A HDI és a hagyományos PCB-k különböző igényekhez készülnek. A HDI lapok finom vonalakkal, kis párnákkal és fejlett VIA-kkal rendelkeznek, hogy sűrű, nagy sebességű köröket helyezzenek el egy kis térben. A hagyományos PCB-k szélesebb vonalakat és egyszerű átmenő lyukakat használnak az alacsonyabb költség és a mérsékelt sebesség érdekében. Ez a cikk információkat ad ezekről a különbségekről és a tervezési választásokról.
HDI PCB és a hagyományos PCB áttekintése
A Nagy Sűrűségű Interconnect (HDI) PCB-ket úgy tervezték, hogy több csatlakozást csomagoljanak egy kompakt lapba finom vonalakkal, kis párnákkal és fejlett átmeneti szerkezetekkel. A hagyományos PCB-k szélesebb vonalakkal, nagyobb betétekkel és egyszerűbb fúrási módszereket használnak, amelyek alacsonyabb sűrűségű, alacsonyabb sebességű áramkörökhöz igazodnak.
Fizikai szerkezet és összeköttetési tervezés
Stack-up és rétegépítés
HDI PCB stack-up
• Vékony dielektromos rétegekkel építve, amelyeket fokozatosan adnak hozzá a mag egyik vagy mindkét oldalán.
• Nagyon vékony szigetelést alkalmaz a rézrétegek között, hogy a rakás tömör maradjon.
• Csak a szükséges rétegpárokat köti össze vakon és eltemetett átjárókon keresztül, nem pedig mély lyukakkal, amelyek teljes szélességet fednek át.
Átlagos PCB-stack
• Egy vagy több rézburkolatos magból készül, amelyeket prepreg-mel nyomnak össze
• A legtöbb rétegcsatlakozás felülről lefelé fúrt átfutó lyukat használ
• Kevesebb laminálási lépést és vastagabb szigetelési rétegeket használ
Típusok és összekapcsolási stílusok
HDI PCB via és interconnect stílusok
Egy HDI PCB-ben apró mikrovia-k, vak átívák, eltemetett átvalók és át-in-pad szerkezetek segítenek rövid, közvetlen módon összekapcsolni a rétegeket. A mikrovisziák összekapcsolják a közeli rétegeket, míg a vak és eltemetett via-k csak a szükséges rétegeket kötik össze. A via-in-pad a via-t egy komponens padon helyezi el a töltés és bevonat után, ami szoros elrendezéseket és nagyobb áramkörsűrűséget támogat.
Átlagos PCB via és interconnect stílusok
Egy átlagos PCB-ben a via-k szabványos, fúrt átfutó lyukak, amelyek a felső rétegből az alsó rétegig vezetnek. Még akkor is, ha egy jelnek csak néhány belső réteget kell összekötnie, a lyuk gyakran áthalad a teljes deszka vastagságán. Ez egyszerűbbé teszi a szerkezetet, de kevésbé rugalmasabbá, mint a HDI PCB-k tervezésében található via opciók.
Útvonal-sűrűség és tervezési szabályok
HDI PCB útvonaltervezési és tervezési szabályok
HDI PCB-ben a vezetékek vékonyabbak és közelebb vannak egymáshoz, így több kapcsolat fér el egy kis területen. A párnák és a távolságok kisebbek, ami extra rézteret nyit a szoros tűk közötti útvonalakhoz. A magas tűszámú chipekből származó rövid elhajlási útvonalak a padon belüli és mikrovia menekülő útvonalak segítségével lehetségesek, így a jelek gyorsan lecsúszhatnak a belső rétegekre. A nagyobb útvonal-sűrűség miatt néhány HDI lapok kevesebb összréteggel is eléri ugyanazt a funkciót.
Szokásos PCB útvonaltervezési és tervezési szabályok
Egy átlagos PCB-ben a nyomok szélesebbek és nagyobb távolsággal rendelkeznek, hogy megfeleljenek a szabványos fúrási és maratási határoknak. A padok, távolságok és réznyílások nagyobbak és könnyebben feldolgozhatók, így egyszerűvé teszi a deszka szerkezetét. Az útvonalak a lyukon átmenő átmérő útvonalak és nagyobb alkatrészfelületek köré vannak tervezve, így több alapterületre és rétegekre lehet szükség ahhoz, hogy minden jel átjuttassa a PCB-n.
Jel integritása és nagy sebességű teljesítmény
Magas adatátviteli sebességnél az elektromos viselkedést erősen befolyásolja a csatlakozás hossza, az impedancia folytonossága és az időzítési konzisztencia. A HDI PCB-k fizikai szerkezetükön keresztül befolyásolják ezeket a tényezőket, ami mérhető elektromos előnyöket eredményez a nagysebességű tervekben.
A rövidebb összekapcsolási útvonalak csökkentik a jelterjedési késleltetést és az időzítési torzítást. A mikroviák és a korlátozott mélységű kapcsolatok minimalizálják a használatlan csíkok révén, ami csökkenti az impedancia folyékonossági hullámokat, amelyek tükröződést okozhatnak. Ezek a hatások segítenek megőrizni a jel élének alakját és javítják az időzítési marcokat gigabit adatsebességnél.
A hagyományos PCB-knél a hosszabb nyomok és a teljes mélységű átmenő lyukak további parazita induktanciát és kapacitást hoznak létre. Ahogy a szélsebességek nőnek, ezek a paraziták ronthatják a szemnyílásokat, növelhetik a keresztszedést és csökkenthetik a zajhatárt. Bár alacsony és közepes sebességnél elfogadhatóak, ezek a hatások korlátozó tényezőkké válnak a nagy sebességű digitális rendszerekben.
Elektromos szempontból a HDI PCB-k kiszámíthatóbb impedancia szabályozást, csökkentett jeltorzítást és jobb időzítési stabilitást biztosítanak nagy sebességű és nagy sűrűségű áramkörökben.
Hőviselkedés és megbízhatóság
HDI PCB hőutak és megbízhatóság
• A HDI PCB-k képesek a hőpárnákon és rézsíkokon keresztül a hőpárnákon és rézsíkokon keresztül a hőt futtató alkatrészek közelében elhelyezve, a hőt terjesszék.
• A rövidebb utak a forró részekből a belső rézrétegek felé gyorsabban távolítják el a hőt.
• A hosszú távú megbízhatóság fenntartása érdekében a HDI építési folyamatának stabil mikrovia bevonatra és kitöltésre, rétegek közötti rétegezésre és elegendő tervezési marginalékra van szüksége a táguláshoz és összehúzáshoz hőmérséklet-változások során.
A hagyományos PCB hőpályák és megbízhatóság
• A hagyományos PCB-knél kevesebb összetett építési lépés van, de vastagabb szigetelőrétegek és teljes átmenő lyukak bizonyos helyeken felgyűlhetnek a hő.
• Gyakran hozzáadnak hőmentesítő mintákat és extra rézterületeket, hogy elvonják a hőt a forró területekről, és idővel csökkentsék a feszültséget a deszkolapon.
Gyártási lépések a HDI PCB és a hagyományos PCB között
| Lépés | HDI PCB gyártás | Hétköznapi PCB-gyártás |
|---|---|---|
| Réteg létrehozása | A magot több vékony réz- és gyantaréteggel kombinálják. | Egy vagy több rézburkolatú mag előterhességgel van egymásra rakva. |
| Formáción keresztül | Lézerrel fúrt mikroviákat használ, valamint vak és eltemetett via-kat használ kiválasztott rétegek között. | Mechanikusan fúrt átfutó lyukas viákat használ, amelyek áthaladnak az egész deszkán. |
| A töltésen keresztül | A viákat rézzel vagy gyantával lehet tölteni, majd lapossá alakítani a via-in-pad elrendezésekhez. | A viákat a szabványos buildekben nem töltik ki. |
| Laminálási ciklusok | Több laminálási ciklusra van szükség minden réteg összekötéséhez. | Gyakran egyetlen fő laminálási ciklust használ. |
| Regisztrációs követelmények | Nagyon szoros igazításra van szükség a finom jellemzők és a kis via-k között. | Szabványos igazítási tűréseket alkalmaz a nyomok és lyukak esetében. |
| Ellenőrzés és tesztelés | Több ellenőrzés a minőségre, rétegváltásokra és felépítési lépésekre fókuszál. | Szabványos elektromos teszteket és vizuális ellenőrzéseket alkalmaznak. |
Alkalmazási összehasonlítás: HDI PCB vs Ordinary PCB
HDI PCB alkalmazási területek
• A HDI PCB-ket kompakt digitális eszközökben, például okostelefonokban, táblagépekben és viselhető eszközökben használják.
• Támogatnak kis orvosi elektronikai eszközöket, ahol a deszkolapon korlátozott hely.
• A HDI elrendezések gyakoriak az autós vezetősegítő rendszerekben és az információs szórakoztatói modulokban, amelyek sok jelet továbbítanak szűk területen.
• Hálózati és távközlési berendezések, valamint a nagy teljesítményű számítástechnikai modulok gyakran használnak HDI PCB-ket sűrű, nagy sebességű kapcsolatok kezelésére.
A szokásos PCB alkalmazási területek
• A hagyományos PCB-k gyakoriak tápegységekben és sokféle háztartási gépben.
• Világításvezérlő panelekben és széles ipari bemeneti és kimeneti panelekben használják.
• Az audioerősítő áramkörök gyakran egyszerű PCB-kre támaszkodnak, amelyek elrendezése egyszerű.
• A hagyományos PCB-k megtalálhatók oktatási készletekben és olcsó hobbitermékekben is, ahol az alapvető funkciók elegendőek.
Költség- és volumenkompromisszumok
| Tényező | HDI PCB | Átlagos PCB |
|---|---|---|
| Szerszámok és beállítás | Magasabb, mert a folyamatnak finomabb funkciókra és fejlett lépésekre van szüksége. | Alacsonyabb, szabványos felszerelés és általános anyagok alapján. |
| Alapanyagonkénti gyártási költség | Magasabb, főként alacsony és közepes termelési mennyiségeknél. | A legtöbb termelési volumennél alacsonyabb. |
| Megtakarítás a teljes termékben | Csökkentheti a költségeket a termék más részein, ha lehetővé teszi egy kisebb, integráltabb billentyűzetet. | Kevesebb megtakarítás van a táblán kívül, ha a layout zsugorítja. |
| Hangerőérzékenység | Nagy hangerőn vonzóbbá válik kompakt áramkör kialakításokhoz. | Egyszerű táblák esetében szinte bármilyen volumenben költséghatékony marad. |
| A legjobban megfelelő árcélok | Közepes és prémium termékekhez is alkalmas, amelyek magasabb alapanyagi árakat is támogatnak. | A belépő szintű és erősen költségorientált termékekhez illeszkedik. |
HDI PCB vagy normál PCB választása
Válasszon HDI PCB-t, ha:
• A deszka területe vagy vastagsága szigorúan korlátozott
• Az alkatrészek finom hangmagasságú vagy nagy tűszámú csomagokat használnak
• Nagy sebességű vagy nagy sűrűségű útvonal szükséges
• A jelintegritás margói kritikus
Válasszon egy hagyományos PCB-t, ha:
• A tanszéki hely elérhető
• A jelsebességek alacsony-közepes
• A költségkontroll a fő prioritás
• Az összeszerelés és újradolgozás egyszerűsége fontos
Összegzés
A HDI és a hagyományos PCB-k méretkorlátokban, rétegszerkezetben, via-kban, útvonalakban, jelminőségben, hőterjedésben és árban különböznek. A HDI támogatja a kompakt elrendezéseket, a finomhangú alkatrészeket és a bonyolultabb feldolgozással rendelkező gyors kapcsolatokat. A hagyományos PCB-k egyszerűbb, nagyobb elrendezéseket kínálnak alacsonyabb költséggel. A tervezési ellenőrzőlista a kártya méretét, sebességigényét és költségvetését a megfelelő PCB típushoz köti.
Gyakran Ismételt Kérdések [GYIK]
Milyen anyagokat használnak a HDI PCB-k a hagyományos PCB-kkel szemben?
A HDI PCB-k nagy Tg vagy alacsony veszteségű laminátokat használnak a nagyobb sebesség és hő érdekében. A hagyományos PCB-k standard FR-4-et használnak, hogy alacsonyan tartsák a költségeket.
Miben változik a réz vastagsága a HDI és a hagyományos PCB-k között?
A HDI PCB-k vékonyabb rézet használnak finom útvonalakhoz kis nyomok esetén. A hagyományos PCB-k vastagabb rézet használnak, például 1 unciát vagy 2 unciát, a nagyobb áram és szilárdság érdekében.
Miben különbözik az összeszerelés HDI PCB-knél?
A HDI PCB-knek szoros szabályozásra van szükségük a forrasztás és a reflow szabályozására, mivel finom hangmagasságú alkatrészek és a padon keresztül működnek. A sima PCB-k könnyebben összeszerelhetők nagyobb párnákkal és alkatrészekkel.
Nehezebb a javítás HDI PCB-knél?
Igen. A HDI párnák, nyomok és mikroviák kicsik és könnyen megsérülnek az átdolgozás során. A hagyományos PCB-k könnyebben javíthatók, mert a funkciók nagyobbak és erősebbek.
Milyen adat szükséges a HDI PCB megrendeléséhez?
A HDI PCB-k adatainak részletes réteget kell tartalmazniuk, rétegpárokon keresztül vakon és eltemetve, mikrovia méreteken és impedancia-célpontokon. A hagyományos PCB-knek csak egy alap stack-up és szabványos fúrófájlok szükségesek.
Miben különböznek a megbízhatósági tesztek a HDI PCB-k esetében?
A HDI PCB-k mikroviás erősségre teszteket adnak hozzá, például keresztmetszeteket és hőciklust a kuponoknál. A hagyományos PCB-k főként szabványos elektromos teszteket és néhány alapvető keresztmetszetet használnak.
