Papan Sirkuit Tercetak (PCB) Multilapis Interkoneksi Kepadatan Tinggi (HDI): Mendukung Miniaturisasi & Kinerja Generasi Berikutnya

Citra-citra yang dibuat oleh pelanggan

Dalam perlombaan untuk membuat elektronik yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih kuat, PCB tradisional memukul dinding.dan sensor kendaraan otonom menuntut lebih banyak fungsionalitas di ruang yang semakin sempitDalam hal ini, teknologi yang digunakan adalah PCB multilayer high-density interconnect (HDI): sebuah teknologi yang menggunakan micro-vias, bahan canggih,dan manufaktur presisi untuk mengemas sirkuit kompleks ke dalam jejak kecil. HDI bukan hanya peningkatan; ini adalah revolusi dalam cara elektronik dirancang dan dibangun. Inilah mengapa HDI menjadi tulang punggung perangkat modern, bagaimana cara kerjanya,dan kapan harus memilihnya untuk proyek Anda.

Apa Itu HDI Multilayer PCB?
HDI PCB adalah papan multilayer canggih yang dirancang untuk kepadatan yang ekstrim. Tidak seperti PCB tradisional, yang bergantung pada vias melalui lubang (dibor sepanjang papan) dan jarak jejak yang lebih besar,Penggunaan HDI:

a. Microvias: Lubang kecil yang dibor dengan laser (diameter 6-10 mil) yang menghubungkan lapisan tanpa menembus seluruh papan.
b.Blind/buried vias: Vias yang menghubungkan hanya lapisan permukaan dengan lapisan dalam (blind) atau lapisan dalam satu sama lain (buried), menghemat ruang.
c. Lapisan pembangun: Lapisan dielektrik (isolator) dan tembaga yang tipis dan bergantian, ditambahkan secara bertahap untuk memungkinkan lebar jejak yang lebih halus (≤3 mil) dan jarak yang lebih ketat (≤2 mil).

Desain ini mengurangi jumlah lapisan yang dibutuhkan untuk sirkuit yang kompleks, memperpendek jalur sinyal, dan meminimalkan kebisingan yang penting untuk aplikasi kecepatan tinggi seperti modem 5G atau sensor bertenaga AI.

HDI vs PCB Multilayer Tradisional: Perbandingan Kritis
Perbedaan antara HDI dan PCB tradisional jauh melampaui ukuran.

Bagaimana HDI Multilayer PCB Diproduksi
Produksi HDI adalah proses presisi, menggabungkan mesin canggih dan kontrol kualitas yang ketat untuk mencapai fitur skala mikro.

1. Persiapan inti
HDI seringkali dimulai dengan lapisan tipis (biasanya tebal 0,2 mm) dari bahan berkinerja tinggi seperti FR-4 atau Rogers. Inti ini memberikan stabilitas struktural dan membentuk dasar untuk lapisan pembentukan.

2. Pengeboran Laser untuk Microvias
Pengeboran mekanis tradisional tidak dapat membuat lubang yang lebih kecil dari 50 mil, sehingga HDI menggunakan laser UV atau CO2 untuk mengebor microvias (6-10 mil) dengan akurasi ± 1μm.Langkah ini memastikan vias ditempatkan tepat di mana dibutuhkan, bahkan dalam kelompok yang padat (hingga 100 vias per cm2).

3. Lapisan Bangunan
Lapisan tipis dielektrik (0,05 ∼0,1 mm tebal) dan tembaga (0,5 ∼1 oz) ditambahkan secara bertahap:

a. Dielektrik dilaminasi pada inti, kemudian dibor dengan laser untuk mengekspos titik koneksi.
b. Tembaga dilapisi ke dalam lubang (untuk membentuk vias konduktif) dan diukir menjadi jejak halus (2 ∼ 3 mil lebar) menggunakan fotolitografi.
c. Proses ini diulang untuk setiap lapisan pembentukan, menciptakan struktur yang padat dan berlapis.

4. Pemeriksaan & pengujian
Fitur-fitur HDI yang sangat kecil membutuhkan pemeriksaan kualitas yang ketat:

a.Pemeriksaan Optik Otomatis (AOI): Pemindaian untuk jejak cacat atau vias yang tidak selaras.
b. Pemeriksaan sinar-X: Memverifikasi kualitas plating (tidak ada kekosongan) pada lapisan dalam.
c. Pengujian impedansi: Memastikan integritas sinyal (kritis untuk desain kecepatan tinggi).

Keuntungan Utama dari HDI Multilayer PCB
Desain HDI yang unik dan manufaktur membuka manfaat yang membuatnya sangat diperlukan untuk elektronik modern:

1. Miniaturisasi Ekstrim
Dengan mengganti vias melalui lubang besar dengan microvias dan mengurangi jarak jejak, HDI mengemas 2×4x lebih banyak fungsionalitas ke area yang sama dengan PCB tradisional.

a. PCB smartphone 5G yang menggunakan HDI dapat memuat desain 6 lapisan dalam 10 cm persegi, sedangkan PCB tradisional membutuhkan 8 lapisan dan 15 cm persegi.
b.Perangkat medis yang dapat dipakai (misalnya, monitor glukosa) menggunakan HDI untuk menyusut diameter dari 30 mm menjadi 15 mm, meningkatkan kenyamanan pengguna.

2. Kecepatan sinyal yang lebih cepat & mengurangi kebisingan
Jalur sinyal yang lebih pendek (berkat mikrovia dan vias buta) meminimalkan “penundaan penyebaran” (waktu untuk sinyal melakukan perjalanan) dan mengurangi crosstalk (interferensi antara jejak).

a.Perangkat frekuensi tinggi (5G, radar, Wi-Fi 6E) yang beroperasi pada 28+ GHz.
b.Transmisi data berkecepatan tinggi (misalnya, PCIe 6.0, yang mencapai 64 Gbps).

3. Pengelolaan Termal yang Ditingkatkan
lapisan tipis HDI dan microvias bertindak seperti “pipa panas,” menyebarkan panas lebih merata di seluruh papan.Hal ini mengurangi hotspot sebesar 30-40% dibandingkan dengan PCB tradisional yang penting untuk perangkat yang membutuhkan tenaga seperti chip AI atau pengontrol motor EV.

4. Keandalan yang ditingkatkan
PCB tradisional gagal ketika vias melalui lubang retak di bawah tekanan (misalnya, getaran di mobil).tahan 10 kali lebih banyak siklus termal atau mekanis (per pengujian IPC-TM-650)Hal ini membuat mereka ideal untuk lingkungan yang keras seperti aerospace atau mesin industri.

Tipe PCB HDI Berlapis Banyak: Memilih Kompleksitas yang Tepat
HDI hadir dalam “tier” (atau “order”) yang berbeda berdasarkan kompleksitas.

Aplikasi Terbaik untuk HDI Multilayer PCB
IDH bukanlah solusi yang cocok untuk semua orang, tetapi sangat unggul di sektor-sektor yang sangat diminati ini:

1. Elektronik Konsumen
a.Smartphone/Tablet: Telepon lipat (misalnya, Samsung Galaxy Z Fold) menggunakan HDI untuk menampung modem 5G, kamera, dan baterai dalam desain yang fleksibel dan tipis.
b. Wearables: Jam tangan pintar (Apple Watch) bergantung pada HDI untuk mengemas sensor detak jantung, GPS, dan Bluetooth ke dalam kasus 40mm.

2. Perangkat medis
a. Diagnosis portabel: Sonde ultrasound genggam menggunakan HDI untuk menyusut dari 200g menjadi 100g, sehingga lebih mudah bagi dokter untuk bermanuver.
b.Implantable: Neurostimulator (untuk pengobatan epilepsi) menggunakan bahan HDI biocompatible untuk menampung 8 lapisan sirkuit dalam kasus diameter 10 mm.

3. Elektronik Otomotif
a.ADAS (Advanced Driver Assistance Systems): Modul radar dan LiDAR menggunakan HDI untuk memproses 100+ titik data/detik dalam desain yang kompak dan tahan panas (menoleransi 125°C di bawah kap).
Kontrol EV: Sistem manajemen baterai (BMS) menggunakan HDI untuk memantau 100+ sel di ruang 30% lebih kecil daripada PCB tradisional, mengurangi berat kendaraan.

4. Aerospace & Pertahanan
a.Komunikasi Satelit: Desain ringan HDI (lebih ringan 40% daripada PCB tradisional) mengurangi biaya peluncuran, sementara ketahanan radiasi memastikan keandalan di luar angkasa.
b. Radio Militer: PCB HDI yang kokoh menahan getaran dan suhu ekstrim (-55°C sampai 125°C) dalam perangkat komunikasi medan perang.

Kapan Memilih HDI (dan Kapan Menempel pada PCB Tradisional)
Manfaat IDH datang dengan biaya manufaktur yang lebih tinggi, sehingga tidak selalu diperlukan.

Pilih HDI Jika:
Perangkat Anda harus lebih kecil dari 50 cm persegi (misalnya, wearables, smartphone).
Anda merancang untuk frekuensi tinggi (≥10 GHz) atau kecepatan tinggi (≥10 Gbps).
Keandalan di lingkungan yang keras (getaran, panas) sangat penting.
Anda ingin mengurangi jumlah komponen (kurang konektor, kandang yang lebih kecil).

Tetap dengan PCB Tradisional Jika:
Biaya adalah prioritas utama (misalnya, perangkat konsumen kelas rendah seperti remote control).
Desain Anda sederhana (≤4 lapisan, komponen besar seperti resistor / kapasitor).
Frekuensi operasi rendah (<1 GHz) dan ukuran tidak dibatasi.

Mengatasi Tantangan HDI
Kompleksitas HDI membawa hambatan yang unik, tetapi mereka dapat dikelola dengan perencanaan yang cermat:

a.Biaya yang lebih tinggi: Kompensasi oleh ukuran kandang yang berkurang, lebih sedikit komponen, dan tingkat kegagalan yang lebih rendah (penghematan jangka panjang).
b.Kompleksitas Desain: Gunakan alat CAD khusus HDI (misalnya, Altium Designer dengan modul HDI) untuk memodelkan microvias dan lapisan tumpukan.
c. Batas manufaktur: Bermitra dengan produsen HDI yang berpengalaman untuk berbagi file desain (IPC-2581) untuk memvalidasi kelayakan sebelum produksi.

Kesimpulan
HDI multilayer PCB lebih dari sebuah tren - mereka adalah dasar dari elektronik generasi berikutnya. Dengan memungkinkan miniaturisasi, kecepatan yang lebih cepat, dan keandalan yang lebih besar,HDI memecahkan tantangan terbesar dalam desain perangkat modernMeskipun datang dengan biaya awal yang lebih tinggi, kemampuannya untuk mengecilkan ukuran, meningkatkan kinerja, dan mengurangi kegagalan jangka panjang menjadikannya investasi yang cerdas untuk aplikasi kritis.

Apakah Anda membangun ponsel lipat, perangkat medis yang menyelamatkan nyawa, atau alat militer yang tangguh, HDI memberdayakan Anda untuk mendorong batas-batas apa yang dapat dilakukan elektronik.