High Density Interconnect (HDI)-Substrate erfreuen sich in der Welt des Elektronikdesigns aufgrund ihrer vielen Vorteile gegenüber herkömmlichen Leiterplatten zunehmender Beliebtheit. Zu diesen Vorteilen gehören eine erhöhte Verdrahtungsdichte, eine geringere Größe und eine verbesserte elektrische Leistung. In diesem Blog werden wir diskutieren HDI-Leiterplattendesign im Detail.
Als Design für die serielle Hochgeschwindigkeitsübertragung, um Reflexionen zu unterdrücken, Übertragungsverluste zu reduzieren und Rauschen zu unterdrücken,
Das Board-Design basiert auf drei grundlegenden Richtlinien:
1. Impedanzkontrolle der Differenzverkabelung
2. Minimierung der Länge der Differentialverkabelung
3. Die Verkabelungslänge innerhalb eines Differentialpaars so weit wie möglich anpassen.
PCB-Design und Fertigungsentwicklung
Design und Herstellung von Leiterplatten (PCB). verändert sich, um der wachsenden Nachfrage nach kleineren und leistungsstärkeren elektronischen Geräten gerecht zu werden. Zu den PCB-Design- und Fertigungstrends gehören:
HDI-Leiterplatten (High Density Interconnect) erfreuen sich aufgrund ihrer höheren Verdrahtungsdichte, geringeren Größe und verbesserten Signalintegrität immer größerer Beliebtheit.
Anwendungsspezifische Anforderungen erfordern den Einsatz neuer Materialien wie flexible Substrate und Metallkern-Leiterplatten.
Der Einsatz modernster Fertigungstechniken wie Laserbohren und 3D-Druck kann Produktivität und Kosten senken.
Probleme in der Leiterplattenindustrie
Der PCB-Sektor wächst und wird immer innovativer, steht aber immer noch vor erheblichen Hindernissen. Zu diesen Schwierigkeiten gehören:
Zu den Problemen hinsichtlich der Auswirkungen seiner PCB-Herstellung auf die Umwelt gehört die unsachgemäße Abfallentsorgung.
Probleme in der Lieferkette, z. B. Mangel an notwendigen Lieferungen oder Teilen.
Die zunehmende Komplexität des Entwurfs und der Herstellung von Leiterplatten (PCBs) hat den Bedarf an Fachkräften erhöht.
Im Hinblick auf die Unterdrückung von Reflexionen kann eine Impedanzkontrolle erreicht werden, indem die Designspezifikationen nicht nur für die oben erwähnte Verkabelung, sondern auch für Durchgangslöcher optimiert werden, was bei digitalen Verbrauchergeräten immer beliebter wird.
Es ist wichtig, den Steckverbinder unter Berücksichtigung der Auswirkungen des Montageorts zu optimieren und die tatsächlichen Eigenschaften des Kabels vollständig zu verstehen. Wenn beispielsweise das Musterdesign des Montageteils des Steckverbinders nicht geeignet ist, kommt in vielen Fällen zusätzliche parasitäre Kapazität hinzu, die Impedanz wird verringert, es kommt zu Reflexionen und die Übertragungswellenform wird schlecht, sodass eine Optimierung erforderlich ist Dieser Teil ist notwendig.
Schauen wir uns jedes dieser Themen genauer an.
Was ist HDI-PCB-Design?
Beim HDI-PCB-Design handelt es sich um eine Art Leiterplattendesign (PCB), das darauf abzielt, die Routing-Dichte durch kleinere Komponenten und Durchkontaktierungen zu erhöhen. Dies ermöglicht ein kompakteres Design mit verbesserter elektrischer Leistung. HDI-Boards werden in Hightech-Elektronik wie Smartphones, Laptops und medizinischen Geräten eingesetzt.
Vorteile des HDI-PCB-Designs
Die Vorteile des HDI-PCB-Designs sind:
• Miniaturisierung: HDI-Leiterplatten können aufgrund ihrer hohen Routing-Dichte kleiner sein als herkömmliche Leiterplatten.
• Verbesserte elektrische Leistung: Die HDI-Leiterplatte reduziert parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten und verbessert so die Signalintegrität.
• Mehr Funktionalität: HDI-Boards können mehr Komponenten und damit mehr Funktionalität aufnehmen.
• Verbessertes Wärmemanagement: HDI-Leiterplatten können so gestaltet werden, dass sie die Wärme effizienter ableiten.
• Verbesserte Zuverlässigkeit: HDI-Leiterplatten verfügen über weniger Verbindungen, wodurch das Risiko eines Ausfalls aufgrund von Lötermüdung und anderen Faktoren verringert wird.
Arten von HDI-Leiterplatten
Es gibt drei Haupttypen von HDI-Leiterplatten.
• 1+N+1: Diese Art von HDI-Leiterplatte besteht aus einer gehärteten Schicht, gefolgt von einer Basisschicht und einer weiteren gehärteten Schicht.
• 2+N+2: Diese Art von HDI-Leiterplatte besteht aus zwei gehärteten Schichten, gefolgt von einer Basisschicht und zwei weiteren gehärteten Schichten.
• Optionale HDI-Schichten: Diese Art von HDI-Leiterplatte verfügt über mehrere Aufbauschichten, die durch Durchkontaktierungen verbunden sind.
Auswahl des richtigen HDI-Board-Designs für Ihre Anwendung Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren, um das richtige HDI-Board-Design für Ihre Anwendung auszuwählen.
• Anzahl und Größe der benötigten Komponenten.
• Gewünschte Leiterplattengröße.
• Anforderungen an elektrische Eigenschaften.
• Anforderungen an das Wärmemanagement.
• Verfügbares Budget.
HDI-Leiterplattenstapeldesign Das HDI-Leiterplattenstapeldesign ist entscheidend für das Erreichen der erforderlichen Verdrahtungsdichte und elektrischen Leistung.
Die Stapelstruktur enthält die folgenden Schichten:
• Signalschichten: Diese Schichten übertragen elektrische Signale zwischen Komponenten.
• Strom- und Erdungsebenen: Diese Schichten stellen Strom- und Erdungsverbindungen zu den Komponenten bereit.
• Layoutebenen: Diese Ebenen werden zum Erstellen von Durchkontaktierungen verwendet, die verschiedene Ebenen verbinden.
Richtlinien für das HDI-Board-Layout Um die gewünschte Layoutdichte zu erreichen, müssen beim Entwurf eines HDI-Boards bestimmte Layout-Richtlinien befolgt werden.
Zu den wichtigsten Routing-Empfehlungen gehören:
• Minimieren Sie die Anzahl der verwendeten Vias.
• Verwenden Sie wann immer möglich Microvias.
• Vermeiden Sie beim Nachzeichnen rechte Winkel.
• Mindestabstand zwischen Bauteilen und Vias
Via-Typen, die auf HDI-Boards verwendet werden
HDI-Boards verwenden mehrere Arten von Durchkontaktierungen, um die erforderliche Routing-Dichte zu erreichen. Diese beinhalten:
• Durchgangslöcher: Diese Durchkontaktierungen gehen durch alle Schichten der Leiterplatte.
• Pinholes: Dies sind Durchkontaktierungen mit kleinem Durchmesser, die benachbarte Schichten verbinden.
• Blind Vias: Diese Vias verbinden Außenlagen mit Innenlagen, ohne durch die gesamte Platine zu gehen.
• Versteckte Vias: Diese Vias verbinden zwei oder mehr innere Schichten, ohne durch die äußeren Schichten zu verlaufen.
Mikrovia-Herstellung Mikrovias sind eine wichtige Komponente von HDI-Leiterplatten und erfordern für die Herstellung präzise Bohrtechniken. Microvias werden mit folgenden Methoden erstellt:
• Mechanisches Bohren: Bei dieser Methode wird ein Bohrer zum Erstellen einer Durchkontaktierung verwendet. Dies ist die am häufigsten verwendete Methode zum Bohren von Microvias.
• Laserbohren: Bei dieser Methode wird mit einem Laserstrahl ein Durchgangsloch erzeugt. Dies ist ein präziseres Bohren als das mechanische Bohren und wird für Löcher mit kleinem Durchmesser verwendet.
Herstellung blinder Vias
Blind Vias werden in HDI-Leiterplatten verwendet, um die Anzahl der erforderlichen Schichten zu reduzieren und die Routing-Dichte zu erhöhen. Zur Herstellung von Blindübergängen kommen folgende Verfahren zum Einsatz:
• Mechanisches Bohren: Bei dieser Methode wird ein Bohrer zum Erstellen einer Durchkontaktierung verwendet. Dies ist die am häufigsten verwendete Methode zum Bohren von Blindvias.
• Laserbohren: Bei dieser Methode wird mit einem Laserstrahl ein Durchgangsloch erzeugt.
HDI PCB-Laserbohren
Das Laserbohren ist ein wichtiger Prozess bei der Herstellung von HDI-Leiterplatten, der eine präzise Steuerung des Laserstrahls erfordert. Für das HDI-Leiterplatten-Laserbohren werden folgende Lasertypen verwendet:
• CO2-Laser: Mit diesen Lasern werden Durchgangslöcher mit größerem Durchmesser gebohrt.
• UV-Laser: Diese Laser werden zum Bohren von Löchern mit kleinem Durchmesser verwendet.
Oberflächenveredelung von HDI-Leiterplatten
Die Oberflächenveredelung von HDI-Leiterplatten ist wichtig, um eine gute Lötbarkeit zu gewährleisten und Korrosion zu verhindern. Die folgenden Oberflächenveredelungen werden üblicherweise für HDI-Leiterplatten verwendet:
• ENIG (chemisches Nickel-Immersionsgold)
• OSP (Organisches Lötkonservierungsmittel)
• HASL (Heißluft-Lötnivellierung)
Prüfung und Verifizierung von HDI-Leiterplatten
HDI-Leiterplatten müssen getestet und verifiziert werden, um ihre Funktionalität und Zuverlässigkeit sicherzustellen. Für HDI-Leiterplatten werden üblicherweise folgende Tests und Prüfungen durchgeführt:
• Elektrische Tests: Dazu gehören Kurzschluss-, Unterbrechungs- und Durchgangstests.
• Röntgeninspektion: Wird verwendet, um die inneren Schichten der Leiterplatte auf Defekte zu prüfen.
• Mikroschliffanalyse: Wird zur Überprüfung der Qualität von Durchkontaktierungen und anderen wichtigen Merkmalen verwendet.
Herstellbarkeitsprobleme HDI PCB (DFM)
Das Design von HDI-Leiterplatten erfordert eine sorgfältige Abwägung der Herstellbarkeit. Die folgenden DFM-Überlegungen sind für HDI-Leiterplatten wichtig:
• Minimieren Sie die Anzahl der Schichten.
• Befolgen Sie gute Routing-Regeln.
• Verwenden Sie die richtige Art und Größe der Durchkontaktierungen.
• Auswahl der geeigneten Oberflächenbehandlung.
• Minimieren Sie die Verwendung blinder und verdeckter Durchkontaktierungen.
HDI-PCB-Designtools
Für das HDI-Leiterplattendesign stehen mehrere Designtools zur Verfügung. Zu diesen Tools gehören:
• CAD-Software: Verwenden Sie CAD-Software (Computer Aided Design), um das PCB-Layout zu erstellen.
• DFM-Tools: Design Tools for Manufacturability (DFM) werden verwendet, um die Herstellbarkeit von Projekten sicherzustellen.
• CAM-Software: Verwenden Sie CAM-Software (Computer Aided Manufacturing), um Datendateien zu erstellen, die für die Leiterplattenfertigung benötigt werden.
Vorteile von HDI-Leiterplatten
HDI-Leiterplatten bieten gegenüber herkömmlichen Leiterplatten eine Reihe von Vorteilen. Diese Vorteile:
• Erhöhte Verkabelungsdichte
• kleine Größe
• Reduziertes Signalrauschen
• Verbesserte Signalintegrität
• Verbessertes Temperaturmanagement
HDI-PCB-Anwendungen
HDI-Leiterplatten werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter:
• mobile Geräte
• Tragbare Technologie
• Medizinische Ausrüstung
• Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
• Automobilelektronik
• Industrielle Automatisierung
Herausforderungen beim Design und der Herstellung von HDI-Leiterplatten
Bei der Entwicklung und Herstellung von HDI-Leiterplatten gibt es mehrere Herausforderungen.
• Hoher Preis
• Komplexer Produktionsprozess
• enge Toleranzen
• Begrenzte Designflexibilität
Die Zukunft von HDI-Leiterplatten
Die Nachfrage nach kleineren, leichteren und leistungsstärkeren elektronischen Geräten treibt die Entwicklung von HDI-Leiterplatten voran. Die Zukunft von HDI-Leiterplatten könnte Folgendes umfassen:
• Verstärkter Einsatz neuer Materialien wie flexibler Substrate.
• Fortschritte beim Laserbohren und anderen Fertigungstechnologien.
• Integration mit 3D-Druck und anderen additiven Fertigungstechnologien.
Fazit
HDI PCB ist eine Schlüsseltechnologie, um der Nachfrage nach kleineren und leistungsstärkeren elektronischen Geräten gerecht zu werden. Das Entwerfen und Herstellen von HDI-Leiterplatten erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung von Faktoren wie Leiterbahndichte, Durchgangstyp, Oberflächenqualität sowie Prüfung und Verifizierung. HDI-Leiterplatten stellen einige Herausforderungen dar, aber ihre Vorteile machen sie zu einer wichtigen Technologie für viele Anwendungen.
