HDI PCB a bežné PCB sú navrhnuté pre rôzne potreby. HDI dosky používajú jemné čiary, malé pady a pokročilé vodiče na umiestnenie hustých, vysokorýchlostných obvodov do malého priestoru. Bežné PCB používajú širšie spojnice a jednoduché priechodné otvory pre nižšie náklady a mierne rýchlosti. Tento článok poskytuje informácie o týchto rozdieloch a dizajnových rozhodnutiach.
Prehľad HDI PCB a bežných PCB
PCB s vysokou hustotou prepojenia (HDI) sú navrhnuté tak, aby do kompaktnej dosky zmestili viac spojov pomocou jemných stôp, malých padov a pokročilých štruktúr. Bežné PCB používajú širšie stopy, väčšie podložky a jednoduchšie vŕtacie metódy, ktoré vyhovujú obvodom s nižšou hustotou a nižšími rýchlosťami.
Fyzická štruktúra a návrh prepojení
Stack-up a tvorba vrstiev
HDI PCB Stack-up
• Postavené s tenkými vrstvami dielektrík pridávanými v stupňoch na jednej alebo oboch stranách jadra.
• Používa veľmi tenkú izoláciu medzi medenými vrstvami na udržanie stohu kompaktného.
• Spája len páry vrstiev, ktoré ho potrebujú, cez slepé a zakopané priechody, nie cez hlboké priechody, ktoré pokrývajú celú hrúbku.
Bežné vrstvenie PCB
• Vyrobené z jedného alebo viacerých jadier obložených mediou, ktoré sú stlačené spolu s prepregom
• Väčšina vrstiev používa priechodné otvory vyvŕtané zhora nadol
• Používa menej laminačných krokov a hrubšie izolačné vrstvy
Typy via a štýly prepojenia
HDI PCB cez a štýly prepojenia
V HDI PCB pomáhajú malé mikrovia, slepé via, zakopané vias a via-in-pad štruktúry spájať vrstvy krátkym a priamym spôsobom. Mikrovie spájajú blízke vrstvy, zatiaľ čo slepé a zakopané vie spájajú len tie vrstvy, ktoré potrebujú. Via-in-pad umiestňuje via priamo do komponentnej podložky po vyplnení a pokovovaní, čo podporuje tesné usporiadanie a vyššiu hustotu obvodov.
Bežné PCB cez a štýly prepojenia
V bežnej PCB sú vias štandardne vyvŕtané priechodné otvory, ktoré vedú z vrchnej vrstvy na spodnú vrstvu. Aj keď signál potrebuje spojiť len niekoľko vnútorných vrstiev, otvor často prechádza celou hrúbkou dosky. To robí štruktúru jednoduchšou, ale menej flexibilnou než via možnosti v dizajnoch HDI PCB.
Hustota smerovania a pravidlá návrhu
Pravidlá smerovania a návrhu HDI PCB
V HDI PCB sú stopy tenšie a bližšie pri sebe, takže viac spojov sa zmestí na malú plochu. Podložky a medzery sú menšie, čo otvára extra medený priestor pre vedenie medzi tesnými kolíkmi. Krátke cesty z čipov s vysokým počtom pinov umožňujú únikové smerovanie cez in-pad a microvia, takže signály môžu rýchlo klesať do vnútorných vrstiev. Vďaka tejto vyššej hustote smerovania môžu niektoré HDI dosky dosiahnuť rovnakú funkciu s menším počtom vrstiev.
Bežné pravidlá smerovania a návrhu PCB
V bežnej PCB sú stopy širšie a majú väčší rozostup, aby zodpovedali štandardným limitom vŕtania a leptania. Podložky, medené otvory a medené otvory sú väčšie a ľahšie sa spracovávajú, čo udržiava štruktúru dosky jednoduchú. Trasovacie cesty sú plánované okolo priechodov cez otvory a väčších rozmerov komponentov, takže môže byť potrebné viac priestoru na doske a viac vrstiev na prenos všetkých signálov cez PCB.
Integrita signálu a vysokorýchlostný výkon
Pri vysokých dátových rýchlostiach je elektrické správanie výrazne ovplyvnené dĺžkou prepojenia, kontinuitou impedancie a konzistenciou časovania. HDI PCB ovplyvňujú tieto faktory svojou fyzickou štruktúrou, čo vedie k merateľným elektrickým výhodám pri vysokorýchlostných konštrukciách.
Kratšie prepojovacie cesty znižujú oneskorenie šírenia signálu a časový odchýlok. Mikrové a prepojenia s obmedzenou hĺbkou minimalizujú nevyužitie cez stuby, čo znižuje impedančné diskontinuity spôsobujúce odrazy. Tieto efekty pomáhajú zachovať tvar hrany signálu a zlepšujú časové rezervy pri gigabitových dátových rýchlostiach.
V bežných PCB dlhšie stopy a priechody cez otvory v plnej hĺbke pridávajú dodatočnú parazitnú indukčnosť a kapacitu. So zvyšujúcou sa rýchlosťou hrany môžu tieto parazity zhoršiť otvorenie očí, zvýšiť presluch a znížiť šumovú rezervu. Hoci sú tieto účinky prijateľné pri nízkych a stredných rýchlostiach, stávajú sa obmedzujúcimi faktormi v vysokorýchlostných digitálnych systémoch.
Z elektrického hľadiska poskytujú HDI PCB predvídateľnejšiu kontrolu impedancie, zníženie skreslenia signálu a lepšiu stabilitu časovania vo vysokorýchlostných a hustých obvodoch.
Tepelné správanie a spoľahlivosť
Tepelné cesty a spoľahlivosť HDI PCB
• HDI PCB môžu rozvádzať teplo cez vyplnené a pokovené priechody v termálnych podložkách a medených plochách umiestnených blízko teplých častí.
• Kratšie cesty z horúcich častí do vnútorných medených vrstiev pomáhajú rýchlejšie odvádzať teplo preč.
• Na zachovanie dlhodobej spoľahlivosti potrebuje proces výroby HDI stabilné mikrovia pokrycie a vyplňovanie, rovnomerné laminovanie medzi vrstvami a dostatočný návrhový rezervný priestor na rozťahovanie a sťahovanie počas zmien teplôt.
Bežné tepelné cesty a spoľahlivosť PCB
• Bežné PCB majú menej zložitých výrobných krokov, ale hrubšie izolačné vrstvy a plné priechodné otvory môžu spôsobiť hromadenie tepla na určitých miestach.
• Často sa pridávajú tepelné odľahčovacie vzory a ďalšie medené plochy, aby sa teplo odvádzalo z horúcich oblastí a časom sa znížilo zaťaženie dosky.
Výrobné kroky HDI PCB vs bežné PCB
| Krok | Výroba HDI PCB | Bežná výroba PCB |
|---|---|---|
| Tvorba vrstiev | Jadro sa kombinuje s niekoľkými tenkými vrstvami medi a živice. | Jedno alebo viac jadier obložených medenou vrstvou je medzi nimi s prepregom. |
| Formácia cez | Používa laserom vŕtané mikrovie, spolu so slepými a zakopanými priechodmi medzi vybranými vrstvami. | Používa mechanicky vyvŕtané priechody cez otvory, ktoré prechádzajú celou doskou. |
| Cez vyplnenie | Vias môžu byť vyplnené meďou alebo živicou a potom vyrovnané pre rozloženie cez in-pad. | Vias zostávajú v štandardných buildoch neobsadené. |
| Laminačné cykly | Na spojenie každej vrstvy je potrebné niekoľko laminačných cyklov. | Často používa jeden hlavný laminačný cyklus. |
| Požiadavky na registráciu | Vyžaduje veľmi presné zarovnanie medzi jemnými prvkami a malými priečkami. | Používa štandardné tolerancie zarovnania pre stopy a otvory. |
| Inšpekcia a testovanie | Viac kontrol sa zameriava na kvalitu, posuny vrstiev a kroky budovania. | Používajú sa štandardné elektrické testy a vizuálne kontroly. |
Porovnanie aplikácií: HDI PCB vs bežná PCB
Oblasti aplikácie HDI PCB
• HDI PCB sa používajú v kompaktných digitálnych zariadeniach, ako sú smartfóny, tablety a nositeľné zariadenia.
• Podporujú malé medicínske elektronické zariadenia tam, kde je na doske obmedzený priestor.
• HDI rozloženia sú bežné v automobilových asistenčných systémoch vodiča a infotainment moduloch, ktoré prenášajú veľa signálov v úzkom priestore.
• Sieťové a telekomunikačné zariadenia spolu s vysokovýkonnými výpočtovými modulmi často používajú HDI PCB na spracovanie hustých, vysokorýchlostných pripojení.
Bežné oblasti použitia PCB
• Bežné PCB sú bežné v napájacích zdrojoch a mnohých typoch domácich spotrebičov.
• Používajú sa v riadiacich paneloch osvetlenia a širokej škále priemyselných vstupných a výstupných dosiek.
• Obvody audio zosilňovačov často využívajú bežné PCB s jednoduchým usporiadaním.
• Bežné PCB sa nachádzajú aj vo vzdelávacích súpravách a nízkonákladových hobby produktoch, kde základné funkcie postačujú.
Kompromisy medzi nákladmi a objemom
| Faktor | HDI PCB | Bežná PCB |
|---|---|---|
| Nástroje a nastavenie | Vyššie, pretože proces vyžaduje jemnejšie funkcie a pokročilé kroky. | Nižšie, založené na štandardnom vybavení a bežných materiáloch. |
| Náklady na výrobu na dosku | Vyššie, najmä pri nízkych a stredných výrobných objemoch. | Nižšie pri väčšine výrobných objemov. |
| Úspory v celom produkte | Môže znížiť náklady na iné časti produktu tým, že umožní menšiu, viac integrovanú dosku. | Menej úspor mimo samotnej dosky kvôli zmenšeniu rozloženia. |
| Citlivosť na objem | Stáva sa atraktívnejším pri vysokých objemoch pre kompaktné obvodové návrhy. | Zostáva cenovo výhodná pre jednoduché dosky pri takmer akejkoľvek hlasitosti. |
| Najlepšie prispôsobené cenové ciele | Pasuje na produkty strednej a vyššej triedy, ktoré zvládnu vyššie náklady na dosky. | Vyhovuje produktom pre začiatočníkov a silne cenovo orientovanými. |
Výber HDI PCB alebo bežnej PCB
Vyberte HDI PCB, keď:
• Plocha alebo hrúbka dosky je prísne obmedzená
• Komponenty používajú jemné alebo vysoké pinové balenia
• Vyžaduje sa vysokorýchlostné alebo husté smerovanie
• Margine integrity signálu sú kritické
Vyberte obyčajnú PCB, keď:
• K dispozícii je miesto na doske
• Rýchlosti signálu sú nízke až stredné
• Kontrola nákladov je hlavnou prioritou
• Jednoduchosť montáže a prepracovania je dôležitá
Záver
HDI a bežné PCB sa líšia veľkosťou, štruktúrou vrstiev, vias, smerovaním, kvalitou signálu, šírením tepla a cenou. HDI podporuje kompaktné rozloženia, jemné časti a rýchle linky s zložitejším spracovaním. Bežné PCB majú jednoduchšie, väčšie rozloženia za nižšiu cenu. Kontrolný zoznam dizajnu spája veľkosť dosky, požiadavky na rýchlosť a rozpočet na správny typ PCB.
Často kladené otázky [FAQ]
Aké materiály používajú HDI PCB v porovnaní s bežnými PCB?
HDI PCB používajú lamináty s vysokým Tg alebo nízkymi stratami pre vyššiu rýchlosť a teplo. Bežné PCB používajú štandardný FR-4, aby znížili náklady.
Ako sa líši hrúbka medi medzi HDI a bežnými PCB?
HDI PCB používajú tenšiu meď na jemných vrstvách smerovania pre malé trasy. Bežné PCB používajú hrubšiu meď, napríklad 1 oz alebo 2 oz, pre vyšší prúd a pevnosť.
Ako sa líši assembler na HDI PCB?
HDI PCB vyžadujú presnú kontrolu nad spájkovanou pastou a pretavením kvôli jemným súčiastkam a via-in-padu. Bežné PCB sú jednoduchšie na zostavenie s väčšími podložkami a súčiastkami.
Je rework náročnejší na HDI PCB?
Áno. HDI podložky, stopy a mikrovideá sú malé a ľahko sa poškodia počas prerábky. Bežné PCB sa ľahšie opravujú, pretože ich funkcie sú väčšie a pevnejšie.
Aké údaje sú potrebné na objednanie HDI PCB?
Dáta HDI PCB by mali obsahovať podrobný stackup, slepý a skrytý cez páry vrstiev, veľkosti mikrovia a impedančné ciele. Bežné PCB vyžadujú len základný stackup a štandardné vŕtacie súbory.
Ako sa líšia testy spoľahlivosti pre HDI PCB?
HDI PCB pridávajú testy na silu mikrovií, ako sú priečne rezy a tepelné cyklovanie na kupónoch. Bežné PCB používajú najmä štandardné elektrické testy a niekoľko základných prierezov.
