Печатные платы, или PCB, подобны мозгу электроники. Они полностью связывают все части вместе, обеспечивая бесперебойную работу. С годами эти печатные платы постепенно становились миниатюрными.
Что к этому привело? Как вы знаете, нашему современному миру нужны устройства меньшего размера, более быстрые и мощные. Это разумно привело к разработке конструкции печатной платы HDI.
В этой статье обычно освещаются некоторые критические параметры, учитываемые при проектировании печатной платы HDI. Если вы их правильно поймете, вы сможете улучшить свой дизайн.
Работая с производителем печатных плат HDI, вы также можете производить высококачественную и надежную электронику. В UETPCB мы всегда гарантируем, что наши печатные платы производятся в соответствии с высочайшими стандартами качества.
I. Обзор печатной платы HDI и ее значение в современной электронике
HDI означает межсоединение высокой плотности. Как следует из названия, эти печатные платы обычно обеспечивают более высокую плотность проводки на единицу площади.
Благодаря этому вы можете прекрасно обрабатывать больше компонентов на плате меньшего размера.
Для изготовления печатных плат HDI вам нужны более тонкие линии и пространства, меньшие переходные отверстия и более высокая плотность соединительных площадок.
Критические характеристики печатных плат HDI по сравнению с традиционными печатными платами:
| Характеристики: | HDI Печатные платы | Традиционная печатная плата |
| Микропереходы | Очень маленький | больше |
| Плотность | Более высокая плотность компонентов | Меньшая плотность компонентов |
| Многогранность | Позволяет создавать компактные и сложные конструкции | Подходит для менее сложных конструкций. |
| Сложение слоев | Несколько слоев | Меньше слоев |
| Соотношение сторон | Более высокое соотношение сторон | Меньшее соотношение сторон |
| Материалы | Высокоскоростные материалы | FR4 в качестве стандартных материалов |
| Стоимость | Более высокая начальная стоимость | Низкая начальная стоимость |
По сравнению с традиционными печатными платами, печатные платы HDI обладают некоторыми уникальными преимуществами. Как видно из приведенной выше таблицы, в традиционных печатных платах используются более крупные переходные отверстия и более толстые линии.
По этой причине эти печатные платы обеспечивают меньшую плотность проводки. Кроме того, они подходят только для простых конструкций.
Однако печатные платы HDI идеально подходят для компактных и сложных конструкций. Давайте рассмотрим их преимущества в приложениях с высокой плотностью размещения.
- Конструкция печатной платы HDI позволяет разместить больше компонентов на плате меньшего размера. Благодаря этому вы можете наслаждаться мини-электронными устройствами.
- Лучший пример — мобильные устройства. Это как носить компьютер на ладони. Кроме того, заслуживают внимания умные часы, наушники с активным шумоподавлением, триммеры, датчики и многое другое.
- Более короткие пути прохождения сигнала уменьшают задержку и повышают скорость.
- Лучшее управление температурным режимом и более низкое энергопотребление
II. Рекомендации по проектированию печатных плат HDI: лучшие практики
Хватит вступления! Перейдем к основной теме.
Для обеспечения наилучшего результата при проектировании печатной платы HDI используются различные параметры. Эти параметры помогают обеспечить сложную конструкцию с оптимальной производительностью.
Итак, вы должны следовать этим параметрам при проектировании печатной платы HDI. Следуя нашим рекомендациям, вы также сможете решить различные проблемы с печатными платами.
1. Рекомендации по планировке
Платы HDI могут иметь различные типы компоновки. В современном мире, как известно, люди любят пользоваться компактными электронными гаджетами. По этой причине вы можете найти несколько печатных плат с разными типами компоновки.
Каждый тип улучшает скорость и количество соединений.
Производители печатных плат HDI, такие как UETPCB, обычно используют эти схемы для уменьшения места на печатных платах. Эти компоновки также улучшают функции схемы и, в конечном итоге, уменьшают выделение тепла.
Последовательное наращивание обычно уплотняет доску слой за слоем. Этот подход практически полезен при проектировании печатных плат HDI.
Сложенные переходы необходимо сверлить несколько слоев печатной платы. Основная цель этого бурения — создание вертикальных соединений.
При проектировании печатной платы HDI вы обнаружите, что эти переходные отверстия создают прочные соединения между слоями в конструкции печатной платы HDI.
Микропереходы на печатных платах HDI чрезвычайно малы. Обычно они имеют соотношение сторон 1:1 и глубину 0.01 дюйма или дюйма, что делает их идеальными для компактных макетов печатных плат.
2. Материальные соображения
Выбор подходящего материала для печатной платы HDI всегда непростая задача. Однако это становится легко, если вы выполните правильные шаги.
При выборе подходящих материалов для печатных плат учитывайте несколько факторов. Справится ли он с рабочим нагревом? Сохраняет ли он чистоту сигнала? Достаточно ли он прочный? Попробуйте разобраться во всех этих вопросах.
Требования к эксплуатации и производительности
Первым шагом при выборе материала является определение требований к производительности. В этом случае узнайте рабочую частоту и потери сигнала.
Рабочая частота – это частота, на которой работает устройство. Вы можете измерять частоту в различных единицах: герцах (Гц), гигагерцах (ГГц) или гигабайтах в секунду (Гбит/с). Обычно это указывает на то, насколько легко сигнал колеблется или циклически меняется внутри системы.
С другой стороны, потеря сигнала — это уменьшение мощности сигнала при его прохождении через среду в цепи. Обычно он измеряется в децибелах (дБ).
Диэлектрическая константа Dk и потери тангенса Df являются решающими факторами, которые вам следует учитывать.
Итак, выберите материал с низким Df и стабильным Dk. Действительно, эти два параметра обеспечивают оптимальную работу схемы. Правильный выбор гарантирует минимальные потери сигнала.
| Скорость контура | Рекомендуемые материалы |
| Нормальная скорость | ФР370HR, Нелко N7000-2HT и ЭМ-827 или ЭМ-370 |
| Умеренная скорость | ФР408HR |
| Высокоскоростные решения | Megtrone6, EM-528 и I-Tera MT40 |
Свойства материала (тепловые, электрические, механические, химические и технологичность)
Затем оцените тепловые свойства материала. В этом случае проверьте максимальную температуру.
Имейте в виду, что рабочая температура повышается с увеличением плотности.
Рабочая температура µ Плотность компонентов
Электрические свойства также имеют решающее значение при проектировании печатных плат HDI. Стабильные значения Dk и низкие значения Df необходимы для поддержания целостности сигнала на высоких скоростях.
Механические качества гарантируют, что он выдержит нагрузки при производстве печатных плат HDI.
В этом случае вы можете учитывать прочность на изгиб и растяжение.
Еще одним важным фактором является технологичность.
Выбранный материал должен быть совместим со стандартными производственными процессами. Экономичен ли материал? Или он легко доступен?
Соотношение сторон
При изготовлении печатной платы HDI соотношение сторон обычно представляет собой соотношение диаметра переходного отверстия и толщины материала печатной платы.
Ширина материала технически влияет на соотношение сторон. Это также влияет на эффективность электрической системы и простоту прокладки сигнальных линий.
3. Через дизайн
Переходные отверстия обычно играют решающую роль в правилах проектирования печатных плат. Это крошечные отверстия, соединяющие разные слои доски.
Они также помогают в установке различных компонентов на печатную плату. Существует четыре различных типа переходных отверстий:
PTH, или металлизированные сквозные отверстия, проходит через всю печатную плату. Обычно он соединяет слои сверху вниз.
Глубина PTH на самом деле равна толщине печатной платы.
МикропереходыС другой стороны, это крошечные переходные отверстия, используемые в конструкциях межсоединений высокой плотности.
Обычно они обеспечивают лучшую гибкость маршрутизации. Их часто можно встретить на печатных платах HDI.
Слепые переходные отверстия соединить внешний слой с одним или несколькими внутренними слоями. Он не проникает во всю доску.
Наконец, похороненные переходы соединить внутренние слои. Обычно они не достигают внешних слоев.
Расположение переходных отверстий в правильном месте — одна из важнейших частей проектирования печатной платы HDI.
Технически он определяет эффективную маршрутизацию и наилучшую производительность. Поэтому, занимаясь этим, можно учитывать качество сигнала, насколько просто его сделать и сколько это будет стоить.
Соотношение сторон для переходных отверстий
Соотношение сторон переходных отверстий — это отношение их глубины к диаметру. Производители печатных плат HDI, такие как UETPCB, всегда используют стандартные соотношения для каждой платы.
Однако более высокое соотношение сторон означает более глубокое отверстие по сравнению с его шириной. Для микроотверстий типичное соотношение сторон составляет 1:1 или меньше. По мнению специалистов, для гальваники обычно подходит соотношение 0.75:1.
Соотношение сторон скрытых переходных отверстий обычно составляет от 1:1 до 6:1, тогда как соотношение сторон глухих отверстий может варьироваться от 1:1 до 1:4.
Обратите внимание, что правильное соотношение сторон всегда обеспечивает правильное покрытие и сверление.
4. Ширина и интервал трассировки
Ширина дорожки печатной платы показывает, насколько широки токопроводящие пути. С другой стороны, интервал — это расстояние между этими следами.
Оба важны для чистоты и надежности сигнала.
Минимальная ширина дорожки определяется тем, какую мощность она может нести и насколько хорошо она может быть изготовлена.
Более низкие сопротивления обычно означают, что ток течет более свободно по более широким дорожкам.
Общая формула расчета ширины следа выглядит следующим образом:
Согласно IPC-2221, 【kbc】 = 【0.024 0.44 0.725】 для внутренних слоев и 【kbc】 = 【0.048 0.44 0.725】 для внешних слоев.
Например, согласно IPC-2221, существует три класса электроники. Печатная плата классов 2 и 3 должна иметь расстояние между дорожками 0.25 мм или 10 мил для низкого напряжения и 0.5 мм или 20 мил для высокого напряжения.
Точная ширина линии и интервал зависят от ваших потребностей. Итак, узнайте потребности вашего проекта, как он будет использоваться и насколько быстро ваше устройство справится с ним.
5. Особенности стека уровней HDI
При проектировании печатной платы HDI очень важно наложение слоев. Именно так электрические и изолирующие слои расположены и расположены на печатной плате.
Эта настройка имеет решающее значение для определения того, насколько хорошо работает сигнал.
Четыре разные части составляют стандартный набор слоев. Базовый слой печатной платы называется основным слоем.
Препреги — это кусочки стекловолоконной ткани, на которых уже есть смола. Медные слои проводят электричество. Наконец, различные типы переходных отверстий соединяют разные слои печатной платы.
Типы стеков слоев HDI
Существует три основных типа стеков слоев HDI. ТИП I — самый простой, с соотношением сторон менее 10.
Он включает в себя один слой микроотверстий с обеих сторон сердечника. Этот тип используется со сквозными и микроотверстиями, но не со скрытыми переходами. Тип I подходит для проектов низкой и средней сложности.
В стеке HDI ТИПА II используются PTH, микроотверстия и скрытые переходные отверстия. Скрытые переходные отверстия соединяют внутренние слои, а микроотверстия соединяют внешние слои.
Эта конфигурация поддерживает соединения более высокой плотности. TYPE II идеально подходит для более сложной электроники и обеспечивает лучшие электрические характеристики.
Стек HDI ТИПА III является наиболее продвинутой конфигурацией. Обычно он включает в себя несколько слоев микроотверстий, скрытых и сквозных отверстий.
К вашему сведению: вы можете использовать стек слоев TYPE III для обеспечения максимальной плотности межсоединений.
6. Последовательное ламинирование
Последовательное ламинирование является критически важным процессом при изготовлении печатных плат HDI. Он создает печатную плату HDI в несколько этапов, каждый из которых включает в себя наложение слоев материалов и их постепенное отверждение.
Этот метод постепенно создает сложные структуры. В каждом слое постепенно добавляются микроотверстия, слепые и скрытые отверстия.
Почему последовательное ламинирование необходимо для технологии HDI? Во-первых, он предлагает больше схем на квадратный дюйм/мм для работы с большим количеством деталей, чем обычные печатные платы.
Во-вторых, это обеспечивает лучшую маршрутизацию сигнала, что делает устройство более надежным.
При проектировании печатной платы HDI следует тщательно планировать этот метод, чтобы обеспечить качество конечного продукта.
7. Контроль импеданса печатной платы HDI
Если вы знаете, как работает электричество, вы, возможно, знаете, что такое сопротивление. Подобные ситуации могут возникнуть и с печатными платами; это называется импедансом.
В определении говорится, что сопротивление печатной платы протеканию переменного тока в цепи называется импедансом. Его часто измеряют в Омах.
Обычно он сочетает в себе емкостное, индикаторное и среднее сопротивление.
На этот импеданс могут влиять несколько факторов. Некоторые наиболее распространенные факторы:
- Ширина дорожки является основным фактором, влияющим на сопротивление печатной платы. Более широкая ширина дорожки обеспечивает более низкий импеданс/сопротивление.
- Здесь также важно пространство трассировки. Имейте в виду, что более узкие дорожки вызывают емкостную связь. Поток электричества от одной дорожки к другой называется емкостной связью.
- Толщина меди здесь также имеет решающее значение. Как правило, сопротивление снижается, когда медь толще.
- Импеданс увеличивается по мере того, как изолирующие слои становятся толще. С другой стороны, более высокие диэлектрические значения приводят к более низкому импедансу.
- Наконец, различное расположение слоев также меняет импеданс печатной платы.
8. Силовые и наземные техники
Линии питания и заземления также имеют решающее значение при проектировании печатной платы HDI. Их основная задача – обеспечить стабильное электрическое соединение.
Короткие и широкие линии питания и заземления могут снизить шум. Обычно это снижает как сопротивление, так и индукцию.
Вы также можете разместить развязывающие конденсаторы рядом с контактами питания. Он обеспечивает сглаживание колебаний напряжения.
Как вы знаете, правила проектирования печатных плат имеют различные типы заземления. При заземлении печатной платы HDI можно использовать несколько методов. К вашему сведению: конкретные типы заземления зависят от конструкции вашей печатной платы.
В большинстве случаев используются сплошные заземляющие пластины. Обычно он обеспечивает путь с низким импедансом для обратных токов.
9. Плотность и размещение компонентов
Как вы знаете, конструкция печатной платы HDI обеспечивает высокую плотность компонентов. Таким образом, правильное расположение и управление имеют решающее значение для достижения наилучших результатов.
Собирая детали вместе, вы можете подумать о четырех основных вещах.
Space
При проектировании печатной платы HDI действительно важно эффективное использование пространства. Как вы знаете, печатные платы HDI позволяют разместить больше компонентов на меньшей площади.
Чтобы добиться этого, вы можете использовать более узкие дорожки и переходы. Однако вы должны следовать правильным правилам проектирования печатных плат при работе с шириной и расстоянием между дорожками.
Вы должны размещать компоненты стратегически, чтобы минимизировать бесполезное пространство. Технически это помогает уменьшить размер печатной платы.
Чистота сигнала
Далее, поддержание чистоты сигнала может оказаться затруднительным. Но не волнуйтесь! Если вы будете следовать правильным правилам проектирования печатных плат, вы можете легко устранить эту проблему.
Вы уже знаете, что более короткие пути сигнала означают меньшие потери и задержки сигнала. Поэтому вы должны быть осторожны при маршрутизации высокоскоростных сигналов.
Вы можете использовать дифференциальные пары и трассы контролируемого импеданса. В этом случае решающее значение также имеют правильные методы подачи питания и заземления.
Управление температурным режимом
Как известно, плотные печатные платы выделяют больше тепла. Поэтому необходимо обеспечить эффективное управление температурным режимом. Тепловые переходы, радиаторы и термопрокладки могут помочь рассеять тепло.
Сложность изготовления
Конструкции с высокой плотностью могут быть более сложными в изготовлении. Вы можете сбалансировать сложность с технологичностью.
Обратите внимание, что стандартные производственные процессы и материалы могут снизить затраты. В UETPCB мы используем новейшие технологии для изготовления каждой печатной платы.
Благодаря этому мы предлагаем нашим клиентам лучшую цену по сравнению с другими производителями печатных плат HDI.
III. Методы проектирования HDI для поддержания целостности сигнала
При проектировании печатных плат HDI вы можете столкнуться с некоторыми проблемами. Пять проблем, приведенных ниже, являются наиболее распространенными.
- Несколько уровней сигнала и компонентов усложняют маршрутизацию.
- Вариации длины трассы
- Трудно поддерживать постоянное сопротивление.
- Локальный нагрев, который может повредить детали.
Чтобы преодолеть эти проблемы, вы можете следовать некоторым методам. Эксперты со всего мира рекомендуют эти методы.
- Используйте материалы со стабильным Dk и низким коэффициентом рассеяния Df.
- Всегда размещайте сигнальные слои между плоскостями GND.
- Используйте правильный метод подключения, чтобы избежать несоответствия импеданса.
- Поместите микропереходы рядом с сигнальными контактами. Это уменьшает отражение сигнала.
- Разместите развязывающие конденсаторы рядом с контактами основного питания. Обычно это обеспечивает чистоту энергии.
- Чтобы уменьшить перекрестные помехи, установите защитные линии между высокоскоростными сигналами.
- Эффективное экранирование и заземление
- Используйте отверстия для отвода тепла, чтобы отвести тепло от печатной платы.
- Всегда соблюдайте дистанцию от края при установке компонентов. Рекомендуемое расстояние составляет λ/10.
- Всегда обеспечивайте одинаковую длину трасс.
IV. Разводка и разветвление HDI BGA
Разветвление и разветвление BGA — это маршрутизация соединений от BGA к остальной части печатной платы. BGA означает Ball Grid Array.
Методы микропереходов и переходов в контактной площадке обычно являются двумя эффективными тактиками прорыва BGA.
Обычно их можно использовать для управления пространством и поддержания чистоты сигнала. Для BGA с большим количеством контактов вы можете использовать другие методы, такие как разветвление «собачьей кости» или шахматные переходные отверстия.
V. Расширенные стратегии маршрутизации
Передовые методы маршрутизации всегда важны при проектировании печатной платы HDI. Они помогают управлять сложными компоновками и обычно улучшают производительность печатной платы.
1. Переходные площадки
Контактные площадки переходных отверстий встроены прямо в контактные площадки компонентов. Такой подход обычно экономит место и усиливает сигнал.
Однако изготовление может оказаться затруднительным. Чтобы избежать проблем с пайкой, важно правильно заполнить и покрыть переходные отверстия.
Переходные площадки также помогают контролировать температуру. Технически он рассеивает тепло через переходные отверстия.
2. Разветвление из собачьей кости
Эта стратегия направляет сигналы от корпусов BGA в другие места на печатной плате. В этой стратегии короткие дорожки соединяют площадки BGA с переходными отверстиями.
Этот метод в основном упрощает маршрутизацию коммутационных соединений и уменьшает длину пути прохождения сигнала. Как правило, этого достаточно для поддержания целостности сигнала и управления BGA с большим количеством контактов.
3. Бульварные сооружения
Эта стратегия особенно создает пути для критических сигналов. В основном он отделяет чувствительные сигналы от шумных.
Структура «Бульвар» особенно идеальна для высокоскоростных конструкций. Эту стратегию можно использовать в печатных платах, где чистота сигнала является первоочередной задачей.
Обычно вы можете использовать эту технику для нанесения широких следов или микрополосок.
VI. Стандарты IPC для печатных плат
Соблюдение стандартов всегда необходимо в производстве. Поэтому для всех стран всегда используется общий стандарт.
Стандарты IPC в основном предназначены для электронных устройств. IPC-2221, -6012, -4101 и -7351 наиболее распространены при производстве печатных плат.
Вы можете следовать IPC-2221 для общего проектирования, а для функций печатной платы — IPC-6012. Однако IPC-4101 говорит о материалах, а IPC-7351 определяет дизайн рельефа.
Всегда следуйте стандартам IPC при проектировании печатной платы HDI. Поэтому, когда вы имеете дело с производителем печатных плат HDI, всегда проверяйте, есть ли у него эти лицензии.
VII. Свяжитесь с нами сегодня
Если у вас есть вопросы, Не стесняйтесь связаться с нами. Наша команда экспертов всегда готова помочь вам со всеми вашими потребностями в проектировании печатных плат HDI. Итак, если у вас есть вопросы или вам нужна консультация, наша команда экспертов всегда рада предоставить решение.