Štampane ploče ili PCB-i su poput mozga elektronike. Oni u potpunosti povezuju sve dijelove zajedno kako bi osigurali nesmetan rad. Tokom godina, ove PCB ploče su postepeno postale minijaturizovane.
Šta je dovelo do ovoga? Kao što znate, našem modernom svijetu su potrebni manji, brži i moćniji uređaji. Ovo je razumno dovelo do razvoja HDI PCB dizajna.
Ovaj članak obično naglašava neke kritične parametre koji se razmatraju u dizajnu HDI PCB-a. Ako ih ispravno razumijete, možete poboljšati svoj dizajn.
Kada radite s proizvođačem HDI PCB-a, također možete napraviti visokokvalitetnu i pouzdanu elektroniku. U UETPCB-u uvijek osiguravamo da su naši PCB-i proizvedeni prema najvišim standardima kvaliteta.
I. Pregled HDI PCB-a i njegovog značaja u modernoj elektronici
HDI je skraćenica od High-Density Interconnect. Kao što ime govori, ovi PCB obično nude veću gustinu ožičenja po jedinici površine.
Zbog toga možete savršeno obraditi više komponenti na manjoj ploči.
Da biste napravili HDI PCB, potrebne su vam finije linije i razmaci, manji propusnici i veća gustoća priključne pločice.
Kritične karakteristike HDI PCB-a u odnosu na tradicionalne PCB-e su:
| karakteristike | HDI PCB | Tradicionalni PCB |
| Micro-vias | Vrlo male | Veći |
| gustoća | Veća gustina komponenti | Niža gustina komponenti |
| složenost | Omogućava kompaktne i složene dizajne | Pogodno za manje složene dizajne |
| Slaganje slojeva | Više slojeva | Manje slojeva |
| Omjer | Veći omjer širine i visine | Niži omjer širine i visine |
| Materijali | Brzi materijali | FR4 kao standardni materijali |
| trošak | Veći početni trošak | Niži početni trošak |
U poređenju sa tradicionalnim PCB-ima, HDI PCB-i nude neke jedinstvene prednosti. Kao što možete vidjeti u gornjoj tabeli, tradicionalni PCB koriste veće otvore i deblje linije.
Zbog toga vam ovi PCB-i pružaju nižu gustinu ožičenja. Osim toga, prikladni su samo za jednostavne dizajne.
Međutim, HDI PCB-i su idealni za kompaktne i složene dizajne. Hajde da ispitamo njihove prednosti u aplikacijama velike gustine.
- HDI PCB dizajn omogućava više komponenti na manjoj ploči. Zbog toga možete uživati u mini elektronskim uređajima.
- Najbolji primjer su mobilni uređaji. To je kao da nosite kompjuter na dlanu. Osim toga, vrijedni su pažnje pametni satovi, ANC slušalice, trimeri, senzori i drugo.
- Kraći putevi signala smanjuju kašnjenje i poboljšavaju brzinu.
- Bolje upravljanje toplinom i manja potrošnja energije
II. Smjernice za HDI PCB dizajn: najbolje prakse
Dosta uvoda! Idemo na glavnu temu.
Koriste se različiti parametri kako bi se osigurao najbolji rezultat u dizajnu HDI PCB-a. Ovi parametri pomažu u osiguravanju složenog dizajna s optimalnim performansama.
Dakle, morate slijediti ove parametre kada dizajnirate HDI PCB. Slijedeći naše smjernice, također možete prevladati različite probleme na pločama.
1. Razmatranje rasporeda
HDI PCB-i mogu imati različite tipove rasporeda. U modernom svijetu, kao što znate, ljudi vole koristiti kompaktne elektronske uređaje. Zbog toga možete pronaći više ploča s različitim tipovima rasporeda.
Svaki tip poboljšava brzinu i broj konekcija.
Proizvođači HDI PCB-a, poput UETPCB-a, općenito koriste ove rasporede kako bi smanjili prostor na pločama. Ovi rasporedi također poboljšavaju funkcije kola i na kraju smanjuju toplinu.
Sekvencijalna izgradnja generalno zgušnjava ploču sloj po sloj. Ovaj pristup je praktički od pomoći u dizajnu HDI PCB-a.
Stacked Vias potrebno je bušenje kroz više slojeva ploča. Primarna svrha ovog bušenja je stvaranje vertikalnih veza.
U HDI PCB dizajnu, otkrit ćete da ovi spojevi stvaraju čvrste veze između slojeva u HDI PCB dizajnu.
Micro-vias su izuzetno male na HDI PCB-ima. Oni općenito imaju omjer širine i visine 1:1 i dubinu od 0.01″ ili inča, što ih čini savršenim za kompaktne rasporede ploča.
2. Materijalna razmatranja
Odabir odgovarajućeg materijala za vaš HDI PCB uvijek je težak. Međutim, to postaje lako kada slijedite odgovarajuće korake.
Uzmite u obzir nekoliko faktora prilikom odabira odgovarajućih PCB materijala. Može li podnijeti radnu toplinu? Da li održava čistoću signala? Da li je dovoljno izdržljiv? Pokušajte da shvatite sva ova pitanja.
Zahtjevi za rad i performanse
Prvi korak u odabiru materijala je određivanje potreba za performansama. U tom slučaju naučite radnu frekvenciju i gubitak signala.
Radna frekvencija je frekvencija na kojoj uređaj radi. Frekvenciju možete mjeriti u različitim jedinicama, hercima (Hz), gigahercima (GHz) ili gigabajtima u sekundi (Gbps). Općenito pokazuje koliko lako signal oscilira ili kruži unutar sistema.
S druge strane, gubitak signala je smanjenje jačine signala dok putuje kroz medij u kolu. Obično se mjeri u decibelima (dB).
Dielektrična konst Dk i gubitak tangente Df su ključni faktori koje treba uzeti u obzir.
Dakle, izaberite materijal sa niskim Df i stabilnim Dk. Zaista, ova dva parametra osiguravaju optimalne performanse kola. Pravi izbor garantuje najmanji gubitak signala.
| Circuit Speed | Preporučeni materijali |
| Normalna brzina | FR370HR, u Nelco N7000-2HT, I EM-827 ili EM-370 |
| Umjerena brzina | FR408HR |
| Velika brzina | Megtrone6, EM-528 i I-Tera MT40 |
Svojstva materijala (termička, električna, mehanička, hemijska i mogućnost proizvodnje)
Zatim procijenite termička svojstva materijala. U tom slučaju provjerite maksimalnu temperaturu.
Imajte na umu da radna temperatura raste kako gustina raste.
Radna temperatura µ Gustoća komponente
Električna svojstva su također presudna u dizajnu HDI PCB-a. Stabilne vrijednosti Dk i niske Df su ključne za održavanje integriteta signala pri velikim brzinama.
Mehaničke kvalitete osiguravaju da može podnijeti naprezanja tokom proizvodnje HDI PCB-a.
U ovom slučaju možete razmotriti čvrstoću na savijanje i zatezanje.
Drugi kritični faktor je proizvodnost.
Odabrani materijal treba da bude kompatibilan sa standardnim proizvodnim procesima. Da li je materijal isplativ? Ili je lako dostupan?
Omjer
Prilikom izrade HDI PCB-a, omjer širine i visine je obično omjer između prečnika otvora i debljine PCB materijala.
Širina materijala tehnički utiče na omjer širine i visine. Takođe utiče na efikasnost električnog sistema i lakoću izrade signalnih linija.
3. Preko dizajna
Vias tipično igra ključnu ulogu u pravilima dizajna PCB-a. To su male rupe koje povezuju različite slojeve ploče.
Oni također pomažu u instalaciji različitih komponenti na PCB. Postoje četiri različite vrste viasa:
PTH, ili Plated Through-Hole Vias, prolazi kroz cijeli PCB. Obično povezuje slojeve od vrha do dna.
Dubina PTH je zapravo debljina ploče.
Micro-vias, s druge strane, su sićušni spojevi koji se koriste u dizajnu interkonekcija visoke gustoće.
Obično nude bolju fleksibilnost rutiranja. Često ih možete pronaći na HDI PCB-ima.
Blind vias spojite vanjski sloj s jednim ili više unutrašnjih slojeva. Ne prodire kroz cijelu ploču.
Na kraju, buried vias spojite unutrašnje slojeve. Obično ne dopiru do vanjskih slojeva.
Postavljanje visa na pravu lokaciju jedan je od ključnih dijelova dizajna HDI PCB-a.
Tehnički određuje efektivno rutiranje i najbolje performanse. Stoga, kada se bavite ovim, možete uzeti u obzir kvalitet signala, koliko je to lako napraviti i koliko će koštati.
Omjer širine i visine za Vias
Omjer širine i visine otvora je njihov omjer dubine i prečnika. Proizvođači HDI PCB-a, kao što je UETPCB, uvijek koriste standardne omjere za svaku ploču.
Međutim, veći odnos stranica znači dublju rupu u odnosu na njenu širinu. Za mikro-pretvornice, tipičan omjer stranica je 1:1 ili niži. Prema mišljenju stručnjaka, 0.75:1 je općenito pogodno za polaganje.
Omjer stranica ukopanih otvora je obično između 1:1 i 6:1, dok se omjer slijepih otvora može kretati od 1:1 do 1:4.
Imajte na umu da ispravan omjer širine i visine uvijek osigurava pravilno oblaganje i bušenje.
4. Širina i razmak traga
Širina traga PCB-a pokazuje koliko su široke provodne staze. S druge strane, razmak je udaljenost između ovih tragova.
Oba su važna za čistoću i pouzdanost signala.
Minimalna širina traga određena je koliko snage može nositi i koliko dobro se može napraviti.
Niži otpori općenito znače da struja teče slobodnije kroz šire tragove.
Opća formula za izračunavanje širine traga je sljedeća:
Prema IPC-2221, 【kbc】 = 【0.024 0.44 0.725】 za unutrašnje slojeve i 【kbc】 = 【0.048 0.44 0.725】 za vanjske slojeve.
Na primjer, prema IPC-2221, postoje tri klase elektronike. PCB klase 2 i 3 treba da ima razmak tragova od 0.25 mm ili 10 mil za niski napon i 0.5 mm ili 20 mil za visokonapon.
Točna širina linija i razmak ovise o vašim potrebama. Dakle, znajte potrebe vašeg projekta, kako će se koristiti i koliko brzo će vaš uređaj to podnijeti.
5. Razmatranja o slaganju HDI sloja
U HDI PCB dizajnu, slaganje slojeva je veoma važno. To je način na koji su električni i izolacijski slojevi raspoređeni i sekvencirani na PCB-u.
Ovo podešavanje je ključno za otkrivanje koliko dobro signal radi.
Četiri različita dijela čine standardni sloj slojeva. Osnovni sloj PCB-a naziva se osnovni sloj.
Prepregovi su komadi tkanine od fiberglasa koji već imaju smolu na sebi. Bakarni slojevi provode električnu energiju. Konačno, različite vrste vias povezuju različite slojeve PCB-a.
Vrste HDI slojeva
Postoje tri glavne vrste HDI slojeva. TIP I je najjednostavniji, sa omjerom stranica manjim od 10.
Uključuje po jedan sloj mikro-pretvornica na obje strane jezgre. Ovaj tip se koristi za prolazne i mikro-prelazne spojeve, ali ne i za ukopane spojeve. Tip I je pogodan za dizajne niske do umjerene složenosti.
TYPE II HDI stack-up koristi PTH, mikro-prelazne otvore i skrivene prelaze. Ukopani otvori povezuju unutrašnje slojeve, dok mikro-pretvornici povezuju vanjske slojeve.
Ova konfiguracija podržava interkonekcije veće gustine. TIP II je idealan za složeniju elektroniku i nudi bolje električne performanse.
TYPE III HDI stack-up je najnaprednija konfiguracija. Općenito uključuje više slojeva mikro-pretvornica, ukopanih otvora i prolaznih otvora.
FYI: Možete koristiti sloj TYPE III stack-up za najveću gustinu interkonekcije.
6. Sekvencijalna laminacija
Sekvencijalna laminacija je kritičan proces u proizvodnji HDI PCB-a. Izrađuje HDI PCB u više faza, od kojih svaka uključuje slojeve materijala i očvršćavanje korak po korak.
Ova metoda postepeno stvara složene strukture. U svakom sloju se stalno dodaju mikro-pretvornici, slijepi otvori i ukopani otvori.
Zašto je sekvencijalna laminacija neophodna za HDI tehnologiju? Prvo, nudi više krugova po kvadratnom inču/mm za rad s više dijelova od običnih PCB-a.
Drugo, pruža bolje usmjeravanje signala, čineći uređaj pouzdanijim.
U dizajnu HDI PCB-a, trebali biste pažljivo planirati ovu metodu kako biste osigurali kvalitetu konačnog proizvoda.
7. Kontrola impedance HDI PCB-a
Ako znate kako struja radi, možda znate šta je otpor. Slične situacije se mogu dogoditi u PCB-ima; ovo se zove impedancija.
Definicija kaže da je otpor PCB-a naizmjeničnom strujom u krugu poznat kao impedansa. Često se mjeri u omima.
Obično kombinuje kapacitivni, indiktivni i prosječni otpor.
Nekoliko faktora može uticati na ovu impedanciju. Neki najčešći faktori su:
- Širina traga je glavni faktor koji utiče na impedanciju PCB-a. Veća širina traga osigurava nižu impedanciju/otpor.
- Prostor za praćenje je takođe bitan ovde. Imajte na umu da čvršći tragovi uzrokuju kapacitivnu spregu. Protok električne energije od jednog traga do drugog naziva se kapacitivno spajanje.
- Ovdje je kritična i debljina bakra. Općenito, otpor opada kada je bakar deblji.
- Impedansa se povećava kako izolacijski slojevi postaju deblji. S druge strane, veće dielektrične vrijednosti dovode do niže impedanse.
- Konačno, slaganje različitih slojeva također mijenja impedanciju PCB-a.
8. Power & Ground Techniques
Vodovi za napajanje i uzemljenje su takođe ključni u dizajnu HDI PCB-a. Njihov glavni zadatak je da obezbede stabilne električne veze.
Kratkim i širokim linijama za napajanje i uzemljenje može se smanjiti šum. Ovo obično smanjuje i otpor i indukciju.
Također možete postaviti kondenzatore za razdvajanje u blizini iglica za napajanje. Ono što radi je da osigurava glatke fluktuacije napona.
Kao što znate, pravila dizajna PCB-a imaju različite vrste GND-a. Možete slijediti više tehnika prilikom uzemljenja HDI PCB-a. FYI: Specifični tipovi GND zavise od dizajna vašeg PCB-a.
U većini slučajeva koriste se čvrste uzemljene ploče. Obično pruža put niske impedancije za povratne struje.
9. Gustoća i položaj komponenti
Kao što znate, HDI PCB dizajn nudi visoku gustinu komponenti. Dakle, prava lokacija i upravljanje su ključni za postizanje najboljih rezultata.
Kada sastavljate dijelove, možete razmišljati o četiri glavne stvari.
prostor
U dizajnu HDI PCB-a, efikasno korištenje prostora je zaista važno. Kao što znate, HDI PCB omogućavaju više komponenti na manjem prostoru.
Da biste to postigli, možete koristiti uže tragove & vias. Međutim, morate slijediti odgovarajuća pravila dizajna PCB-a kada se bavite širinama i razmakom tragova.
Komponente morate postaviti strateški kako biste minimizirali izgubljeni prostor. Tehnički, pomaže da PCB bude manji.
Čistoća signala
Zatim, održavanje čistoće signala može biti teško. Ali ne brini! Ako slijedite ispravna pravila dizajna PCB-a, ovaj problem možete lako ukloniti.
Već znate da kraći signalni putevi znače manji gubitak i kašnjenje signala. Dakle, morate paziti kako usmjeravate signale velike brzine.
Možete koristiti diferencijalne parove i kontrolirane tragove impedancije. Pravilne tehnike napajanja i uzemljenja su takođe ključne u ovom slučaju.
Thermal upravljanje
Kao što znate, gusti PCB-i stvaraju više topline. Stoga morate osigurati efikasno upravljanje toplinom. Termalni spojevi, hladnjaci i termalni jastučići mogu pomoći u rasipanju topline.
Složenost proizvodnje
Dizajni visoke gustine mogu biti složeniji za proizvodnju. Možete uravnotežiti složenost sa produktivnošću.
Imajte na umu da standardni proizvodni procesi i materijali mogu smanjiti troškove. U UETPCB držimo najnoviju tehnologiju za izradu svake PCB.
Zbog toga našim kupcima nudimo najbolju cijenu u odnosu na druge proizvođače HDI PCB-a.
III. Tehnike HDI dizajna za održavanje integriteta signala
Možda ćete naići na neke probleme prilikom dizajniranja HDI PCB-a. Pet problema u nastavku su najčešći.
- Više nivoa signala i komponenti otežavaju rutiranje.
- Varijacije u dužini traga
- Izazov je održavati stalni otpor
- Lokalizirano grijanje, koje može oštetiti dijelove
Da biste prevladali ove probleme, možete slijediti neke tehnike. Stručnjaci širom svijeta preporučuju ove tehnike.
- Koristite materijale sa stabilnim Dk i niskim faktorom disipacije Df.
- Uvijek postavite slojeve signala između GND ravni.
- Koristite ispravnu metodu završetka kako biste izbjegli neusklađenost impedancije.
- Stavite mikro-pretvornice blizu signalnih pločica. Smanjuje refleksiju signala.
- Postavite kondenzatore za razdvajanje blizu glavnih pinova napajanja. Obično osigurava čistoću snage.
- Da biste smanjili preslušavanje, postavite zaštitne linije između signala velike brzine.
- Efikasna zaštita i uzemljenje
- Koristite otvore za rasipanje topline da oslobodite toplinu iz PCB-a
- Uvijek držite udaljenost od ruba prilikom ugradnje komponenti. Preporučena udaljenost je λ/10.
- Uvijek osigurajte jednake dužine tragova.
IV. HDI BGA Breakout & Fanout
BGA breakout & fanout su veze za usmjeravanje od BGA do ostatka PCB-a. BGA je skraćenica od Ball Grid Array.
Micro-vias & via-in-pad tehnike su obično dvije efikasne taktike BGA breakouta.
Općenito ih možete koristiti za upravljanje prostorom i održavanje čistoće signala. Za BGA-ove s velikim brojem pinova, možete koristiti druge tehnike kao što su razdvojeni razvodni spoj ili raspoređeni spojevi.
V. Napredne strategije rutiranja
Napredne tehnike usmjeravanja su uvijek bitne kada se dizajnira HDI PCB. Oni pomažu u upravljanju složenim rasporedima i obično poboljšavaju performanse PCB-a.
1. Via-in-Pads
Via-in jastučići su ugrađeni direktno u jastučiće komponenti. Ovaj pristup općenito štedi prostor i jača signal.
Međutim, može biti izazov za proizvodnju. Da biste izbjegli probleme sa lemljenjem, ključno je pravilno punjenje i oblaganje spojeva.
Via-in-pads također pomažu u upravljanju toplinom. Tehnički odvodi toplinu kroz otvore.
2. Dogbone Fanout
Ova strategija usmjerava signale iz BGA paketa na druge PCB lokacije. U ovoj strategiji, kratki tragovi povezuju BGA jastučiće sa vias-ovima.
Ova tehnika uglavnom pojednostavljuje rutiranje prekida i smanjuje dužinu putanje signala. Generalno je adekvatan za održavanje integriteta signala i upravljanje BGA-ovima sa velikim brojem pinova.
3. Bulevarske konstrukcije
Ova strategija posebno stvara puteve za kritične signale. Uglavnom odvaja osjetljive signale od bučnih.
Struktura Boulevard je posebno idealna za projektovanje velikih brzina. Ova strategija se može koristiti u PCB-ima gdje je čistoća signala primarna briga.
Općenito možete koristiti ovu tehniku pomoću širokih tragova ili mikrotraka.
VI. IPC standardi za PCB
Usklađenost sa standardima je uvijek neophodna u proizvodnji. Stoga se uvijek koristi zajednički standard za sve zemlje.
IPC standardi su u osnovi za elektronske uređaje. IPC-2221, -6012, -4101 i -7351 su najčešći u proizvodnji PCB-a.
Možete pratiti IPC-2221 za opšti dizajn, a za funkcije PCB-a pratite IPC-6012. Međutim, IPC-4101 govori o materijalima, a IPC-7351 definiše dizajn uzorka zemljišta.
Uvijek slijedite IPC standarde kada radite s HDI PCB dizajnom. Dakle, kada imate posla s proizvođačem HDI PCB-a, uvijek se uvjerite da imaju ove licence.
VII. Kontaktirajte nas danas
Ako imate bilo kakvih pitanja, slobodno nas kontaktirajte. Naš tim stručnjaka je uvijek tu da vam pomogne sa svim vašim potrebama dizajna HDI PCB-a. Dakle, bilo da imate pitanja ili vam je potrebna konsultacija, naš tim stručnjaka će uvijek rado ponuditi rješenje.