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關(guān)于如何設(shè)計(jì)HDI PCB疊層

2020-10-27 11:25 作者:華秋DFM 0人讀過(guò) | 我要投稿

集成電路的小型化趨勢(shì)迫使PCB緊跟其后，最終讓一些普通產(chǎn)品也使用上了HDI設(shè)計(jì)。雖然大多數(shù)消費(fèi)者可能沒(méi)有意識(shí)到這一點(diǎn)，但他們可能擁有多種這類(lèi)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品依賴于HDI設(shè)計(jì)和PCB上的布線。這些產(chǎn)品的成功布局和布線取決于設(shè)計(jì)正確的HDI PCB疊層。

盡管任何具有高層數(shù)的電路板都將很昂貴，但這些產(chǎn)品已經(jīng)跟上將更高級(jí)的功能封裝在更小的空間中的趨勢(shì)。隨著最近宣布的100萬(wàn)（25微米）跡線寬度，HDI設(shè)計(jì)變得越來(lái)越小，而決定布線密度的限制因素是層數(shù)，凈數(shù)和元件數(shù)。如果要設(shè)計(jì)先進(jìn)的產(chǎn)品，以提高組件和布線密度的極限，那么在開(kāi)始布局之前，請(qǐng)注意HDI PCB的堆疊。

HDI PCB堆疊中的層數(shù)

最近，在論壇上出現(xiàn)了一些問(wèn)題，這些問(wèn)題都可以歸結(jié)為：HDI PCB中使用了幾層？一般8到24層之間的板中使用HDI PCB堆疊和布線。確切的層數(shù)取決于所需的走線密度，HDI網(wǎng)絡(luò)的總數(shù)以及它們將在電路板上占用的大約空間。

可能還需要為不一定需要HDI布線并且需要與HDI電路塊分離的其他組件騰出空間。在示例設(shè)計(jì)中，電路板數(shù)字部分分開(kāi)的一個(gè)區(qū)域中使用了多種無(wú)線協(xié)議，該區(qū)域圍繞大型FPGA構(gòu)建。射頻部分使用了相對(duì)較寬的走線和大量的接地隔離層，而數(shù)字部分則需要對(duì)1000多個(gè)網(wǎng)絡(luò)和300多個(gè)組件進(jìn)行多層布線。

在HDI板中通常具有如此高的凈計(jì)數(shù)，如何確定HDI PCB堆疊中所需的層數(shù)？假設(shè)使用的是經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗(yàn)的HDI制造工藝，則需要估算每層板尺寸可容納多少條走線，然后為電源和接地層添加其他層。對(duì)于上面提到的1000個(gè)凈板，我們以10層板作為HDI PCB疊層的初始估算。假設(shè)總共有10個(gè)層，則可以計(jì)算每層的厚度，并以此來(lái)確定控制阻抗所需的走線寬度。用于估計(jì)HDI PCB堆疊層數(shù)的過(guò)程可以按照以下過(guò)程進(jìn)行：

1.?跟蹤大小：首先，您需要將走線的大小調(diào)整為適當(dāng)?shù)膶挾群蛯雍?，以確保阻抗受控。在這里，需要根據(jù)先前的經(jīng)驗(yàn)對(duì)層厚度進(jìn)行初步估算。執(zhí)行此操作的另一種方法是查看BGA間距以設(shè)置走線寬度的上限，并使用該值確定所需的走線阻抗所需的層厚度。

2.?每層凈額估算：一旦確定了所需的走線寬度/層厚（以及差分對(duì)走線之間的間距），就可以大致確定HDI布局區(qū)域內(nèi)信號(hào)層將占用多少空間。這需要指定電路板尺寸估算值；將每單位面積的BGA突破通道的大約數(shù)量乘以電路板面積，就可以得出每層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量。然后可以將其用于估算HDI PCB堆疊中所需的總層數(shù)。

3.?層數(shù)計(jì)算：一旦你知道了每層需要的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，簡(jiǎn)單地用你的網(wǎng)數(shù)除以這個(gè)數(shù)字就得到了一個(gè)層數(shù)。注意，這只是給你一個(gè)信號(hào)層的估計(jì)，而不是層的總數(shù)?，F(xiàn)在，只需將電源和地平面添加到您的HDI PCB堆疊中，就得到了一個(gè)初始層堆疊。

BGA扇形和層數(shù)

細(xì)間距BGA是一些設(shè)計(jì)師被迫在HDI制度下工作的原因之一。估計(jì)每層網(wǎng)絡(luò)數(shù)有點(diǎn)困難，因?yàn)槟枰崆霸陔娐钒迳现付℉DI區(qū)域，并且BGA突破和轉(zhuǎn)義路由策略將限制每層網(wǎng)絡(luò)數(shù)。不過(guò)，BGA突破模式是以一種“網(wǎng)格”模式創(chuàng)建的，每層具有固定數(shù)量的走線，具體取決于這些走線的展開(kāi)位置。傳統(tǒng)的狗骨扇形展開(kāi)和帳篷式微孔在pad扇形策略的情況。通常，一次可以從高密度BGA中抽出兩排焊盤(pán)，如果使用非常窄的走線，則可以抽三排。

表層上的狗骨扇形策略適用于中間距BGA。對(duì)于引腳數(shù)非常高的極細(xì)間距BGA，別無(wú)選擇，只能使用盲孔作為狗骨扇形的一部分到達(dá)內(nèi)部層，并且將不得不在HDI PCB疊層中使用更高的層數(shù)。這是由于對(duì)每層凈數(shù)量的限制，即使在細(xì)間距設(shè)備上的總引腳數(shù)很低，這也適用。

對(duì)于差分對(duì)，還需要在BGA封裝下方保持走線耦合。在使用差分對(duì)的PCIe或DDR等協(xié)議中，很容易直接在頂部信號(hào)層上到達(dá)BGA中的外部?jī)尚?。?duì)于內(nèi)部層，可以將微孔與狗骨扇形配合使用，或者將微孔放在焊盤(pán)中，以確保相鄰的跡線保持耦合。穿過(guò)HDI PCB疊層中的平面層時(shí)，務(wù)必確保包括適當(dāng)?shù)姆篮副P(pán)直徑。另外，嘗試在差分對(duì)的兩條走線上鏡像任何彎曲，以保持對(duì)稱和耦合。如果使用的是粗間距封裝和很細(xì)的走線，則可能能夠在焊盤(pán)之間布線差分對(duì)，而不必將走線對(duì)放在一對(duì)走線之間。

與其他任何設(shè)計(jì)一樣，在創(chuàng)建HDI PCB堆疊或開(kāi)始布局之前，應(yīng)與制造商聯(lián)系以確保遵循其DFM指南。有許多PCB制造商高度專(zhuān)注于HDI PCB的制造和組裝，他們可以容納非常薄，非常密集的走線，從而可以容納非常多的層。首先進(jìn)行這項(xiàng)重要工作可以節(jié)省制造成本，并確保更好的產(chǎn)量。