HDI-piirilevyt ja tavalliset piirilevyt on rakennettu erilaisiin tarpeisiin. HDI-kortit käyttävät hienoja linjoja, pieniä tyynyjä ja kehittyneitä via-laitteita, jotta tiiviit, nopea piiri mahtuu pieneen tilaan. Tavalliset piirilevyt käyttävät leveämpiä johtoja ja yksinkertaisia läpireikiä edullisempien ja kohtuullisten nopeuksien saavuttamiseksi. Tämä artikkeli antaa tietoa näistä eroista ja suunnitteluvalinnoista.
HDI-piirilevyn ja tavallisen piirilevyn yleiskatsaus
High-Density Interconnect (HDI) -piirilevyt on suunniteltu pakkaamaan enemmän liitäntöjä kompaktiin piirilevyyn hienojen juorujen, pienten padojen ja edistyneiden läpivientirakenteiden avulla. Tavallisissa piirilevyissä käytetään leveämpiä juoksia, suurempia levyjä ja yksinkertaisempia porausmenetelmiä, jotka sopivat matalampitiheyksisiin ja hitaampiin nopeuksiin.
Fyysinen rakenne ja yhteyksien suunnittelu
Stack-up ja kerrosrakennus
HDI PCB Stack-up
• Rakennettu ohuista dielektrisistä kerroksista, jotka on lisätty vaiheittain ytimen yhdelle tai molemmille puolille.
• Käyttää hyvin ohutta eristystä kuparikerrosten välissä piikin tiivistämiseksi.
• Yhdistää vain parit kerroksia, jotka sitä tarvitsevat, sokeiden ja haudattujen läpikäyntien kautta, ei syvien läpireikien kautta, jotka ulottuvat koko paksuuden yli.
Tavallinen piirilevyjen pinoaminen
• Valmistettu yhdestä tai useammasta kuparipäällystetystä ytimestä, jotka on puristettu yhteen prepregillä
• Useimmat kerrosliitännät käyttävät läpireikiä, jotka porataan ylhäältä alas.
• Käyttää vähemmän laminointivaiheita ja paksumpia eristyskerroksia
Tyypit ja yhdistetyypit
HDI PCB via ja interconnect-tyylit
HDI-piirilevyssä pienet mikroviat, sokeat läpilaitteet, haudatut kanavat ja padin sisällä olevat rakenteet auttavat yhdistämään kerrokset lyhyellä ja suoralla tavalla. Mikroviivat yhdistävät läheiset kerrokset, kun taas sokeat ja haudatut viat yhdistävät vain ne kerrokset, joita ne tarvitsevat. Via-in-pad sijoittaa via-oikean komponenttialustan sisään täytön ja pinnoituksen jälkeen, mikä tukee tiukkoja asetteluja ja suurempaa piiritiheyttä.
Tavalliset piirilevyn via- ja liitäntätyylit
Tavallisessa piirilevyssä viat ovat tavallisia porattuja läpireikiä, jotka kulkevat yläkerroksesta alakerrokseen. Vaikka signaalin tarvitsisi yhdistää vain muutaman sisemmän kerroksen, reikä kulkee usein koko levyn paksuuden läpi. Tämä tekee rakenteesta yksinkertaisemman, mutta vähemmän joustavan kuin HDI PCB -suunnittelussa käytetyt via-vaihtoehdot.
Reititystiheys ja suunnittelusäännöt
HDI-piirilevyjen reititys- ja suunnittelusäännöt
HDI-piirilevyssä johdot ovat ohuempia ja lähempänä toisiaan, joten pienelle alueelle mahtuu enemmän liitoksia. Tyynyt ja tilat ovat pienempiä, mikä avaa ylimääräistä kuparitilaa tiukkojen tappien väliseen reititykseen. Lyhyet fan-out-reitit korkean pinnimäärän piireistä mahdollistavat via-in-pad- ja microvia escape -reitityksen avulla, joten signaalit voivat pudota nopeasti sisempiin kerroksiin. Tämän korkeamman reititystiheyden vuoksi jotkut HDI-kortit voivat saavuttaa saman toiminnon vähemmillä kokonaiskerroksilla.
Tavalliset piirilevyjen reititys- ja suunnittelusäännöt
Tavallisessa piirilevyssä jäljet ovat leveämpiä ja niissä on enemmän etäisyyttä, jotta ne vastaavat standardeja poraus- ja etsausrajoja. Tyynyt, välit ja kupariaukot ovat suurempia ja helpommin käsiteltäviä, mikä pitää laudan rakenteen yksinkertaisena. Reititysreitit suunnitellaan läpireiän läpivientien ja suurempien komponenttien jalanjälkien ympärille, joten enemmän piirilevytilaa ja kerroksia voidaan tarvita kaikkien signaalien kuljettamiseksi piirilevyn yli.
Signaalin eheys ja nopea suorituskyky
Korkeilla tiedonsiirtonopeuksilla sähköinen käyttäytyminen kärsii voimakkaasti yhteyksien pituudesta, impedanssin jatkuvuudesta ja ajoituksen johdonmukaisuudesta. HDI-piirilevyt vaikuttavat näihin tekijöihin fyysisen rakenteensa kautta, mikä johtaa mitattaviin sähköisiin hyötyihin nopeissa malleissa.
Lyhyemmät liitäntäpolut vähentävät signaalin etenemisviivettä ja ajoituksen vääristymistä. Mikroviat ja rajoitetun syvyyden väliset yhteydet vähentävät käyttämätöntä stubin kautta, mikä vähentää impedanssin epäjatkuvuutta, jotka voivat aiheuttaa heijastuksia. Nämä vaikutukset auttavat säilyttämään signaalin reunan muodon ja parantavat ajoitusmarginaaleja gigabitin datanopeuksilla.
Tavallisissa piirilevyissä pidemmät johdot ja täyssyvyyden läpi kulkevat reiän viat lisäävät loisinduktanssia ja kapasitanssia. Reunanopeuksien kasvaessa nämä loiset voivat heikentää silmien aukkoa, lisätä ristikkäisyä ja pienentää kohinamarginaalia. Vaikka vaikutukset ovat hyväksyttäviä sekä matalilla että kohtuullisilla nopeuksilla, nämä vaikutukset muodostavat rajoittavia tekijöitä nopeissa digitaalisissa järjestelmissä.
Sähköisestä näkökulmasta HDI-piirilevyt tarjoavat ennustettavamman impedanssin hallinnan, vähentävän signaalin vääristymän ja paremman ajoituksen vakauden nopeissa ja tiheissä piireissä.
Lämpökäyttäytyminen ja luotettavuus
HDI piirilevyn lämpöreitit ja luotettavuus
• HDI-piirilevyt voivat levittää lämpöä täytettyjen ja pinnoitettujen vioiden kautta lämpötyynyissä ja kuparitasoissa, jotka on asetettu lähelle lämpimiä osia.
• Lyhyemmät reitit kuumista osista sisempiin kuparikerroksiin auttavat siirtämään lämpöä pois nopeammin.
• Pitkäaikaisen luotettavuuden varmistamiseksi HDI-rakennusprosessi tarvitsee vakaan mikropinnoituksen ja täytteen, tasaisen kerrosten välisen laminoinnin sekä riittävän suunnittelumarginaalin laajenemiseen ja supistumiseen lämpötilan vaihteluissa.
Tavalliset piirilevyn lämpöreitit ja luotettavuus
• Tavallisissa piirilevyissä on vähemmän monimutkaisia rakennusvaiheita, mutta paksummat eristyskerrokset ja täyteen läpi kulkevat reiät voivat saada lämpöä kerääntymään tietyissä kohdissa.
• Lämpöpoistokuvioita ja ylimääräisiä kuparialueita lisätään usein lämmön vetämiseksi pois kuumilta alueilta ja vähentämään rasitusta laudalle ajan myötä.
HDI-piirilevyn valmistusvaiheet verrattuna tavalliseen piirilevyyn
| Vaihe | HDI-piirilevyjen valmistus | Tavallinen piirilevyvalmistus |
|---|---|---|
| Kerrosten luominen | Ydin yhdistetään useisiin ohuisiin kupari- ja hartsikerroksiin. | Yksi tai useampi kuparipäällystettyä ydintä on pinottu prepreggillä niiden väliin. |
| Muodostelman kautta | Käyttää laserilla porattuja mikrovioja sekä sokeita ja haudattuja vioja valittujen kerrosten välissä. | Käyttää mekaanisesti porattuja läpireiän läpi kulkevia vioja, jotka kulkevat koko laudan läpi. |
| Täyttämisen kautta | Viuat voidaan täyttää kuparilla tai hartsilla ja sitten tehdä litteiksi alustan kautta asettelua varten. | Viat jäävät täyttämättä tavallisissa rakennelmissa. |
| Laminointisyklit | Tarvitaan useita laminointisyklejä kiinnittääkseen jokaisen kerrostumakerroksen. | Usein käytetään yhtä päälaminaatiosykliä. |
| Rekisteröintivaatimukset | Vaatii erittäin tiukan linjauksen hienojen ominaisuuksien ja pienten läpivievien välillä. | Käyttää standardoituja kohdistustoleransseja jälkien ja reikien osalta. |
| Tarkastus ja testaus | Useammat tarkistukset keskittyvät laatuun, kerrossiirtoihin ja rakennusvaiheisiin. | Käytetään standardoituja sähköisiä testejä ja visuaalisia tarkistuksia. |
Sovellusvertailu: HDI-piirilevy vs tavallinen piirilevy
HDI-piirilevyn käyttöalueet
• HDI-piirilevyjä käytetään kompakteissa digitaalisissa laitteissa, kuten älypuhelimissa, tableteissa ja puettavissa laitteissa.
• Ne tukevat pieniä lääketieteellisiä elektroniikkalaitteita, joissa laudalla on rajallinen tila.
• HDI-asettelut ovat yleisiä autojen kuljettajaa avustavissa järjestelmissä ja viihdemoduuleissa, jotka kuljettavat monia signaaleja ahtaassa tilassa.
• Verkko- ja televiestintälaitteet sekä suorituskykyiset laskentamoduulit käyttävät usein HDI PCB-levyjä tiheiden ja nopeiden yhteyksien käsittelyyn.
Tavalliset piirilevyjen käyttöalueet
• Tavalliset piirilevyt ovat yleisiä virtalähteissä ja monenlaisissa kodinkoneissa.
• Niitä käytetään valaistuksen ohjauspaneeleissa sekä laajassa valikoimassa teollisia tulo- ja lähtökortteja.
• Äänivahvistinpiirit perustuvat usein tavallisiin piirilevyihin, joiden asettelu on yksinkertainen.
• Tavallisia piirilevyjä löytyy myös opetuspaketeista ja edullisista harrastustuotteista, joissa perustoiminnot riittävät.
Kustannus- ja volyymikompromissit
| Tekijä | HDI piirilevy | Tavallinen piirilevy |
|---|---|---|
| Työkalut ja asennus | Korkeampaa, koska prosessi tarvitsee hienompia ominaisuuksia ja edistyneitä vaiheita. | Alempi, perustuen vakiovarusteisiin ja yhteisiin materiaaleihin. |
| Levykohtainen valmistuskustannus | Korkeampi, pääasiassa matalissa ja keskisuurissa tuotantomäärissä. | Alhaisempi useimmissa tuotantomäärissä. |
| Säästöt koko tuotteessa | Voi vähentää kustannuksia muissa tuotteen osissa sallimalla pienemmän ja integroituneemman piirilevyn. | Vähemmän säästöjä piirilevyn ulkopuolella, kun asettelu pienenee. |
| Äänenvoimakkuuden herkkyys | Se muuttuu houkuttelevammaksi suurilla volyymeilla kompakteille piirisuunnitelmille. | Pysyy kustannustehokkaana yksinkertaisille laudoille lähes kaikissa volyymeissa. |
| Parhaiten sopivat hintatavoitteet | Sopii keskitasoisille ja huippuluokan tuotteille, jotka tukevat korkeampia emolevykustannuksia. | Sopii aloitustason ja vahvasti kustannusohjattuihin tuotteisiin. |
HDI-piirilevyn tai tavallisen piirilevyn valinta
Valitse HDI-piirilevy, kun:
• Laudan pinta-ala tai paksuus on tiukasti rajattu
• Komponentit käyttävät hienosävelisiä tai korkean pinnimäärän paketteja
• Tarvitaan nopea tai tiheä reititys
• Signaalin eheysmarginaalit ovat kriittiset
Valitse tavallinen piirilevy, kun:
• Hallitustilaa on saatavilla
• Signaalin nopeudet ovat matalia tai kohtalaisia
• Kustannusten hallinta on tärkein prioriteetti
• Kokoamisen ja uudelleentyöskentelyn yksinkertaisuus on tärkeää
Yhteenveto
HDI ja tavalliset piirilevyt eroavat toisistaan kokorajoituksissa, kerrosrakenteessa, VIA:ssa, reitityksessä, signaalin laadussa, lämmön leviämisessä ja hinnassa. HDI tukee kompakteja asetteluja, hienoja osia ja nopeita linkkejä monimutkaisemmalla prosessoinnilla. Tavalliset piirilevyt sopivat yksinkertaisempiin, suurempiin asetteluihin edullisemmin. Suunnittelutarkistuslista yhdistää piirilevyn koon, nopeustarpeet ja budjetin oikeaan piirilevytyyppiin.
Usein kysytyt kysymykset [UKK]
Mitä materiaaleja HDI-piirilevyt käyttävät verrattuna tavallisiin piirilevyihin?
HDI-piirilevyt käyttävät korkean Tg:n tai vähähäviöisiä laminaatteja korkeampien nopeuden ja lämmön saavuttamiseksi. Tavalliset piirilevyt käyttävät standardia FR-4:ää kustannusten pitämiseksi alhaisina.
Miten kuparin paksuus eroaa HDI:ssä ja tavallisissa piirilevyissä?
HDI-piirilevyt käyttävät ohuempaa kuparia hienoissa reitityskerroksissa pienille viivoille. Tavalliset piirilevyt käyttävät paksumpaa kuparia, kuten 1 unssia tai 2 oz, suuremman virran ja lujuuden saavuttamiseksi.
Miten kokoonpano eroaa HDI-piirilevyillä?
HDI-piirilevyt tarvitsevat tiukan juotostahnan ja reflow'n hallinnan hienojen osien ja padin kautta. Tavalliset piirilevyt on helpompi koota suuremmilla levyillä ja osilla.
Onko HDI-piirilevyjen uudistaminen vaikeampaa?
Kyllä. HDI-tyynyt, jäljet ja mikroviat ovat pieniä ja helposti vahingoittuvia uudistuksen yhteydessä. Tavalliset piirilevyt on helpompi korjata, koska ominaisuudet ovat suurempia ja vahvempia.
Mitä tietoja tarvitaan HDI-piirilevyn tilaamiseen?
HDI-piirilevydatan tulisi sisältää yksityiskohtainen pino, sokea ja piilotettu kerrosparien, mikrovian kokojen ja impedanssikohteiden avulla. Tavalliset piirilevyt tarvitsevat vain peruspinon ja tavalliset poratiedostot.
Miten luotettavuustestit eroavat HDI-piirilevyillä?
HDI-piirilevyt lisäävät mikrosignaalien lujuustestejä, kuten poikkileikkauksia ja lämpökiertoa kupongeissa. Tavalliset piirilevyt käyttävät pääasiassa standardoituja sähköisiä testejä ja muutamia peruspoikkileikkauksia.
