In jüngster Zeit ist ein zunehmender Trend zur Miniaturisierung und Steigerung der Intelligenz elektronischer Produkte zu beobachten. Dies hat dazu geführt, dass Designer kleinere Leiterplatten verwenden, um diesen Designanforderungen gerecht zu werden. Möglich wird dies durch den Einsatz der High-Density Interconnect (HDI)-Leiterplattentechnologie. HDI-Leiterplatten Verwenden Sie Techniken wie Blind Vias, Buried Vias, Micro Vias, Vias in Pads und sehr dünne Spuren, um mehr Komponenten auf einer kleineren Grundfläche unterzubringen und gleichzeitig Qualität und Leistung aufrechtzuerhalten.
HDI-Leiterplattendesign ist ein kritischer Prozess, der Fachwissen, Erfahrung und den richtigen Einsatz von Technologie erfordert. Um Ihr Verständnis des HDI-Layouts zu verbessern und ein erfolgreiches HDI-Leiterplattendesign zu ermöglichen, teilen wir in diesem Blog einige wichtige Überlegungen und Vorschläge, die Sie während des Designprozesses beachten sollten. Wir hoffen, Sie zu innovativen HDI-Designs zu inspirieren.
Was ist HDI-Layout?
HDI-PCB-Design ist ein spezieller Ansatz, der die Bauteilplatzierung auf einer Leiterplatte (PCB) optimiert, um die Platznutzung zu maximieren und Signalstörungen zu minimieren. Es eignet sich besonders für die Entwicklung kompakter und leistungsstarker elektronischer Geräte wie Smartphones, Tablets und Wearables.
Es gibt verschiedene Arten von HDI-Layouts, darunter sequentielles Aufbauen, gestapelte Vias und Microvias. Beim sequentiellen Aufbau werden die Schichten der Leiterplatte nacheinander aufgebaut, um die gewünschte Dichte zu erreichen. Bei gestapelten Vias werden Löcher durch mehrere Schichten der Leiterplatte gebohrt, um Verbindungen herzustellen. Microvias hingegen ähneln gestapelten Vias, sind aber deutlich kleiner und ermöglichen so eine noch höhere Bauteildichte auf der Leiterplatte.
Zu den allgemeinen Merkmalen eines HDI-Layouts gehören:
Kleinere Vias: HDI-Platinen verwenden Mikrovias, die mechanisch oder mit Laser gebohrt werden können, sowie blinde/vergrabene und versetzte Vias für den Übergang zwischen den Schichten. Diese Vias haben im Vergleich zu herkömmlichen Durchgangslöchern ein reduziertes Aspektverhältnis, und ihre kleineren Durchmesser begrenzen ihre Tiefe.
Dünnere Leiterbahnen: High-Density-Interconnect-Platinen (HDI) erfordern schmalere Leiterbahnen für die Verbindung zu Vias auf mehreren Lagen und In-Pad-Vias. Dünnere Leiterbahnen ermöglichen zudem eine höhere Leiterbahndichte, ein wichtiger Aspekt des HDI-Designs.
Höhere Lagenanzahl: Während Nicht-HDI-Platinen eine hohe Lagenanzahl aufweisen können, haben HDI-Platinen oft 20 oder mehr Lagen, insbesondere bei Komponenten mit hoher Pindichte wie FPGAs. Die erhöhte Anzahl an Schichten ermöglicht ein komplexeres Routing und eine komplexere Interkonnektivität.
Niedrigere Signalpegel: HDI-Platinen sind im Allgemeinen für Anwendungen mit hoher Spannung oder hohem Strom ungeeignet. Dies liegt daran, dass die Nähe benachbarter Leitungen in HDI-Layouts zu elektrostatischen Entladungen (ESD) führen kann und hohe Ströme zu einem übermäßigen Temperaturanstieg in den Leitern führen können. Daher werden HDI-Layouts hauptsächlich für elektronische Geräte mit niedriger Spannung und niedrigem Strom verwendet.
Wichtige Überlegungen zum HDI-PCB-Design
Designüberlegungen für High-Density Interconnect PCBs erfordern oft einzigartige Produktionsprozesse, die sich von denen für andere PCB-TypenIm Folgenden sind einige der wichtigsten Überlegungen bei der Herstellung von HDI-Leiterplatten aufgeführt:
- Ebenenstapel
HDI-Leiterplatten bestehen typischerweise aus mehreren Lagen mit hochdichter Verdrahtung und Verbindungen. Der Lagenaufbau ist ein entscheidender Faktor, da er die Gesamtleistung und Herstellbarkeit der Leiterplatte beeinflusst. Zu den Faktoren, die beim Lagenaufbau berücksichtigt werden müssen, gehören die Anzahl der Lagen, die Dicke jeder Lage, die Art der verwendeten Materialien und die Anordnung der Strom- und Masseflächen. Ein korrekter Lagenaufbau ist unerlässlich, um Signalintegrität, kontrollierte Impedanz und Wärmemanagement zu gewährleisten.
- Spurbreite und -abstand
HDI-Leiterplatten erfordern einen geringen Abstand zwischen Leiterbahnen und Pads, um ein hochdichtes Routing zu ermöglichen. Leiterbahnbreite und -abstand müssen sorgfältig gewählt werden, um die Designanforderungen wie kontrollierte Impedanz, Übersprechen und Strombelastbarkeit zu erfüllen. Geringere Leiterbahnbreiten und -abstände können erforderlich sein, um eine höhere Schaltungsdichte zu erreichen, erhöhen aber auch das Risiko von Signalintegritätsproblemen, Herstellungsfehlern und elektrischem Rauschen.
- Über Design
HDI-Leiterplatten sind stark auf Vias zur Verbindung verschiedener Schichten angewiesen. Ein korrektes Via-Design ist entscheidend für ein hochdichtes Routing und eine zuverlässige Signalübertragung. Es gibt verschiedene Arten von PCV-Durchkontaktierungen, einschließlich Durchgangslöchern, Blindlöchern und vergrabenen Durchkontaktierungen, jede mit ihren Vor- und Nachteilen. Position, Größe und Abstand der Durchkontaktierungen müssen sorgfältig gewählt werden, um die elektrische Leistung, das Wärmemanagement und die Herstellbarkeit zu gewährleisten.
- Komponentenplatzierung
Die Platzierung der Komponenten auf einer HDI-Leiterplatte ist entscheidend für eine hohe Schaltungsdichte und eine optimierte Signalführung. Die Platzierung der Komponenten, einschließlich passiver Komponenten, ICs, Steckverbinder und anderer Komponenten, muss sorgfältig durchdacht werden, um Signalverzögerungen, Routing-Überlastungen und thermische Probleme zu minimieren. Die strategische Anordnung der Komponenten auf einer Leiterplatte kann die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit der Platine maßgeblich beeinflussen.
- Signalintegrität
HDI-Leiterplatten arbeiten oft mit hohen Geschwindigkeiten, und die Signalintegrität ist entscheidend für eine zuverlässige Leistung. Faktoren wie Impedanzanpassung, Signalreflexionen, Übersprechen und elektromagnetische Störungen (EMI) müssen in der Designphase sorgfältig berücksichtigt werden. Fortschrittliche Simulations- und Analysetools können zur Validierung der Signalintegrität und zur Optimierung des Leiterplattendesigns für Hochgeschwindigkeitssignale eingesetzt werden.
- HDI-Strukturen
HDI-Leiterplatten sind in verschiedenen Layout-Optionen erhältlich, darunter 1-n-1-Leiterplatten und 2-n-2-Leiterplatten. Eine 1-n-1-Leiterplatte ist die einfachste Form einer hochdichten Verbindungsleiterplatte und besteht aus einem einzigen Stapel miteinander verbundener Lagen. Dabei erfolgt die Laminierung beider Kernseiten. Im Gegensatz dazu verfügt eine 2-n-2-Leiterplatte über zwei HDI-Lagen, die versetzte oder gestapelte Mikrovias über verschiedene Lagen hinweg ermöglichen. Komplexe Designs beinhalten häufig kupfergefüllte gestapelte Mikrovia-Strukturen, und die Anzahl der Lagen (XnX) kann hoch sein, wobei Komplexität und Kosten den Aufbau einschränken können.
7 Tipps für ein erfolgreiches HDI-PCB-Design
- Übernehmen Sie eine DFM-Strategie
Um einen nahtlosen und kostengünstigen Herstellungsprozess für High-Density Interconnect (HDI)-Leiterplatten zu gewährleisten, empfehlen wir die Integration eines Konstruktion für die Fertigung (DFM) Strategie. Dieser Ansatz konzentriert sich auf die Entwicklung eines Produkts, das schnell und effizient hergestellt werden kann und gleichzeitig praktisch und umsetzbar ist.
- Berücksichtigen Sie die Fertigungskapazitäten
Beim Entwurf einer HDI-Leiterplatte ist es entscheidend, die Möglichkeiten des gewählten Leiterplattenherstellers zu berücksichtigen. Ein Entwurf, der dessen Möglichkeiten übersteigt, kann zu einem unbrauchbaren Ergebnis führen. Für einen erfolgreichen Entwurf sollten Sie eine HDI-Leiterplatte entwickeln, die die Vorteile der HDI-Technologie nutzt und gleichzeitig vom gewählten Hersteller gefertigt werden kann.
- Wählen Sie den richtigen Via-Typ
Die Wahl des Via-Typs kann die Produktionskosten und -zeit erheblich beeinflussen. Mikrovias, wie z. B. Via-in-Pad- und Near-Pad-Varianten, können durch die Begrenzung der Anzahl von Lagen und Materialien Produktionszeit und -kosten reduzieren. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl des Via-Typs die Kosten für Sie und Ihren HDI-Leiterplattenhersteller und stellen Sie gleichzeitig sicher, dass die erforderliche elektrische Leistung der HDI-Leiterplatte gewährleistet ist.
- Berücksichtigen Sie die Verfügbarkeit und Größe der Komponenten
Auch die Anzahl und Größe der im HDI-Leiterplattendesign verwendeten Komponenten spielen eine entscheidende Rolle. Bedenken Sie, dass das Hauptziel von HDI-Leiterplatten darin besteht, Kosten und Platzbedarf zu minimieren. Wählen Sie leichte, kostengünstige und minimale Komponenten, die den Designanforderungen entsprechen. Die Platzierung der Komponenten beeinflusst die Leiterbahnbreite, die Lochgröße und die Gesamtabmessungen der Platine. Achten Sie daher auf Qualität und Zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Platzoptimierung.
- Vermeiden Sie eine Überfüllung der Komponenten
Ein kompaktes Design verleitet zwar dazu, Komponenten zu nah beieinander zu platzieren, doch ist es wichtig, eine Überfüllung zu vermeiden. Leistungsstarke Geräte können elektromagnetische Störungen (EMI) verursachen und die Signalintegrität beeinträchtigen. Darüber hinaus können Induktivitäten und Kapazitäten in der Nähe von Pads die Signalstärke und die Kommunikationsgeschwindigkeit beeinträchtigen. Achten Sie darauf, die Komponenten so zu platzieren, dass die Durchkontaktierungen symmetrisch verteilt sind, um Spannungen zu reduzieren und Verzerrungen zu vermeiden. Achten Sie bei der Installation auf einfache Wartung und Nacharbeit.
- Wählen Sie ein effizientes Stackup-Design
Auch der Aufbau der Leiterplatte kann die Fertigungsanforderungen beeinflussen. Die Anzahl der Lagen und die Materialarten im Aufbau können die Laminatfrequenz und die Bohrzeit beeinflussen. Wählen Sie einen effizienten und dennoch kostengünstigen Aufbau unter Berücksichtigung der Fertigungsmöglichkeiten Ihres gewählten Leiterplattenherstellers.
- Arbeiten Sie mit einem PCB-Design-Experten
Wenn Sie eine HDI-Leiterplatte entwerfen, ist die Zusammenarbeit mit einem PCB-Designexperten wichtig. Ein Designexperte unterstützt Sie bei der Planung Ihres Layouts, der Auswahl der richtigen Materialien und stellt sicher, dass Ihr Design hinsichtlich Leistung und Herstellbarkeit optimiert ist. Achten Sie bei der Auswahl eines PCB-Designexperten auf jemanden mit Erfahrung im HDI-Layout und nachweislichen Erfolgen.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass HDI-PCB-Design ein kritischer Prozess ist, der die sorgfältige Berücksichtigung verschiedener Faktoren erfordert. Durch Befolgen der HDI-PCB-Designrichtlinien und Berücksichtigung der in diesem Blog erwähnten Schlüsselfaktoren können Designer innovative und zuverlässige HDI-Designs erstellen und die Realisierung innovativer und hochmoderner Produkte ermöglichen. MOKO-Technologie, ein führender Leiterplattenhersteller in China, beschäftigt sich seit fast 20 Jahren mit Leiterplattendesign. Wir verfügen über das gesamte Know-how und die Werkzeuge, die für leistungsstarke HDI-Leiterplattendesigns erforderlich sind. Unser Expertenteam hat Kunden aus verschiedenen Branchen betreut, von der Medizin- und Unterhaltungselektronik bis hin zur Automobilindustrie und dem Internet der Dinge. Anfrage um zuverlässige HDI-PCB-Designdienste zu erhalten.
