Bagaimana Teknologi Interkoneksi Densitas Tinggi Bekerja

Citra-citra yang dibuat oleh pelanggan

High-Density Interconnect (HDI) PCB telah merevolusi desain elektronik, memungkinkan perangkat ramping dan kuat yang mendefinisikan kehidupan modern, mulai dari smartphone 5G hingga monitor kesehatan yang dapat dipakai.Berbeda dengan PCB tradisional, yang berjuang untuk mengemas komponen ke dalam ruang sempit, teknologi HDI menggunakan teknik manufaktur canggih untuk menumpuk lebih banyak koneksi, sinyal yang lebih cepat,dan kepadatan komponen yang lebih tinggi menjadi faktor bentuk yang lebih kecilTapi apa sebenarnya HDI PCB, bagaimana cara kerjanya, dan mengapa telah menjadi sangat diperlukan untuk elektronik mutakhir?dari komponen inti untuk aplikasi dunia nyata, dan menjelaskan mengapa itu adalah tulang punggung perangkat generasi berikutnya.

Kunci untuk mengambil
1.HDI PCB menggunakan microvias (diameter ≤150μm), jejak halus (lebar ≤50μm), dan tumpukan lapisan padat untuk mencapai kepadatan komponen 3×5x lebih tinggi daripada PCB tradisional.
2Mereka memungkinkan kecepatan sinyal yang lebih cepat (hingga 100Gbps) dengan 40% lebih sedikit kerugian, penting untuk perangkat 5G, AI, dan IoT.
3Teknologi HDI mengurangi ukuran perangkat sebesar 30-50% dan meningkatkan keandalan sebesar 60% dibandingkan dengan PCB tradisional, berkat lebih sedikit konektor dan jalur sinyal yang lebih pendek.
4Fitur inti termasuk microvias (buta, terkubur, atau ditumpuk), laminasi berurutan, dan bahan-bahan dengan kerugian rendah yang dioptimalkan untuk kinerja tinggi di ruang yang kompak.

Apa Itu HDI PCB?
HDI (High-Density Interconnect) PCB adalah papan sirkuit canggih yang dirancang untuk memaksimalkan konektivitas dan meminimalkan ukuran.
a.Fitur penyusutan: Menggunakan microvias (lubang kecil) dan jejak tembaga halus untuk menghubungkan lapisan tanpa membuang ruang.
b.Meningkatkan kepadatan: Mengemas lebih banyak komponen (chip, sensor, konektor) per inci persegi hingga 1.000 komponen/in2, dibandingkan dengan 200-300 untuk PCB tradisional.
c.Optimisasi lapisan: Menggunakan 4 16 lapisan tipis (dibandingkan dengan 2 8 lapisan tebal pada PCB tradisional) untuk mengurangi berat dan meningkatkan aliran sinyal.
Singkatnya, HDI PCB adalah solusi untuk masalah kritis: elektronik modern menuntut lebih banyak daya dan fungsionalitas, tetapi konsumen menginginkan perangkat yang lebih kecil dan lebih ringan.

Bagaimana HDI PCB bekerja: Komponen inti dan teknologi
PCB HDI bergantung pada tiga inovasi utama untuk memberikan kepadatan dan kinerja yang tinggi: microvias, jejak halus, dan penumpuk lapisan canggih.
1Mikrovias: Rahasia Kepadatan
Vias adalah lubang di PCB yang menghubungkan lapisan tembaga, tetapi lubang melalui-lubang tradisional (yang menembus seluruh papan) membuang ruang dan sinyal lambat.Lubang yang tepat dengan diameter 50-150μm (sekitar lebar rambut manusia).
Microvias datang dalam tiga jenis, masing-masing melayani tujuan tertentu:
Mikrovia buta: Sambungkan lapisan luar ke satu atau lebih lapisan dalam tetapi jangan 穿透 seluruh papan.
Mikrovia yang terkubur: Hubungkan lapisan dalam tanpa mencapai permukaan luar, menjaga bagian luar papan agar tidak ada komponen.
Mikrovia ditumpuk: Beberapa mikrovia ditumpuk secara vertikal untuk menghubungkan 3+ lapisan, mengurangi jumlah vias yang dibutuhkan sebesar 40% dalam desain padat.
Dengan menghilangkan "stubs" dari via lubang tradisional, microvias mengurangi refleksi sinyal sebesar 70% dan mengurangi keterlambatan sinyal sebesar 30%, memungkinkan transmisi data yang lebih cepat.

2. Jejak halus: Lebih banyak koneksi di ruang yang lebih sedikit
PCB tradisional menggunakan jejak (garis tembaga) lebar 100×200μm, tetapi HDI PCB menggunakan jejak halus sempit 25×50μm sekitar setengah lebar rambut manusia. Ini memungkinkan lebih banyak jejak untuk muat di ruang yang sama,Meningkatkan kepadatan routing sebesar 2×3x.
Jejak halus juga meningkatkan integritas sinyal: Jejak yang lebih sempit dengan jarak yang terkontrol mengurangi crosstalk (interferensi elektromagnetik antara sinyal) sebesar 50% dibandingkan dengan jejak yang lebih luas,kritis untuk data kecepatan tinggi (e.g, sinyal 5G mmWave pada 28GHz).

3. Laminasi berurutan: Membangun Lapisan dengan Presisi
PCB tradisional dibuat dengan melampirkan semua lapisan sekaligus, yang membatasi akurasi keselarasan.dengan setiap lapisan baru sejajar dengan yang sebelumnya menggunakan penentuan posisi laserIni mencapai keselarasan ±5μm (1/20 lebar rambut manusia), dibandingkan ±25μm untuk laminasi tradisional.
Laminasi berurutan adalah kunci untuk desain HDI 8+ lapisan, memastikan bahwa microvias dan jejak sejajar dengan sempurna di seluruh lapisan kritis untuk menghindari sirkuit pendek dan kehilangan sinyal.

Bagaimana PCB HDI Dibandingkan dengan PCB Tradisional

Jenis PCB HDI: Konfigurasi untuk Setiap Kebutuhan

HDI PCB hadir dalam beberapa konfigurasi, masing-masing dioptimalkan untuk aplikasi tertentu:

1. 1+N+1 HDI PCB
Ini adalah desain HDI yang paling umum, menampilkan:
a.1 lapisan luar di atas dan bawah, masing-masing terhubung ke lapisan dalam melalui microvias.
b.N lapisan dalam (biasanya 2 ¢6) untuk daya, tanah, dan sinyal.
c. Via melalui lubang untuk koneksi yang mencakup semua lapisan (meskipun diminimalkan untuk menghemat ruang).
Terbaik untuk: Smartphone, tablet, dan elektronik kelas menengah yang membutuhkan keseimbangan kepadatan dan biaya.

2. 2+N+2 HDI PCB
Sebuah langkah ke atas dalam kompleksitas, dengan:
a.2 lapisan luar di atas dan bawah, memungkinkan lebih banyak rute.
b.Blind/buried microvias yang menghubungkan lapisan tanpa menembus seluruh papan, mengurangi kehilangan sinyal.
c.8 12 lapisan total untuk kepadatan komponen yang lebih tinggi.
Terbaik untuk: router 5G, perangkat pencitraan medis, dan sistem ADAS otomotif.

3. Full HDI PCB
Konfigurasi paling canggih, dengan:
a.12+ lapisan yang dihubungkan melalui microvias yang ditumpuk (tidak ada vias melalui lubang).
Laminasi berurutan untuk keselarasan yang tepat di semua lapisan.
c.Bahan kehilangan rendah (misalnya, Rogers RO4350) untuk sinyal frekuensi tinggi (28GHz+).
Terbaik untuk: sensor aerospace, prosesor AI, dan sistem komunikasi satelit.

Bahan yang Digunakan dalam HDI PCB
HDI PCB membutuhkan bahan khusus untuk menangani kecepatan tinggi, toleransi ketat, dan komponen padat:

1Substrat (bahan inti)
a.Low-loss FR-4: Pilihan yang ramah anggaran untuk elektronik konsumen (misalnya, smartphone), dengan konstanta dielektrik (Dk) 3,8 ‰ 4.5.
b.Rogers RO4350: Laminat berkinerja tinggi dengan Dk 3.48, ideal untuk sistem 5G dan radar (28 60GHz).
c.Isola I-Tera MT: Bahan dengan kerugian rendah dengan Dk 3.0, dirancang untuk sinyal 100Gbps+ di pusat data.

2. foil tembaga
a.Tembaga Electrodeposited (ED): Standar untuk sebagian besar PCB HDI, dengan ketebalan 1/3 ¢ 1 oz (12 ¢ 35 μm).
Tembaga bergulir: Lebih tipis (6 12 μm) dan lebih fleksibel, digunakan dalam HDI kaku-flex (misalnya, telepon lipat) untuk menahan retakan selama lentur.

3. Coverlayers dan Solder Mask
a. Polyimide coverlayers: Melindungi jejak halus dari kelembaban dan abrasi di bagian fleksibel.
b.Liquid photoimageable (LPI) solder mask: Cukup tepat untuk menutupi jejak 25μm tanpa jembatan, memastikan keandalan.

Mengapa PCB HDI Sangat Penting untuk Elektronik Modern

Teknologi HDI memecahkan tiga tantangan utama yang dihadapi oleh desainer perangkat saat ini:
1. miniaturisasi
Konsumen menuntut perangkat yang lebih kecil dengan lebih banyak fitur.
Smartphone modern mengemas 1.500+ komponen ke dalam faktor bentuk 6 inci yang tidak mungkin dengan PCB tradisional.
Pelacak kebugaran yang dapat dipakai menggunakan HDI untuk mencocokkan monitor detak jantung, GPS, dan baterai ke dalam perangkat seukuran jam tangan.

2.Sinyal kecepatan tinggi
Perangkat 5G, AI, dan IoT membutuhkan sinyal untuk bergerak lebih cepat dari sebelumnya (hingga 100Gbps).
Memperpendek jalur sinyal (jejak) sebesar 50~70% dibandingkan dengan PCB tradisional, mengurangi keterlambatan.
Menggunakan bahan kehilangan rendah untuk meminimalkan attenuasi sinyal (kerugian) pada frekuensi tinggi.

3Keandalan.
PCB HDI gagal lebih jarang daripada PCB tradisional karena:
Mereka menghilangkan 60% konektor dan kabel kabel (titik kegagalan umum dalam desain tradisional).
Jalur sinyal pendek mengurangi EMI (interferensi elektromagnetik) dan crosstalk, meningkatkan stabilitas.

Aplikasi HDI PCB di Dunia Nyata
Teknologi HDI adalah tulang punggung dari perangkat yang tak terhitung jumlahnya yang kita gunakan setiap hari:
1. Smartphone 5G
Ponsel 5G modern (misalnya, iPhone 15 Pro, Samsung Galaxy S24) bergantung pada 1+6+1 HDI PCB untuk:
Pasang modem 5G, antena mmWave, dan kamera 48MP ke dalam tubuh tebal 7mm.
Mengirim sinyal 5G pada 28GHz dengan kerugian <2dB, memastikan kecepatan data yang cepat.

2Perangkat medis.
Monitor EKG yang dapat dipakai: Gunakan 2+2+2 HDI PCB untuk mencocokkan sensor, chip Bluetooth, dan baterai ke dalam perangkat berukuran patch, dengan jejak halus (25μm) untuk pelacakan detak jantung yang akurat.
Defibrillator implan: Full HDI PCB dengan bahan biokompatibel (misalnya, poliamida) memberikan operasi yang dapat diandalkan selama 10+ tahun di dalam tubuh.

3. Elektronik Otomotif
Sistem ADAS: 8-lapisan HDI PCB di LiDAR dan modul radar memproses 100+ titik data / detik, memungkinkan menghindari tabrakan pada 70mph.
Manajemen Baterai EV: PCB HDI memantau 100+ sel baterai secara real time, dengan microvias mengurangi keterlambatan sinyal sebesar 30% dibandingkan dengan desain tradisional.

4. Aerospace & Pertahanan
Komunikasi satelit: Full HDI PCB dengan 16 lapisan beroperasi pada suhu -200°C sampai 260°C di luar angkasa, mendukung tautan satelit 5G dengan uptime 99,99%.
Sensor Drone: PCB HDI 1+4+1 ringan mengurangi berat badan sebesar 20%, memperpanjang waktu penerbangan sebesar 15 menit.

Manufaktur PCB HDI: Tantangan dan Inovasi
Produksi PCB HDI membutuhkan presisi di luar manufaktur PCB tradisional:
1. Pengeboran Mikrovia
Membuat 50μm microvias membutuhkan latihan laser UV (versus latihan mekanik untuk vias tradisional), yang mencapai akurasi 98% yang penting untuk menghindari sirkuit pendek.

2- Mengukir jejak yang bagus.
Mengukir jejak 25μm membutuhkan fotolitografi canggih (menggunakan sinar UV untuk mentransfer pola) dengan toleransi ± 2μm. Bahkan variasi kecil dapat menyebabkan hilangnya sinyal.

3. Laminasi berurutan
Membangun lapisan satu per satu membutuhkan press yang dikontrol suhu dan tekanan untuk menghindari delaminasi, dengan setiap lapisan diselaraskan menggunakan penanda laser.

4. Inspeksi
PCB HDI membutuhkan pemeriksaan sinar-X untuk memeriksa kualitas microvia dan keselarasan lapisan, karena cacat (misalnya, melalui rongga) terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang.

Biaya PCB HDI: Mengapa Mereka Layak Investasi
Harga PCB HDI 1,5 ̊3x lebih tinggi daripada PCB tradisional, tetapi manfaatnya seringkali membenarkan harga:
a.Ukuran perangkat yang berkurang: Memungkinkan produk premium yang terbatas ruang (misalnya, smartphone senilai $ 1.000+) di mana ukuran adalah titik penjualan utama.
b.Mempercepat waktu ke pasar: Lebih sedikit konektor dan perakitan yang lebih sederhana mengurangi waktu produksi sebesar 2-3 minggu.
c.Biaya garansi yang lebih rendah: 60% lebih sedikit kegagalan mengurangi pengembalian dan perbaikan, menghemat 10~15% dari total biaya produk selama siklus hidup perangkat.

FAQ
T: Berapa ukuran microvia terkecil dalam PCB HDI komersial?
A: Produsen komersial memproduksi microvias sebesar 50μm, meskipun 75-100μm lebih umum untuk efisiensi biaya. Prototipe aeroangkasa menggunakan microvias 25μm.

T: Bisakah HDI PCB kaku-flek?
A: Ya. PCB HDI kaku-fleksibel menggabungkan bagian kaku (untuk komponen) dengan bagian fleksibel (untuk lentur), ideal untuk ponsel lipat dan endoskop medis.

T: Bagaimana PCB HDI menangani panas?
A: Mereka menggunakan lapisan tembaga tebal (2 ′′ 3oz) dan vias termal untuk menghilangkan panas, dengan beberapa desain mengintegrasikan inti aluminium untuk komponen bertenaga tinggi (misalnya, penguat 5G).

T: Apakah HDI PCB hanya untuk perangkat high-end?
A: Tidak. Bahkan smartphone anggaran dan sensor IoT menggunakan PCB HDI dasar 1+2+1 untuk menyeimbangkan biaya dan kepadatan, meskipun mereka dapat menggunakan microvias yang lebih besar (100 ‰ 150 μm).

T: Bagaimana masa depan teknologi HDI?
A: PCB HDI generasi berikutnya akan menampilkan jejak 10μm, microvias 25μm, dan 20+ lapisan, memungkinkan sinyal terabit per detik dan bahkan perangkat yang lebih kecil –kritis untuk 6G dan komputasi kuantum.

Kesimpulan
HDI PCB telah mengubah elektronik dengan memungkinkan kepadatan, kecepatan, dan miniaturisasi yang dibutuhkan perangkat modern.Mereka memecahkan tantangan inti untuk mengemas lebih banyak fungsionalitas ke dalam ruang yang lebih sedikit, sekaligus meningkatkan kinerja sinyal dan keandalanMeskipun lebih mahal daripada PCB tradisional, manfaatnya – perangkat yang lebih kecil, kecepatan yang lebih cepat, dan tingkat kegagalan yang lebih rendah – membuatnya sangat diperlukan untuk aplikasi 5G, medis, otomotif, dan kedirgantaraan.Seiring kemajuan teknologi, PCB HDI hanya akan menjadi lebih penting, mendorong gelombang inovasi berikutnya di bidang elektronik.