एचडीआई पीसीबी क्या है? हाई-डेंसिटी इंटरकनेक्ट तकनीक कैसे काम करती है

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हाई-डेंसिटी इंटरकनेक्ट (एचडीआई) पीसीबी ने इलेक्ट्रॉनिक्स डिजाइन में क्रांति ला दी है, जिससे 5जी स्मार्टफोन से लेकर पहनने योग्य स्वास्थ्य मॉनिटर तक आधुनिक जीवन को परिभाषित करने वाले चिकने, शक्तिशाली उपकरणों को सक्षम बनाया गया है।पारंपरिक पीसीबी के विपरीत, जो घटकों को संकीर्ण स्थानों में पैक करने के लिए संघर्ष करते हैं, एचडीआई तकनीक अधिक कनेक्शन, तेज संकेत,और उच्च घटक घनत्व छोटे रूप कारकों मेंलेकिन एक HDI पीसीबी वास्तव में क्या है, यह कैसे काम करता है, और यह अत्याधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए अपरिहार्य क्यों बन गया है?इसके मूल घटकों से लेकर वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों तक, और बताता है कि यह अगली पीढ़ी के उपकरणों की रीढ़ क्यों है।

महत्वपूर्ण बातें
1एचडीआई पीसीबी पारंपरिक पीसीबी की तुलना में 3 से 5 गुना अधिक घटक घनत्व प्राप्त करने के लिए माइक्रोविया (≤ 150μm व्यास), ठीक निशान (≤ 50μm चौड़ाई) और घनी परत स्टैक का उपयोग करते हैं।
2वे 40% कम हानि के साथ तेज सिग्नल गति (100Gbps तक) को सक्षम करते हैं, जो 5G, AI और IoT उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है।
3एचडीआई तकनीक पारंपरिक पीसीबी की तुलना में डिवाइस के आकार को 30-50% तक कम करती है और कम कनेक्टरों और कम संकेत पथों के कारण विश्वसनीयता में 60% तक सुधार करती है।
4मुख्य विशेषताओं में माइक्रोविया (अंधा, दफन या ढेर), अनुक्रमिक लेमिनेशन और कम नुकसान वाली सामग्री शामिल हैं, सभी कॉम्पैक्ट स्थानों में उच्च प्रदर्शन के लिए अनुकूलित हैं।

एचडीआई पीसीबी क्या है?
एचडीआई (उच्च घनत्व इंटरकनेक्ट) पीसीबी उन्नत सर्किट बोर्ड हैं जो कनेक्टिविटी को अधिकतम करने और आकार को कम करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। वे इसे प्राप्त करते हैंः
a.संकुचन विशेषताएंः अंतरिक्ष बर्बाद किए बिना परतों को जोड़ने के लिए माइक्रोविया (छोटे छेद) और ठीक तांबे के निशान का उपयोग करना।
घनत्व में वृद्धिः पारंपरिक पीसीबी के लिए 200 से 300 के मुकाबले प्रति वर्ग इंच 1,000 से अधिक घटकों (चिप्स, सेंसर, कनेक्टर) को पैक करना।
c.स्तरों का अनुकूलनः वजन कम करने और संकेत प्रवाह में सुधार के लिए 4 ¢ 16 पतली परतों (पारंपरिक पीसीबी में 2 ¢ 8 मोटी परतों के मुकाबले) का उपयोग करना।
संक्षेप में, एचडीआई पीसीबी एक महत्वपूर्ण समस्या का समाधान हैः आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स को अधिक शक्ति और कार्यक्षमता की आवश्यकता होती है, लेकिन उपभोक्ता छोटे, हल्का उपकरण चाहते हैं। एचडीआई इस अंतर को पाटता है।

एचडीआई पीसीबी कैसे काम करते हैंः मुख्य घटक और प्रौद्योगिकी
एचडीआई पीसीबी उच्च घनत्व और प्रदर्शन प्रदान करने के लिए तीन प्रमुख नवाचारों पर निर्भर करते हैंः माइक्रोविया, ठीक निशान और उन्नत परत स्टैकिंग।
1माइक्रोविया: घनत्व का रहस्य
वियास पीसीबी में छेद हैं जो तांबे की परतों को जोड़ते हैं, लेकिन पारंपरिक छेद-छेद वाले वियास (जो पूरे बोर्ड में प्रवेश करते हैं) अंतरिक्ष और धीमे संकेतों का अपव्यय करते हैं। एचडीआई पीसीबी इनकी जगह माइक्रोवियासिन,50-150μm के व्यास के साथ सटीक छेद (लगभग एक मानव बाल की चौड़ाई).
माइक्रोविया तीन प्रकार के होते हैं, जिनमें से प्रत्येक का एक विशिष्ट उद्देश्य होता हैः
ब्लाइंड माइक्रोवियाः बाहरी परत को एक या एक से अधिक आंतरिक परतों से जोड़ें लेकिन पूरे बोर्ड को पार न करें। सिग्नल पथ की लंबाई को कम करने के लिए आदर्श।
दफन माइक्रोवियाः बाहरी सतह तक पहुंचने के बिना आंतरिक परतों को जोड़ें, जिससे बोर्ड के बाहरी भागों के लिए स्पष्ट रहें।
स्टैक किए गए माइक्रोवियाः 3+ परतों को जोड़ने के लिए लंबवत रूप से ढेर किए गए कई माइक्रोविया, घने डिजाइनों में आवश्यक वायस की संख्या को 40% तक कम करते हैं।
पारंपरिक थ्रू-होल वाया के ′′स्टब्स′′ को समाप्त करके, माइक्रोविया सिग्नल प्रतिबिंब को 70% तक कम करते हैं और सिग्नल विलंब को 30% तक कम करते हैं, जिससे तेजी से डेटा ट्रांसमिशन संभव होता है।

2. ठीक निशानः कम स्थान में अधिक कनेक्शन
पारंपरिक पीसीबी में 100 से 200 माइक्रोन चौड़ाई के निशान (कापर लाइन) का उपयोग किया जाता है, लेकिन एचडीआई पीसीबी में मानव बाल की चौड़ाई के लगभग आधे हिस्से के रूप में 25 से 50 माइक्रोन तक के छोटे निशान का उपयोग किया जाता है। यह एक ही स्थान में अधिक निशान फिट करने की अनुमति देता है,रूटिंग घनत्व में 2 ¢ 3x की वृद्धि.
ठीक निशान भी संकेत की अखंडता में सुधार करते हैंः नियंत्रित अंतराल वाले संकीर्ण निशान व्यापक निशान की तुलना में 50% तक क्रॉसस्टॉक (सिग्नलों के बीच विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप) को कम करते हैं,उच्च गति डेटा के लिए महत्वपूर्ण (ईउदाहरण के लिए, 28GHz पर 5G मिमीवेव संकेत) ।

3अनुक्रमिक लेमिनेशनः सटीकता के साथ परतों का निर्माण
पारंपरिक पीसीबी एक बार में सभी परतों को टुकड़े-टुकड़े करके बनाए जाते हैं, जो संरेखण सटीकता को सीमित करता है। एचडीआई पीसीबी एक समय में एक-एक करके क्रमिक टुकड़े-टुकड़े बनाने वाली परतों का उपयोग करते हैं,लेजर पोजिशनिंग का उपयोग कर पिछले एक के साथ हर नई परत संरेखित के साथयह ±5μm संरेखण (एक मानव बाल की चौड़ाई का 1/20) प्राप्त करता है, पारंपरिक टुकड़े टुकड़े के लिए ±25μm के विपरीत।
अनुक्रमिक लेमिनेशन 8+ परत एचडीआई डिजाइनों के लिए महत्वपूर्ण है, यह सुनिश्चित करता है कि माइक्रोविया और निशान परतों में पूरी तरह से संरेखित हों जो शॉर्ट सर्किट और संकेत हानि से बचने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

पारंपरिक पीसीबी की तुलना में एचडीआई पीसीबी कैसे है

एचडीआई पीसीबी के प्रकारः हर जरूरत के लिए विन्यास

एचडीआई पीसीबी कई विन्यासों में आते हैं, प्रत्येक विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित हैः

1. 1+एन+1 एचडीआई पीसीबी
यह सबसे आम एचडीआई डिजाइन है, जिसमें शामिल हैंः
a.1 ऊपर और नीचे बाहरी परतें, प्रत्येक माइक्रोविया के माध्यम से आंतरिक परतों से जुड़ी हुई है।
बी.एन आंतरिक परतें (आमतौर पर २६) शक्ति, जमीन और संकेतों के लिए।
c. सभी परतों को कवर करने वाले कनेक्शनों के लिए छेद के माध्यम से वायस (हालांकि स्थान बचाने के लिए न्यूनतम) ।
इसके लिए सबसे अच्छाः स्मार्टफोन, टैबलेट और मध्यम श्रेणी के इलेक्ट्रॉनिक्स जिन्हें घनत्व और लागत के बीच संतुलन की आवश्यकता होती है।

22+एन+2 एचडीआई पीसीबी
जटिलता में एक कदम ऊपर, के साथः
a.2 ऊपर और नीचे बाहरी परतें, जिससे अधिक मार्ग संभव हो सके।
b.अंधा/दफन माइक्रोविया जो पूरे बोर्ड में प्रवेश किए बिना परतों को जोड़ते हैं, सिग्नल हानि को कम करते हैं।
उच्च घटक घनत्व के लिए कुल 8-12 परतें।
के लिए सबसे अच्छाः 5 जी राउटर, चिकित्सा इमेजिंग उपकरण, और ऑटोमोटिव एडीएएस सिस्टम।

3पूर्ण एचडीआई पीसीबी
सबसे उन्नत विन्यास, के साथः
a.12+ परतें जोड़ी हुई माइक्रोविया के माध्यम से जुड़ी हुई हैं (बिना छेद के) ।
सभी परतों में सटीक संरेखण के लिए अनुक्रमिक टुकड़े टुकड़े करना।
उच्च आवृत्ति संकेतों (28GHz+) के लिए कम हानि वाली सामग्री (जैसे, रोजर्स RO4350) ।
एयरोस्पेस सेंसर, एआई प्रोसेसर और उपग्रह संचार प्रणालियों के लिए सबसे अच्छा।

एचडीआई पीसीबी में प्रयुक्त सामग्री
एचडीआई पीसीबी को उच्च गति, तंग सहिष्णुता और घने घटकों को संभालने के लिए विशेष सामग्रियों की आवश्यकता होती हैः

1सब्सट्रेट (कोर सामग्री)
a.कम हानि FR-4: उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स (जैसे, स्मार्टफोन) के लिए एक बजट के अनुकूल विकल्प, जिसमें 3.8 ̊4 का डायलेक्ट्रिक स्थिर (Dk) होता है।5.
b.रोजर्स RO4350: Dk 3 के साथ एक उच्च प्रदर्शन वाले लेमिनेट।48, 5जी और रडार प्रणालियों (2860GHz) के लिए आदर्श है।
c.Isola I-Tera MT: Dk 3 के साथ कम हानि वाली सामग्री।0, डेटा केंद्रों में 100Gbps+ संकेतों के लिए डिज़ाइन किया गया है।

2तांबे की पन्नी
a.इलेक्ट्रोडेपॉजिटेड (ईडी) तांबाः अधिकांश एचडीआई पीसीबी के लिए मानक, 1/3 ̊1 औंस (12 ̊35μm) मोटाई के साथ।
b.रोल्ड कॉपरः पतला (6 ¢ 12 μm) और अधिक लचीला, झुकने के दौरान दरार का विरोध करने के लिए कठोर-लचीला HDI (जैसे, तह करने योग्य फोन) में उपयोग किया जाता है।

3कवरलेयर और सोल्डर मास्क
a.पॉलीमाइड कवर लेयर: लचीले वर्गों में नमी और घर्षण से ठीक निशानों की रक्षा करते हैं।
लिक्विड फोटोइमेज (LPI) सोल्डर मास्कः विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए बिना ब्रिजिंग के 25μm के निशान को कवर करने के लिए पर्याप्त सटीक।

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एचडीआई पीसीबी महत्वपूर्ण क्यों हैं

एचडीआई प्रौद्योगिकी आज के उपकरण डिजाइनरों के सामने तीन प्रमुख चुनौतियों का समाधान करती हैः
1लघुकरण
उपभोक्ता अधिक सुविधाओं वाले छोटे उपकरणों की मांग करते हैं। एचडीआई पीसीबी इसे संभव बनाते हैंः
एक आधुनिक स्मार्टफोन 1500 से अधिक घटकों को 6 इंच के फॉर्म फैक्टर में पैक करता है जो पारंपरिक पीसीबी के साथ असंभव है।
पहनने योग्य फिटनेस ट्रैकर्स एचडीआई का उपयोग करते हैं ताकि हृदय गति मॉनिटर, जीपीएस और बैटरी को घड़ी के आकार के डिवाइस में फिट किया जा सके।

2उच्च गति संकेत
5जी, एआई और आईओटी उपकरणों के लिए संकेतों को पहले से कहीं अधिक तेजी से (100Gbps तक) यात्रा करने की आवश्यकता होती है। एचडीआई पीसीबी इसे सक्षम करते हैंः
पारंपरिक पीसीबी की तुलना में सिग्नल पथ (ट्रैक) को 50 से 70% तक छोटा करना, देरी को कम करना।
उच्च आवृत्तियों पर सिग्नल क्षीणन (हानि) को कम करने के लिए कम हानि वाली सामग्रियों का उपयोग करना।

3विश्वसनीयता
एचडीआई पीसीबी पारंपरिक पीसीबी की तुलना में कम बार विफल होते हैं क्योंकिः
वे 60% कनेक्टर और वायरिंग हार्नेस (पारंपरिक डिजाइनों में आम विफलता बिंदु) को समाप्त करते हैं।
संक्षिप्त संकेत पथ ईएमआई (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक हस्तक्षेप) और क्रॉसटॉक को कम करते हैं, स्थिरता में सुधार करते हैं।

एचडीआई पीसीबी के वास्तविक अनुप्रयोग
एचडीआई तकनीक उन अनगिनत उपकरणों की रीढ़ है जिनका हम दैनिक उपयोग करते हैंः
1. 5जी स्मार्टफोन
आधुनिक 5जी फोन (जैसे, आईफोन 15 प्रो, सैमसंग गैलेक्सी एस24) 1+6+1 एचडीआई पीसीबी पर निर्भर करते हैंः
5जी मॉडम, एमएमवेव एंटेना और 48 एमपी कैमरे को 7 एमएम मोटी बॉडी में फिट करें।
तेज़ डेटा गति सुनिश्चित करते हुए <2dB हानि के साथ 28GHz पर 5G सिग्नल प्रसारित करें।

2. चिकित्सा उपकरण
पहनने योग्य ईसीजी मॉनिटर: 2+2+2 एचडीआई पीसीबी का उपयोग सेंसर, ब्लूटूथ चिप और बैटरी को एक पैच आकार के डिवाइस में फिट करने के लिए करें, जिसमें सटीक हृदय गति ट्रैकिंग के लिए ठीक निशान (25μm) हों।
प्रत्यारोपित डिफिब्रिलेटरः जैव संगत सामग्री (जैसे, पॉलीमाइड) के साथ पूर्ण एचडीआई पीसीबी शरीर में 10+ वर्षों के विश्वसनीय संचालन प्रदान करते हैं।

3ऑटोमोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स
एडीएएस प्रणाली: लीडार और रडार मॉड्यूल में 8-परत एचडीआई पीसीबी 100+ डेटा बिंदुओं को प्रति सेकंड संसाधित करते हैं, जिससे 70 मील प्रति घंटे की गति से टकराव से बचा जा सकता है।
ईवी बैटरी प्रबंधन: एचडीआई पीसीबी वास्तविक समय में 100 से अधिक बैटरी कोशिकाओं की निगरानी करते हैं, जिसमें माइक्रोविया पारंपरिक डिजाइनों की तुलना में 30% तक संकेत देरी को कम करते हैं।

4एयरोस्पेस और रक्षा
उपग्रह संचार: 16 परतों वाले पूर्ण एचडीआई पीसीबी अंतरिक्ष में -200° से 260° सेल्सियस के तापमान पर काम करते हैं, जो 99.99% अपटाइम के साथ 5जी उपग्रह लिंक का समर्थन करते हैं।
ड्रोन सेंसरः हल्के 1+4+1 एचडीआई पीसीबी वजन को 20% कम करते हैं, जिससे उड़ान का समय 15 मिनट तक बढ़ जाता है।

एचडीआई पीसीबी का निर्माण: चुनौतियां और नवाचार
एचडीआई पीसीबी के उत्पादन के लिए पारंपरिक पीसीबी विनिर्माण से परे सटीकता की आवश्यकता होती हैः
1माइक्रोविया ड्रिलिंग
50μm माइक्रोविया बनाने के लिए यूवी लेजर ड्रिल (पारंपरिक वाया के लिए यांत्रिक ड्रिल के विपरीत) की आवश्यकता होती है, जो शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए 98% सटीकता प्राप्त करते हैं।

2. ठीक निशान उत्कीर्णन
25μm के निशानों को उत्कीर्ण करने के लिए उन्नत फोटोलिथोग्राफी की आवश्यकता होती है (पैटर्न को स्थानांतरित करने के लिए यूवी प्रकाश का उपयोग करना) ±2μm सहिष्णुता के साथ। यहां तक कि छोटे भिन्नताएं संकेत हानि का कारण बन सकती हैं।

3अनुक्रमिक टुकड़े टुकड़े करना
एक समय में एक-एक परत बनाने के लिए तापमान और दबाव नियंत्रित प्रेस की आवश्यकता होती है ताकि विघटन से बचा जा सके, प्रत्येक परत को लेजर मार्करों का उपयोग करके संरेखित किया जाए।

4निरीक्षण
एचडीआई पीसीबी को माइक्रोविया गुणवत्ता और परत संरेखण की जांच के लिए एक्स-रे निरीक्षण की आवश्यकता होती है, क्योंकि दोष (जैसे, खोखलेपन के माध्यम से) नग्न आंखों से देखने के लिए बहुत छोटे होते हैं।

एचडीआई पीसीबी की लागतः वे निवेश के लायक क्यों हैं
एचडीआई पीसीबी की कीमत पारंपरिक पीसीबी की तुलना में 1.5 से 3 गुना अधिक है, लेकिन लाभ अक्सर कीमत को सही ठहराते हैंः
a.उपकरण का आकार कम करनाः प्रीमियम, स्थान-प्रतिबंधित उत्पादों (जैसे, $1,000+ स्मार्टफोन) को सक्षम करता है जहां आकार एक प्रमुख बिक्री बिंदु है।
b.बिक्री का समय तेजः कम कनेक्टर और सरल असेंबली उत्पादन समय को 2-3 सप्ताह तक कम करते हैं।
c.कम वारंटी लागतः 60% कम विफलताएं वापसी और मरम्मत को कम करती हैं, जिससे डिवाइस के जीवनचक्र में कुल उत्पाद लागत का 10~15% की बचत होती है।

सामान्य प्रश्न
प्रश्न: वाणिज्यिक एचडीआई पीसीबी में सबसे छोटा माइक्रोविया आकार क्या है?
उत्तरः वाणिज्यिक निर्माता 50μm के रूप में छोटे माइक्रोविया का उत्पादन करते हैं, हालांकि लागत-प्रभावशीलता के लिए 75 ‰ 100μm अधिक आम है। एयरोस्पेस प्रोटोटाइप 25μm माइक्रोविया का उपयोग करते हैं।

प्रश्न: क्या एचडीआई पीसीबी कठोर-लचीला हो सकता है?
उत्तर: हाँ। कठोर-लचीला एचडीआई पीसीबी कठोर खंडों (घटकों के लिए) को लचीले खंडों (बेंडिंग के लिए) के साथ जोड़ती है, जो फोल्डेबल फोन और चिकित्सा एंडोस्कोप के लिए आदर्श है।

प्रश्न: एचडीआई पीसीबी गर्मी को कैसे संभालते हैं?
उत्तरः वे गर्मी को फैलाने के लिए मोटी तांबे की परतों (2 ′′ 3 औंस) और थर्मल वायस का उपयोग करते हैं, कुछ डिजाइनों में उच्च-शक्ति वाले घटकों (जैसे, 5 जी एम्पलीफायर) के लिए एल्यूमीनियम कोर को एकीकृत किया गया है।

प्रश्न: क्या एचडीआई पीसीबी केवल उच्च अंत उपकरणों के लिए हैं?
A: नहीं. यहां तक कि बजट स्मार्टफोन और IoT सेंसर भी लागत और घनत्व को संतुलित करने के लिए बुनियादी 1+2+1 HDI पीसीबी का उपयोग करते हैं, हालांकि वे बड़े माइक्रोविया (100 ¢ 150μm) का उपयोग कर सकते हैं।

प्रश्न: एचडीआई प्रौद्योगिकी का भविष्य क्या है?
उत्तरः अगली पीढ़ी के एचडीआई पीसीबी में 10μm के निशान, 25μm के माइक्रोविया और 20+ परतें होंगी, जिससे टेराबिट-प्रति-सेकंड के संकेत और 6जी और क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए महत्वपूर्ण छोटे उपकरण भी संभव होंगे।

निष्कर्ष
एचडीआई पीसीबी ने इलेक्ट्रॉनिक्स को बदल दिया है आधुनिक उपकरणों की मांग के घनत्व, गति और लघुकरण को सक्षम करके।वे संकेत प्रदर्शन और विश्वसनीयता में सुधार करते हुए कम स्थान में अधिक कार्यक्षमता पैक करने की मुख्य चुनौती को हल करते हैंहालांकि पारंपरिक पीसीबी की तुलना में अधिक महंगे हैं, लेकिन उनके लाभ ‒ छोटे उपकरण, तेज गति और कम विफलता दर ‒ उन्हें 5जी, चिकित्सा, ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए अपरिहार्य बनाते हैं।जैसे-जैसे तकनीक आगे बढ़ती है, एचडीआई पीसीबी केवल इलेक्ट्रॉनिक्स में नवाचार की अगली लहर को संचालित करने के लिए अधिक महत्वपूर्ण हो जाएगा।