Ключевые аспекты проектирования HDI PCB: мастерство основных параметров

Соотношение апертуры (Aperture Ratio)

HDI PCB Layout — сложная задача с множеством факторов. Найти правильного производителя для кастомного HDI PCB — лучшая стратегия. Но нужно знать ключевые аспекты дизайна, чтобы оценить кастомизацию и выбрать подрядчика.

Соотношение апертуры

Первое в дизайне отверстий — соотношение апертуры. При механическом сверлении: апертура ≤ 0,15 мм, отношение толщины платы к апертуре 8:1 (макс. 12:1 в особых случаях, лучше 8:1).

При лазерном сверлении: апертура 3–6 микрометров (оптимум 4). Отношение глубины к апертуре 1:1.

Важно: апертура уменьшается при металлизации при увеличении толщины платы — раствор трудно проникает в толстые платы. При повышении напряжения дефекты становятся заметнее, до полного отказа платы.

Выбирайте проектировщика, знающего эти соотношения и техники. Иначе — высокий брак и возможный провал фабрикации.

Типы стекап (Stack-up) HDI PCB

Классификация по порядку слоев со слепыми отверстиями. Популярные категории:

2.1 1-HDI

Структура зарытых и слепых отверстий:

• 1-2 — слепое отверстие
• 6-5 — слепое отверстие
• 2-5 — зарытое отверстие

2.2 Нестакированный 2-HDI (Non-stacked)

• 1-2 — слепое, нестакированное
• 2-3 — слепое, нестакированное
• 8-7 — слепое, нестакированное
• 7-6 — слепое, нестакированное
• 3-6 — зарытое

2.3 Стакированный 2-HDI (Stacked)

• 1-2 — стакированное слепое
• 2-3 — стакированное слепое
• 8-7 — стакированное слепое
• 7-6 — стакированное слепое
• 3-6 — зарытое

2.4 Стакированный и смолистый 2-HDI

• 1-2 — стакированное слепое
• 2-3 — стакированное и заполненное смолой слепое
• 8-7 — стакированное слепое
• 7-6 — стакированное и заполненное смолой слепое
• 3-6 — зарытое

Примеры показывают необходимость правильного асимметричного дизайна для равномерного распределения зарытых и слепых отверстий, максимизирующего выход годных плат. Неуниформальность структуры вызывает напряжения, одностороннее искривление, снижающее выход.

Процессный поток проектирования HDI-PCB

Процессный поток критичен для любого дизайна, особенно HDI. Существует определенная последовательность сверловки для стабильности и хорошего выхода. Производитель должен знать точный процесс.

Рассмотрим два типа стакирования.

3.1 4-слойный HDI с одним стакированием

Поток похож на обычный PCB. Разница — последовательность сверловки: сначала зарытые отверстия слоев 2-3, затем механическое сверление 1-4, наконец слепые 1-2 и 4-3. Нарушение порядка вызывает фабракационные проблемы, повышает брак и стоимость.

3.2 6-слойный HDI с двойным стакированием

Порядок: зарытые 3-4, затем 2-5, слепые 2-3 и 5-4, сквозные 1-6, наконец слепые 1-2 и 6-5. Несмотря на строгий процесс, 6-слойный с двойным стакированием не рекомендуется, кроме передовых изделий. Высокий брак, накопленные ошибки неэлиминируемы.

Размещение компонентов на HDI-PCB

Расстояние между компонентами сильно влияет на паяемость и ремонтопригодность. Производитель должен соблюдать минимальные зазоры:

• Обычные SOP и PIN других компонентов — минимум 40 микрометров.
• BGA и PIN других компонентов — минимум 80 микрометров.
• PIN обычных компонентов — около 20 микрометров.
• RF, аналоговые и цифровые блоки — разделены пространственно, с большими зазорами (даже на разных сторонах).
• Высокомощные сигналы — далеко от остальных.

Это минимумы, производитель должен стремиться к большим зазорам для удобства пайки, сборки, переработки.

Трассировка (Tracking)

Надежный производитель учитывает в трассировке:

• Хорошая изоляция компонентов на верхнем и нижнем слоях.
• Минимальное взаимное перекрытие (crosstalk) сигналов внутренних слоев.
• Для RF и аналоговых зон — правильный путь возврата (reflow path) вокруг каждого сигнала.
• Приоритетная трассировка сигналов с высоким импедансом.

Соблюдение этих правил предотвращает КЗ, разомкнутые цепи, слабое поглощение и другие проблемы плохого дизайна.

Размер контактных площадок (Pad Size)

Размер площадок сильно влияет на результат дизайна (размер, вес). Может уменьшить габариты изделия.

Идеальные размеры (настройка возможна под требования):

• Базовый: +3 мкм к диаметру сверла для Blind Via, +10 мкм для Buried Via и Through Hole.
• Продвинутый: +6 мкм для Blind Via, +14 мкм для Buried Via и Through Hole.
• Стандартный: +8 мкм для Blind Via, +20 мкм для Buried Via и Through Hole.

Материалы HDI PCB

PCB содержит 4 слоя, термокомпрессированных в один. Сверху вниз: шелкография, паяная маска, медь, подложка. Подложка — стекловолокно (FR4, огнеупорное). Толщина подложки варьируется по требованиям.

В каждом из 4 слоев подкатегории под требования. Существуют дешевые материалы, но они быстро теряют ламинацию, пахнут при пайке. Ваша задача — найти производителя, использующего лучшие материалы для ваших нужд.

Заключение

Информация дает общее представление об аспектах проектирования HDI PCB. При поиске производителя убедитесь, что компания глубоко понимает эти аспекты и имеет опыт/навыки для создания правильной платы. Хороший производитель знает это наизусть и не ждет, что вы введете специальные параметры.