Wytyczne dotyczące układu HDI

High Density Interconnect (HDI) można uznać za innowację tradycyjnych obwodów drukowanych (PCB). Powodem jest to, że HDI sprawia, że ​​wiele systemów ma wysoką liczbę komponentów i liczbę netto. Zastosowania HDI obejmują smartfony, potężne komputery, sprzęt sieciowy, lotnictwo itp. Aby osiągnąć cel, jakim jest upakowanie większej liczby komponentów na małej płytce, projektanci muszą stawić czoła następującym wyzwaniom:

  • Ograniczona przestrzeń robocza tablicy
  • Jak osiągnąć mniejsze rozmiary komponentów
  • Problemy z gęstymi odstępami między komponentami i innymi cechami fizycznymi
  • Zwiększone opóźnienie propagacji sygnału spowodowane dłuższymi śladami
  • Więcej tras śledzenia
  • Więcej elementów po obu stronach planszy

Ślady komponentów odnoszą się do wzorów na układzie PCB który wskazuje lokalizację komponentów, które będą lutowane podczas montażu. Projektanci starają się zmniejszyć wymiary komponentów aby zmniejszyć zajmowaną przestrzeń. Według IPC-7351, ślady są generalnie podzielone na trzy kategorie:

  • Poziom gęstości A: nadaje się do produktów o małej gęstości i zajmuje większą powierzchnię płyty niż pozostałe dwa
  • Poziom gęstości B: nadaje się do produktów o umiarkowanym poziomie gęstości składników
  • Poziom gęstości C: jest przeznaczony dla HDI i zajmuje mniej miejsca niż pozostałe dwa

HDI z małymi śladami

Rysunek 1: HDI o niewielkich rozmiarach

W przypadku układu HDI projektanci zazwyczaj uwzględniają następujące funkcje w celu dostosowania komponentów o drobnym skoku:

  • Mikrovias
  • Cieńsze ślady
  • Większa liczba warstw
  • Niższe poziomy sygnału

Zgodnie z wymaganiami projektowymi HDI, mikroprzeloty, które są wiercone mechanicznie lub laserowo, mogą być schodkowo lub piętrowo. Te różne konfiguracje przelotowe są przeznaczone głównie dla komponentów układu siatki kulowej (BGA) o różnych skokach. Ponadto wybór przelotek determinuje czas trwania, etapy i koszt procesu. Jeśli chodzi o cieńsze ślady, pozwalają one na większą gęstość śladów, aby ustanowić połączenie między przelotkami a każdą warstwą. W porównaniu z tradycyjnymi płytkami PCB, liczba warstw HDI może osiągnąć 30 lub nawet więcej warstw. W celu uniknięcia wyładowań elektrostatycznych spowodowanych wysokim natężeniem pola pomiędzy sąsiednimi liniami oraz nadmiernym wzrostem temperatury w przewodach, HDI nie jest używany do wysokiego napięcia lub wysokiego prądu. Podsumowując, przy optymalizacji kosztów i produkcji wszystkie te cechy muszą być brane pod uwagę.

Mikrovia w układzie HDI

Rysunek 2: Mikroprzewody w układzie HDI

W procesie projektowania układu HDI wybór komponentów jest czasochłonny, ponieważ komponenty zamontowane na płycie określają szerokość ścieżki, wymagania dotyczące ścieżki, rozmiar wiercenia i układanie. Optymalizacja między ograniczoną dostępną powierzchnią na HDI a liczbą warstw zapewni idealny rozmiar komponentu, ponieważ mniejszy obszar użytkowy ogranicza rozmiary komponentów, a komponenty o drobnym skoku wymagają większej liczby warstw do trasowania. Jeśli rozmieszczenie komponentów jest złe, wpłynie to na działanie i wydajność płyty. Pomiędzy sąsiednimi pinami lub padami nie powinny występować żadne zakłócenia elektromagnetyczne ani pasożytnicza pojemność lub indukcyjność. Zatem, przed umieszczeniem komponentów na płytce drukowanej, należy odpowiednio zbadać możliwość poprawy integralności sygnału. Ponadto rozmieszczenie komponentów wpływa również na lokalizacje przelotek. Dlatego też, jeśli pozycje przelotek nie są symetryczne, na całą płytkę drukowaną będą oddziaływać nierówne siły, co może nawet wpłynąć na wytrzymałość płytki drukowanej. Następujące cztery czynniki decydują o wyborze komponentów HDI:

  • Dostępność
  • Możliwość śledzenia
  • Wydajność
  • Zapakowany lub wzór lądowy

Pakiety SMD o niewielkich rozmiarach są opcją dla rezystorów i kondensatorów w HDI. Ale komponenty takie jak transformatory, rezonatory kwarcowe, rezonatory ceramiczne, filtry itp. nie są dostępne w tych wyjątkowo małych obudowach. Pakiety BGA to kolejna opcja dla HDI. Kołki znajdują się pod powierzchnią elementów, dzięki czemu zmniejsza się zużycie przestrzeni przez te elementy.

Pakiety SMD w HDI

Rysunek 3: Pakiety SMD w HDI

Pakiety BGA w HDI

Rysunek 4: Pakiety BGA w HDI

 

W przypadku pytań lub projektów PCB prosimy o kontakt:

 

Numer referencyjny:

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