原创 如何设计HDI PCB叠层

2020-10-27 15:40 420 4 5 分类: PCB

集成电路的小型化趋势迫使PCB紧跟其后,最终让一些普通产品也使用上了HDI设计。虽然大多数消费者可能没有意识到这一点,但他们可能拥有多种这类的产品,这些产品依赖于HDI设计和PCB上的布线。这些产品的成功布局和布线取决于设计正确的HDI PCB叠层。

尽管任何具有高层数的电路板都将很昂贵,但这些产品已经跟上将更高级的功能封装在更小的空间中的趋势。随着最近宣布的100万(25微米)迹线宽度,HDI设计变得越来越小,而决定布线密度的限制因素是层数,净数和元件数。如果要设计先进的产品,以提高组件和布线密度的极限,那么在开始布局之前,请注意HDI PCB的堆叠。

HDI PCB堆叠中的层数

最近,在论坛上出现了一些问题,这些问题都可以归结为:HDI PCB中使用了几层?一般824层之间的板中使用HDI PCB堆叠和布线。确切的层数取决于所需的走线密度,HDI网络的总数以及它们将在电路板上占用的大约空间。

可能还需要为不一定需要HDI布线并且需要与HDI电路块分离的其他组件腾出空间。在示例设计中,电路板数字部分分开的一个区域中使用了多种无线协议,该区域围绕大型FPGA构建。射频部分使用了相对较宽的走线和大量的接地隔离层,而数字部分则需要对1000多个网络和300多个组件进行多层布线。

HDI板中通常具有如此高的净计数,如何确定HDI PCB堆叠中所需的层数?假设使用的是经过时间考验的HDI制造工艺,则需要估算每层板尺寸可容纳多少条走线,然后为电源和接地层添加其他层。对于上面提到的1000个净板,我们以10层板作为HDI PCB叠层的初始估算。假设总共有10个层,则可以计算每层的厚度,并以此来确定控制阻抗所需的走线宽度。用于估计HDI PCB堆叠层数的过程可以按照以下过程进行:

1. 跟踪大小:首先,您需要将走线的大小调整为适当的宽度和层厚,以确保阻抗受控。在这里,需要根据先前的经验对层厚度进行初步估算。执行此操作的另一种方法是查看BGA间距以设置走线宽度的上限,并使用该值确定所需的走线阻抗所需的层厚度。

2. 每层净额估算:一旦确定了所需的走线宽度/层厚(以及差分对走线之间的间距),就可以大致确定HDI布局区域内信号层将占用多少空间。这需要指定电路板尺寸估算值;将每单位面积的BGA突破通道的大约数量乘以电路板面积,就可以得出每层网络的数量。然后可以将其用于估算HDI PCB堆叠中所需的总层数。

3. 层数计算:一旦你知道了每层需要的网络的数量,简单地用你的网数除以这个数字就得到了一个层数。注意,这只是给你一个信号层的估计,而不是层的总数。现在,只需将电源和地平面添加到您的HDI PCB堆叠中,就得到了一个初始层堆叠。

BGA扇形和层数

细间距BGA是一些设计师被迫在HDI制度下工作的原因之一。 估计每层网络数有点困难,因为您需要提前在电路板上指定HDI区域,并且BGA突破和转义路由策略将限制每层网络数。不过,BGA突破模式是以一种“网格”模式创建的,每层具有固定数量的走线,具体取决于这些走线的展开位置。传统的狗骨扇形展开和帐篷式微孔在pad扇形策略的情况。通常,一次可以从高密度BGA中抽出两排焊盘,如果使用非常窄的走线,则可以抽三排。

表层上的狗骨扇形策略适用于中间距BGA。对于引脚数非常高的极细间距BGA,别无选择,只能使用盲孔作为狗骨扇形的一部分到达内部层,并且将不得不在HDI PCB叠层中使用更高的层数。这是由于对每层净数量的限制,即使在细间距设备上的总引脚数很低,这也适用。

对于差分对,还需要在BGA封装下方保持走线耦合。在使用差分对的PCIeDDR等协议中,很容易直接在顶部信号层上到达BGA中的外部两行。对于内部层,可以将微孔与狗骨扇形配合使用,或者将微孔放在焊盘中,以确保相邻的迹线保持耦合。穿过HDI PCB叠层中的平面层时,务必确保包括适当的防焊盘直径。另外,尝试在差分对的两条走线上镜像任何弯曲,以保持对称和耦合。如果使用的是粗间距封装和很细的走线,则可能能够在焊盘之间布线差分对,而不必将走线对放在一对走线之间。

与其他任何设计一样,在创建HDI PCB堆叠或开始布局之前,应与制造商联系以确保遵循其DFM指南。有许多PCB制造商高度专注于HDI PCB的制造和组装,他们可以容纳非常薄,非常密集的走线,从而可以容纳非常多的层。首先进行这项重要工作可以节省制造成本,并确保更好的产量。

作者: 华秋DFM, 来源:面包板社区

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