Płytki drukowane, czyli PCB, są jak mózgi elektroniki. Całkowicie łączą wszystkie części ze sobą, aby zapewnić płynną pracę. Z biegiem lat te płytki PCB stopniowo ulegały miniaturyzacji.
Co do tego prowadzi? Jak wiadomo, nasz współczesny świat potrzebuje mniejszych, szybszych i potężniejszych urządzeń. To rozsądnie doprowadziło do opracowania projektu HDI PCB.
W tym artykule zazwyczaj podkreśla się niektóre krytyczne parametry brane pod uwagę przy projektowaniu PCB HDI. Jeśli zrozumiesz je poprawnie, możesz ulepszyć swój projekt.
Współpracując z producentem PCB HDI, możesz również wytwarzać wysokiej jakości i niezawodną elektronikę. W UETPCB zawsze zapewniamy, że nasze płytki PCB są produkowane zgodnie z najwyższymi standardami jakości.
I. Przegląd płytek HDI i ich znaczenie w nowoczesnej elektronice
HDI oznacza połączenie międzysieciowe o dużej gęstości. Jak sama nazwa wskazuje, te płytki PCB zwykle oferują większą gęstość okablowania na jednostkę powierzchni.
Dzięki temu można doskonale obrobić więcej komponentów na mniejszej płytce.
Aby wykonać płytki PCB HDI, potrzebujesz cieńszych linii i odstępów, mniejszych przelotek i większej gęstości pól połączeniowych.
Krytyczne cechy płytek HDI w porównaniu z tradycyjnymi płytkami PCB to:
| Charakterystyka | PCB HDI | Tradycyjna płytka drukowana |
| Mikroprzelotki | Bardzo mały | Większe |
| Gęstość | Większa gęstość komponentów | Niższa gęstość komponentów |
| Złożoność | Pozwól na kompaktowe i złożone projekty | Nadaje się do mniej skomplikowanych projektów |
| Układ warstw | Wiele warstw | Mniej warstw |
| Proporcje obrazu | Wyższy współczynnik kształtu | Niższy współczynnik kształtu |
| Materiały | Materiały o dużej prędkości | FR4 jako materiały standardowe |
| Koszty: | Wyższy koszt początkowy | Niższy koszt początkowy |
W porównaniu z tradycyjnymi płytkami PCB, płytki HDI oferują pewne wyjątkowe korzyści. Jak widać w powyższej tabeli, tradycyjne płytki PCB wykorzystują większe przelotki i grubsze linie.
Z tego powodu te płytki PCB zapewniają mniejszą gęstość okablowania. Ponadto nadają się tylko do prostych projektów.
Jednak płytki PCB HDI są idealne do kompaktowych i złożonych projektów. Przyjrzyjmy się ich zaletom w zastosowaniach o dużej gęstości.
- Konstrukcja HDI PCB pozwala na umieszczenie większej liczby komponentów na mniejszej płytce. Dzięki temu możesz cieszyć się mini urządzeniami elektronicznymi.
- Najlepszym przykładem są urządzenia mobilne. To jak noszenie komputera na dłoni. Poza tym na uwagę zasługują inteligentne zegarki, słuchawki ANC, trymery, czujniki i inne.
- Krótsze ścieżki sygnału zmniejszają opóźnienia i poprawiają prędkość.
- Lepsze zarządzanie temperaturą i mniejsze zużycie energii
II. Wytyczne dotyczące projektowania PCB HDI: najlepsze praktyki
Dość wstępu! Przejdźmy do głównego tematu.
Aby zapewnić najlepszy wynik przy projektowaniu PCB HDI, stosuje się różne parametry. Parametry te pomagają zapewnić złożoną konstrukcję o optymalnej wydajności.
Dlatego projektując płytkę PCB HDI, należy przestrzegać tych parametrów. Postępując zgodnie z naszymi wskazówkami, możesz także rozwiązać różne problemy na płytkach drukowanych.
1. Rozważania dotyczące układu
Płytki drukowane HDI mogą mieć różne typy układów. Jak wiadomo, we współczesnym świecie ludzie lubią korzystać z kompaktowych gadżetów elektronicznych. Z tego powodu możesz znaleźć wiele płytek drukowanych o różnych typach układu.
Każdy typ poprawia prędkość i liczbę połączeń.
Producenci PCB HDI, tacy jak UETPCB, zazwyczaj stosują te układy, aby zmniejszyć przestrzeń na płytkach drukowanych. Układy te poprawiają również funkcje obwodów i ostatecznie zmniejszają wydzielanie ciepła.
Budowa sekwencyjna ogólnie zagęszcza płytę warstwa po warstwie. To podejście jest praktycznie pomocne w projektowaniu PCB HDI.
Ułożone Vias wymagają wiercenia w wielu warstwach płytek drukowanych. Podstawowym celem tego wiercenia jest utworzenie połączeń pionowych.
W projektowaniu PCB HDI przekonasz się, że te przelotki tworzą solidne połączenia między warstwami w projektowaniu PCB HDI.
Mikroprzelotki są niezwykle małe na płytkach drukowanych HDI. Zwykle mają współczynnik proporcji 1:1 i głębokość 0.01 cala lub cala, co czyni je idealnymi do kompaktowych układów płytek drukowanych.
2. Rozważania materialne
Wybór odpowiedniego materiału na płytkę PCB HDI jest zawsze trudny. Staje się to jednak łatwe, jeśli wykonasz odpowiednie kroki.
Przy wyborze odpowiednich materiałów PCB należy wziąć pod uwagę kilka czynników. Czy wytrzyma ciepło robocze? Czy utrzymuje czystość sygnału? Czy jest wystarczająco trwały? Spróbuj zrozumieć wszystkie te pytania.
Wymagania dotyczące działania i wydajności
Pierwszym krokiem w wyborze materiału jest określenie wymagań dotyczących wydajności. W takim przypadku należy poznać częstotliwość roboczą i utratę sygnału.
Częstotliwość robocza to częstotliwość, z jaką pracuje urządzenie. Częstotliwość można mierzyć w różnych jednostkach: hercach (Hz), gigahercach (GHz) lub gigabajtach na sekundę (Gb/s). Ogólnie wskazuje, jak łatwo sygnał oscyluje lub zmienia się w systemie.
Z drugiej strony utrata sygnału to zmniejszenie siły sygnału podczas jego podróży przez medium w obwodzie. Zwykle mierzy się go w decybelach (dB).
Stała dielektryczna Dk i utrata stycznej Df to kluczowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę.
Wybierz więc materiał o niskim Df i stabilnym Dk. Rzeczywiście te dwa parametry zapewniają optymalną wydajność obwodu. Właściwy wybór gwarantuje najmniejszą utratę sygnału.
| Prędkość obwodu | Polecane materiały |
| normalna szybkość | FR370HRThe Nelco N7000-2HT, EM-827 lub EM-370 |
| Umiarkowana prędkość | FR408HR |
| High Speed | Megtrone6, EM-528 i I-Tera MT40 |
Właściwości materiału (termiczne, elektryczne, mechaniczne, chemiczne i produkcyjne)
Następnie oceń właściwości termiczne materiału. W takim przypadku sprawdź maksymalną dopuszczalną temperaturę.
Należy pamiętać, że temperatura robocza rośnie wraz ze wzrostem gęstości.
Temperatura robocza µ Gęstość składnika
Właściwości elektryczne są również istotne przy projektowaniu PCB HDI. Stabilne wartości Dk i niskie Df są niezbędne do utrzymania integralności sygnału przy dużych prędkościach.
Właściwości mechaniczne zapewniają, że wytrzyma on naprężenia występujące podczas produkcji płytek HDI.
W tym przypadku można wziąć pod uwagę wytrzymałość na zginanie i rozciąganie.
Kolejnym krytycznym czynnikiem jest łatwość produkcji.
Wybrany materiał powinien być zgodny ze standardowymi procesami produkcyjnymi. Czy materiał jest opłacalny? Albo czy jest łatwo dostępny?
Aspect Ratio
Podczas wykonywania płytki HDI współczynnik kształtu jest zwykle stosunkiem średnicy przelotki do grubości materiału PCB.
Szerokość materiału technicznie wpływa na proporcje. Wpływa również na wydajność układu elektrycznego i łatwość tworzenia linii sygnałowych.
3. Poprzez projekt
Przelotki zazwyczaj odgrywają kluczową rolę w zasadach projektowania płytek PCB. Są to maleńkie dziurki łączące różne warstwy planszy.
Pomagają również w montażu różnych komponentów na płytce PCB. Istnieją cztery różne typy przelotek:
PTH, czyli platerowane przelotki przelotowe, biegnie przez całą płytkę PCB. Zwykle łączy warstwy od góry do dołu.
Głębokość PTH to w rzeczywistości grubość płytki drukowanej.
MikroprzelotkiZ drugiej strony są to małe przelotki stosowane w konstrukcjach połączeń wzajemnych o dużej gęstości.
Zwykle oferują lepszą elastyczność routingu. Często można je znaleźć na płytkach drukowanych HDI.
Ślepe przelotki połączyć warstwę zewnętrzną z jedną lub większą liczbą warstw wewnętrznych. Nie penetruje całej planszy.
Wreszcie, zakopane przelotki połącz warstwy wewnętrzne. Zwykle nie docierają do warstw zewnętrznych.
Umieszczenie przelotek we właściwym miejscu jest jedną z kluczowych części projektu PCB HDI.
Technicznie określa efektywne trasowanie i najlepszą wydajność. Dlatego zajmując się tym, możesz wziąć pod uwagę jakość sygnału, łatwość wykonania i koszt.
Współczynnik proporcji dla przelotek
Współczynnik kształtu przelotek to stosunek ich głębokości do średnicy. Producenci PCB HDI, tacy jak UETPCB, zawsze stosują standardowe współczynniki dla każdej płytki.
Jednakże wyższy współczynnik proporcji oznacza głębszy otwór w stosunku do jego szerokości. W przypadku mikroprzelotek typowy współczynnik proporcji wynosi 1:1 lub mniej. Według ekspertów do galwanizacji na ogół nadaje się współczynnik 0.75:1.
Współczynnik proporcji zakopanych przelotek wynosi zwykle od 1:1 do 6:1, podczas gdy współczynnik proporcji ślepych przelotek może wynosić od 1:1 do 1:4.
Należy pamiętać, że prawidłowy współczynnik proporcji zawsze zapewnia prawidłowe poszycie i wiercenie.
4. Szerokość i odstępy śledzenia
Szerokość ścieżki PCB pokazuje, jak szerokie są ścieżki przewodzące. Z drugiej strony odstęp to odległość między tymi śladami.
Obydwa są ważne dla czystości i niezawodności sygnału.
Minimalna szerokość ścieżki zależy od tego, ile mocy może przenieść i jak dobrze można ją wykonać.
Niższe rezystancje ogólnie oznaczają, że prąd przepływa swobodniej przez szersze ścieżki.
Ogólny wzór na obliczenie szerokości śladu jest następujący:
Według IPC-2221, 【kbc】 = 【0.024 0.44 0.725】 dla warstw wewnętrznych i 【kbc】 = 【0.048 0.44 0.725】 dla warstw zewnętrznych.
Na przykład według IPC-2221 istnieją trzy klasy elektroniki. PCB klasy 2 i 3 powinny mieć odstęp między ścieżkami wynoszący 0.25 mm lub 10 mil dla niskiego napięcia i 0.5 mm lub 20 mil dla wysokiego napięcia.
Dokładna szerokość linii i odstępy zależą od Twoich potrzeb. Poznaj więc potrzeby swojego projektu, sposób jego wykorzystania i szybkość, z jaką Twoje urządzenie sobie z tym poradzi.
5. Rozważania dotyczące stosu warstw HDI
W projektowaniu PCB HDI bardzo ważne jest układanie warstw. W ten sposób warstwy elektryczne i izolacyjne są rozmieszczone i uporządkowane na płytce drukowanej.
Ta konfiguracja ma kluczowe znaczenie dla ustalenia, jak dobrze działa sygnał.
Cztery różne części tworzą standardowy układ warstw. Warstwa podstawowa PCB nazywana jest warstwą rdzeniową.
Prepregi to kawałki tkaniny z włókna szklanego, na których jest już żywica. Warstwy miedzi przewodzą prąd. Wreszcie, różne rodzaje przelotek łączą różne warstwy płytki PCB.
Rodzaje stosów warstw HDI
Istnieją trzy główne typy stosów warstw HDI. TYP I jest najprostszy, ma współczynnik kształtu mniejszy niż 10.
Zawiera jedną warstwę mikroprzelotek po obu stronach rdzenia. Ten typ jest używany z przelotkami przelotowymi i mikroprzelotkami, ale nie z przelotkami zakopanymi. Typ I nadaje się do projektów o niskiej i średniej złożoności.
Zestaw TYPE II HDI wykorzystuje PTH, mikroprzelotki i przelotki zakopane w ziemi. Ukryte przelotki łączą warstwy wewnętrzne, natomiast mikroprzelotki łączą warstwy zewnętrzne.
Ta konfiguracja obsługuje połączenia wzajemne o większej gęstości. TYP II jest idealny do bardziej złożonych układów elektronicznych i oferuje lepszą wydajność elektryczną.
Najbardziej zaawansowaną konfiguracją jest TYP III HDI stack-up. Zwykle obejmuje wiele warstw mikroprzelotek, przelotek zakopanych i przelotek.
FYI: Możesz użyć stosu warstw TYPU III, aby uzyskać najwyższą gęstość połączeń wzajemnych.
6. Laminowanie sekwencyjne
Laminowanie sekwencyjne jest krytycznym procesem w produkcji płytek PCB HDI. Buduje płytkę PCB HDI w wielu etapach, z których każdy obejmuje nakładanie warstw materiałów i utwardzanie ich krok po kroku.
Ta metoda stopniowo tworzy złożone struktury. W każdej warstwie stopniowo dodawane są mikroprzelotki, ślepe przelotki i zakopane przelotki.
Dlaczego w technologii HDI konieczne jest laminowanie sekwencyjne? Po pierwsze, oferuje więcej obwodów na cal kwadratowy/mm2, co pozwala na pracę z większą liczbą części niż zwykłe płytki PCB.
Po drugie, zapewnia lepsze kierowanie sygnału, dzięki czemu urządzenie jest bardziej niezawodne.
Przy projektowaniu PCB HDI należy dokładnie zaplanować tę metodę, aby zapewnić jakość produktu końcowego.
7. Kontrola impedancji PCB HDI
Jeśli wiesz, jak działa prąd elektryczny, być może wiesz, czym jest opór. Podobne sytuacje mogą wystąpić w przypadku PCB; nazywa się to impedancją.
Definicja mówi, że rezystancja płytki PCB wobec przepływu prądu przemiennego w obwodzie nazywana jest impedancją. Często mierzy się go w omach.
Zwykle łączy rezystancję pojemnościową, wskaźnikową i średnią.
Na tę impedancję może wpływać kilka czynników. Niektóre najczęstsze czynniki to:
- Szerokość ścieżki jest głównym czynnikiem wpływającym na impedancję PCB. Szersza szerokość ścieżki zapewnia niższą impedancję/rezystancję.
- Niezbędna jest tu także przestrzeń śledzenia. Należy pamiętać, że węższe ścieżki powodują sprzężenie pojemnościowe. Przepływ prądu z jednej ścieżki na drugą nazywany jest sprzężeniem pojemnościowym.
- Grubość miedzi jest tutaj również krytyczna. Ogólnie rzecz biorąc, rezystancja spada, gdy miedź jest grubsza.
- Impedancja wzrasta wraz ze wzrostem grubości warstw izolacyjnych. Z drugiej strony wyższe wartości dielektryczne prowadzą do niższej impedancji.
- Wreszcie, różne ułożenie warstw zmienia również impedancję PCB.
8. Techniki mocy i uziemienia
Linie zasilania i uziemienia są również kluczowe w projektowaniu płytek HDI. Ich głównym zadaniem jest zapewnienie stabilnych połączeń elektrycznych.
Krótkie i szerokie linie zasilania i uziemienia mogą zmniejszyć hałas. Zwykle obniża to zarówno opór, jak i indukcję.
Kondensatory odsprzęgające można także umieścić w pobliżu styków zasilania. Jego zadaniem jest wygładzenie wahań napięcia.
Jak wiadomo, zasady projektowania PCB mają różne typy GND. Podczas uziemiania płytki HDI można zastosować wiele technik. FYI: Konkretne typy GND zależą od projektu płytki drukowanej.
W większości przypadków stosuje się stałe płaszczyzny podłoża. Zwykle zapewnia ścieżkę o niskiej impedancji dla prądów powrotnych.
9. Gęstość i rozmieszczenie komponentów
Jak wiadomo, konstrukcja PCB HDI zapewnia dużą gęstość komponentów. Zatem właściwa lokalizacja i zarządzanie mają kluczowe znaczenie dla uzyskania najlepszych wyników.
Składając części, możesz pomyśleć o czterech głównych rzeczach.
Typ przestrzeni
W projektowaniu PCB HDI efektywne wykorzystanie przestrzeni jest naprawdę ważne. Jak wiadomo, płytki PCB HDI pozwalają na umieszczenie większej liczby komponentów na mniejszym obszarze.
Aby to osiągnąć, możesz użyć węższych ścieżek i przelotek. Należy jednak przestrzegać odpowiednich zasad projektowania płytek PCB, jeśli chodzi o szerokość ścieżek i odstępy.
Komponenty należy rozmieścić strategicznie, aby zminimalizować marnowanie przestrzeni. Technicznie rzecz biorąc, pomaga to w utrzymaniu mniejszej płytki PCB.
Czystość sygnału
Następnie utrzymanie czystości sygnału może być trudne. Ale nie martw się! Jeśli zastosujesz się do odpowiednich zasad projektowania PCB, możesz łatwo wyeliminować ten problem.
Wiesz już, że krótsze ścieżki sygnału oznaczają mniejsze straty sygnału i opóźnienia. Dlatego należy zachować ostrożność podczas trasowania sygnałów o dużej prędkości.
Można używać par różnicowych i śladów kontrolowanej impedancji. W tym przypadku kluczowe znaczenie mają także odpowiednie techniki zasilania i uziemiania.
Zarządzania temperaturą
Jak wiadomo, gęste PCB generują więcej ciepła. Dlatego należy zadbać o efektywne zarządzanie ciepłem. Przelotki termiczne, radiatory i podkładki termiczne mogą pomóc w rozproszeniu ciepła.
Złożoność produkcji
Projekty o dużej gęstości mogą być bardziej złożone w produkcji. Można zrównoważyć złożoność z możliwością produkcji.
Należy pamiętać, że standardowe procesy produkcyjne i materiały mogą obniżyć koszty. W UETPCB utrzymujemy najnowszą technologię do produkcji każdej płytki drukowanej.
Z tego powodu oferujemy naszym klientom najlepszą cenę w porównaniu do innych producentów płytek HDI.
III. Techniki projektowania HDI zapewniające integralność sygnału
Projektując płytki PCB HDI, możesz napotkać pewne problemy. Poniżej znajduje się pięć najczęstszych problemów.
- Wiele poziomów sygnału i komponentów utrudnia routing.
- Różnice w długości śladu
- Utrzymanie stałego oporu jest wyzwaniem
- Miejscowe ogrzewanie, które może uszkodzić części
Aby przezwyciężyć te problemy, możesz zastosować kilka technik. Eksperci na całym świecie zalecają te techniki.
- Używaj materiałów o stabilnym Dk i niskim współczynniku rozproszenia Df.
- Zawsze umieszczaj warstwy sygnału pomiędzy płaszczyznami GND.
- Użyj właściwej metody zakończenia, aby uniknąć niedopasowania impedancji.
- Umieść mikroprzelotki w pobliżu pól sygnałowych. Redukuje odbicia sygnału.
- Umieść kondensatory odsprzęgające w pobliżu głównych pinów zasilania. Zwykle zapewnia czystość prądu.
- Aby zredukować przesłuchy, należy umieścić linie ochronne pomiędzy sygnałami o dużej szybkości.
- Skuteczne ekranowanie i uziemienie
- Użyj przelotek odprowadzających ciepło, aby uwolnić ciepło z płytki drukowanej
- Podczas montażu komponentów należy zawsze zachować odległość od krawędzi. Zalecana odległość to λ/10.
- Zawsze zapewniaj równe długości ścieżek.
IV. Rozłączanie i rozłączanie HDI BGA
BGA breakout i fanout to połączenia trasujące z BGA do reszty PCB. BGA oznacza Ball Grid Array.
Techniki mikroprzelotek i przelotek to zazwyczaj dwie skuteczne taktyki przełamywania BGA.
Generalnie można ich używać do zarządzania przestrzenią i utrzymywania czystości sygnału. W przypadku układów BGA o dużej liczbie pinów można zastosować inne techniki, takie jak rozgałęzianie kości psa lub przelotki naprzemienne.
V. Zaawansowane strategie routingu
Zaawansowane techniki routingu są zawsze niezbędne przy projektowaniu płytki PCB HDI. Pomagają zarządzać złożonymi układami i zwykle poprawiają wydajność PCB.
1. Podkładki przelotowe
Podkładki przelotowe są wbudowane bezpośrednio w podkładki komponentów. Takie podejście ogólnie oszczędza miejsce i wzmacnia sygnał.
Jednak jego wyprodukowanie może być trudne. Aby uniknąć problemów z lutowaniem, istotne jest prawidłowe napełnianie i galwanizacja przelotek.
Podkładki przelotowe pomagają również w zarządzaniu ciepłem. Technicznie rzecz biorąc, rozprasza ciepło przez przelotki.
2. Fanout Dogbone
Ta strategia kieruje sygnały z pakietów BGA do innych lokalizacji PCB. W tej strategii krótkie ścieżki łączą podkładki BGA z przelotkami.
Technika ta głównie upraszcza trasowanie przerwań i zmniejsza długość ścieżki sygnału. Ogólnie jest odpowiedni do utrzymania integralności sygnału i zarządzania układami BGA o dużej liczbie pinów.
3. Konstrukcje bulwarów
Strategia ta szczególnie tworzy ścieżki dla sygnałów krytycznych. Oddziela głównie sygnały wrażliwe od zaszumionych.
Konstrukcja Boulevard jest szczególnie idealna do projektów wymagających dużej prędkości. Strategię tę można zastosować na płytkach PCB, gdzie najważniejsza jest czystość sygnału.
Tę technikę można ogólnie zastosować za pomocą szerokich śladów lub mikropasków.
VI. Standardy IPC dotyczące PCB
W produkcji zawsze konieczne jest przestrzeganie norm. Dlatego dla wszystkich krajów zawsze stosowany jest wspólny standard.
Normy IPC dotyczą zasadniczo urządzeń elektronicznych. IPC-2221, -6012, -4101 i -7351 są najczęściej stosowane w produkcji płytek PCB.
W przypadku ogólnych projektów można zastosować się do IPC-2221, a w przypadku funkcji PCB – zgodnie z IPC-6012. Jednakże IPC-4101 mówi o materiałach, a IPC-7351 definiuje projektowanie terenu.
Podczas pracy z projektem PCB HDI zawsze przestrzegaj standardów IPC. Tak więc, gdy masz do czynienia z producentem PCB HDI, zawsze upewnij się, że posiada on te licencje.
VII. Skontaktuj się z nami już dziś
Jeśli masz jakieś pytania, prosimy o kontakt. Nasz zespół ekspertów jest zawsze do Twojej dyspozycji, aby pomóc Ci we wszystkich potrzebach związanych z projektowaniem PCB HDI. Jeśli masz pytania lub potrzebujesz konsultacji, nasz zespół ekspertów zawsze chętnie udzieli rozwiązania.