HDI PCB a běžné PCB jsou navrženy pro různé potřeby. HDI desky používají jemné linky, malé pady a pokročilé průchody, aby se do malého prostoru vešly husté, vysokorychlostní obvody. Běžné PCB používají širší stopy a jednoduché průchody pro nižší náklady a střední rychlosti. Tento článek poskytuje informace o těchto rozdílech a designových volbách.
Přehled HDI PCB a běžných PCB
PCB s vysokou hustotou propojení (HDI) jsou navrženy tak, aby do kompaktní desky vměstnaly více spojů pomocí jemných spojů, malých plošek a pokročilých struktur. Běžné PCB používají širší stopy, větší plošky a jednodušší metody vrtání, které vyhovují obvodům s nižší hustotou a nižší rychlostí.
Fyzická struktura a návrh propojení
Vrstvení a vrstvení
HDI PCB Stack-up
• Postavena s tenkými vrstvami dielektriky přidávanými ve fázích na jedné nebo obou stranách jádra.
• Používá velmi tenkou izolaci mezi měděnými vrstvami, aby komín zůstal kompaktní.
• Spojuje pouze páry vrstev, které jej potřebují, skrz slepé a zakopané průchody, nikoli hluboké průchody, které pokrývají celou tloušťku.
Běžné vrstvení PCB
• Vyrobeno z jednoho nebo více měděných jader stlačených dohromady s prepregem
• Většina vrstevnatých spojení používá průchodné otvory vrtané shora dolů
• Používá méně laminačních kroků a silnější izolační vrstvy
Typy Via a styly propojení
HDI PCB prostřednictvím a styly propojení
U HDI PCB pomáhají malé mikroviály, slepé průchody, zakopané průchody a struktury přes podložku spojovat vrstvy krátkým a přímým způsobem. Mikrovie spojují blízké vrstvy, zatímco slepé a zakopané vias spojují pouze ty vrstvy, které potřebují. Via-in-pad umisťuje via přímo do komponentního padu po vyplnění a pokovování, což podporuje těsné uspořádání a vyšší hustotu obvodů.
Běžné PCB přes a styly propojení
U běžné desky desek jsou průchody standardní vrtané průchodné otvory, které přecházejí z horní vrstvy na spodní vrstvu. I když signál potřebuje spojit jen několik vnitřních vrstev, otvor často prochází celou tloušťkou desky. To zjednodušuje konstrukci, ale dělá ji méně flexibilní než via možnosti v návrzích HDI PCB.
Pravidla hustoty směrování a návrhu
Pravidla směrování a návrhu HDI PCB
U HDI PCB jsou stopy tenčí a blíže u sebe, takže se do malého prostoru vejde více spojů. Podložky a mezery jsou menší, což otevírá více měděného prostoru pro vedení mezi těsnými kolíky. Krátké cesty pro odštěpování z čipů s vysokým počtem pinů jsou umožněny směrováním úniku přes in-pad a mikrovia, takže signály mohou rychle klesat do vnitřních vrstev. Díky vyšší hustotě směrování mohou některé HDI desky dosáhnout stejné funkce s menším počtem vrstev.
Běžná pravidla směrování a návrhu PCB
U běžné PCB jsou stopy širší a mají větší rozestupy, aby odpovídaly standardním limitům vrtání a leptání. Podložky, průzory a měděné otvory jsou větší a snadněji se zpracovávají, což udržuje jednoduchou strukturu desky. Trasovací cesty jsou plánovány kolem průchodů přes otvory a větších ploch komponent, takže může být potřeba více prostoru na desce a více vrstev, aby všechny signály přešly přes PCB.
Integrita signálu a výkon při vysokých rychlostech
Při vysokých datových rychlostech je elektrické chování silně ovlivněno délkou propojení, spojitostí impedance a konzistencí časování. HDI PCB ovlivňují tyto faktory svou fyzickou strukturou, což vede k měřitelným elektrickým výhodám u vysokorychlostních konstrukcí.
Kratší cesty propojení snižují zpoždění šíření signálu a časový odklon. Mikrovije a propojení s omezenou hloubkou minimalizují nevyužité pomocí stubů, což snižuje impedance diskontinuity, jež mohou způsobovat odrazy. Tyto efekty pomáhají zachovat tvar hran signálu a zlepšují časové marže při gigabitových datových rychlostech.
U běžných PCB delší stopy a průchody v plné hloubce přinášejí dodatečnou parazitní indukčnost a kapacitu. S rostoucími rychlostmi hran mohou tyto parazity zhoršovat otevření očí, zvyšovat přeslechy a snižovat šumovou rezervu. Ačkoliv jsou tyto efekty přijatelné při nízkých a středních rychlostech, stávají se omezujícími faktory v digitálních systémech s vysokou rychlostí.
Z elektrického hlediska poskytují HDI PCB předvídatelnější řízení impedance, snížení zkreslení signálu a lepší stabilitu časování ve vysokorychlostních a hustých obvodech.
Tepelné chování a spolehlivost
Tepelné cesty a spolehlivost HDI PCB
• HDI PCB mohou rozvádět teplo přes vyplněné a pokovené průchody v termálních podložkách a měděných hoblíkech umístěných blízko teplých částí.
• Kratší cesty z horkých částí do vnitřních měděných vrstev pomáhají rychleji odvádět teplo pryč.
• Pro zachování dlouhodobé spolehlivosti vyžaduje proces HDI stabilní mikrovia pokovování a vyplňování, rovnoměrnou laminaci mezi vrstvami a dostatečnou návrhovou rezervu pro rozpínání a smršťování při změnách teplot.
Běžné tepelné cesty PCB a spolehlivost
• Běžné PCB mají méně složitých stavebních kroků, ale silnější izolační vrstvy a plné průchodné otvory mohou způsobit hromadění tepla na určitých místech.
• Často se přidávají tepelné odlehčovací vzory a další měděné plochy, které odvádějí teplo z horkých oblastí a časem snižují zatížení desky.
Výrobní kroky u HDI PCB vs. běžné PCB
| Krok | Výroba PCB HDI | Běžná výroba PCB |
|---|---|---|
| Tvorba vrstev | Jádro je kombinováno s několika tenkými vrstvami mědi a pryskyřice. | Jedno nebo více měděných jader je mezi nimi naskládaných s prepregem. |
| Formace přes | Používá laserem vrtané mikrovie spolu s slepými a zakopanými průvly mezi vybranými vrstvami. | Používá mechanicky vyvrtané průduchy s průchodnými otvory, které procházejí celou deskou. |
| Vyplňováním | Vias mohou být vyplněny mědí nebo pryskyřicí a poté zploštěny pro rozložení přes podložku. | Viasy zůstávají ve standardních verzích neobsazené. |
| Laminační cykly | K propojení každé vrstvy je potřeba několik laminačních cyklů. | Často používá jeden hlavní laminační cyklus. |
| Požadavky na registraci | Potřebuje velmi těsné zarovnání mezi jemnými prvky a malými průchody. | Používá standardní tolerance zarovnání pro stopy a otvory. |
| Inspekce a testování | Více kontrol se zaměřuje na kvalitu, posuny vrstev a kroky budování. | Používají se standardní elektrické testy a vizuální kontroly. |
Srovnání aplikací: HDI PCB vs běžná PCB
Oblasti použití HDI PCB
• HDI PCB se používají v kompaktních digitálních zařízeních, jako jsou chytré telefony, tablety a nositelná zařízení.
• Podporují malá lékařská elektronická zařízení tam, kde je na desce omezený prostor.
• HDI uspořádání je běžné v automobilových asistenčních systémech řidiče a infotainment modulech, které přenášejí mnoho signálů v úzkém prostoru.
• Síťová a telekomunikační zařízení spolu s vysoce výkonnými výpočetními moduly často využívají HDI PCB pro zpracování hustých, vysokorychlostních připojení.
Běžné oblasti použití PCB
• Běžné PCB jsou běžné v napájecích zdrojích a mnoha typech domácích spotřebičů.
• Používají se v ovládacích deskách osvětlení a široké škále průmyslových vstupních a výstupních desek.
• Obvody audio zesilovačů často spoléhají na běžné PCB s jednoduchým uspořádáním.
• Běžné PCB se také nacházejí v vzdělávacích sadách a nízkonákladových hobby produktech, kde základní funkce stačí.
Kompromisy mezi náklady a objemem
| Faktor | HDI PCB | Běžná PCB |
|---|---|---|
| Nástroje a nastavení | Vyšší, protože proces vyžaduje jemnější funkce a pokročilé kroky. | Nižší, na základě standardního vybavení a běžných materiálů. |
| Náklady na výrobu desky | Vyšší, hlavně při nízkých a středních výrobních objemech. | Nižší u většiny výrobních objemů. |
| Úspory v celém produktu | Může snížit náklady na jiné části produktu tím, že umožní menší, více integrovanou desku. | Méně úspor mimo samotnou desku díky zmenšení rozložení. |
| Citlivost na hlasitost | Stává se atraktivnějším při vysokých objemech pro kompaktní obvody. | Zůstává cenově dostupná pro jednoduché desky téměř při jakékoli hlasitosti. |
| Nejlépe přizpůsobené cenové cíle | Pasuje na produkty střední a vyšší třídy, které zvládnou vyšší cenu desek. | Sedí na produkty pro začátečníky a silně cenově orientované. |
Volba HDI PCB nebo běžné PCB
Vyberte HDI PCB, když:
• Plocha nebo tloušťka desky je přísně omezena
• Komponenty používají jemné nebo vysoké piny pouzdra
• Je vyžadováno rychlé nebo husté směrování
• Margine integrity signálu jsou kritické
Vyberte běžnou PCB, když:
• Je k dispozici místo na desce
• Rychlosti signálu jsou nízké až střední
• Kontrola nákladů je hlavní prioritou
• Jednoduchost sestavení a přepracování je důležitá
Závěr
HDI a běžné PCB se liší velikostními limity, strukturou vrstev, průvody, směrováním, kvalitou signálu, rozptylem tepla a cenou. HDI podporuje kompaktní rozvržení, jemné části a rychlé propojení s náročnějším zpracováním. Běžné PCB mají jednodušší, větší rozložení za nižší cenu. Návrhový kontrolní seznam spojuje velikost desky, potřeby rychlosti a rozpočet na správný typ PCB.
Často kladené otázky [FAQ]
Jaké materiály používají HDI PCB oproti běžným PCB?
HDI PCB používají lamináty s vysokým Tg nebo nízkými ztrátami pro vyšší rychlost a teplo. Běžné PCB používají standardní FR-4, aby byly náklady nízké.
Jak se liší tloušťka mědi mezi HDI a běžnými PCB?
HDI PCB používají tenčí měď na jemných vrstvách pro malé stopy. Běžné PCB používají silnější měď, například 1 oz nebo 2 oz, pro vyšší proud a pevnost.
Jak se assembler liší na HDI PCB?
HDI PCB vyžadují přesnou kontrolu pájení a přetavování kvůli jemným dílům a via-in-padu. Běžné PCB jsou jednodušší na sestavení s většími ploškami a součástkami.
Je přepracování na HDI PCB těžší?
Ano. HDI podložky, stopy a mikrovie jsou malé a snadno se poškodí při přepracování. Běžné PCB se opravují snadněji, protože jejich funkce jsou větší a pevnější než obvyklé.
Jaká data jsou potřeba k objednání HDI PCB?
Data z HDI PCB by měla obsahovat podrobný stackup, slepý a skrytý pomocí párů vrstev, velikosti mikrovií a impedance cíle. Běžné PCB potřebují pouze základní stackup a standardní vrtací soubory.
Jak se liší testy spolehlivosti pro HDI PCB?
HDI PCB přidávají testy na odolnost mikrovií, například průřezy a tepelné cyklování na kuponech. Běžné PCB používají převážně standardní elektrické testy a několik základních průřezů.
