PCB新聞 - 如何設計具有挑戰性的高速HDI電路板

如何設計具有挑戰性的高速HDI電路板

隨著對電子產品數量要求的不斷提高, 尤其是移動設備產品的規模正朝著不斷縮小的方向發展. 例如, 當前流行的Ultra Book產品, 甚至是新穎的可穿戴智慧設備, 必須使用 HDI電路板 身高. 密度互連科技製成的載體板進一步縮小了終端設計的尺寸.

HDI電路板 是一種高密度互連科技, 這是printed 電路板. HDI主要由微盲孔和埋入式過孔科技生產. 其特點是使印刷電路板中的電子電路分佈更高. 然而, 由於電路密度大幅增加, HDI製成的印刷電路板不能用於一般鑽孔. 孔洞形成, HDI必須使用非機械鑽孔工藝. 有許多非機械鑽孔方法. 其中, “雷射成孔”是HDI高密度互連科技的主要成孔解決方案.

HDI PCB有著廣泛的應用。 例如，手機、超薄筆記型電腦、平板電腦、數位相機、汽車電子產品、數位相機。。。 而其他電子產品都採用了HDI科技，以减少主機板設計並降低效益。 相當大，不僅終端產品的設計可以在組織中為電池或更多附加功能組件留下更多空間，而且由於引入HDI，產品的成本也可以相對降低。

HDI早期用於中高端手機, 現在它幾乎在所有移動設備中都是通用的.
早期使用HDI科技最多的產品主要是功能手機和智能手機. 這類產品占全球 HDI高密度電路板 消耗, while Any-layer HDI (any layer high-density interconnection board) was the highest 這個 biggest difference between the high-level HDI manufacturing process 和 the general HDI電路板 大多數HDI是通過PCB穿透加工的鑽孔工藝加工的. 至於層間板, HDI使用“雷射”鑽孔的任何層. 開放各層互聯設計.

例如, 任何層HDI生產方法通常可以節省約40%的PCB體積. 現時, 蘋果iPhone 4中使用了任意階HDI, 或更新的智能手機, 具有更高密度的集成主機板. 减少產品設計的厚度, 囙此，產品設計可以以更薄、更輕的設計推向市場. 然而, 使用雷射盲孔製造任何層HDI, 製造相對困難，成本高於普通 電路板. 現時, 僅高單價的移動設備使用率更高.

HDI PCB are manufactured using the build-up method (Build Up). HDI的科技差距在於積累的數量. 電路層越多, 科技難度越高! 用於通用HDI板, 基本上可以使用一次性集結. 對於高端HDI板, 它們採用兩種或兩種以上的堆積科技製造，以避免導致高密度HDI板的機械穿孔. 鑽孔不當導致接線損壞, 孔形成過程可以同時使用先進的印刷電路板製造技術，如雷射穿孔, 電鍍孔填充, 和堆疊的孔.

Key components with high pin counts need to use HDI for product 設計
Especially FPGA components with a large number of pins are a great trouble for PCB wiring. 另一個例子是現時最常見的GPU組件. 引脚數量也在不斷增加. Most of them have been switched to HDI列印 電路板. 用於產品設計, HDI板特別適用於需要高度複雜連接的設計方案.

特別是對於新一代的SoC或集成晶片，其高度集成的功能導致了越來越多的IC引脚，這大大新增了PCB設計連接線的難度，HDI高密度電路板設計解決方案可以在板內使用多層。 互連和集成的優點是完成複雜晶片引脚的逐個連接，雷射盲孔製作可以在板上形成微盲孔，可以穿孔、交錯、堆疊或在任何層上。 對於互連，該電路的佈局靈活性相對高於傳統PCB，也為具有高引脚數的集成晶片應用解決方案提供了更簡單的板設計解決方案。

HDI電路板的設計也比以前的PCB電路板更複雜。 不僅電路變得更緊密，使用不同電路互連層的設計複雜性也大大提高，電路變得越來越薄、越來越緊，而且這意味著電路的導體橫截面積已經變小，這將導致傳輸訊號的完整性更加突出， PCB設計工程師有必要花費更多的時間來驗證和排除電路板功能。

特別是面對高度複雜的設計情况，例如開發過程中電路板電子電路發生設計更改的可能性非常高，如果主機板的覈心組件是FPGA或其他具有大量引脚的組件，則需要進行輕微的設計更改。 這將導致設計改進時間表的延遲。 如何在頻繁的設計變更過程中最大限度地减少電路部署錯誤，必須配備能够支持HDI高複雜度電路設計的設計輔助工具，特別是在設計、硬體設計、PCB邏輯和相關設計數據可交互操作的設計框架下使用FPGA邏輯， 任何項目設計規範的更改都可以實时反映在開發系統中，避免出現與設計板和目標晶片不匹配的設計問題。

HDI需要高密度線路, and lasers are needed to make holes
In fact, HDI高密度製造方法沒有明確定義, 但總的來說, HDI和非HDI之間的差异很大. 首先, the hole diameter of the circuit carrier made of HDI must be less than or equal to 6mil (1/1,000 inch). 對於孔徑環的環直徑, 它需要–10毫升, 線路觸點的佈局密度需要大於每平方英寸130個點, 訊號線的線間距需要小於等於3mil.

HDI PCB有許多優點。 HDI具有高度的電路集成度，囙此可以大大减少電路板的面積，並且層數越高，可收縮的電路板表面也可以相應新增。 由於基板尺寸較小，HDI應用電路板的表面積可以比非HDI電路板設計的表面積小2到3倍，但它可以保持相同的複雜電路，並且自然板的資料重量可以由此减少。 對於射頻、高頻等特定模塊的電路設計，可以充分利用多層結構。 在主電路的上/下電路上設定大面積的金屬接地層，以限制可能由PCB引起的高頻電路的EMI問題。 HDI板內部避免影響其他外部電子設備的操作。

HDI板重量更輕，線密度更高，主機殼中的空間利用率相對高於非HDI電路板設計。 由於使用HDI，原有的高頻操作設備將新增訊號線的傳輸距離。 縮短，自然有利於新SoC或高頻操作設備的訊號傳輸質量。 由於更好的電力特性，提高了傳輸效率。 此外，如果HDI使用8層以上，基本上可以獲得比非HDI電路板更好的效能。 性價比高的 對於終端產品設計，HDI主機板設計解決方案也可用於提高產品效能和規格數據效能，使產品在市場上更具競爭力。

HDI電路板 design requires more careful product verification
It is also because the HDI PCB 大大新增了電路的複雜性, 這將給原有的PCB版圖設計工作帶來更多的設計負載. 在實際開發專案中, 雖然輔助開發軟件可用於快速佈線部署和定位, 但事實上, 仍然需要與開發人員的設計經驗相匹配，以優化組件配寘和電路佈局. 使用開發軟件, 它將自動對應引脚和電路之間的連接, 相對位置會自動改變電路引脚. 以及其他自動化設計解決方案，以進一步簡化 HDI列印 circuit board 設計過程，减少冗長的開發計畫.

此外，HDI還經常用於高速組件的設計和應用，特別是現在3C或移動設備始終有GHz級的工作時鐘，主機板電路的方向也會影響設備在高頻下的運行。 電磁干擾/電磁相容性問題的影響。 一般來說，可以先使用開發軟件設定定時規則和路由拓撲的設計參數，為開發軟件提供參攷範圍的約束，然後使用開發軟件的軟件驗證功能進行初步設計。 當然，開發軟件的本機電路驗證畢竟不是真正的電路調試。 至多只能作為發展的參攷。 在為HDI板功能驗證進行參攷設計之前，必須多次驗證實際設計計畫。

使用軟件模擬驗證有很多好處。 軟件模擬驗證基本上可以用來快速找出可能錯誤的邏輯電路，通過設計軟體檢查點和線，檢查可能有錯誤設計的塊，軟件模擬速度相當快。 可作為板材小批量生產前的驗證依據。 在軟件驗證和模擬環境測試沒有問題後，可以對試用產品進行物理驗證，這可以大大降低HDI開發成本。