Linee guida per il layout HDI
High Density Interconnect (HDI) può essere considerata un'innovazione dei tradizionali circuiti stampati (PCB). Il motivo è che HDI fa sì che molti sistemi abbiano conteggi di componenti e conteggi netti elevati. Le applicazioni di HDI includono smartphone, computer potenti, apparecchiature di rete, aerospaziale, ecc. Per raggiungere lo scopo di imballare più componenti su una piccola scheda, i progettisti devono affrontare le seguenti sfide:
- Lo spazio di lavoro limitato della lavagna
- Come ottenere un ingombro ridotto dei componenti
- I problemi di spaziatura densa tra componenti e altre caratteristiche fisiche
- L'aumento del ritardo di propagazione del segnale causato da tracce più lunghe
- Più percorsi di traccia
- Più componenti su entrambi i lati della scheda
Le impronte dei componenti si riferiscono ai modelli sul layout del PCB che indica la posizione dei componenti che verranno saldati durante l'assemblaggio. I progettisti cercano di ridurre le impronte dei componenti per ridurre lo spazio occupato. Secondo IPC-7351, le impronte sono generalmente divise in tre categorie:
- Livello di densità A: è adatto per prodotti a bassa densità e occupa più area del cartone rispetto agli altri due
- Density Level B: è adatto per prodotti con un moderato livello di densità dei componenti
- Density Level C: è per HDI e occupa meno spazio degli altri due
Figura 1: L'HDI con piccole impronte
Per un layout HDI, i progettisti generalmente includono le seguenti funzionalità per ospitare componenti a passo fine:
- Microvie
- Tracce più sottili
- Numero di strati più alto
- Livelli di segnale inferiori
Secondo i requisiti di progettazione dell'HDI, le microvie perforate meccanicamente o laser possono essere sfalsate o impilate. Queste varie configurazioni via sono principalmente per componenti BGA (Ball Grid Array) con passi diversi. Inoltre, la scelta delle vie determina la durata, le fasi e il costo del processo. Per quanto riguarda le tracce più sottili, consentono una maggiore densità di tracce per stabilire una connessione tra via e ciascuno strato. Rispetto alle tradizionali schede PCB, il conteggio degli strati HDI può raggiungere 30 o anche più strati. Al fine di evitare le scariche elettrostatiche causate dall'elevata intensità di campo tra le linee adiacenti e dall'eccessivo aumento della temperatura nei conduttori, l'HDI non viene utilizzato per l'alta tensione o l'alta corrente. Tutto sommato, quando si ottimizzano i costi e la produzione, tutte queste caratteristiche devono essere prese in considerazione.
Figura 2: Microvia nel layout HDI
Nel processo di progettazione del layout HDI, la selezione dei componenti richiede molto tempo perché i componenti montati sulla scheda determinano la larghezza della traccia, i requisiti della traccia, la dimensione della perforazione e l'accumulo. L'ottimizzazione tra l'area disponibile limitata sull'HDI e il numero di strati fornirà la dimensione del componente ideale poiché l'area utilizzabile più piccola limita la dimensione delle impronte dei componenti e i componenti a passo fine richiedono più livelli per il routing. Se il posizionamento dei componenti è errato, influirà sul funzionamento e sull'efficienza della scheda. Non devono verificarsi EMI e capacità o induttanza parassita tra i pin o i pad adiacenti. Così, prima di posizionare i componenti sul PCB, la possibilità di miglioramento dell'integrità del segnale deve essere studiata di conseguenza. Inoltre, il posizionamento dei componenti influisce anche sulle posizioni di passaggio. Pertanto, se le posizioni delle vie non sono simmetriche, l'intero circuito riceverà forze irregolari, che potrebbero anche influenzare la forza del circuito. I seguenti quattro fattori determinano la selezione dei componenti HDI:
- Disponibilità
- Tracciabilità
- Prestazione
- Modello confezionato o terrestre
I pacchetti SMD con ingombro ridotto sono un'opzione per resistori e condensatori in HDI. Ma componenti come trasformatori, risonatori a cristalli di quarzo, risonatori ceramici, filtri, ecc. non sono disponibili in questi modelli di contenitori estremamente piccoli. I pacchetti BGA sono un'altra opzione per HDI. I perni si trovano sotto la superficie dei componenti, il consumo di spazio di questi componenti è ridotto.
Figura 3: Pacchetti SMD in HDI
Figura 4: Pacchetti BGA in HDI
Se hai domande o progetti di PCB, contattaci:
Riferimento:
https://www.protoexpress.com/blog/choosing-smaller-footprints-hdi-design/
https://resources.altium.com/p/how-to-pack-more-complexity-into-a-smaller-footprint-using-hdi
https://www.nwengineeringllc.com/article/hdi-layout-guidelines-for-your-next-pcb.php