HDI 布局指南

高密度互连(HDI)可视为传统印刷电路板(PCB)的创新. 原因是 HDI 使许多系统具有高组件数和净数。 HDI的应用包括智能手机、功能强大的计算机、网络设备、航空航天等。为了达到在小板上封装更多元件的目的,设计人员需要解决以下挑战:

  • 董事会的有限工作空间
  • 如何实现更小的组件占用空间
  • 组件和其他物理特征之间的密集间距问题
  • 更长的走线引起的信号传播延迟增加
  • 更多跟踪路线
  • 电路板两侧的更多组件

组件封装是指 PCB 布局上的图案 这表明在组装过程中将被焊接的组件的位置。 设计人员试图使组件尺寸更小 以减少占用的空间。 根据IPC-7351,脚印一般分为三类:

  • Density Level A:适用于低密度产品,比其他两种占板面积大
  • 密度等级B:适用于元件密度中等的产品
  • 密度级别 C:用于 HDI,比其他两个占用更少的空间

占地面积小的 HDI

图 1:占用空间小的 HDI

对于 HDI 布局,设计人员通常包括以下功能以适应细间距组件:

  • 微孔
  • 更细的走线
  • 更高的层数
  • 较低的信号电平

根据HDI的设计要求,机械或激光钻孔的微孔可以是交错的,也可以是堆叠的。 这些不同的过孔配置主要用于不同间距的球栅阵列(BGA)元件。 此外,过孔的选择决定了工艺的持续时间、步骤和成本。 至于更细的走线,它们允许更高的走线密度来建立通孔和每一层之间的连接。 与传统PCB板相比,HDI层数可达30层甚至更多. 为了避免相邻线路之间的高场强和导体温升过大引起的ESD, HDI 不用于高压或大电流. 总而言之,在优化成本和制造时,所有这些特性都需要考虑在内。

HDI 布局中的微孔

图 2:HDI 布局中的微孔

在 HDI 布局设计过程中,元件选择非常耗时,因为板上安装的元件决定了走线宽度、走线要求、钻孔尺寸和叠层。 HDI上有限的可用区域与层数之间的优化 将提供理想的组件尺寸,因为较小的可用区域限制了组件占位面积的大小,而细间距组件需要更多层进行布线。 如果元件放置错误,将会影响电路板的运行和效率。 相邻引脚或焊盘之间不应出现 EMI 和寄生电容或电感。 因此, 在将元件放置在 PCB 上之前,必须相应研究提高信号完整性的可能性。 此外,元件放置也会影响通孔位置。 因此,如果过孔的位置不对称,整个电路板会受到不均匀的受力,甚至会影响电路板的强度。 以下四个因素决定了HDI组件的选择:

  • 订购
  • 可追溯分析仪
  • 性能
  • 封装或土地模式

具有小尺寸的 SMD 封装是 HDI 中电阻器和电容器的一种选择。 但变压器、石英晶体谐振器、陶瓷谐振器、滤波器等组件无法采用这些极小的封装形式。 BGA 封装是 HDI 的另一种选择。 引脚位于元件表面下方,减少了这些元件的空间消耗。

HDI 中的 SMD 封装

图 3:HDI 中的 SMD 封装

HDI 中的 BGA 封装

图 4:HDI 中的 BGA 封装

 

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文献参考:

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