设计成功的 HDI PCB 的三个关键

HDI是High Density Interconnection的简称，是20世纪末开始发展起来的一种印刷电路板技术。传统PCB板采用机械钻孔，缺点是成本高，孔径为0.15mm，受钻孔工具影响难以改进。然而，对于 HDI PCB，使用了激光钻孔，并且一经推出，就受到了广泛的欢迎。 HDI板也称为激光板，其孔径通常在3.0-6.0mil（0.076-0.152mm）范围内，线宽3.0-4.0mil（0.076-0.10mm），从而导致焊盘尺寸可以大大减少，以便在每个单位区域中可以安排更多的布局。 HDI技术适应并推动了PCB行业的发展，目前HDI电路板已大量应用于各种设备中。

在电路板设计方面，与普通PCB相比，本质区别在于HDI PCB通过盲孔和埋孔而不是通孔获得互连。此外，HDI PCB设计中使用更细的线宽和更小的间距，以充分利用布局和走线的空间。因此，HDI设计新手一定要知道如何安排元件空间，如何切换盲孔、埋孔和通孔的应用，以及如何分配信号线的空间。尽管如此，首要的也是最重要的工作是了解HDI PCB制造过程中相应的工艺参数。

制造过程

• 光圈

在通孔和盲孔/埋孔设计中必须考虑孔径比。对于普通PCB使用的传统机械钻孔，通孔孔径应大于0.15mm，板厚孔径比大于8：1（在某些特殊情况下，此参数可以为12：1或更大）。但是，激光钻孔时，激光孔的孔径应在3-6mil之间，其中4mil为宜，电镀填孔深度与孔径比最大为1:1。

板子越厚，孔径越小。在电镀过程中，化学溶液很难进入钻孔深度。虽然电路电镀设备通过振荡或加压的方式将溶液压到钻孔中心，但浓度梯度使中心电镀相对较薄，导致钻孔层上的电路开路轻微。更糟糕的是，当电压升高或电路板在恶劣的环境中受到冲击时，缺陷会变得更加明显，最终导致电路断路和电路板故障。因此，PCB设计人员必须事先充分了解PCB制造商的技术能力，否则会增加PCB制造难度，增加废品率甚至无法制造。

• 堆栈

HDI PCB 叠层可以根据带盲孔的层顺序进行分类。以下是一些典型的类别：

一个。 1-HDI（带埋孔）。下图为1-HDI埋孔结构：1-2盲孔、6-5盲孔、2-5埋孔、1-6通孔。

湾。非堆叠 2-HDI（带埋孔）。下图为带埋孔的非叠层2-HDI结构：1-2盲孔（非叠层）、2-3盲孔（非叠层）、8-7盲孔（非叠层）、 7-6盲孔（不叠），3-6埋孔，1-8通孔。

C。堆叠但非树脂填充的 2-HDI。图3显示了堆叠但未填充树脂的2-HDI的结构：1-2盲孔（堆叠），2-3盲孔（堆叠），8-7盲孔（堆叠），7-6盲孔（堆叠） ，3-6个埋孔，1-8个通孔。

d。堆叠和树脂填充的 2-HDI。图4为叠层树脂填充2-HDI结构：1-2盲孔（叠层）、2-3盲孔（叠层并填充树脂）、8-7盲孔（叠层）、7-6盲孔（堆叠和树脂填充），3-6个埋孔，1-8个通孔。

板材在堆叠过程中通常会受到压力和温度的影响，之后板材中仍然存在应力。如果叠板不对称，即板的两侧应力分布不均匀，就会形成一侧翘曲，大大降低板的良率。因此，设计人员必须选择非对称堆叠设计，并且必须考虑盲孔/埋孔的分布。

• 工艺流程

工艺流程将以4层1叠层HDI和6层2叠层HDI为例进行说明。

一个。 4 层 HDI，1 层堆叠。下图为4层HDI 1堆叠工艺流程。

4 层 HDI 的工艺流程与普通 PCB 的工艺流程非常相似，只是钻孔的顺序不同。先是机械钻2-3层埋孔，再是1-4层机械通孔，再是1-2盲孔和4-3盲孔。

如果设计人员仅仅根据设计要求或性能直接钻1-3孔或4-2孔而不进行2-3转换，这种设计会给制造带来极大的困难，导致生产成本和废品率的增加。因此，在选择通孔的方法时，必须考虑现有技术和制作要求。

湾。 6 层 HDI，2 层堆叠。图 6 为 2 层堆叠的 6 层 HDI 工艺流程。

2叠6层HDI的工艺流程与普通PCB类似，只是钻孔的顺序不同。先机械钻3-4层埋孔，再钻2-5层埋孔，2-3层和5-4层盲孔，1-6层通孔，最后钻孔1-2盲孔和6-5盲孔。

激光钻孔用于HDI板上的盲孔，激光钻孔过程中的高温烧灼孔壁，产生焦炭吸附在孔壁上。同时，高温烧灼会使第二层上的铜被氧化。因此，激光钻孔后，应在电镀前进行预操作。因为盲孔的孔径比较小，可乐扣很难消除。对于2-HDI，需要专业的盲孔电镀和填充，这大大增加了成本。

更糟糕的是，6层HDI的工艺流程，2叠，需要一些对位，累积对位误差会上升，产品报废率会上升。因此，除了那些非常先进的产品外，不建议使用 2-HDI。

布局

HDI 板上的组件布局通常具有如此高的密度，以至于有必要确保以后的可安装性、可焊性和可维护性。元件间距可参照下表确定。

表 1 所列参数为满足普通焊接要求的限定值。在实际生产中，考虑到可安装性和可维护性，空间内的间距应尽可能扩大，以便于组装、返工和焊接。

在布局方面还有其他方面需要考虑：

• RF/模拟/模数转换/数字部分必须在空间上严格划分。无论是在同一边还是不同边，它们之间的间距都应该扩大。

• 同一模块的布局应布置在同一侧，以减少钻孔或换层的面积。所以在布局的过程中，必须确定关键电路，并根据信号的重要程度，围绕关键元器件进行布局。

• 大功率信号应远离其他信号布置。

跟踪

在跟踪过程中必须考虑一些因素，包括最小线宽、安全间距的控制和跟踪的均匀性。如果间距太短，在内层干膜过程中会造成夹膜。薄膜的残留物会造成短路。如果线宽太小，薄膜的吸收太弱，会造成开路。电路的不均匀性会导致不同点的铜厚分布和树脂流动速度不均匀。因此，在设计过程中必须注意走线和铜的不均匀性。

在赛道方面还有其他方面需要考虑：

• 顶层和底层的元件具有较好的隔离效果，因此内层信号之间的相互串扰应该减少。

• 对于射频和模拟领域的重要信号，应确保每个信号周围的地对地回流路径短。

• 无物理连接干扰的盲孔不得加在重要信号的走线区域，以免相互干扰，但属于地网的盲孔可以。

• 由于跟踪空间有限，首先是重要信号和有阻抗要求的信号的跟踪空间。

• 在电源能够满足电流的前提下，尽量避免单块铺装，以减少对其他信号的干扰。

• 如果信号质量第一，可以直接在焊盘上钻盲孔。对于BGA区域，盲孔和焊盘可以保持相切，以免影响BGA焊接。

• 盲孔/埋孔在连续性方面比通孔差。因此，对于有阻抗要求的信号，焊盘和盲孔、盲孔和埋孔之间的引线长度要缩短，信号的上下表面要完整。

总之，在HDI板设计过程中，必须事先充分考虑复杂的可制造性。常规PCB的工艺参数对于大多数设计师来说已经很熟悉了，而HDI设计新手则应该了解定制电路板制造商的HDI PCB规格，以确保他们的项目。

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