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深圳pcb線路板廠家:如何設計高速HDI電路板

文章來源: 智力創電路板 人氣:1552 發表時間:2021-03-04 15:11:52

隨著電子產品對于體積的要求越來越高,尤其是移動裝置產品的尺寸朝持續微縮方向開發,比如目前熱門的Ultra Book產品,甚至是新穎的穿戴式智能裝置,都必須運用HDI線路板高密度互連技術制作的載板,將終端設計進一步壓低產品尺寸。


HDI電路板即為高密度互連技術,這是印刷電路板(Printed circuit board)所使用的技術的一。HDI主要是應用微盲埋孔的技術進行制作,特性是可讓印刷電路板里的電子電路分布線路密度更高,而由于線路密度大增,也讓HDI制成的印刷電路板無法使用一般鉆孔方式成孔,HDI必須采用非機械的鉆孔制程,非機械鉆孔的方法相當多,其中「雷射成孔」為HDI高密度互連技術的搭配成孔方案為主。


HDI印刷電路板的應用領域相當寬廣,舉凡手機、超薄型筆記本電腦、平板電腦、數位相機、車用電子、數位攝影機…等電子產品,都已使用HDI技術來縮小主板設計,縮小后的效益相當大,不只終端產品設計可以把更多機構內空間留給電池、或更多附加功能零組件,產品的成本也可因為導入HDI而相對降低。


HDI早期用于中高價手機 現在幾乎普及于各移動裝置

早期使用HDI技術最多的產品,以功能性手機、智能型手機為主,此類產品占了HDI高密度電路板快一半以上用量,而Any-layer HDI(任意層高密度連接板)則為高階HDI制作制程,與一般HDI電路板最大差別在于,多數HDI為由鉆孔制程進行的機鉆進行PCB貫穿處理,至于層與層的間的板材,Any-layer HDI運用「雷射」鉆孔打通每一層的彼此連通設計。


例如,采用Any-layer HDI的制作方法,一般可以減省約四成的PCB體積,目前Any-layer HDI已被用于Apple iPhone 4、或較新穎的智能型手機,藉由更高密度整合主板降低產品設計厚度,使產品設計得以用更輕薄的設計型態問市。但Any-layer HDI為采用雷射盲孔制造,在線路加工制作難度相對較高、成本也較一般電路板為高,目前僅高單價的移動裝置使用較多。


HDI印刷電路板為采用增層法(Build Up)進行制造,HDI的技術差距即在增層的數量,電路層數越多、技術難度越高!而一般用途的HDI板,基本上可使用一次增層,至于高階用途的HDI板,則為分二次、或多次以上的Build Up增層技術制造,為避免機械穿孔造成HDI板高密度布線因鉆孔不當受損,成孔制程可同時使用雷射穿孔、電鍍填孔、迭孔等先進的印刷電路板制作技術。

高引腳數的關鍵元件 需使用HDI進行產品設計


尤其是引腳數超多的FPGA元件,對于PCB布線來說是極大的困擾,又例如目前最常見的GPU元件,引腳數也是朝向越來越多發展,大多已經改用HDI印刷電路板來進行產品設計,HDI板尤其適合需要高復雜連接的設計方案使用。


尤其針對新一代的SoC或整合晶片,其高度整合功能下導致IC引腳越來越多,這對于PCB設計連接線路的難度大幅提升,而HDI高密度電路板設計方案,可利用板材內部多層互連、整合的優勢,將復雜的晶片引腳一一完成連接,而雷射盲孔制作可以在板材內制作微盲孔,可以是穿孔式、錯置式、堆迭式,亦可在任意層進行互連,線路的布設彈性相對較傳統PCB高更多,也為高引腳數的整合晶片應用方案提供更輕松的板材設計方案。

而HDI電路板設計也較以往PCB線路板更為復雜,不只是線路變得更緊密,在使用不同層電路互連的設計復雜度也大幅提高,線路變得更細、更緊密的同時,也代表著線路的導體截面積變更小,這會導致傳遞信號完整性問題會更加凸顯,對PCB設計工程師來說要花更多心思進行板材功能驗證與查錯。


尤其在面對高度復雜的設計案件,例如在開發過程中板材的電子電路遭遇設計變更的可能性相當高,而若主板的核心元件有FPGA或其他具大量引腳的元件,稍微有點設計變更就會造成設計改善時程的延宕,而如何在改變頻繁的設計過程中,盡可能減少線路部署錯誤發生,必須搭配可支援HDI高復雜度線路設計的設計輔助工具,尤其是必須搭配可在FPGA邏輯設計、硬體設計、PCB邏輯與相關設計數據可彼此互通的設計架構下,讓任何專案的設計規格變動,均可即時反應于開發系統,避免設計板材與目標晶片無法匹配的設計問題發生。


HDI對于線路要求密度高 需使用雷射進行開孔

其實HDI高密度制法,并沒有明確的定義,但一般對于HDI或非HDI差別其實相當大,首先,HDI制成的電路載板所使用的孔徑需小于或等于6mil(1/1,000吋),至于孔環的環徑需要≦10mil,而線路接點的布設密度需在每平方英吋大于130點,信號線的線間距需3mil以下。

HDI印刷電路板的優點相當多,HDI由于線路高度集積化,因此使用板材面積可以大幅縮小,而層數越高、可縮小的板面也能對應增加,由于基材尺寸更小,HDI應用電路板面面積可以較非HDI電路板設計少2~3倍占位、卻能維持相同復雜的線路,自然板材的材料重量可藉此縮減。至于針對射頻、高頻等特定區塊電路設計,可善用多層


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