HDI PCB vs Standard PCB | ข้อดี ข้อเสีย ราคา

HDI PCB คืออะไร และควรใช้แทน Standard PCB เมื่อไร (คำตอบสั้น)

HDI (High Density Interconnect) PCB คือแผ่นวงจรที่เพิ่มความหนาแน่นของการเชื่อมต่อด้วย microvia ที่เจาะด้วยเลเซอร์ blind via buried via และการสร้างชั้นแบบ sequential build-up ทำให้เดินสายได้มากขึ้นในพื้นที่เท่าเดิม ส่วน Standard PCB ในบทความนี้หมายถึงบอร์ดที่เชื่อมชั้นด้วย through-hole via ที่เจาะเชิงกลเป็นหลัก

คำตอบแบบตัดสินใจ: ให้เริ่มจาก Standard PCB ก่อน แล้วเปลี่ยนไป HDI เมื่อ through-hole via กับเส้นทองแดงที่โรงงานทำได้ ออกจากขา BGA หรือ CSP ไม่ได้ หรือเมื่อ ขนาดบอร์ดถูกบังคับ จนต้องวาง via ในแพด (via-in-pad) ตัวอย่างคำนวณด้านล่างแสดงว่า BGA pitch ประมาณ 0.5 mm ลงไปคือช่วงที่ช่องว่างระหว่างแพดเริ่มไม่พอสำหรับเดินสายออก ตัวเลขทั้งหมดในหน้านี้ที่มีป้ายว่า "ตัวอย่างสมมติ" เป็นโจทย์ให้คุณคำนวณซ้ำได้เอง ไม่ใช่ข้อมูลของโปรเจกต์หรือลูกค้าจริง และความสามารถจริงขึ้นกับโรงงานที่ผลิต ซึ่งต้องยืนยันตอนเสนอราคา

ตารางตัดสินใจ: เมื่อไรใช้ HDI เมื่อไรใช้ Standard

สถานการณ์ของบอร์ด	เริ่มต้นที่	เหตุผลและสิ่งที่ต้องยืนยันกับโรงงาน
BGA pitch 0.8 mm ขึ้นไป พื้นที่เหลือพอ	Standard	ช่องว่างระหว่างแพดพอให้เดินสายออกด้วยเส้นทองแดงปกติ (ดูตัวอย่างที่ 2)
BGA pitch ประมาณ 0.65 mm	Standard ก่อน แล้วตรวจ DFM	เดินสายออกได้ 1 เส้นระหว่างแพดถ้า line/space ละเอียดพอ แต่ถ้าต้องการ via ใกล้แพดมากอาจต้องพิจารณา HDI
BGA pitch ประมาณ 0.5 mm	ประเมิน HDI	ช่องว่างระหว่างแพดแคบมาก ต้องใช้ microvia หรือ via-in-pad เพื่อลงชั้นในทันที
BGA/CSP pitch 0.4 mm	HDI	ตัวอย่างที่ 2 แสดงว่าเดินสายระหว่างแพดแทบไม่ได้ ต้องเจาะ via ในแพดและเติม via
ไม่มีชิ้นส่วน fine-pitch และบอร์ดมีพื้นที่เหลือ	Standard	HDI เพิ่มขั้นตอนเจาะเลเซอร์และอัดชั้นซ้ำ โดยไม่ได้แก้ปัญหาที่คุณมี
ขนาดบอร์ดหรือความหนาถูกจำกัดด้วยตัวเครื่อง	ประเมิน HDI	การลดพื้นที่ footprint ของ BGA (ตัวอย่างที่ 3) ช่วยย่อบอร์ดได้ ต้องเทียบราคารวมของบอร์ดสองแบบ
สัญญาณความเร็วสูงที่ via stub ของ through-hole เป็นปัญหา	ประเมิน HDI	microvia สั้นกว่า via ทะลุหลายชั้นมาก แต่ต้องยืนยันด้วยการจำลองและข้อกำหนด impedance ของงานจริง
Prototype ด่วน งบจำกัด การออกแบบยังไม่นิ่ง	Standard	เปลี่ยนแบบง่ายกว่า ค่อยย้ายไป HDI เมื่อการวาง BGA นิ่งแล้ว

นิยาม Microvia: ข้อควรระวังเรื่อง "รูเล็กกว่า 150 ไมครอน"

บทความหรือสเปกจำนวนมากยังนิยาม microvia ว่าเป็นรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 150 µm (0.15 mm) หรือน้อยกว่า ซึ่งเป็นนิยามเดิม ตามข้อมูลที่สรุปไว้ในบทความ Microvia ของ Wikipedia ซึ่งอ้างบล็อกของ IPC ระบุว่า IPC ปรับนิยามในปี 2013 เป็นรูที่มี อัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 1:1 และความลึกไม่เกิน 0.25 mm ดังนั้นเวลาเขียนสเปกให้โรงงาน ควรระบุ เส้นผ่านศูนย์กลาง ความลึกของ dielectric และ aspect ratio ที่ต้องการไว้ตรง ๆ แทนการพึ่งคำว่า "microvia" คำเดียว และตรวจกับเอกสารมาตรฐานฉบับล่าสุดเสมอ

ตัวอย่างคำนวณ (ตัวอย่างสมมติ ตรวจซ้ำได้)

ตัวอย่างที่ 1: Aspect ratio ของ microvia = ความลึก ÷ เส้นผ่านศูนย์กลาง

ความลึก dielectric (µm)	เส้นผ่านศูนย์กลางรู (µm)	Aspect ratio	ผ่านเกณฑ์ ≤ 1:1 หรือไม่
50	100	0.50	ผ่าน
60	100	0.60	ผ่าน
75	100	0.75	ผ่าน
100	100	1.00	ผ่านพอดี
125	100	1.25	ไม่ผ่าน
100	75	1.33	ไม่ผ่าน

บทเรียนจากตาราง: ถ้า dielectric หนาขึ้นแต่ยังอยากใช้รูเท่าเดิม aspect ratio จะเกินเร็ว การลดรูให้เล็กลงโดยไม่ลดความหนาชั้น dielectric ก็ทำให้ aspect ratio สูงขึ้นเช่นกัน ค่าสูงสุดที่โรงงานแต่ละแห่งรับได้และการเติม via ต่างกัน ให้ถามโรงงานก่อนล็อก stack-up (หน้า บริการ HDI ของเราระบุ aspect ratio สำหรับ microvia ไว้ในตารางสเปก แต่ค่าที่ใช้จริงต้องยืนยันตอนเสนอราคา)

ตัวอย่างที่ 2: เดินสายออกจากแพด BGA ได้กี่เส้น

สมมติฐาน: แพด BGA มีขนาดเท่ากับ 50% ของ pitch จึงได้ช่องว่างระหว่างแพด = pitch ลบขนาดแพด = 50% ของ pitch เส้นทองแดง n เส้นที่มีความกว้างและระยะห่าง (line/space) เท่ากัน ต้องการช่องว่าง n × กว้าง + (n + 1) × ระยะห่าง

BGA pitch	ช่องว่างระหว่างแพด	จำนวนเส้นสูงสุดที่ 100/100 µm (ประมาณ 4/4 mil)	ที่ 75/75 µm (ประมาณ 3/3 mil)	ที่ 50/50 µm (ประมาณ 2/2 mil)
1.0 mm	0.500 mm	2	2	4
0.8 mm	0.400 mm	1	2	3
0.65 mm	0.325 mm	1	1	2
0.5 mm	0.250 mm	0	1	2
0.4 mm	0.200 mm	0	0	1

อ่านตารางนี้อย่างไร: ที่ pitch 0.5 mm ด้วยเส้นละเอียดระดับ 100/100 µm ไม่มีที่พอให้ลอดระหว่างแพดเลย ต้องลดเป็น 75/75 µm หรือละเอียดกว่านั้น และที่ 0.4 mm แม้แต่ 75/75 µm ก็ไม่พอ ซึ่งเป็นเหตุผลเชิงเรขาคณิตที่ฝั่ง HDI ใช้ via-in-pad และ microvia แทนการเดินสายออกข้างแพด ตารางนี้เป็นการประเมินเบื้องต้นจากสมมติฐานเดียว ไม่ได้คิดคลีแรนซ์ solder mask และเส้นที่ต้องผ่านระหว่างแพดจริงที่ขนาดแพดต่างจาก 50% ของ pitch

ตัวอย่างที่ 3: พื้นที่ footprint ของ BGA 16 × 16 ball

ช่วงห่างระหว่างลูกบอลแถวนอกสุดทั้งสองด้าน = (16 − 1) × pitch

BGA pitch	ช่วงของ ball array ต่อด้าน	พื้นที่ของ array (ช่วง × ช่วง)
1.0 mm	15.0 mm	225.0 mm²
0.8 mm	12.0 mm	144.0 mm²
0.5 mm	7.5 mm	56.25 mm²
0.4 mm	6.0 mm	36.0 mm²

จำนวน ball เท่าเดิม แต่ pitch 0.5 mm ใช้พื้นที่ array เหลือหนึ่งในสี่ของ pitch 1.0 mm (225.0 ÷ 56.25 = 4.0) ตัวเลขนี้เป็นเพียงพื้นที่ของ ball array ไม่ใช่พื้นที่บอร์ดทั้งใบ ผลต่อขนาดบอร์ดและจำนวนชั้นจริงต้องดูจากการ route จริงและต้องเทียบใบเสนอราคาของทั้งสองทางเลือก

โครงสร้าง HDI: อ่านสัญลักษณ์ k+N+k

ตัวเลขแรกและตัวเลขท้ายคือจำนวนชั้น build-up ที่มี microvia ด้านบนและด้านล่าง ส่วน N คือจำนวนชั้นของแกนกลาง (core) จำนวนชั้นทั้งหมด = k + N + k

โครงสร้าง	คำอธิบาย	จำนวนชั้นรวม
1+4+1	microvia 1 ชั้น build-up ต่อด้าน บนแกน 4 ชั้น	6
2+4+2	microvia 2 ชั้น build-up ต่อด้าน บนแกน 4 ชั้น	8
3+4+3	microvia 3 ชั้น build-up ต่อด้าน บนแกน 4 ชั้น	10
1+2+1	microvia 1 ชั้น build-up ต่อด้าน บนแกน 2 ชั้น	4
ELIC / Any-layer	ทุกชั้นเชื่อมกันด้วย microvia ซ้อนกัน	ขึ้นกับแบบ

ยิ่ง k มาก ยิ่งต้องเจาะเลเซอร์ ชุบ และอัดชั้นซ้ำหลายรอบ ซึ่งเป็นที่มาของต้นทุนและเวลาที่เพิ่มขึ้น

Microvia แบบ stacked กับ staggered

Stacked คือ microvia ซ้อนตรงกันหลายชั้น เดินสายได้กะทัดรัดที่สุดแต่ต้องเติม via ให้เต็มและเรียบ ส่วน staggered คือเยื้องกันไปมา ผลิตง่ายกว่าและกินพื้นที่มากกว่า มีงานทดสอบความน่าเชื่อถือ (Birch, 2009, วิธี IST) ที่ Wikipedia สรุปไว้ว่า stacked microvia 1 ถึง 2 ระดับอยู่ได้นานกว่า 3 ถึง 4 ระดับ จึงควรถามโรงงานถึงข้อจำกัดการซ้อนก่อนออกแบบ แทนการยึดกฎตายตัวจากบทความ ดูรายละเอียดชนิด via ได้ที่ PCB Via ครบทุกประเภท

ต้นทุน: ทำไมไม่ใส่ตัวคูณราคาในบทความนี้

เราตัดตารางราคาต่อตารางนิ้วและตัวคูณ "แพงกว่ากี่เปอร์เซ็นต์" ออก เพราะไม่มีตัวเลขเดียวที่ใช้ได้กับทุกงาน ราคาขึ้นกับตัวแปรเหล่านี้โดยตรง

จำนวนรอบ build-up (ค่า k) และจำนวนรูที่เจาะด้วยเลเซอร์
ต้องเติม via หรือไม่ (via-in-pad ที่ต้องเติมและขัดเรียบ)
line/space ที่ต้องการ และผลต่ออัตราของเสียของแต่ละโรงงาน
วัสดุ (FR4 Tg สูง หรือวัสดุความเร็วสูง) และความหนาทองแดง
ขนาดแผง จำนวนที่สั่ง และ surface finish

วิธีเปรียบเทียบที่ถูกต้อง: ขอใบเสนอราคาสองแบบสำหรับฟังก์ชันเดียวกัน (Standard N ชั้น กับ HDI ที่อาจเล็กลงหรือใช้ชั้นน้อยลง) แล้วเทียบ ราคาต่อบอร์ดที่ใช้งานได้ทั้งใบ ไม่ใช่ราคาต่อพื้นที่ เพราะ HDI อาจแพงกว่าต่อหน่วยพื้นที่แต่ทำให้ได้บอร์ดเล็กลงหรือเลี่ยงการใช้ชั้นเพิ่ม ดูกรอบราคาทั้งงานประกอบได้ที่ คู่มือคำนวณต้นทุน PCB Assembly และการเลือกจำนวนชั้นที่ คู่มือ Stackup PCB หลายชั้น

จุดที่ต้องตรวจเมื่อออกแบบ HDI

Via-in-pad ต้องเติมและเรียบ ถ้าไม่เติม ตะกั่วบัดกรีอาจไหลลงรูและทำให้ข้อต่อ BGA ขาดตะกั่ว ให้ระบุชนิดการเติม (resin หรือทองแดง) และการชุบปิดหน้า (cap plating) ใน fabrication note
ข้อจำกัดการซ้อน microvia ถามโรงงานว่ารับ stacked กี่ระดับ และ stacked บน buried via ได้หรือไม่
แพดรับ microvia (capture pad) ต้องสัมพันธ์กับขนาดรูและความคลาดเคลื่อนการวางเลเซอร์ของโรงงาน
Impedance บนบอร์ด HDI ต้องคำนวณใหม่จากความหนา dielectric ของชั้น build-up จริง ดู คู่มือ Impedance Control
Surface finish ที่แพด fine-pitch ควรเรียบ ดู Surface Finish 8 ประเภท ประกอบกับการเลือก BGA vs QFP vs QFN
ตรวจ DFM ก่อนปล่อยไฟล์ ใช้ DFM Checklist และคุยกับโรงงานตอน layout ยังไม่นิ่ง

ข้อดีและข้อจำกัดของแต่ละแบบ

หัวข้อ	HDI PCB	Standard PCB
ชนิด via หลัก	Microvia, blind, buried	Through-hole
การเดินสายออกจาก fine-pitch BGA	ทำได้ด้วย via-in-pad และเส้นละเอียด	จำกัดด้วยช่องว่างระหว่างแพด (ตัวอย่างที่ 2)
ขั้นตอนผลิต	เพิ่มเจาะเลเซอร์ ชุบ และอัดชั้นซ้ำตามค่า k	เจาะเชิงกลและอัดชั้นตามปกติ
ต้นทุนและเวลา	ขึ้นกับค่า k การเติม via และ line/space ยืนยันตอนเสนอราคา	โดยทั่วไปขั้นตอนน้อยกว่า ยืนยันตอนเสนอราคา
จำนวนโรงงานที่ทำได้	ต้องเลือกโรงงานที่มีเลเซอร์และสายชุบ microvia	มีโรงงานให้เลือกมากกว่า
ความเสี่ยงหลัก	Void ใน microvia, stacked หลายระดับ	Via stub, พื้นที่ route ไม่พอ

RFQ Checklist สำหรับบอร์ด HDI

ข้อมูลเหล่านี้ทำให้ใบเสนอราคาของโรงงานเปรียบเทียบกันได้และลดการถามกลับ

Stack-up และสัญลักษณ์ k+N+k เช่น 1+4+1 พร้อมจำนวนชั้นรวมและความหนาบอร์ดสุดท้าย
ชนิด microvia blind หรือ buried, stacked หรือ staggered, จำนวนระดับที่ซ้อน
เส้นผ่านศูนย์กลางรูและความลึก dielectric เพื่อให้โรงงานคำนวณ aspect ratio
การเติม via ไม่เติม, resin fill, หรือ copper fill พร้อมข้อกำหนด cap plating สำหรับ via-in-pad
Line/space ขั้นต่ำและความหนาทองแดง ของแต่ละชั้น (ทองแดงสำเร็จรูปหลังชุบ)
วัสดุ ชนิด FR4 ค่า Tg หรือวัสดุความเร็วสูง และชนิด prepreg ที่ต้องการ
Impedance เส้นที่ควบคุมและค่าเป้าหมายพร้อมความคลาดเคลื่อน
Surface finish และข้อกำหนดความเรียบของแพด fine-pitch
มาตรฐานและ Class เช่น IPC-6016 สำหรับ HDI ร่วมกับ IPC-6012 และ IPC-A-600 ระบุ Class 2 หรือ 3 ให้ชัด
การตรวจรับ electrical test, microsection (ตรวจ microvia) และรายงานที่ต้องการ
ปริมาณ จำนวนต่อรุ่น และต้องการ prototype หรือ production

ดูชุดไฟล์ที่ควรแนบตอนขอราคางานประกอบได้ที่ PCBA RFQ File Package Checklist

มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง (ตรวจฉบับล่าสุดก่อนใช้)

IPC-2226: มาตรฐานการออกแบบเฉพาะส่วนสำหรับบอร์ด HDI
IPC-6016: ข้อกำหนดคุณสมบัติและสมรรถนะสำหรับโครงสร้าง HDI
IPC-6012 และ IPC-A-600: ข้อกำหนดบอร์ดแข็งและเกณฑ์การตรวจรับ

เราระบุเพียงขอบเขตโดยสรุป รายละเอียดข้อกำหนดต้องอ่านจากเอกสารฉบับจริงของ IPC

บริการของเรา

WellPCB ให้บริการสั่งผลิต HDI PCB และ Multilayer PCB ผ่านโรงงานพันธมิตร พร้อมประกอบ BGA และประกอบ PCB ความหนาแน่นสูง หากยังไม่แน่ใจว่าแบบของคุณต้องใช้ HDI หรือไม่ ส่งไฟล์และ pitch ของ BGA มาให้ตรวจ DFM ก่อนได้ หรือเริ่มจากงานต้นแบบ

ขอใบเสนอราคาฟรี →

แหล่งอ้างอิง

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

HDI PCB ต่างจาก PCB ธรรมดาตรงไหนในทางปฏิบัติ?

HDI ใช้ microvia เจาะเลเซอร์ blind via และ buried via บนชั้น build-up ที่สร้างทีละรอบ ทำให้เดินสายหนาแน่นกว่าบอร์ดที่ใช้ through-hole via เป็นหลัก ความต่างที่ผู้ซื้อรู้สึกได้คือขั้นตอนผลิตที่เพิ่มขึ้น ข้อกำหนดที่ต้องระบุเพิ่ม (k+N+k การเติม via) และจำนวนโรงงานที่ทำได้ที่น้อยลง

BGA pitch 0.5 mm ต้องใช้ HDI เสมอไหม?

ไม่เสมอไป ขึ้นกับขนาดแพด line/space ที่โรงงานทำได้ และจำนวนชั้นที่ยอมให้ใช้ ตัวอย่างที่ 2 ในบทความนี้ (สมมติแพด 50% ของ pitch) แสดงว่าที่ 0.5 mm ต้องใช้เส้นไม่เกิน 75/75 µm จึงจะลอดระหว่างแพดได้ 1 เส้น และถ้ามี ball จำนวนมากจะเหลือทางออกน้อย ให้ส่งแบบให้โรงงานตรวจ DFM เพื่อยืนยัน

1+4+1 หมายถึงกี่ชั้น?

รวม 6 ชั้น คือแกนกลาง 4 ชั้นบวก build-up ที่มี microvia ด้านบน 1 ชั้นและด้านล่าง 1 ชั้น ในทำนองเดียวกัน 2+4+2 เท่ากับ 8 ชั้น

HDI แพงกว่า Standard กี่เท่า?

ไม่มีตัวคูณเดียวที่ใช้ได้กับทุกงาน ราคาขึ้นกับค่า k การเติม via line/space วัสดุ และปริมาณ ให้ขอใบเสนอราคาเปรียบเทียบสองแบบสำหรับฟังก์ชันเดียวกันและดูราคารวมต่อบอร์ดที่ใช้งานได้

ควรทดสอบอะไรก่อนอนุมัติล็อตแรกของบอร์ด HDI?

อย่างน้อยควรมี electrical test และถ้าบอร์ดมี microvia ที่สำคัญควรขอรายงาน microsection เพื่อดูการเติมและชุบของ microvia รวมถึงรายงาน impedance หากบอร์ดมีเส้นควบคุม impedance ระบุเกณฑ์ตรวจรับตาม IPC-A-600 และ Class ที่ต้องการตั้งแต่ใบสั่งซื้อแรก

ควรอ้างอิงมาตรฐานอะไรเมื่อสั่งผลิต HDI?

ฝั่งออกแบบมี IPC-2226 สำหรับ HDI ฝั่งข้อกำหนดคุณสมบัติของโครงสร้าง HDI มี IPC-6016 ร่วมกับ IPC-6012 สำหรับบอร์ดแข็ง และ IPC-A-600 สำหรับการตรวจรับ ให้ระบุ Class 2 หรือ Class 3 ในใบสั่งซื้อและตรวจฉบับล่าสุดกับโรงงาน

ควรคุยกับผู้ผลิตตั้งแต่เมื่อไร?

ควรคุยตั้งแต่ตอน BGA ถูกเลือกและ layout ยังเปลี่ยนได้ เพื่อให้โรงงานช่วยยืนยัน pitch, line/space, ชนิด via และการเติม via ก่อนปล่อยไฟล์จริง