Дизайн и компоновка печатной платы повышенной плотности HDI

В последнее время, наблюдается растущая тенденция к миниатюризации и появлению искуственного интеллекта в электронных продуктах. Это привело к тому, что проектировщики стали использовать печатные платы с высокой плотностю компоновки (HDI).

При производстве МПП повышенной плотности (High Density Interconnect - HDI) учитывается ряд функциональных особенностей:

• плотность трассировки увеличивают посредством уменьшения общей ширины проводников и зазоров между ними;
• применяются различные межслойные многоуровневые переходы, включая глухие и слепые отверстия;
• используются диэлектрики сверхтонкого типа RCC.

Среди основных факторов числится необходимость одновременного увеличения количества выводов сложных компонентов, межслойных соединений и уменьшения общей площади диэлектрика. Снижение количества выводных компонентов, а также корпусная миниатюризация – еще одни факторы, влияющие на актуальность развития технологии HDI.
Область применения

• Высокосложные устройства мобильной связи
• Системы особого военного назначения
• Компактные системы наблюдения/слежения
• Высокосложные устройства мультимедиа
• Портативные медицинские датчики и детекторы

В некоторых моделях МПП применяют при изготовлении диэлектрические материалы на основе неармированных (стекловолокном) эпоксидных смол. Такие печатные платы называются RCC (покрытая смолой фольга из меди).
Материалы

При создании МПП высокой плотности, в зависимости от требуемых технологических характеристик и нюансов эксплуатации, используют стеклотекстолит:

• FR4 140˚ температуры стеклования – ShengYi [S1141], толщиной фольги 18-140 мкм.
• FR4 170˚ температуры стеклования - ShengYi [S1170], фольгированная толщина которого 18-105 мкм.
• FR4 Halogen Free - ShengYi [S1155] с толщиной фольги 35 мкм и пр.

Зачастую HDI платы изготавливают послойным методом наращивания и/или попарным прессованием. С чем это связано? Связано это с тем, что существует необходимость создания в структуре платы двух различных видов межслойных переходов:

• глухого – между внутренними и наружными слоями (deaf);
• слепого – между внутренними слоями (blind).

Что касается производственного оборудования, то современные МПП высокой плотности создаются с использованием лазеров. При этом, лазерное сверление внешних, внутренних слоев способствует формированию глухих лазерных микроотверстий, которые последовательно накрываются следующими слоями и превращаются в слепые. Если возникает парное прессование, отверстия высверливаются и подвергаются процессу металлизации. Использование комбинированных и субтрактивных методов стало возможным после разработки технологий производства тонкомерной фольги. В результате, облицовывание диэлектриков тонкомерной фольгой (5-12 мкм) позволило значительно снизить цены на HDI платы.

Ключевые аспекты проектирования печатных плат HDI

Соображения по проектированию печатных плат высокой плотности часто требуют уникальных производственных процессов, отличных от тех, которые используются для других типов печатных плат:

• Многослойность

Платы HDI обычно имеют несколько слоев с высокой плотностью маршрутизации и межсоединений. Многослойность является важным фактором, поскольку он влияет на общую производительность и технологичность печатной платы. Факторы, которые следует учитывать при размещении слоев, включают количество слоев, толщина каждого слоя, тип используемых материалов, и расположение силовых и заземляющих плоскостей. Правильный подход к проектированию слоёв платы необходим для обеспечения целостности сигнала, контролируемого импеданса, и управление температурой.

• Ширина трассы и интервал

Платы HDI требуют небольшого расстояния между дорожками и контактными площадками для обеспечения высокой плотности трассировки. Ширина и расстояние между дорожками должны быть тщательно подобраны, чтобы соответствовать проектным требованиям., например, контролируемый импеданс, перекрестные помехи, и пропускная способность по току. Для достижения более высокой плотности цепей может потребоваться меньшая ширина дорожек и расстояние между ними, но они также могут увеличить риск проблем с целостностью сигнала, заводской брак, и электрические помехи.

• Переходные отверстия
  

Платы HDI в значительной степени зависят от переходных отверстий для соединения между различными слоями. Правильная конструкция переходных отверстий имеет решающее значение для достижения высокой плотности маршрутизации и надежной передачи сигнала. Есть несколько типов используемых переходных отверстий, таких как сквозные отверстия, глухие отверстия, и слепые переходные отверстия, каждый со своими преимуществами и ограничениями. Местонахождение, размер, и расстояние между переходными отверстиями должны быть тщательно продуманы для обеспечения надлежащих электрических характеристик, управления температурным режимом и  т.д.

• Размещение компонентов

Размещение компонентов на печатной плате HDI имеет решающее значение для достижения высокой плотности схем и оптимизированной маршрутизации сигналов. Неправильное расположение компонентов на печатной плате может сильно повлиять на общую производительность и надежность платы.

• Целостность сигнала

Платы HDI часто работают на высоких скоростях, и целостность сигнала имеет решающее значение для обеспечения надежной работы. Такие факторы, как контроль импеданса, отражения сигнала, перекрестные помехи, и электромагнитные помехи (ЭМИ) необходимо тщательно продумать на этапе проектирования. Расширенные инструменты моделирования и анализа могут использоваться для проверки целостности сигнала и оптимизации конструкции печатной платы для высокоскоростной передачи сигналов.

Советы по дизайну и компоновке печатных плат повышенной плотности HDI

При проектировании печатной платы HDI, важно учитывать возможности выбранного вами производителя печатных плат. Разработка платы, выходящей за рамки ее возможностей, может привести к затрате времени  на перепроектирование. Чтобы обеспечить успех, Мы работаем с клиентом ещё на этапе проектирования, для того чтобы заранее спроектировать плату, оптимальную для нашей производственной линии.

Тип переходного отверстия, который вы выбираете, может значительно повлиять на стоимость и время производства. 

Количество и размер компонентов, используемых в конструкции печатной платы HDI, также играют решающую роль. Имейте в виду, что основной целью печатных плат HDI является минимизация затрат и занимаемой площади. Выберите легкие, качественные и экономичные компоненты, а также минимизируйте их количество в проекте. Размещение компонентов повлияет на ширину трассы, размер отверстия, и габаритные размеры платы, поэтому обеспечьте качество и надежность при оптимизации пространства.

В то время как компактный дизайн может соблазнить вас разместить компоненты слишком близко друг к другу, важно придерживаться минимально допустимого расстояния между ними, а также избегать формирования скопления компонентов локально. Мощные компоненты могут создавать электромагнитные помехи (ЭМИ), влияющие на целостность сигнала. Кроме того, индуктивность и емкость рядом с контактными площадками могут повлиять на мощность сигнала и скорость связи. Убедитесь, что компоненты расположены так, чтобы переходные отверстия располагались симметрично, чтобы уменьшить нагрузку и избежать искажений. Учитывайте простоту обслуживания и доработок на этапах установки.

Заключение

Что предлагает ИнПромСинтез

Быстрое выполнение работ

• У нас очень быстрое время обработки запросов от клиентов - от проектирование до изготовления прототипа или рабочего образца платы.
• Широкий выбор параметров
• Для изготовления плат ИнПромСинтез использует широкий выбор различных параметров. Он включает в себя тип материала печатной платы, который Вы хотите использовать, отделку поверхности. А также опции для добавления уникальных идентификаторов для ваших плат.
• Наше производство также может производить платы до 32 слоев.

Система онлайн заказа

Наконец, сайт ИнПромСинтез позволяет вести заказ платы полностью в онлайн режиме, где производится подгрузка файлов проекта, согласование замены компонентов, а также автоматический расчёт цены Вашей печатной платы. Это происходит после того, как Вы загрузите файлы Gerber и введете необходимые данные.

Наше производство печатных плат предлагает идеальный баланс между ценой и качеством и множеством вариантов изготовления, которые могут подходить для высоковольтных плат.