغييرات بعد الاختبار الحراري. 5. مقارنة النتائج المقاسة أقارن إصدار HDI بالتصميم السابق باستخدام نفس شروط الاختبار. قد تتضمن المقارنة ما يلي: - مساحة اللوحة - سلامة الإشارة - استقرار الطاقة - درجة الحرارة القصوى - معدل نقل البيانات - إنتاجية التجميع - عدد مراجعات التصميم توضح هذه العملية ما إذا كانت اللوحة قد اكتسبت السرعة، أو وفرت المساحة، أو خفضت الحرارة، أو تحسنت استقرار الإنتاج. ### ما يمكن أن يؤثر على النتيجة HDI ليس اختصارًا لتخطيط الدوائر الضعيفة. يمكن أن يؤدي التجميع السيئ إلى حدوث مشكلات في المعاوقة. يمكن أن تؤدي المنافذ الصغيرة إلى زيادة متطلبات التصنيع. يمكن أن تؤدي المسافات الضيقة إلى زيادة صعوبة الفحص والإصلاح. اختيار المواد مهم أيضا. قد تحتاج اللوحة عالية السرعة إلى مادة ذات أداء عازل مناسب وسلوك مستقر عبر التغيرات في درجات الحرارة. قد لا تحتاج لوحة التحكم ذات السرعة المنخفضة إلى نفس الهيكل المادي. يجب مراجعة التكلفة مع وضع المنتج بأكمله في الاعتبار. قد يؤدي HDI إلى زيادة متطلبات التصنيع، ولكنه قد يقلل من حجم العلبة أو عدد الكابلات أو عدد اللوحات المنفصلة. ### طريقة أكثر أمانًا لتقديم المطالبة بنسبة 40%، ولن أقدم "أداء أكثر بنسبة 40%" كنتيجة مضمونة. والرسالة الأكثر وضوحاً هي: "إن تصميم HDI من الممكن أن يساعد المنتجات الإلكترونية المدمجة في تحسين كفاءة التوجيه وأداء الإشارة. وقد تحقق بعض المشاريع مكاسب تقترب من 40% بعد الاختبار، ولكن النتيجة تعتمد على التصميم الأصلي وعملية التصنيع المختارة". توفر هذه الصياغة للمهندسين توجيهات مفيدة دون إخفاء الشروط الكامنة وراء المطالبة. بالنسبة لمشاريعي، فإن أفضل نتيجة لمؤشر التنمية البشرية ليست أصغر لوحة وحدها. إنها لوحة تلبي أهدافها الكهربائية، وتجتاز الاختبارات الحرارية، ويمكن تصنيعها بجودة مستقرة، وتترك مساحة كافية للاختبار والخدمة. المتطلبات الواضحة والبيانات المقاسة تجعل مطالبة الأداء أكثر فائدة من نسبة مئوية واحدة.

عندما يحتاج المنتج إلى المزيد من الوظائف ولكن مساحة أقل، غالبًا ما يصبح PCB هو العامل المحدد. تتنافس المكونات على المساحة، ويصبح توجيه مسارات الإشارة أكثر صعوبة، وقد تحتاج اللوحة إلى المزيد من الطبقات لدعم التصميم المدمج. أرى هذا التحدي في الهواتف الذكية، والأجهزة القابلة للارتداء، والأدوات الطبية، وأجهزة استشعار السيارات، والماسحات الضوئية المحمولة. توفر تقنية الربط عالي الكثافة، أو تقنية HDI PCB، طريقة عملية لوضع المزيد من الاتصالات في منطقة لوحة أصغر. لا يعني مؤشر التنمية البشرية (HDI) ببساطة "جعل اللوحة أصغر حجمًا". ويعني ذلك استخدام الميكروفيات الخاضعة للرقابة، والآثار الدقيقة، والوسادات الأصغر حجمًا، والوصلات المكدسة أو المتداخلة لاستخدام المساحة المتاحة بعناية أكبر. يمكن للوحة الأصغر حجمًا أن تدعم تصميمًا أقوى للمنتج عندما يعمل التخطيط والمواد وعملية التصنيع وخطة الاختبار معًا. ### لماذا يساعد HDI على تقليل حجم اللوحة، تمر الممرات التقليدية عبر الفتحات عبر السُمك الكامل لثنائي الفينيل متعدد الكلور. فهي تشغل مساحة أكبر وقد تحجب مساحة التوجيه عبر عدة طبقات. تستخدم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور HDI microvias، وهي عبارة عن وصلات أصغر بكثير محفورة بالليزر بين الطبقات المحددة. وهذا يمنح المصممين المزيد من خيارات التوجيه بالقرب من مناطق المكونات الكثيفة. يمكنني وضع ميكروفيا داخل لوحة المكونات أو بالقرب منها عندما تسمح عملية التصميم والتصنيع بذلك. يؤدي ذلك إلى تقصير مسار الاتصال وإتاحة مساحة للإشارات القريبة. تتضمن ميزات HDI الشائعة ما يلي: - Microvias - أنماط الخطوط الدقيقة والمساحة الدقيقة - هياكل عبر اللوحة - التصفيح المتسلسل - كثافة اتصال عالية من طبقة إلى طبقة - مسارات أقصر للإشارات عالية السرعة تدعم هذه الميزات الخطوط العريضة للوحة الأصغر مع الحفاظ على التخطيط منظمًا. ### مثال عملي خذ بعين الاعتبار ماسح الباركود المحمول المستخدم في أحد المستودعات. قد يحتاج المنتج إلى وحدة كاميرا واتصال لاسلكي وشاشة عرض ونظام بطارية وأزرار ودائرة شحن. يمكن أن يؤدي وجود PCB أكبر إلى تسهيل عملية التوجيه، ولكنه قد يزيد من حجم حاوية الماسحة الضوئية. يمكن أن يؤثر ذلك على راحة القبضة ووضع البطارية والمساحة المتاحة للأجزاء الأخرى. قد يقوم HDI PCB بوضع المعالج والذاكرة وموصل الكاميرا والقسم اللاسلكي بالقرب من بعضهما البعض. يمكن أن تساعد Microvias في توجيه الإشارات عبر المناطق الكثيفة دون استخدام منافذ كبيرة عبر الفتحات. والنتيجة ليست منتجًا أفضل تلقائيًا. لا يزال فريق التصميم بحاجة إلى مراجعة الحرارة وسلامة الإشارة وحدود التجميع واحتياجات الإصلاح وتكلفة الإنتاج. يخلق HDI المزيد من حرية التخطيط، ولكن يجب أن يتوافق كل اختيار تصميم مع متطلبات المنتج. ### من أين تأتي قيمة التصميم الإضافية عادةً ما أنظر إلى فوائد دليل التنمية البشرية من خلال أربعة مجالات. مساحة توجيه أكثر قابلية للاستخدام تسمح الآثار الدقيقة والمنافذ الصغيرة بمزيد من الاتصالات في الأقسام المزدحمة. هذا يمكن أن يقلل من الحاجة إلى مخطط تفصيلي أكبر للوحة. ** مسارات إشارة أقصر ** يمكن أن تدعم الاتصالات القصيرة التصميمات عالية السرعة عن طريق تقليل طول التتبع غير الضروري. تعتمد النتيجة الكهربائية على التحكم في المعاوقة، وتخطيط التجميع، واختيار المواد، وجودة التخطيط. وضع أفضل للمكونات تمنح تقنية HDI المصممين حرية أكبر في وضع الحزم الصغيرة والوحدات المدمجة. يمكن للتخطيط الجيد التخطيط أن يقلل من المساحات غير المستخدمة بين الأجزاء. احتمالية تقليل الطبقة يمكن لبعض اللوحات تحقيق كثافة التوجيه المطلوبة من خلال بنية طبقة أكثر كفاءة. يعتمد العدد الفعلي للطبقة على كمية الإشارة، وتصميم الطاقة، والحدود الميكانيكية، والقدرة على التصنيع. ### كيف أتعامل مع مشروع HDI PCB أنا لا أبدأ بأصغر مخطط ممكن للوحة. يمكن لهذا النهج أن يخلق مشاكل في التصنيع والاختبار لاحقًا. أبدأ بمتطلبات المنتج: 1. تحديد حجم وشكل اللوحة المستهدفة. 2. قم بإدراج المكونات الرئيسية وأنواع العبوات الخاصة بها. 3. حدد المناطق التناظرية عالية السرعة والطاقة والترددات اللاسلكية والحساسة. 4. مراجعة حجم الإنتاج المتوقع. 5. قم بتأكيد الحد الأدنى من التتبع والمساحة وحدود microvia الخاصة بمصنع PCB. 6. قم ببناء طبقة مكدسة قبل التوجيه التفصيلي. 7. التحقق من المسارات الحرارية والوصول إلى المكونات. 8. مراجعة طرق التجميع والفحص والاختبار. 9. قم بإجراء فحوصات الإشارة والطاقة والموثوقية. 10. قم بتأكيد التصميم من خلال اختبار النموذج الأولي. تساعد هذه العملية على ربط التصميم الكهربائي بخطة الإنتاج. قد يظل التخطيط الذي يبدو جيدًا على الشاشة بحاجة إلى تغييرات عند مراعاة حدود الحفر أو التصفيح أو اللحام أو الفحص. ### التكلفة تحتاج إلى مراجعة متأنية يمكن أن يؤدي مؤشر HDI إلى تقليل حجم اللوحة، ولكنه قد يزيد من تكلفة التصنيع. يمكن أن يؤثر الحفر بالليزر، والتصفيح المتسلسل، والتحكم الأكثر صرامة في التسجيل، والفحص الأكثر تطلبًا على عرض الأسعار. أقوم بمقارنة التأثير الكامل للمنتج بدلاً من النظر فقط إلى سعر ثنائي الفينيل متعدد الكلور. قد تؤدي اللوحة الأصغر حجمًا إلى تقليل حجم العلبة أو طول الكابل أو مساحة التجميع أو وزن المنتج. وقد يسمح أيضًا بمزيد من الوظائف داخل نفس السكن. يمكن لهذه العوامل تغيير قيمة مؤشر التنمية البشرية لكل مشروع. بالنسبة إلى لوحة تحكم بسيطة ومنخفضة الكثافة، قد يكون PCB القياسي متعدد الطبقات مناسبًا بشكل أفضل. بالنسبة لجهاز صغير الحجم يحتوي على مكونات دقيقة ومساحة داخلية محدودة، قد يوفر HDI مسارًا تصميميًا أقوى. ### أسئلة يجب طرحها على مورد ثنائي الفينيل متعدد الكلور قبل البدء في الإنتاج، أود أن أسأل المورد: - ما هو الحد الأدنى لحجم الميكروفيا المثقوبة بالليزر؟ - هل يمكنك دعم خاصية via-in-pad وكيف يتم ملؤها؟ - ما هي الهياكل المكدسة التي تنتجها بانتظام؟ - ما هو عرض التتبع والتباعد الذي يمكنك التحكم فيه من حيث الحجم؟ - كيف يمكنك فحص الميكروفياس ومحاذاة الطبقة الداخلية؟ - ما هي التشطيبات السطحية المتوفرة؟ - هل يمكنك دعم قيم المعاوقة المطلوبة؟ - ما هي طرق اختبار النموذج والإنتاج التي تستخدمها؟ - ما هي ملفات التصميم وملاحظات التصنيع التي تحتاجها؟ يمكن للإجابات الواضحة في هذه المرحلة أن تمنع تغييرات التخطيط بعد اكتمال العمل الهندسي. ### الحجم الأصغر لا يعني البساطة يمكن للوحة PCB المدمجة ذات التصميم عالي الدقة (HDI) تحسين استخدام المساحة، ولكن الكثافة تزيد أيضًا من الحاجة إلى التخطيط الدقيق. قد تتراكم الحرارة بالقرب من المعالجات أو أجزاء الطاقة. قد يصبح الوصول إلى الإصلاح محدودًا. يمكن أن تتطلب الحزم ذات الدرجة الدقيقة تحكمًا أكثر صرامة في التجميع. أوصي بمعاملة HDI كطريقة تصميم كاملة بدلاً من كونها ميزة PCB واحدة. أفضل نتيجة تأتي من التعاون بين مهندس التخطيط والفريق الميكانيكي ومهندس المكونات والمجمع والشركة المصنعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور. عندما يكون هدف التصميم واضحًا وحدود العملية معروفة، يمكن لـ HDI مساعدة المنتج على استخدام مساحة أقل على اللوحة مع دعم الوظائف المطلوبة. السؤال الصحيح ليس فقط "إلى أي حد يمكن أن يصبح مجلس الإدارة صغيراً؟" وهو أيضًا "ما الحجم الذي يوفر أفضل توازن بين الأداء والموثوقية والتكلفة والتحكم في الإنتاج؟"

تواجه العديد من فرق PCB نفس المشكلة: يجب أن تحمل اللوحة المزيد من الإشارات، وأن تتناسب مع مساحة أصغر، وتحافظ على أداء مستقر. قد يصل ثنائي الفينيل متعدد الكلور القياسي متعدد الطبقات إلى حد التوجيه الخاص به قبل أن يصبح التصميم جاهزًا للإنتاج. يمكن أن تؤثر الآثار الطويلة ومناطق الهروب المزدحمة ومسارات الطاقة الضعيفة على جودة الإشارة وتجعل تغييرات التخطيط باهظة الثمن. يمكن أن تساعد تقنية HDI PCB في حل هذه المشكلات. ويستخدم الميكروفياس والخطوط الدقيقة والوسادات الأصغر حجمًا وهياكل التوجيه عالية الكثافة لإنشاء اتصالات أقصر وأكثر مباشرة. قد يكون من الممكن زيادة الأداء بنسبة تصل إلى 40% في تصميم معين، ولكن النتيجة تعتمد على هيكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأصلي، وسرعة الإشارة، وتخطيط الطاقة، والمواد، وطريقة الاختبار. لا يمثل مؤشر التنمية البشرية (HDI) نسبة ترقية ثابتة لكل منتج. ## حيث يمكن لـ HDI تحسين أداء PCB عادةً ما ألقي نظرة على أربعة مجالات قبل التوصية بـ HDI: سلامة الإشارة، وكثافة التوجيه، وحجم اللوحة، وتوصيل الطاقة. يمكن أن تؤدي الوصلات الأقصر إلى تقليل الحث الطفيلي وانعكاس الإشارة غير المرغوب فيها. يمكن أن يدعم ذلك واجهات عالية السرعة مثل USB 3.x وPCIe وMIPI وذاكرة DDR والروابط الرقمية السريعة الأخرى. توفر Microvias أيضًا للمصممين المزيد من خيارات التوجيه بين الطبقات. يمكن أن تتحرك الإشارة بين الطبقات القريبة دون استخدام فتحة كبيرة عبرها تحجب المساحة عبر اللوحة بأكملها. يساعد ذلك عندما يحتوي التصميم على حزم BGA دقيقة أو موصلات مدمجة أو وحدات استشعار كثيفة. قد تعمل اللوحة الأصغر حجمًا أيضًا على تحسين تكامل المنتج. غالبًا ما تستخدم الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء والأدوات الطبية وأجهزة التحكم الصناعية المدمجة هياكل HDI لأن كثافة المكونات عالية ومساحة العلبة محدودة. الفائدة لا تقتصر على الحجم. يمكن لبنية الطبقة الأفضل تقصير المسارات الحرجة وتسهيل التحكم في مسارات العودة الحالية. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل أعمال التصحيح أثناء اختبار النموذج الأولي. ## كيف أقوم بتقييم مطالبة الأداء بنسبة 40% تحتاج المطالبة المئوية إلى طريقة قياس واضحة. أنا لا أعتبر عبارة "أفضل بنسبة 40%" بمثابة وعد عام. وأنا أطرح هذه الأسئلة: - ماذا يعني الأداء في هذا المشروع؟ - هل الهدف هو سرعة أعلى للبيانات، أو فقدان أقل للإدراج، أو حجم لوحة أصغر، أو سلوك حراري أفضل، أو أخطاء إشارة أقل؟ - ما هو مكدس ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأصلي؟ - ما هي معدات الاختبار ونقاط الاختبار التي سيتم استخدامها؟ - هل ستستخدم المقارنة نفس المكونات والبرامج الثابتة وظروف التشغيل؟ على سبيل المثال، إذا كانت اللوحة التقليدية تحتوي على آثار طويلة عالية السرعة تؤدي إلى فقدان الإشارة، فقد تؤدي إعادة تصميم HDI إلى تقليل طول المسار وتحسين نتائج مخطط العين. إذا كانت اللوحة الأصلية تحتوي بالفعل على مجموعة قوية وتوجيه يتم التحكم فيه بشكل جيد، فقد يكون كسب HDI أصغر. هذا النهج يحمي المشروع من المطالبات التسويقية الغامضة. كما أنه يمنح الفريق الهندسي هدفًا مفيدًا يمكن التحقق منه من خلال المحاكاة والاختبار. ## الخطوة 1: مراجعة PCB الموجود أبدأ بملفات التصميم الحالية، والتكديس، ووضع المكونات، وسجلات الفشل. يجب أن تغطي المراجعة ما يلي: - عدد الطبقات وسمك النحاس - من خلال النوع ومن خلال قيود المجال - عرض التتبع والتباعد - خطوة BGA وتوجيه الهروب - طول الشبكة عالي السرعة - توزيع الطاقة والأرض - نتائج اختبار EMI - الحدود الحرارية - إنتاجية التصنيع وتاريخ الإصلاح قد تظهر اللوحة مزدحمة بسبب سوء وضعها بدلاً من عدم وجود طبقات. يمكن أن يؤدي نقل المعالج أو جهاز الذاكرة أو الموصل إلى تقليل ضغط التوجيه قبل تقديم HDI. ## الخطوة 2: تحديد بنية دليل التنمية البشرية الصحيحة لا يعني دليل التنمية البشرية استخدام البنية الأكثر تعقيدًا المتاحة. قد يكون التصميم البسيط 1+N+1 كافيًا لمنتج واحد، بينما قد يتطلب الجهاز المحمول الكثيف بنية microvia مكدسة أو متداخلة أكثر تقدمًا. تتضمن الخيارات الشائعة ما يلي: - طبقات بناء ميكروفيا - ميكروفيا متداخلة - ميكروفيا مكدسة - فيا مدفونة - عبر اللوحة - مؤشر التنمية البشرية لأي طبقة يؤثر كل خيار على التكلفة وضوابط التصنيع والموثوقية واحتياجات الفحص. يمكن أن يساعد نظام Via-in-pad في توجيه BGA بدقة، ولكنه يحتاج إلى تعبئة وتخطيط مناسبين. يمكن أن تؤدي العملية غير المناسبة إلى حدوث مشكلات في اللحام أو الموثوقية. أفضّل هيكل HDI الأقل تعقيدًا والذي يلبي الأهداف الكهربائية والميكانيكية. وهذا يجعل التصميم أسهل في التصنيع والمراجعة. ## الخطوة 3: إنشاء مجموعة مكدسة يمكن التحكم فيها مجموعة أدوات HDI الجيدة تدعم كلاً من التوجيه وسلوك الإشارة. يجب أن تحدد المجموعة ما يلي: - سُمك العازل - وزن النحاس - أهداف المعاوقة - المستويات المرجعية - قطر الميكروفيا - حجم لوحة الالتقاط - سمك اللوحة النهائية - اختيار المواد تحتاج الآثار عالية السرعة إلى مستوى مرجعي ثابت. يمكن أن يؤدي التتبع الضيق بدون مسار إرجاع مستمر إلى حدوث ضوضاء، حتى عندما يبدو طول التتبع مقبولاً. اختيار المواد مهم أيضا. قد يعمل معيار FR-4 مع العديد من المنتجات، في حين أن التصميمات ذات السرعة العالية أو درجات الحرارة المرتفعة قد تحتاج إلى مادة ذات خصائص عازلة وحرارية مناسبة. يجب أن يأتي القرار من المحاكاة وظروف التشغيل والقدرة الإنتاجية بدلاً من تسمية المادة العامة. ## الخطوة 4: المحاكاة قبل التصنيع أستخدم المحاكاة للتحقق مما إذا كان تغيير مؤشر التنمية البشرية يحل المشكلة الفعلية. تتضمن الفحوصات المفيدة ما يلي: - التحكم في المعاوقة - فقدان الإدراج - فقدان الإرجاع - الحديث المتبادل - مخطط العين - سلامة الطاقة - انخفاض التيار المستمر - التوزيع الحراري يمكن أن يؤدي المسار الأقصر إلى تحسين سلوك الإشارة، ولكنه لا يحل كل مشكلة. لا تزال جودة الموصل وهروب الحزمة وانتقالات الطبقة وضوضاء الطاقة والتأريض تحد من أداء النظام. والمثال العملي هو وحدة الكاميرا المدمجة المزودة بمستشعر صور عالي السرعة. إذا مرت ممرات البيانات عبر عدة مسارات طويلة وانتقالات للطبقات، فإن إعادة تصميم HDI يمكن أن تضع المستشعر والمعالج بالقرب من بعضهما البعض، وتقليل طول المسار، وإنشاء مسارات مرجعية أكثر وضوحًا. وينبغي تأكيد الكسب الفعلي من خلال القياس بدلا من افتراضه من علامة دليل التنمية البشرية. ## الخطوة 5: التحقق من مخاطر التصنيع يعتمد أداء HDI على التحكم في العملية. قبل الإصدار، أؤكد قدرة الشركة المصنعة على: - ميكروفيا محفورة بالليزر - حشو النحاس - حفر الخطوط الدقيقة - دقة التسجيل - من خلال اختبار الموثوقية - فحص AOI والأشعة السينية - اختبار المعاوقة - الانتهاء من السطح النهائي يجب أن تتطابق قواعد التصميم مع المورد المحدد. قد يؤدي عرض التتبع الذي يعمل في نموذج أولي معملي إلى إنتاج إنتاج منخفض الحجم. أقوم أيضًا بمراجعة الدراجات الحرارية من خلال التعب وظروف اللحام وتجميع المكونات. يمكن للوحة اجتياز الاختبارات الكهربائية وتظل تواجه مشكلات ميدانية إذا كان هيكلها غير مناسب لبيئة المنتج. ## مفاضلات التكلفة والتصميم يمكن لـ HDI تقليل مساحة اللوحة ودعم كثافة توجيه أعلى، ومع ذلك قد يؤدي إلى رفع تكاليف التصنيع والفحص. يمكن أن تؤدي المزيد من الطبقات المتراكمة، والميكروفيات المكدسة، والهياكل المملوءة عبر اللوحة، ومتطلبات التسجيل الأكثر صرامة إلى زيادة عبء التصنيع. ولهذا السبب، أقوم بمقارنة تكلفة المشروع بالكامل بدلاً من سعر وحدة ثنائي الفينيل متعدد الكلور وحده. قد تؤدي اللوحة الأصغر حجمًا إلى تقليل حجم العلبة أو تعقيد التجميع أو عدد الأجزاء المترابطة. قد يؤدي مسار الإشارة الأفضل أيضًا إلى تقليل دورات النموذج الأولي المتكررة. وينبغي حساب هذه المدخرات من خطة المنتج الفعلية. يعد HDI خيارًا قويًا عندما تحتوي اللوحة على مكونات كثيفة أو إشارات سريعة أو مساحة محدودة أو فشل توجيه متكرر. قد لا يكون هذا هو الاختيار الصحيح للوحة منخفضة السرعة ذات مساحة كبيرة واحتياجات تصنيع بسيطة. وتأتي أفضل نتيجة من مطابقة هيكل مؤشر التنمية البشرية لمشكلة هندسية قابلة للقياس. تحديد هدف الأداء، ومراجعة التخطيط الحالي، واختيار مجموعة مناسبة، ومحاكاة الشبكات الحرجة، وتأكيد النتيجة من خلال الاختبار. يمكن أن يكون التحسين بنسبة 40% هدفًا صالحًا للمشروع في بعض الحالات، ولكن يجب أن يدعم هيكل مجلس الإدارة وبيانات الاختبار هذا الادعاء.

تواجه العديد من فرق PCB نفس مشكلة التصميم: يحتاج المنتج إلى المزيد من الوظائف، ومع ذلك فإن مساحة اللوحة المتاحة تستمر في التقلص. يتم تجميع المزيد من المكونات في مناطق أصغر، ويصبح التحكم في مسارات الإشارة أكثر صعوبة، ويترك توصيل الطاقة مجالًا أقل للخطأ. يمكن لتقنية HDI أن تساعد، ولكن مجرد اختيار مجموعة HDI لا يضمن لوحة أفضل. تعتمد النتيجة على كيفية عمل التصميم والمواد وحدود التصنيع وخطة الاختبار معًا. إنني أنظر إلى HDI من زاوية عملية: تقليل المساحة المهدرة، وحماية جودة الإشارة، وتسهيل بناء اللوحة واختبارها. ### ما الذي يغيره HDI تستخدم لوحات التوصيل البيني عالية الكثافة ميزات مثل microvias والخطوط الدقيقة والوسادات الصغيرة والطبقات المتراكمة المتسلسلة. تسمح هذه الميزات بمرور الاتصالات بين الطبقات القريبة بدلاً من توجيه كل إشارة عبر مسار كامل عبر الفتحة. يمكن أن يدعم هذا التغيير: - المزيد من المكونات داخل نفس منطقة اللوحة - اتصالات أقصر بين الرقائق والذاكرة - توجيه أفضل حول الحزم الدقيقة - وضع أكثر مرونة للطاقة والمسارات الأرضية - أصغر عبر الحقول الموجودة أسفل المكونات المدمجة أو بالقرب منها قد تمر عبر الفتحة التقليدية عبر عدة طبقات حتى عندما يحتاج الاتصال فقط إلى تحريك طبقة واحدة لأسفل. يمكن أن تشغل مساحة التوجيه في كل طبقة على طول الطريق. يستخدم الميكروفيا مسار اتصال أقصر، مما يمنح فريق التخطيط مساحة أكبر. الفائدة ليست فقط في تقليل الحجم. قد تؤدي المسارات الأقصر أيضًا إلى تقليل الحث غير المرغوب فيه وتساعد في التحكم في الإشارات عالية السرعة، بشرط أن تكون مسارات التجميع والعودة مصممة بشكل صحيح. ### التصميم الأسرع يبدأ بحدود واضحة. لا أبدأ مشروع HDI بالسؤال عن عدد الطبقات التي يمكن وضعها في اللوحة. أبدأ بمتطلبات المنتج. يحتاج فريق التصميم إلى إجابات واضحة حول: - مخطط اللوحة وسمكها - أنواع حزم المكونات - سرعة الإشارة ومعايير الواجهة - المستويات الحالية ومناطق الطاقة - عدد الطبقات المطلوبة - الحد الأدنى من التتبع والمساحة - عبر القطر وحجم لوحة الالتقاط - اختيار المواد - عملية التجميع - حجم الإنتاج المتوقع لوحة المعالج المزودة بذاكرة LPDDR لها احتياجات مختلفة عن لوحة الاستشعار المدمجة. قد تحتاج الواجهة عالية السرعة إلى مقاومة يمكن التحكم فيها ومسار عودة مخطط له بعناية. قد تستفيد لوحة التحكم منخفضة السرعة أكثر من توفير المساحة ومرونة وضع المكونات. ملخص التصميم الواضح يقلل من التغييرات المتأخرة. كما أنه يساعد الشركة المصنعة على التحقق مما إذا كان الهيكل المقترح يناسب المعدات المتاحة والتحكم في العمليات. ### مسار تصميم HDI عملي #### 1. بناء مخطط الطبقة حول تدفق الإشارة يجب أن يدعم التجميع الطريقة التي تتحرك بها الإشارات عبر اللوحة. تحتاج طبقات الإشارة عالية السرعة إلى مستويات مرجعية قريبة. تحتاج طبقات الطاقة إلى كمية كافية من النحاس ومسار مناسب للحمل. يجب أن تترك الطبقات الخارجية مساحة لمنصات المكونات، والمروحة الخارجية، والتوجيه. من الأخطاء الشائعة إضافة الطبقات بعد ظهور مشكلات التوجيه. قد يؤدي ذلك إلى حل مشكلة واحدة أثناء إنشاء مشكلات جديدة تتعلق بالسمك أو المعاوقة أو التكلفة أو التصفيح. أفضل مراجعة خطة الطبقة مع مُصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور قبل بدء التخطيط التفصيلي. تغيير بسيط في هذه المرحلة يمكن أن يمنع إعادة تصميم كبيرة لاحقًا. #### 2. حدد الحق من خلال البنية التي قد تستخدمها لوحات HDI: - ميكروفيات الليزر - ميكروفيات مكدسة - ميكروفيات متداخلة - فيا مدفونة - من خلال فيا - هياكل فيا-إن-باد كل خيار يؤثر على التكلفة، والموثوقية، والتفتيش، وخطوات التصنيع. يمكن أن تقلل الميكروفيات المتداخلة بعض ضغوط التصنيع مقارنة بالهياكل المكدسة بالكامل. قد توفر الممرات المكدسة مساحة أكبر، ولكنها تتطلب تحكمًا أقوى في العملية. يمكن أن تساعد تقنية Via-in-pad في الحزم الدقيقة، ولكن غالبًا ما تحتاج المنافذ إلى التعبئة والتخطيط قبل تجميع المكونات. يعتمد الاختيار الصحيح على العبوة، وانتقال الطبقة، وسمك اللوحة، وخطة الإنتاج. الميزات الأصغر ليست هي الإجابة الصحيحة تلقائيًا. #### 3. توجيه الإشارات عالية السرعة مع مسارات العودة الخاصة بها إن تتبع الإشارة ليس سوى جزء من المسار الكهربائي. يحتاج تيار العودة أيضًا إلى مسار مستقر عبر المستوى المرجعي. عندما تتغير طبقات الإشارة، قد يحتاج مسار العودة إلى أرض قريبة عبرها. إذا تغير المستوى المرجعي من الأرض إلى القوة، فإن الانتقال يستحق مراجعة إضافية. يمكن أن تؤدي الفجوة الطويلة أو الانقسام تحت الأثر إلى زيادة الضوضاء والتأثير على المعاوقة. بالنسبة للواجهات مثل USB أو PCIe أو MIPI أو الذاكرة عالية السرعة، أقوم بمراجعة: - طول التتبع والمطابقة - تباعد الأزواج - أهداف المعاوقة - انتقالات الطبقة - استمرارية المستوى المرجعي - عبر طول كعب الروتين - مخاطر الحديث المتبادل - تصميم إطلاق الموصل يمكن أن تدعم المحاكاة عمليات التحقق هذه، لكن قرارات التخطيط الجيدة لا تزال تبدأ بمكدس معقول. #### 4. حافظ على توصيل الطاقة بالقرب من الحمل من الممكن أن تعاني اللوحة المدمجة من مشاكل في الطاقة. قد تؤدي المسارات الضيقة، واتصالات المستوى الضعيفة، والمسارات الطويلة بين المنظم والجهاز إلى حدوث انخفاض في الجهد أو ضوضاء غير مرغوب فيها. ألقي نظرة على مسار الطاقة الكامل: 1. خرج المنظم 2. مسار النحاس أو المستوى 3. الممرات بين الطبقات 4. مكثفات الفصل المحلية 5. دبابيس طاقة المكونات 6. العودة الأرضية يكون المكثف الموجود بالقرب من الجهاز مفيدًا فقط عندما يكون الاتصال بمنافذ الطاقة والأرضية قصيرًا ومنخفضًا المعاوقة. لا تحل المساحة النحاسية الكبيرة كل مشكلة في الطاقة إذا كان التيار يجب أن يمر عبر عنق صغير أو محدود عبر مجموعة. ### مثال شائع: توجيه الذاكرة المدمجة فكر في لوحة حوسبة صغيرة تستخدم معالجًا وذاكرة LPDDR. قد تترك حزم الحزمة مساحة صغيرة للتوجيه التقليدي للخارج. يمكن أن تستهلك الممرات عبر الفتحة قنوات قيمة، كما أن المسارات الطويلة قد تجعل مطابقة الطول أكثر صعوبة. يمكن لبنية HDI وضع microvias بالقرب من منصات الحزمة ونقل الاتصالات المحددة إلى الطبقات الداخلية. قد يؤدي هذا إلى إنشاء المزيد من قنوات التوجيه حول المعالج مع إبقاء آثار الذاكرة أقرب في الطول. ولا يأتي التحسن من كلمة "HDI" وحدها. يأتي ذلك من مزيج من: - نمط هروب مناسب للحزمة - تكديس متحكم فيه - انتقالات طبقة قصيرة - مستويات مرجعية مستقرة - مطابقة دقيقة للطول - مراجعة مبكرة للتصنيع. إذا كانت واجهة الذاكرة لا تزال تظهر مشاكل في التوقيت أو الضوضاء، فيجب على الفريق التحقق من المسار الكهربائي بالكامل بدلاً من افتراض أن المزيد من الميكروفيا ستصلحه. ### الأداء الأفضل يحتاج إلى فحوصات تصميمية تحتاج لوحات HDI إلى فحوصات على عدة مراحل. #### مراجعة التصميم قم بمراجعة التكديس ومجموعة المواد من خلال القواعد وأهداف المعاوقة واستراتيجية هروب المكونات. تأكد من إمكانية إنتاج التصميم المقترح من خلال العملية المحددة. #### مراجعة التخطيط التحقق من استمرارية المستوى، والتباعد، وتوازن النحاس، والمسارات الحرارية، عبر المواقع، ومناطق الابتعاد. انتبه جيدًا للموصلات والدوائر البلورية والهوائيات ومصادر تحويل الطاقة. #### تحليل الإشارة والطاقة استخدم المحاكاة حيث تجعلها سرعة الواجهة أو الطلب على الطاقة مفيدة. قم بمراجعة فقدان الإدراج، وفقدان العودة، والتداخل، وهامش التوقيت، وانخفاض الجهد، والكثافة الحالية بناءً على متطلبات المشروع. #### مراجعة التصنيع اطلب من الشركة المصنعة تأكيد حدود الحفر بالليزر، من خلال احتياجات التعبئة، وتسامح التسجيل، وسمك النحاس، ودورات التصفيح، وتوافق تشطيب السطح. #### اختبار النموذج الأولي اختبار الوصلات عالية السرعة، وقضبان الطاقة، والسلوك الحراري، والملاءمة الميكانيكية. افحص المقاطع الدقيقة أو عينات العمليات الأخرى عندما تبرر مخاطر المشروع المراجعة الإضافية. يجب أن يجيب الاختبار على أسئلة محددة. "هل يعمل المجلس؟" واسع جدًا. والسؤال الأفضل هو ما إذا كانت عين الذاكرة تظل ضمن الهامش المطلوب، أو ما إذا كانت سكة الطاقة تظل ضمن النطاق المسموح به، أو ما إذا كانت البنية عبر اجتازت اختبار الموثوقية المخطط له. ### التحكم في التكلفة دون قطع الميزات المفيدة يمكن لـ HDI رفع تكلفة التصنيع لأنه قد يتطلب الحفر بالليزر، والتصفيح المتسلسل، عبر التعبئة، والتسجيل الأكثر إحكامًا، والفحص الإضافي. يجب أن تتضمن مناقشة التكلفة التأثير الكامل للمنتج. قد تؤدي اللوحة الأصغر حجمًا إلى تقليل حجم العلبة أو طول الكابل أو منطقة التجميع أو وزن النظام. قد يؤدي نمط هروب المكونات الأفضل إلى تقليل عدد الطبقات في جزء آخر من التصميم. قد يؤدي الهيكل الأبسط إلى خفض تكلفة اللوحة مع الاستمرار في تلبية الهدف الكهربائي. أتجنب إضافة ميزات HDI في جميع المجالات دون سبب واضح. قد تحتاج بعض المناطق إلى ميكروفياس، بينما يمكن لمناطق أخرى استخدام فيا قياسية. يمكن للنهج المختلط أن يوفر توازنًا عمليًا بين الكثافة وجهد التصنيع. ### الأخطاء الشائعة التي أراها في مشاريع HDI معاملة كل ميكروفيا كنقطة توجيه مجانية لا تزال Microvias تتطلب التباعد، وهندسة الوسادة، وتسامح الحفر، والتسجيل الموثوق. استخدام اللوحة الداخلية دون التحقق من عملية التجميع قد تتسبب الفتحات غير المملوءة أو التي يتم التحكم فيها بشكل سيئ في فقدان اللحام أو الفراغات أو عدم تساوي تثبيت المكونات. تجاهل توازن النحاس يمكن أن يساهم التوزيع غير المتساوي للنحاس في حدوث اعوجاج وتغير في السُمك أثناء التصفيح. ** التوجيه عبر فجوات المستوى ** قد تستوفي الإشارة قاعدة التتبع الخاصة بها بينما يصبح مسار العودة ضعيفًا. اختيار المواد حسب السعر فقط يمكن أن يؤثر الخسارة والسلوك الحراري والنسيج الزجاجي والموثوقية على التصميم النهائي. الانتظار حتى بعد التخطيط للاتصال بالشركة المصنّعة قد لا تتناسب عملية التجميع التي تبدو مقبولة في التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) مع عملية الإنتاج المحددة. بافتراض أن اللوحة الأصغر حجمًا هي الأفضل دائمًا قد يؤدي التصميم المدمج للغاية إلى حدوث مشكلات تتعلق بالحرارة أو الإصلاح أو الفحص أو التجميع. ### قائمة مرجعية بسيطة للمشروع قبل إصدار تصميم HDI، أتحقق من النقاط التالية: - هل تتوافق المجموعة مع احتياجات الإشارة والطاقة؟ - هل جميع انتقالات الطبقة الحرجة مدعومة بمسار إرجاع؟ - هل الأنواع مناسبة لعملية التعبئة والتغليف والتصنيع؟ - هل تم توثيق أهداف المعاوقة والطول؟ - هل تتم مراجعة المناطق ذات النغمات الدقيقة للتأكد من مخاطر التجميع؟ - هل توزيع النحاس متوازن بشكل معقول؟ - هل تم فحص المسارات الحرارية؟ - هل أكد المصنع الأبعاد الرئيسية؟ - هل ترتبط اختبارات النماذج الأولية بأهداف أداء واضحة؟ - هل يمكن فحص اللوحة وتجميعها وإصلاحها كما هو مخطط لها؟ يعمل HDI بشكل أفضل عندما يتم التعامل معه كطريقة تصميم كاملة بدلاً من ميزة صغيرة تضاف بالقرب من نهاية التخطيط. الهدف ليس استخدام أصغر الأثر أو الأكثر تعقيدًا عبر البنية. الهدف هو إنشاء لوحة تستخدم المساحة بشكل جيد، وتحمل الإشارات مع التحكم، وتوفر الطاقة بشكل موثوق، وتناسب عملية الإنتاج. عندما يقوم الفريق الكهربائي وفريق التخطيط ومهندس المكونات والشركة المصنعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور بمراجعة التصميم معًا، يمكن لـ HDI دعم منتج أصغر وأكثر قدرة دون خلق مخاطر تصنيع يمكن تجنبها. نرحب باستفساراتكم: mr.xu@lingchaopcb.com/WhatsApp +8613780181891.

المراجع دليل تصميم IPC 2023 للتوصيلات البينية عالية الكثافة وتقنية Microvia جون لاو 2022 تصميم أشباه الموصلات والحزمة لتطبيقات PCB عالية السرعة Lee Ritchey 2021 الحق في المرة الأولى في تصميم الأنظمة الرقمية عالية السرعة Eric Bogatin 2020 تبسيط الإشارة وتكامل الطاقة IPC 2020 المعيار العام لتصميم اللوحة المطبوعة Ragnar HK 2019 PCB المتقدم المواد وتصميم الدوائر عالية التردد