उन्नत HDI पीसीबी प्रोटोटाइप निर्माण: 2025 के लिए प्रौद्योगिकी, प्रक्रिया और सर्वोत्तम प्रथाएं

अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स को लॉन्च करने की दौड़ में 5जी पहनने योग्य उपकरणों से लेकर चिकित्सा प्रत्यारोपण तक उन्नत एचडीआई (उच्च घनत्व इंटरकनेक्ट) पीसीबी प्रोटोटाइप पर कोई बातचीत नहीं की जा सकती है। ये प्रोटोटाइप सिर्फ ′′परीक्षण बोर्ड नहीं हैं।:वे जटिल डिजाइनों को मान्य करते हैं, दोषों को जल्दी से पकड़ते हैं और अवधारणा और बड़े पैमाने पर उत्पादन के बीच की खाई को पाटते हैं। मानक पीसीबी प्रोटोटाइप (जो सरल 2-परत लेआउट को संभालते हैं) के विपरीत,उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप अल्ट्रा-फाइन सुविधाओं का समर्थन करते हैं: 45μm माइक्रोवियास, 25/25μm ट्रेस चौड़ाई/अंतर, और 6~12 परत स्टैक ऐसे उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण हैं जहां आकार और गति सफलता को परिभाषित करती है।

वैश्विक एचडीआई पीसीबी बाजार में 2028 तक 28.7 बिलियन तक पहुंचने का अनुमान है (ग्रैंड व्यू रिसर्च), लघु, उच्च प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स की मांग के कारण। इंजीनियरों और उत्पाद टीमों के लिए,उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप विनिर्माण में महारत हासिल करना बाजार में आने के समय को 30% तक कम करने और पुनर्मिलन की लागत को 30% तक कम करने की कुंजी है।

इस गाइड में उन्नत एचडीआई पीसीबी प्रोटोटाइप के लिए प्रौद्योगिकी, चरण-दर-चरण प्रक्रिया और महत्वपूर्ण विचार, डेटा-संचालित तुलना और वास्तविक दुनिया के उपयोग के मामलों के साथ टूट जाता है।चाहे आप 28GHz 5G सेंसर या पहनने योग्य ग्लूकोज मॉनिटर डिजाइन कर रहे हों, ये अंतर्दृष्टि आपको विश्वसनीय प्रोटोटाइप बनाने में मदद करेंगी जो नवाचार को तेज करते हैं।

महत्वपूर्ण बातें
1उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप 45μm माइक्रोविया, 25/25μm ट्रेस और 612 परतों का समर्थन करते हैं, जो पारंपरिक पीसीबी प्रोटोटाइप की तुलना में 2 गुना अधिक घटक घनत्व (1,200 घटक / वर्ग इंच) प्रदान करते हैं।
2लेजर ड्रिलिंग (± 5μm सटीकता) और अनुक्रमिक टुकड़े टुकड़े करने के लिए उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप के लिए गैर-वार्तालाप योग्य हैं, यांत्रिक ड्रिलिंग के मुकाबले 50% तक विशेषता आकार को कम करते हैं।
3पारंपरिक पीसीबी प्रोटोटाइप की तुलना में, उन्नत एचडीआई संस्करणों ने डिजाइन पुनरावृत्ति समय को 40% (5-7 दिन बनाम 10-14 दिन) और पोस्ट-प्रोडक्शन रीवर्क को 60% तक कम कर दिया।
4महत्वपूर्ण चुनौतियों में माइक्रोविया खोखलेपन (20%) और परत के गलत संरेखण (25% प्रोटोटाइप विफलताओं का कारण बनता है) शामिल हैं, जिन्हें तांबे के इलेक्ट्रोप्लाटिंग और ऑप्टिकल संरेखण के साथ हल किया जाता है।
5हाई-एंड एप्लिकेशन (5G, मेडिकल, ऑटोमोटिव ADAS) सिग्नल अखंडता (28GHz+), जैव संगतता और थर्मल प्रदर्शन (-40°C से 125°C) को मान्य करने के लिए उन्नत HDI प्रोटोटाइप पर निर्भर करते हैं।

उन्नत एचडीआई पीसीबी प्रोटोटाइप क्या है?
एक उन्नत एचडीआई पीसीबी प्रोटोटाइप एक उच्च परिशुद्धता परीक्षण बोर्ड है जिसे बड़े पैमाने पर निर्मित उन्नत एचडीआई पीसीबी के प्रदर्शन को दोहराने के लिए इंजीनियर किया गया है। It’s distinguished from standard HDI or traditional PCB prototypes by its ability to handle ultra-fine features and complex layer structures—critical for validating designs before scaling to production.

उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप की मुख्य विशेषताएं
उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप केवल पारंपरिक प्रोटोटाइप की तुलना में छोटे नहीं हैं, वे अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स का समर्थन करने के लिए विशेष प्रौद्योगिकियों के साथ बनाए गए हैंः

उदाहरण: एक 5जी स्मार्टवॉच के लिए 6 परत उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप में 800 घटक (5जी मॉडेम, जीपीएस,बैटरी प्रबंधन) 50mm×50mm पदचिह्न में कुछ एक पारंपरिक 4-परत प्रोटोटाइप (400 घटक) प्रदर्शन का त्याग किए बिना प्राप्त नहीं कर सकते.

उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप मानक एचडीआई से कैसे भिन्न होते हैं
मानक HDI प्रोटोटाइप (4 परतें, 100μm माइक्रोविया) बुनियादी पहनने योग्य उपकरणों या IoT सेंसर के लिए काम करते हैं, लेकिन तकनीकी सीमाओं को आगे बढ़ाने वाले डिजाइनों के लिए उन्नत संस्करणों की आवश्यकता होती है।नीचे दी गई तालिका में मुख्य अंतराल पर प्रकाश डाला गया है।:

महत्वपूर्ण अंतर: उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप न केवल उत्पादन बोर्डों की तरह दिखते हैं, बल्कि उनके समान प्रदर्शन करते हैं।एक मेडिकल डिवाइस प्रोटोटाइप जिसमें पॉलीमाइड (बायोकॉम्पैटिबल) और रोजर्स (कम सिग्नल हानि) का उपयोग किया गया है, जैव संगतता और सेंसर सटीकता दोनों को मान्य करता है, जबकि एक मानक FR4 प्रोटोटाइप इन महत्वपूर्ण प्रदर्शन जांचों से चूक जाएगा।

उन्नत एचडीआई पीसीबी प्रोटोटाइप विनिर्माण प्रक्रिया
उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप विनिर्माण एक परिशुद्धता-संचालित कार्यप्रवाह है जिसमें 8+ चरणों की आवश्यकता होती है।यहां कोने काटने से ऐसे प्रोटोटाइप बनते हैं जो उत्पादन प्रदर्शन को प्रतिबिंबित नहीं करते हैं, समय और धन की बर्बादी।

चरण 1: डिजाइन और डीएफएम (निर्माण के लिए डिजाइन) की जांच
प्रोटोटाइप की सफलता डिजाइन से ही शुरू होती है, 90% पुनः निर्माण के मुद्दे विनिर्माण क्षमता को नजरअंदाज करने से उत्पन्न होते हैं।
1.स्टैक-अप डिज़ाइनः 612 परतों के लिए, उद्योग-प्रमाणित स्टैक का उपयोग करें जैसे 2+2+2 (6-स्तरः शीर्ष संकेत → ग्राउंड → आंतरिक संकेत → शक्ति → ग्राउंड → निचला संकेत) या 4+4 (8-स्तरःबाहरी संकेत विमानों के बीच 4 आंतरिक परतें)यह सिग्नल की अखंडता और थर्मल प्रदर्शन सुनिश्चित करता है।
2. माइक्रोविया प्लेसमेंट: ड्रिलिंग त्रुटियों से बचने के लिए स्पेस माइक्रोविया ≥100μm दूर। स्टैक किए गए वायस (जैसे, टॉप → इनर 1 → इनर 2) को प्रवाहकता सुनिश्चित करने के लिए ±3μm के भीतर संरेखित किया जाना चाहिए।
3.DFM सत्यापन: समस्याओं को चिह्नित करने के लिए Altium Designer के DFM विश्लेषक या कैडेंस एलेग्रो जैसे उपकरणों का उपयोग करें:
निशान चौड़ाई < 25μm (मानक लेजर उत्कीर्णन के साथ निर्मित नहीं) ।
माइक्रोविया व्यास < 45μm (बोरिंग टूटने का जोखिम)
अपर्याप्त ग्राउंड प्लेन कवरेज (ईएमआई का कारण)

सर्वोत्तम अभ्यासः डिजाइन के दौरान अपने प्रोटोटाइप निर्माता के साथ सहयोग करें, उनके डीएफएम विशेषज्ञ tweaks का सुझाव दे सकते हैं (उदाहरण के लिए, 20μm के निशान को 25μm तक चौड़ा करना) जो 1 ¢ 2 सप्ताह के पुनः कार्य को बचाता है।

चरण 2: प्रोटोटाइप प्रदर्शन के लिए सामग्री का चयन
उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप के लिए ऐसी सामग्रियों की आवश्यकता होती है जो उत्पादन विनिर्देशों से मेल खाते हों। 28GHz 5G प्रोटोटाइप के लिए FR4 का उपयोग करने से अंतिम रोजर्स-आधारित बोर्ड में संकेत हानि सटीक रूप से प्रतिबिंबित नहीं होगी। सामान्य सामग्रीः

उदाहरण: एक 5जी बेस स्टेशन प्रोटोटाइप रोजर्स RO4350 सब्सट्रेट और 1 औंस रोल्ड कॉपर का उपयोग करता है। यह FR4 के साथ उत्पादन संकेत हानि (0.8dB/इंच 28GHz पर) बनाम 2.5dB/इंच को दोहराता है।

चरण 3: लेजर ड्रिलिंग माइक्रोविया
मैकेनिकल ड्रिलिंग 45μm माइक्रोवियास प्राप्त नहीं कर सकती है उन्नत HDI प्रोटोटाइप के लिए लेजर ड्रिलिंग एकमात्र व्यवहार्य विकल्प है।
a.लेजर प्रकारः यूवी लेजर (355 एनएम तरंग दैर्ध्य) सटीकता के लिए 45μm अंधेरे व्यास को ±5μm सटीकता के साथ ड्रिल करने के लिए।
b. ड्रिलिंग स्पीडः 100-150 छेद/सेकंड (10-100 यूनिट) गुणवत्ता के बिना प्रोटोटाइप के लिए पर्याप्त तेजी से।
c. गहराई नियंत्रणः आंतरिक परतों पर ड्रिलिंग बंद करने के लिए गहराई-सेंसर लेजर का उपयोग करें (जैसे, शीर्ष → आंतरिक 1, पूरे बोर्ड के माध्यम से नहीं) शॉर्ट सर्किट को रोकता है।

महत्वपूर्ण गुणवत्ता जाँचः ड्रिलिंग के बाद, इन ब्लॉक कॉपर प्लेटिंग के अंदर ′′बारब्स′′ (रसीन बर्स) की जांच करने के लिए ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करें और खुले सर्किट का कारण बनें।

चरण 4: अनुक्रमिक टुकड़े टुकड़े करना
पारंपरिक पीसीबी (एक चरण में टुकड़े टुकड़े किए गए) के विपरीत, उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप तंग संरेखण के साथ जटिल परत ढेर (जैसे, 2+2+2) बनाने के लिए अनुक्रमिक टुकड़े टुकड़े का उपयोग करते हैंः
a.उप-स्टैक निर्माणः प्रीपेग और वैक्यूम प्रेसिंग (180°C, 400 psi 60 मिनट के लिए) का उपयोग करके 2 ̊4 परत उप-स्टैक (जैसे, टॉप सिग्नल + ग्राउंड) बनाएं।
b.Alignment & Bonding: स्टैक्ड microvias के लिए महत्वपूर्ण ±3μm के लिए उप-स्टैक को संरेखित करने के लिए ऑप्टिकल फिड्यूशियल मार्क्स (100μm व्यास) का उपयोग करें।
c.Curing: परीक्षण के दौरान प्रीपेग आसंजन सुनिश्चित करने के लिए 90 मिनट के लिए 180°C पर पूरे ढेर को कोल्ड करें।

आम बाधाः टुकड़े टुकड़े के दौरान असमान दबाव परत warpage का कारण बनता है। समाधानः प्रोटोटाइप भर में समान 400 पीएसआई सुनिश्चित करने के लिए एक "दबाव मानचित्रण" प्रणाली का उपयोग करें।

चरण 5: तांबे का आवरण और माइक्रोवा भरना
निर्वाहक क्षमता सुनिश्चित करने के लिए माइक्रोविया को तांबे से भरना होगा।
a.De-smearing: ईपॉक्सी अवशेषों को पर्मिंगनेट समाधान के साथ दीवारों से हटाएं।
b.Electroless Copper Plating: एक प्रवाहकीय आधार बनाने के लिए एक पतली तांबे की परत (0.5μm) जमा करें।
c.इलेक्ट्रोप्लाटिंगः 95% घनत्व तक व्यास को भरने के लिए एसिड कॉपर सल्फेट का उपयोग करें (510A/dm2) खोखलेपन को खत्म करने के लिए कार्बनिक additives (जैसे, पॉलीथीन ग्लाइकोल) जोड़ें।
d.Planarization: सतह को पीसकर अतिरिक्त तांबे को हटा दें ताकि घटक को रखने के लिए समतलता सुनिश्चित हो सके।

परीक्षणः भरने की दर के माध्यम से सत्यापित करने के लिए एक्स-रे निरीक्षण का उपयोग करें> 5% खोखलेपन 10% तक चालकता को कम करते हैं और फिर से काम किया जाना चाहिए।

चरण 6: उत्कीर्णन और सोल्डर मास्क लागू करना
उत्कीर्णन उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप को परिभाषित करने वाले ठीक निशान बनाता है, जबकि सोल्डर मास्क उन्हें बचाता हैः
a.प्रकाश प्रतिरोधी अनुप्रयोग: तांबे की परतों पर एक प्रकाश संवेदनशील फिल्म लागू करें ∙ यूवी प्रकाश को खोदने वाले क्षेत्रों को उजागर करता है।
घर्षणः अनएक्सपोज़ किए गए तांबे को भंग करने के लिए अमोनियम पर्सल्फेट का प्रयोग करें ∙ स्वचालित ऑप्टिकल निरीक्षण (AOI) निशान चौड़ाई (25μm ± 5%) की पुष्टि करता है।
c.सोल्डर मास्कः उच्च तापमान एलपीआई (तरल फोटोइमेज करने योग्य) सोल्डर मास्क (Tg≥150°C) लगाएं। यूवी प्रकाश के साथ इलाज करें। घटक सोल्डर के लिए पैड को उजागर करें।

रंग विकल्पः हरा मानक है, लेकिन ऑप्टिकल स्पष्टता (जैसे, पहनने योग्य डिस्प्ले) या सौंदर्यशास्त्र की आवश्यकता वाले प्रोटोटाइप के लिए काले या सफेद सोल्डर मास्क का उपयोग किया जाता है।

चरण 7: प्रोटोटाइप परीक्षण और सत्यापन
उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइपों के लिए कठोर परीक्षण की आवश्यकता होती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे उत्पादन प्रदर्शन से मेल खाते हैं।

उदाहरण: एक चिकित्सा उपकरण प्रोटोटाइप को शरीर के तापमान में उतार-चढ़ाव (37°C ±5°C) में प्रदर्शन को मान्य करने के लिए 100 थर्मल चक्रों से गुजरना पड़ता है।

उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप बनाम पारंपरिक पीसीबी प्रोटोटाइपः डेटा-संचालित तुलना
पारंपरिक विकल्पों की तुलना में उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइपों का मूल्य स्पष्ट हो जाता है।

केस स्टडीः एक 5जी स्टार्टअप ने अपने एमएमवेव सेंसर के लिए पारंपरिक से उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप पर स्विच किया। उन्नत प्रोटोटाइप ने पुनरावृत्ति समय को 14 से घटाकर 7 दिन कर दिया।एक संकेत प्रतिबिंब समस्या जल्दी से पहचाना (उत्पादन रीवर्क में $ 80k की बचत), और प्रतिस्पर्धियों से 3 सप्ताह पहले लॉन्च करने में सक्षम था।

उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप विनिर्माण में महत्वपूर्ण चुनौतियां (और समाधान)
उन्नत एचडीआई प्रोटोटाइप तकनीकी रूप से मांग वाले हैं, यहाँ मुख्य चुनौतियां और उन्हें दूर करने के तरीके दिए गए हैंः

1माइक्रोविया वैक्यूम (20% प्रवाहकता हानि)
a. कारणः प्लैटिंग के दौरान हवा फंस जाती है या छोटे वायस (45μm) में तांबे का अपर्याप्त प्रवाह होता है।
b.प्रभावः वैक्यूम वर्तमान-वाहक क्षमता को कम करते हैं और 5G पीए जैसे बिजली-भूखे घटकों के लिए सिग्नल हानि को बढ़ाते हैं।
c. समाधानः
पल्स इलेक्ट्रोप्लाटिंग (अल्टरनेटिंग करंट) का उपयोग करके तांबे को विआस में धकेलना, 95% तक भरने की दर को बढ़ाना।
सतह के तनाव को तोड़ने के लिए, वायु बुलबुले को समाप्त करने के लिए प्लाटिंग स्नान में सर्फेक्टेंट जोड़ें।
भागों को रखने के बाद के बजाय 24 घंटों के भीतर रिक्तियों को जल्दी से पता लगाने के लिए पोस्ट-प्लेटिंग एक्स-रे निरीक्षण।

नतीजा: एक प्रोटोटाइप निर्माता ने पल्स-प्लेटिंग का उपयोग करके 15% से घटाकर 80% कर दिया।

2. परत गलत संरेखण (±10μm = शॉर्ट सर्किट)
a. कारणः टुकड़े टुकड़े करने के दौरान यांत्रिक बहाव या खराब फिडिशियल मार्क दृश्यता।
b.प्रभावः गलत रूप से संरेखित परतें ढेर किए गए माइक्रोविया को तोड़ देती हैं (उदाहरण के लिए, शीर्ष → आंतरिक 1 → आंतरिक 2) और पावर/सिग्नल परतों के बीच शॉर्ट सर्किट का कारण बनती हैं।
c. समाधानः
उच्च-रिज़ॉल्यूशन कैमरों (12MP) के साथ ऑप्टिकल संरेखण प्रणालियों का उपयोग करें।
पूर्ण प्रोटोटाइप रन से पहले संरेखण को मान्य करने के लिए प्री-लैमिनेट टेस्ट कूपन (छोटे नमूना बोर्ड)
पहले प्रोटोटाइप के लिए लचीले सब्सट्रेट (पॉलीमाइड) से बचें, वे कठोर FR4/Rogers की तुलना में अधिक warp होते हैं।

डाटा पॉइंटः ऑप्टिकल संरेखण 12 परत प्रोटोटाइप के लिए महत्वपूर्ण यांत्रिक संरेखण के मुकाबले 90% तक गलत संरेखण दोषों को कम करता है।

3सिग्नल अखंडता विफलता (28GHz+ हानि)
a. कारणः कच्ची तांबे की सतहें, प्रतिबाधा असंगतता, या अपर्याप्त ग्राउंड प्लेन।
b.Impact: 28GHz पर सिग्नल हानि >2dB/इंच 5G/रडार प्रोटोटाइप को बेकार बना देती है_ वे उत्पादन प्रदर्शन को प्रतिबिंबित नहीं करते हैं_
c. समाधानः
इलेक्ट्रोलाइटिक (Ra1?? 2μm) के स्थान पर रोल्ड कॉपर (Ra<0.5μm) का उपयोग करने से कंडक्टर हानि 30% कम होती है।
50Ω प्रतिबाधा बनाए रखने के लिए स्ट्रिलाइन कॉन्फ़िगरेशन (दो ग्राउंड प्लेन के बीच सिग्नल परत) डिजाइन करें।
S-पैरामीटर (S11, S21) को मापने के लिए एक वेक्टर नेटव