Qu'est-ce qu'une structure de circuit imprimé HDI 2+N+2 ? Structure, avantages et guide de conception

Imagerie anthroïde du client

CONTENU
1. plats à emporter: 2 + n + 2 éléments d'empilement HDI PCB
2.Breaking bown the 2 + n + 2 HDI PCB Stackup Structure
3. Microvia Technologie et stratification séquentielle pour 2 + n + 2 conceptions
4. avantages de 2 + n + 2 empiles de PCB HDI
5. Applications TOP pour 2 + N + 2 PCB HDI
6. Conseils de conception et de fabrication critiques
7.FAQ: questions courantes sur 2 + n + 2 empiles HDI

Dans le monde des PCB d'interconnexion à haute densité (HDI), l'empilement 2 + N + 2 est devenu une solution incontournable pour équilibrer les performances, la miniaturisation et le coût. Au fur et à mesure que l'électronique devient plus petite - pensez aux smartphones minces, aux dispositifs médicaux compacts et aux capteurs automobiles limités dans l'espace - les concepteurs ont besoin d'architectures de PCB qui emballent plus de connexions sans sacrifier l'intégrité ou la fiabilité du signal. L'empilement 2 + n + 2 offre exactement cela, en utilisant une structure en couches qui optimise l'espace, réduit la perte de signal et prend en charge le routage complexe.

Mais qu'est-ce qu'un empilement 2 + n + 2? Comment fonctionne sa structure et quand devriez-vous le choisir plutôt que d'autres configurations HDI? Ce guide décompose tout ce que vous devez savoir - des définitions de couche et des types de microvimes aux applications réelles et à la conception des meilleures pratiques - avec des informations exploitables pour vous aider à tirer parti de cet empilement pour votre prochain projet.

1. Prise des clés: 2 + n + 2 Essentiels d'empilement PCB HDI
Avant de plonger dans les détails, commençons par les principes de base qui définissent un empilement de PCB HDI 2 + N + 2:

A. Configuration de la viande: l'étiquette «2 + n + 2» signifie 2 couches d'accumulation sur le côté extérieur supérieur, 2 couches d'accumulation du côté extérieur inférieur et les couches de noyau «n» au centre (où n = 2, 4, 6 ou plus, en fonction des besoins de conception).
B. Dépendance de lamicrovia: minuscules microvias percés au laser (aussi petits que 0,1 mm) connectent les couches, éliminant le besoin de vias à travers de gros trous et d'économie d'espace critique.
C. LACING SEQUENTIENNELLE: l'empilement est construit en étapes (pas en même temps), permettant un contrôle précis sur les microvias et l'alignement de la couche.
D. Performance équilibrée: il frappe un point idéal entre la densité (plus de connexions), l'intégrité du signal (signaux plus rapides et plus clairs) et le coût (moins de couches que les conceptions HDI entièrement personnalisées).
E. Versatilité: idéal pour les dispositifs à grande vitesse et limités à l'espace - des routeurs 5G aux outils médicaux implantables.

2. Décomposition de la structure d'empilement PCB 2 + N + 2
Pour comprendre l'empilement 2 + n + 2, vous devez d'abord déballer ses trois composants centraux: les couches d'accès externes, les couches de noyau intérieur et les matériaux qui les maintiennent ensemble. Vous trouverez ci-dessous une ventilation détaillée, y compris les fonctions de calque, les épaisseurs et les options de matériau.

2.1 Ce que signifie «2 + n + 2»
La convention de dénomination est simple, mais chaque numéro sert un objectif critique:

Par exemple, un PCB HDI à 10 couches 2 + 6 + 2 (modèle: S10E178198A0, une conception de l'industrie commune) comprend:

A.2 Couches de construction supérieure → 6 couches centrales → 2 couches d'instruction inférieures
B.USES TG170 Shengyi FR-4 MATÉRIAU (résistant à la chaleur pour les applications haute performance)
C.Features Immersion Gold (2 μm) Finition de surface pour la résistance à la corrosion
D.Supports 412 200 trous par mètre carré et diamètre microvié minimum de 0,2 mm

2,2 épaisseur de couches et poids en cuivre
L'épaisseur cohérente est essentielle pour prévenir le warpage PCB (un problème courant avec des empilements déséquilibrés) et d'assurer des performances fiables. Le tableau ci-dessous décrit les spécifications typiques pour 2 + N + 2 Stackups:

Pourquoi cela compte: une épaisseur équilibrée d'un empilement 2 + N + 2 (couches égales en haut et en bas) minimise les contraintes pendant la stratification et le soudage. Par exemple, un empilement de 2 + 4 + 2 (8 couches totales) avec des couches d'accumulation de 3mil et des couches centrales de 6mil auront des épaisseurs de top / inférieures identiques (6mil au total par côté), réduisant le risque de warpage de 70% par rapport à une conception 3 + 4 + 1 déséquilibrée.

2.3 Sélection des matériaux pour 2 + N + 2 Stackups
Les matériaux utilisés dans les PCB 2 + N + 2 HDI ont un impact directement sur les performances, en particulier pour les applications à haute vitesse ou à haute température. Le choix du bon noyau, de l'accumulation et des matériaux prépregs n'est pas négociable.

Exemple: un empilement 2 + N + 2 pour une station de base 5G utiliserait les couches de noyau Rogers 4350B (faible DK = 3,48) et les couches d'accumulation ABF pour minimiser la perte de signal à des fréquences de 28 GHz. Un comprimé de consommation, en revanche, utiliserait des couches d'accumulation de noyau FR-4 et de RCC rentables.

3. Technologie microvia et stratification séquentielle pour 2 + n + 2 conceptions
Les performances de l'empilement 2 + N + 2 reposent sur deux processus de fabrication critiques: le forage microvié et la stratification séquentielle. Sans ceux-ci, l'empilement n'a pas pu réaliser sa densité de signature et son intégrité du signal.

3.1 Types de microvimes: lequel utiliser?
Les microvias sont de minuscules trous (0,1 à 0,2 mm de diamètre) qui connectent les couches adjacentes, en remplaçant les vias volumineux à travers un espace de déchets. Pour les empiles 2 + N + 2, quatre types microvia sont les plus courants:

Tableau de comparaison: Microvias empilés vs échelons échelonnés

Conseil de pro: Pour la plupart des conceptions 2 + n + 2, les microvias échelonnés sont le point idéal - ils équilibrent la densité et le coût. Les microvias empilés ne sont nécessaires que pour des applications ultra-denses (par exemple, PCB aérospatiaux à 12 couches).

3.2 Laminage séquentiel: construire l'étape par étape
Contrairement aux PCB traditionnels (toutes les couches laminées à la fois), les empilements 2 + N + 2 utilisent une stratification séquentielle - un processus mis en scène qui permet un placement microvié précis. Voici comment cela fonctionne:

Étape 1: Calques de noyau stratifié: Premièrement, les couches noyau N sont liées avec le préimprégnées et durcie sous chaleur (180–220 ° C) et la pression (200–400 psi). Cela constitue un «bloc de base» interne rigide.
Étape 2: Ajouter des calques d'accumulation: une couche d'accumulation est ajoutée en haut et en bas du bloc central, puis perled au laser pour les microvias. Les microvias sont plaqués en cuivre pour permettre des connexions électriques.
Étape 3: Répéter pour la deuxième couche d'accumulation: une deuxième couche d'accumulation est ajoutée aux deux côtés, percée et plaqué. Cela complète la structure «2 + n + 2».
Étape 4: Cure et finition finales: L'épiltage entier est à nouveau durci pour assurer l'adhésion, puis fini en surface (par exemple, l'or immersion) et testé.

Pourquoi la laminage séquentiel?

A. Les microvias plus petits (jusqu'à 0,05 mm) par rapport à la stratification traditionnelle.
B. réduit le risque de désalignement microvié (critique pour les vias empilés).
C. Allows pour les «ajustements de conception» entre les couches (par exemple, ajustant l'espacement des traces pour l'intégrité du signal).

Exemple:Le circuit LT utilise une stratification séquentielle pour produire des PCB HDI 2 + 6 + 2 (10 couches) avec des microvias empilés de 0,15 mm - affichant un taux de précision d'alignement de 99,8%, bien au-dessus de la moyenne de l'industrie de 95%.

4. Avantages principaux de 2 + N + 2 Stackups PCB HDI
La popularité de l'empilement 2 + N + 2 découle de sa capacité à résoudre les défis clés de l'électronique moderne: miniaturisation, vitesse du signal et coût. Voici ses avantages les plus percutants:

Exemple du monde réel:Un fabricant de smartphones est passé d'un PCB standard à 4 couches à un empilement HDI 2 + 2 + 2. Le résultat: la taille des PCB a diminué de 40%, la vitesse du signal pour 5 g a augmenté de 20% et les coûts de production ont chuté de 18% - tout en prenant en charge 30% de composants supplémentaires.

5. Applications supérieures pour 2 + n + 2 PCB HDI
L'empilement 2 + N + 2 excelle dans les applications où l'espace, la vitesse et la fiabilité ne sont pas négociables. Voici ses utilisations les plus courantes, avec des exemples spécifiques:

5.1 Electronique grand public
A.Smartphones et tablettes: prend en charge les cartes mères compactes avec des modems 5G, plusieurs caméras et des chargeurs rapides. Exemple: un empilement 2 + 4 + 2 pour un téléphone phare utilise des microvias empilés pour connecter le processeur à la puce 5G.
B.Vearables: s'inscrit dans de petits facteurs de forme (par exemple, montres intelligentes, trackers de fitness). Un empilement 2 + 2 + 2 avec des couches d'accumulation de polyimide permet la flexibilité des appareils portés au poignet.

5.2 électronique automobile
A.Adas (systèmes avancés d'assistance à la conduite): Powers Radar, Lidar et Camera Modules. Un empilement 2 + 6 + 2 avec des couches de noyau FR-4 à TG élevé résiste aux températures de la sous-jacasse (-40 ° C à 125 ° C).
B. Systèmes d'infotainment: gère les données à grande vitesse pour les écrans tactiles et la navigation. Les microvias échelonnés empêchent les échecs liés aux vibrations.

5.3 Dispositifs médicaux
A. outils implantables: (par exemple, stimulateurs cardiaques, moniteurs de glucose). Un empilement 2 + 2 + 2 avec des finitions biocompatibles (par exemple, l'or à immersion nickel électrolaire, l'énig) et les microvias enterrés réduisent la taille et l'EMI.
B. Équipement de diagnostic: (par exemple, machines à ultrasons). Les couches de noyau Rogers à faible perte dans un empilement 2 + 4 + 2 assurent une transmission de signal claire pour l'imagerie.

5.4 Industriel et aérospatial
A. Contrôles industriels: (par exemple, plcs, capteurs). Un empilement 2 + 6 + 2 avec des couches de noyau en cuivre épais gère les courants élevés et les environnements d'usine durs.
B.Aerospace Electronics: (par exemple, composants satellites). Un empilement 2 + 8 + 2 avec des microvias empilés maximise la densité tout en répondant aux normes de fiabilité MIL-STD-883H.

6. Conseils de conception et de fabrication critiques
Pour tirer le meilleur parti de votre empilement HDI 2 + N + 2, suivez ces meilleures pratiques - ils vous aideront à éviter les pièges courants (comme la perte de signal ou les retards de fabrication) et optimiser les performances.

6.1 Conseils de conception
1.Plan l'empilement tôt: définissez les fonctions de couche (signal, puissance, sol) avant le routage. Par exemple:
A. place les couches de signal à grande vitesse (par exemple, 5G) adjacentes aux plans de sol pour minimiser l'EMI.
b.publiage des plans d'alimentation près du centre de l'empilement pour équilibrer l'épaisseur.
2. Optimiser le placement microvié:
A. Les microvias d'empilement par voie dans les zones à stress élevé (par exemple, les bords PCB). Utilisez plutôt des vias décalés.
B. Conservez les rapports de diamètre / profondeur microvia inférieurs à 1: 1 (par exemple, 0,15 mm de diamètre → profondeur maximale de 0,15 mm) pour éviter les problèmes de placage.
3.Choose Matériaux pour votre cas d'utilisation:
A. ne pas trop spécifier: utilisez FR-4 pour les applications grand public (rentable) au lieu de Rogers (dépenses inutiles).
B. Pour les applications à haute température (automobile), sélectionnez les matériaux de base avec TG> 180 ° C.
4. Sold DFM (conception pour la fabrication) Règles:
A. MAINTAINE LA LAVEMENT DE LA LATER MINIMALE / ESPACE DE 2 MIL / 2MIL pour les couches d'accumulation (pour éviter les problèmes de gravure).
B. Utilisez la technologie de via-pad (VIP) pour que les BGAS économisent de l'espace, mais assurez-vous que les vias sont correctement remplis de masque de soudure ou de cuivre pour éviter la mèche de la soudure.

6.2 Conseils de collaboration de fabrication
1.Partner avec un fabricant spécialisé en HDI: Tous les magasins de PCB n'ont pas l'équipement pour 2 + N + 2 Stackups (par exemple, des perceuses laser, des pressions de laminage séquentielles). Recherchez des fabricants comme le circuit LT avec:
A.IPC-6012 Certification de classe 3 (pour HDI à haute fiabilité).
B. Expérience avec votre demande (par exemple, médical, automobile).
C.In-House Test Capacities (AOI, Ray, Ray, Flying Probe) pour vérifier la qualité des microvia.

2. Request une revue DFM avant la production: un bon fabricant auditera votre conception pour des problèmes comme:
A.microvia profondeur dépassant l'épaisseur du matériau.
B. Stacks de couches enregistrées (risque de warpage).
C.Tour le routage qui viole les exigences d'impédance.
Le circuit LT fournit des avis DFM gratuits dans les 24 heures, en signalant les problèmes et en offrant des correctifs (par exemple, en ajustant la taille du microvia de 0,1 mm à 0,15 mm pour un placage plus facile).

3.Clarifier la traçabilité des matériaux: pour les industries réglementées (médicale, aérospatiale), demandez des nombres de lots matériels et des certificats de conformité (ROHS, REACH). Cela garantit que votre empilement 2 + N + 2 répond aux normes de l'industrie et simplifie les rappels si nécessaire.

4. Vérifiez la qualité de laminage: après la production, demandez des rapports de rayons X pour vérifier:
L'alignement de lamicrovia (la tolérance doit être de ± 0,02 mm).
B.Voids dans PREGREG (peut provoquer une perte de signal ou un délaminage).
C. épaisseur de placage de copper (minimum de 20 μm pour des connexions fiables).

6.3 Conseils de test et de validation
1. Test électrique: utilisez des tests de sonde volante pour vérifier la continuité microvia (pas de circuits ouverts / courts) et le contrôle d'impédance (critique pour les signaux à grande vitesse). Pour les conceptions 5G, ajoutez des tests de réflectométrie dans le domaine temporel (TDR) pour mesurer la perte de signal.
2. TEST THERMAL: Pour les applications riches en puissance (par exemple, l'ECUS automobile), effectuez une imagerie thermique pour garantir que la chaleur se dissipe uniformément à travers l'empilement. Un empilement de 2 + N + 2 bien conçu doit avoir des variations de température <10 ° C à travers le tableau.
3. Test mécanique: effectuez des tests flexibles (pour les conceptions flexibles 2 + n + 2) et les tests de vibration (pour l'automobile / aérospatiale) pour valider la fiabilité. Sous les sujets du circuit LT 2 + N + 2 PCB à 10 000 cycles de vibration (10–2 000 Hz) pour s'assurer qu'ils répondent aux normes MIL-STD-883H.

7. FAQ: questions courantes sur 2 + n + 2 empiles HDI
Q1: «N» dans 2 + n + 2 peut-il être n'importe quel nombre?
A1: Bien que «N» se réfère techniquement au nombre de couches centrales et peut varier, c'est généralement un nombre uniforme (2, 4, 6, 8) pour maintenir l'équilibre de l'empilement. Nombre de couches de noyau impair (par exemple, 2 + 3 + 2) créer une épaisseur inégale, augmentant le risque de warpage. Pour la plupart des applications, n = 2 (densité de base) à n = 6 (densité élevée) fonctionne mieux - n = 8 est réservé aux conceptions ultra-complexes (par exemple, capteurs aérospatiaux).

Q2: Un empilement 2 + N + 2 est-il plus cher qu'un PCB standard à 4 couches?
A2: Oui, mais la différence de coût est justifiée par ses avantages. Un empilement HDI 2 + 2 + 2 (6 couches) coûte environ 30 à 40% de plus qu'un PCB standard à 4 couches, mais il offre une densité de composants 50% plus élevée et une meilleure intégrité du signal. Pour une production à volume élevé (10 000+ unités), l'écart de coût par unité se rétrécit, en particulier si vous travaillez avec un fabricant comme le circuit LT qui optimise les étapes d'utilisation des matériaux et de laminage.

Q3: Les empiles 2 + N + 2 peuvent-ils prendre en charge les applications haute puissance?
A3: Absolument - avec les bons choix de matériau et de poids en cuivre. Pour les conceptions de haute puissance (par exemple, les alimentations industrielles), utilisation:

A. Couches de rages avec du cuivre de 2 oz (gère le courant plus élevé).
B. High-TG Prereg (résiste à la chaleur des composants de puissance).
C. VIAS thermes (connecté aux plans de terre) pour dissiper la chaleur.
Le circuit LT a produit 2 + 4 + 2 empilements pour les onduleurs industriels 100W, avec des couches de cuivre qui gèrent les courants 20A sans surchauffe.

Q4: Quelle est la taille du microvia minimum pour un empilement 2 + n + 2?
A4: La plupart des fabricants peuvent produire des microvias aussi petits que 0,1 mm (4mil) pour 2 + N + 2 Stackups. Cependant, 0,15 mm (6 mil) est le point idéal - il équilibre la densité et le rendement de fabrication. Des microvias plus petits (0,08 mm ou moins) sont possibles mais augmentent le coût et réduisent le rendement (plus d'erreurs de forage).

Q5: Combien de temps faut-il pour fabriquer un PCB 2 + N + 2 HDI?
A5: Les délais dépendent de la complexité et du volume:

A. Prototypes (1 à 100 unités): 5 à 7 jours (avec des services QuickTurn du circuit LT).
B. Volume de médium (1 000 à 10 000 unités): 10–14 jours.
C. Volume élevé (plus de 10 000 unités): 2 à 3 semaines.
D. La stratification séquentielle ajoute 1 à 2 jours par rapport aux PCB traditionnels, mais l'itération de conception plus rapide (grâce au support DFM) compense souvent cela.

Q6: Les empiles 2 + N + 2 peuvent-ils être flexibles?
A6: Oui, en utilisant des matériaux de noyau et d'accumulation flexibles (par exemple, le polyimide au lieu de FR-4). Les empiles flexibles 2 + N + 2 sont idéaux pour les appareils portables (par exemple, les bandes de montée à smart) et les applications automobiles (par exemple, le tableau de bord incurvé électronique). Le circuit LT offre des empilements flexibles 2 + 2 + 2 avec un rayon de pliage minimum de 5 mm (pour une flexion répétée).

Réflexions finales: un empilement HDI 2 + N + 2 est-il juste pour vous?
Si votre projet nécessite:

A. Taille PCB de Smaller sans sacrifier le nombre de composants.
B. signaux de vitesse high-vitesse (5g, 100 Gbit / s) avec une perte minimale.
CA Balance des performances et des coûts.

Ensuite, l'empilement HDI 2 + N + 2 est un excellent choix. Sa polyvalence le rend adapté à l'électronique grand public, aux dispositifs médicaux, aux systèmes automobiles et au-delà, tandis que sa conception structurée simplifie la fabrication et réduit les risques.

La clé du succès? Associez-vous à un fabricant spécialisé dans les empilements 2 + N + 2. L'expertise de LT Circuit en stratification séquentielle, forage microvié et sélection de matériaux garantit que votre empilement répond à vos spécifications, sur le temps et dans le budget. Des avis DFM aux tests finaux, LT Circuit agit comme une extension de votre équipe, vous aidant à transformer votre conception en un PCB fiable et haute performance.

Ne laissez pas l'espace ou les contraintes de vitesse limiter votre projet. Avec l'empilement HDI 2 + N + 2, vous pouvez construire des électroniques plus petits, plus rapides et plus fiables - sans compromettre le coût.