HDI платы и обычные платы создаются для разных нужд. HDI-платы используют тонкие линии, маленькие площадки и продвинутые ВИА для размещения плотных, высокоскоростных цепей в небольшом пространстве. Обычные платы используют более широкие трассы и простые сквозные отверстия для снижения стоимости и умеренной скорости. В этой статье представлена информация об этих различиях и дизайнерских решениях.
Обзор платы HDI и обычной платы
Платы высокоплотного соединения (HDI) предназначены для размещения большего количества соединений в компактную плату с использованием тонких трасс, маленьких площадок и продвинутых структур. Обычные печатные платы используют более широкие трассы, большие площадки и более простые методы сверления, подходящие для схем с низкой плотностью и низкой скоростью.
Проектирование физической конструкции и межсоединений
Стек-ап и сборка слоёв
Стек-ап HDI PCB
• Построены с тонкими диэлектрическими слоями, добавляемыми поэтапно с одной или обеих сторон сердечника.
• Использует очень тонкую изоляцию между медными слоями для компактности трубы.
• Соединяет только те пары слоёв, которым он необходим, через слепые и закопанные проходы, а не через глубокие сквозные отверстия на всю толщину.
Обычный стек печатных плат
• Изготовлены из одного или нескольких медных сердечников, сжатых вместе с помощью препрега
• Большинство слоёв используют сквозные отверстия, просверленные сверху вниз
• Используется меньше этапов ламинирования и более толстые слои изоляции
Через типы и стили соединений
стили HDI PCB via и interconnect
В печатной плате с HDI крошечные микровии, слепые виа, зарытые виа и структуры via-in-pad помогают быстро и напрямую соединять слои. Микровии связывают близлежащие слои, тогда как слепые и зарытые виды соединяют только те слои, которые им нужны. Via-in-pad размещает via прямо внутри панели компонентов после заполнения и покрытия, что поддерживает плотные схемы и большую плотность цепи.
Обычные типы плат через и межсоединения
В обычной печатной плате виа — это стандартные сквозные отверстия, проходящие от верхнего слоя к нижнему. Даже если сигналу нужно соединить всего несколько внутренних слоёв, отверстие часто проходит через всю толщину платы. Это делает конструкцию проще, но менее гибкой по сравнению с вариантами via в HDI PCB.
Плотность маршрутизации и правила проектирования
Правила маршрутизации и проектирования HDI
В плате HDI дорожки тоньше и ближе друг к другу, поэтому больше соединений может поместиться на небольшой площади. Площадки и зазоры меньше, что открывает дополнительное медное пространство для прокладки между плотными контактами. Короткие пути рассеивания от чипов с высоким количеством контактов возможны благодаря маршрутизации через в-пад и микровиа, что позволяет сигналам быстро переходить на внутренние слои. Из-за такой высокой плотности маршрутизации некоторые платы HDI могут выполнять ту же функцию с меньшим количеством общих слоёв.
Правила маршрутизации и проектирования обычных плат
В обычной плате дорожки шире и имеют большее расстояние, чтобы соответствовать стандартным ограничениям сверления и травления. Площадки, зазоры и медные отверстия больше и проще в обработке, что делает конструкцию доски простой. Маршрутные пути планируются вокруг сквозных отверстий и больших компонентных отпечатков, поэтому для передачи всех сигналов через плату может потребоваться больше места на плате и больше слоёв.
Целостность сигнала и высокоскоростная производительность
При высоких скоростях передачи данных электрическое поведение сильно зависит от длины соединения, непрерывности импеданса и согласованности времени. Печатные платы HDI влияют на эти факторы через их физическую структуру, что приводит к измеримым электрическим преимуществам в высокоскоростных конструкциях.
Более короткие пути соединения снижают задержку распространения сигнала и смещение времени. Микровии и связи ограниченной глубины минимизируют неиспользуемые стубы, что снижает разрывы импеданса, способные вызывать отражения. Эти эффекты помогают сохранять форму краёв сигнала и улучшать зазоры тайминга при гигабитных скоростях передачи данных.
В обычных печатных платах более длинные трассы и ВИА с полной глубиной сквозного отверстия добавляют дополнительную паразитную индуктивность и ёмкость. По мере увеличения скорости краёв эти паразиты могут ухудшать отверстия глаз, увеличивать перекрёстные контакты и уменьшать уровень шума. Хотя эти эффекты приемлемы на низких и умеренных скоростях, они становятся ограничивающими факторами в высокоскоростных цифровых системах.
С электрической точки зрения, HDI PCB обеспечивают более предсказуемое управление импедансом, снижение искажений сигнала и улучшенную стабильность синхронизации в высокоскоростных и плотных схемах.
Тепловое поведение и надёжность
Тепловые пути печатных плат 4.1 HDI и надёжность
• HDI печатные платы могут распределять тепло через заполненные и покрытые ВИА в термопрокладках и медных плоскостях, расположенных рядом с тёплой теплой деталями.
• Более короткие пути от горячих деталей к внутренним медным слоям помогают быстрее отводить тепло.
• Для сохранения долгосрочной надёжности процесс сборки ИЧР требует стабильного микровиевого покрытия и заполнения, равномерного ламинирования между слоями, а также достаточного проектного запаса для расширения и сжатия при перепаде температуры.
Тепловые пути и надёжность обычных печатных плат
• Обычные печатные платы имеют меньше сложных этапов сборки, но более толстые слои изоляции и полные сквозные отверстия способствуют накапливанию тепла в определённых местах.
• Часто добавляются термические рельефные узоры и дополнительные медные участки для отвода тепла от горячих зон и снижения нагрузки на плату со временем.
Этапы производства платы HDI по сравнению с обычной платой
| Шаг | Производство печатных плат HDI | Обычное производство печатных плат |
|---|---|---|
| Создание слоёв | Сердечник сочетается с несколькими тонкими слоями меди и смолы. | Одно или несколько медных ядер наложены препрегам между ними. |
| Через формирование | Используется лазерно сверленные микровии, а также слепые и зарытые вии между выбранными слоями. | Используется механически просверленные сквозные отверстия ВИА, проходящие через всю плату. |
| Через заполнение | Виа могут быть заполнены медью или смолой, а затем выравниваться для схем via-in-pad. | Виа остаются незаполненными в стандартных билдах. |
| Циклы ламинации | Требуется несколько циклов ламинирования для соединения каждого слоя накопления. | Часто используется один основной цикл ламинирования. |
| Требования к регистрации | Требуется очень точное выравнивание между мелкими элементами и маленькими переходами. | Используется стандартные допуски выравнивания для следов и отверстий. |
| Инспекция и тестирование | Больше проверок сосредоточено на качестве, смене слоёв и этапах наращивания. | Проводятся стандартные электрические тесты и визуальные проверки. |
Сравнение приложений: HDI плата против обычных плат
Области применения печатных плат HDI
• HDI PCB используются в компактных цифровых устройствах, таких как смартфоны, планшеты и носимые устройства.
• Они поддерживают небольшие медицинские электронные устройства, где на плате мало места.
• Компоновки HDI распространены в автомобильных системах помощи водителю и мультимедийных модулях, которые передают множество сигналов в тесной зоне.
• Сетевое и телекоммуникационное оборудование, а также высокопроизводительные вычислительные модули часто используют HDI печатные платы для плотных, высокоскоростных соединений.
Области применения обычных печатных плат
• Обычные платные платы часто используются в блоках питания и многих видах бытовой техники.
• Они применяются в платах управления освещением и в широком спектре промышленных входных и выходных плат.
• Схемы аудиоусилителей часто используют обычные платы с простой компоновкой.
• Обычные печатные платы также встречаются в учебных наборах и недорогих хобби-продуктах, где достаточно базовых функций.
Компромиссы между затратами и объёмами
| Фактор | HDI плата | Обычная плата |
|---|---|---|
| Инструменты и настройка | Выше, потому что процессу нужны более тонкие функции и продвинутые шаги. | Ниже, исходя из стандартного оборудования и распространённых материалов. |
| Стоимость изготовления платы | Выше, главным образом при низких и средних объёмах производства. | Ниже по большинству производственных объёмов. |
| Экономия на полном продукте | Это может снизить затраты на другие части продукта, позволяя использовать более компактную и интегрированную плату. | Меньше экономии за пределами самой доски из-за уменьшения раскладки. |
| Чувствительность к громкости | Становится более привлекательной на больших объёмах для компактных схем. | Остаётся экономичным для простых плат практически при любом объёме. |
| Наиболее подходящие ценовые цели | Подходит для среднего и высокого класса, которые могут поддерживать более высокую стоимость платы. | Подходит для начальных и сильно ориентированных по стоимости продуктам. |
Выбор HDI платы или обычной платы
Выберите плату HDI, когда:
• Площадь или толщина доски строго ограничены
• Компоненты используют корпуса с тонким шагом или большим количеством контактов
• Требуется высокоскоростная или высокоплотная маршрутизация
• Границы целостности сигнала критически важны
Выберите обычную плату, когда:
• Доступно место для доски
• Скорость сигнала от низкой до умеренной
• Контроль затрат — главный приоритет
• Важна простота сборки и переработки
Заключение
HDI и обычные платные платы различаются по размеру, структуре слоёв, проходам, маршрутизации, качеству сигнала, теплораспределению и цене. HDI поддерживает компактные макеты, детали с тонкой высотой и быстрые соединения с более сложной обработкой. Обычные платы помещаются на более простые и крупные компоновки при более низкой стоимости. В чек-листе проектирования размер платы, потребности в скорости и бюджет связывают с нужным типом платы.
Часто задаваемые вопросы [FAQ]
Какие материалы используют платы HDI по сравнению с обычными?
HDI-печатные платы используют ламинаты с высоким уровнем TG или с низкими потерями для повышения скорости и нагрева. Обычные платы используют стандартный FR-4 для снижения затрат.
Чем отличается толщина меди между HDI и обычными печатными платами?
HDI-печатные платы используют более тонкую медь на тонких слоях маршрутизации для мелких трассировок. Обычные платы используют более толстую медь, например 1 унцию или 2 унции, для большего тока и прочности.
Чем отличается сборка на платах HDI?
HDI-платы требуют строгого контроля паяльной пасты и повторного переливания из-за деталей с тонким шагом и via-in-pad. Обычные платы проще собирать с помощью больших площадок и деталей.
Сложнее ли переработать HDI PCB?
Да. Прокладки HDI, трассы и микровии маленькие и легко повреждаются при переработке. Обычные платы проще ремонтировать, так как их функции больше и прочнее.
Какие данные нужны для заказа платы HDI?
Данные HDI PCB должны включать подробный стек-ап, слепую и защищённую через пары слоев, размеры микровии и цели импеданса. Обычные платы требуют только базового стека и стандартных файлов для сверления.
Чем отличаются тесты надёжности для HDI-печатных плат?
Печатные платы HDI добавляют тесты на прочность микровии, такие как поперечные сечения и термические циклы на купонах. Обычные печатные платы в основном используют стандартные электрические тесты и несколько базовых сечений.
