Wesentliche Überlegungen zum HDI PCB Layout: Wichtige Designaspekte meistern

Öffnungsverhältnis (Aperture Ratio)

Eines der ersten Dinge, die bei einem Lochdesign zu berücksichtigen sind, ist das Öffnungsverhältnis (Aperture Ratio). Wenn Sie den traditionellen mechanischen Bohrprozess verwenden möchten, sollte Ihr Lochdurchmesser nicht mehr als 0,15 mm betragen, und das Verhältnis von Platinenstärke zu Öffnung sollte 8:1 betragen. In besonderen Fällen können Sie bis zu 12:1 gehen, aber es ist am besten, das übliche 8:1-Verhältnis beizubehalten.

Beim Laserdruck sollte der Bohrlochdurchmesser 3 bis 6 Millimeter betragen, wobei 4 Millimeter am idealsten sind. Auch das Verhältnis von Lochtiefe zu Öffnung sollte 1:1 betragen.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Öffnungsgröße während des Beschichtungsprozesses (Plating) kleiner wird, wenn die Platinenstärke zunimmt, da es für die chemische Lösung schwierig ist, durch sehr dicke Platinen zu dringen. Auch wenn die Spannung steigt, werden Defekte sichtbarer, was zu einem vollständigen Versagen der Platine führt.

Um diese Probleme zu vermeiden, stellen Sie sicher, dass das von Ihnen gewählte PCB-Designunternehmen mit diesen Verhältnissen und Techniken vertraut ist. Andernfalls enden Sie mit einer hohen Ausschussrate und möglicherweise sogar einem Fertigungsfehler.

HDI PCB Stack-up Typen

Die Klassifizierungsgrundlage des HDI PCB Stack-up ist die Reihenfolge der Lagen mit Blind Vias. Sehen wir uns einige der gängigen Kategorien an.

2.1 1-HDI

In dieser Kategorie ist die Struktur von Buried und Blind Vias in dieser Reihenfolge:

• 1-2 ist ein Blind Via
• 6-5 ist ein Blind Via
• 2-5 ist ein Buried Via

2.2 Non-stacked 2-HDI

Die Struktur eines Non-stacked 2-HDI ist wie folgt:

• 1-2 ist ein nicht gestapelter Blind Via
• 2-3 ist ein nicht gestapelter Blind Via
• 8-7 ist ein nicht gestapelter Blind Via
• 7-6 ist ein nicht gestapelter Blind Via
• 3-6 ist ein Buried Via

2.3 Stacked 2-HDI

So sieht ein Stacked 2-HDI Typ aus:

• 1-2 ist ein gestapelter Blind Via
• 2-3 ist ein gestapelter Blind Via
• 8-7 ist ein gestapelter Blind Via
• 7-6 ist ein gestapelter Blind Via
• 3-6 ist ein Buried Via.

2.4 Stacked und harzgefüllt 2-HDI (Stacked and resin-filled 2-HDI)

In diesem Beispiel ist die Reihenfolge der Lagen wie folgt:

• 1-2 ist ein gestapelter Blind Via
• 2-3 ist ein gestapelter und harzgefüllter Blind Via
• 8-7 ist ein gestapelter Blind Via
• 7-6 ist ein gestapelter und harzgefüllter Blind Via
• 3-6 ist ein Buried Via.

Diese Beispiele verdeutlichen die Notwendigkeit für Designer, das richtige asymmetrische Design zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die Verteilung von Buried und Blind Vias so ist, dass der Ertrag (Yield) der Platine maximal ist. Wenn keine Uniformität in der Struktur dieser Vias herrscht, kann dies zu Spannungen und einseitiger Verformung (Warpage) führen, was letztlich den Ertrag der Platine verringern kann.

HDI-PCB Design-Prozessfluss (Process Flow)

Der Prozessfluss ist für jedes Design essenziell, insbesondere für ein HDI-PCB. Es gibt eine spezifische Art, Löcher zu bohren, um sicherzustellen, dass die Platine stabil ist und einen guten Ertrag liefert. Sie sollten Hersteller finden, die den genauen Prozess für das Design kennen.

Lassen Sie uns das Beispiel von zwei Stacking-Typen nehmen, um eine Vorstellung vom Prozessfluss und seiner Gesamtbedeutung für das Design zu bekommen.

3.1 4-Lagen HDI mit einem Stacking

Im Allgemeinen ist der Prozessfluss für ein 4-Lagen-HDI relativ ähnlich dem einer herkömmlichen PCB. Der einzige Unterschied liegt in der Bohreihenfolge. Designer und Ingenieure müssen mit Buried Vias der Lagen 2-3 beginnen, gefolgt von mechanischem Bohren der Lagen 1-4, und schließlich den Blind Vias 1-2 und 4-3.

Wenn dieser Prozess nicht eingehalten wird, kann dies extreme Fertigungsprobleme verursachen, wodurch Ausschuss- und Produktionskosten steigen.

3.2 6-Lagen HDI mit zwei Stackings

In diesem Fall beginnt der Prozess mit dem Bohren von Buried Vias in den Lagen 3-4, gefolgt von 2-5, Blind Vias auf 2-3 und 5-4, Löchern auf 1-6, und schließlich dem Bohren der Blind Vias 1-2 und 6-5.

Trotz eines so rigorosen Prozessflusses wird 6-Lagen HDI mit zwei Stackings außer für fortgeschrittene Produkte nicht empfohlen. Die Ausschussrate des Produkts wird hoch sein, und akkumulierte Gegenpunkfehler können nicht eliminiert werden.

HDI-PCB Bauteil-Layout (Layout of components)

Ein weiterer wesentlicher Aspekt beim Design von HDI-PCB-Boards ist das Layout der Komponenten. Der Abstand zwischen den Komponenten hat großen Einfluss auf die Lötbarkeit und Wartbarkeit der Platinen.

Idealerweise sollte der von Ihnen gewählte Hersteller den folgenden Abständen folgen, um Probleme bei der Installation zu vermeiden:

• Gewöhnliche SOPs und PINs anderer Komponenten sollten einen Mindestabstand von 40 Millimetern zueinander haben.
• BGAs und PINs anderer Komponenten sollten einen Mindestabstand von 80 Millimetern haben.
• Ein PIN in gewöhnlichen Komponenten kann einen Abstand von ca. 20 Millimetern haben.
• RF-, Analog- und Digitalteile müssen räumlich getrennt sein. Auch sollte ein großer Abstand zwischen ihnen bestehen, unabhängig davon, ob sie auf derselben oder unterschiedlichen Seiten liegen.
• Hochleistungssignale sollten weit von anderen Signalen entfernt sein.

Dies sind Mindestspezifikationen, und der Hersteller sollte bestrebt sein, so viel Abstand wie möglich zu geben, um Löten, Bestückung und eventuelle Nacharbeit zu erleichtern.

Wie Sie sehen, hat das Layout erheblichen Einfluss auf das Design und die endgültige Leistung Ihrer Platine.

Leiterbahnführung (Tracking)

Ein zuverlässiger Hersteller sollte viele verschiedene Aspekte beim Routing berücksichtigen, um sicherzustellen, dass das finale Design stabil ist und Ihren Bedürfnissen und Erwartungen entspricht.

Einige dieser Aspekte sind:

• Komponenten auf den oberen und unteren Lagen sollten gute Isolation haben.
• Gegenseitiges Übersprechen (Crosstalk) zwischen den Signalen der inneren Lagen sollte auf einem minimalen Niveau gehalten werden.
• Für RF-Signale und Analogbereiche sicherstellen, dass es einen korrekten Rückführpfad (Reflow Path) um jedes Signal gibt.
• Notwendige Signale mit hohen Impedanzwerten mit höherer Priorität als andere Signale routen.

Die Einhaltung dieser Routing-Überlegungen ist notwendig, um Kurzschlüsse, offene Stromkreise, schwache Absorption und andere Probleme schlechter Designs zu vermeiden.

HDI PCB Layout – Pad-Größe (Pad Size)

Die Pad-Größe hat großen Einfluss auf das Design-Ergebnis, besonders in Größe und Gewicht. Sie kann auch die Gesamtgröße des elektronischen Produkts reduzieren, wenn dies eines Ihrer Designziele ist.

Nachfolgend einige ideale Pad-Größen, wobei eine Anpassung dieser Größen basierend auf spezifischen Anforderungen möglich ist.

• Die Pad-Größe sollte 3 Millimeter über Bohrgröße für Blind Via und 10 Millimeter über Bohrgröße für Buried Via und Through Hole betragen.
• Erweiterte Option: Pad-Größe 6 Millimeter über Bohrgröße für Blind Via und 14 Millimeter über Bohrgröße für Buried Via und Through Hole.
• Für Standardplatinen: Pad-Größe 8 Millimeter über Bohrgröße für Blind Via und 20 Millimeter über Bohrgröße für Buried Via und Through Hole.

HDI PCB Layout – Material

Eine PCB enthält vier Lagen, die alle durch Hitze zu einer einzelnen Lage laminiert werden. Die Materialien von der oberen zur unteren Lage umfassen: Siebdruck (Silkscreen), Lötstoppmaske (Solder Mask), Kupfer und Substrat. Davon ist die Substratschicht Glasfaser und wird oft FR4 genannt, was feuerbeständig bedeutet. Die Dicke dieser Substratschicht kann je nach Anforderungen und Gerät variieren.

Es gibt viele Unterkategorien in jeder der oben genannten vier Lagen, die von Ihren Anforderungen abhängen können.

Obwohl dies die Standardmaterialien sind, sind auch Platinen aus günstigeren Materialien erhältlich. Diese halten jedoch nicht lange und neigen dazu, ihre Lamination schnell zu verlieren, abhängig vom verwendeten Material. Sie können diese billigen Materialien sogar am Geruch erkennen, den sie während des Lötprozesses abgeben.

Die Verantwortung liegt bei Ihnen, einen Hersteller zu finden, der die besten Materialien für Ihre Anforderungen verwendet.

HDI PCB Layout – Fazit

Wir hoffen, dass Ihnen diese Informationen eine allgemeine Vorstellung von den Aspekten geben, die Sie beim Design eines HDI PCBs berücksichtigen sollten. Wenn Sie planen, einen Hersteller damit zu beauftragen, stellen Sie sicher, dass das gewählte Unternehmen diese Aspekte tiefgreifend versteht und über die Erfahrung und das Können verfügt, die richtige Platine für Ihre Bedürfnisse zu erstellen.

Der richtige Hersteller wird diese Dinge auswendig kennen und nicht erwarten, dass Sie diese speziellen Überlegungen eingeben.