Печатные платы глухие скрытые HDI

I. Обзор: Разница между традиционными переходными отверстиями и переходными отверстиями HDI

Прежде всего, необходимо чётко понимать три типа переходных отверстий:

Сквозные переходные отверстия: просверливаются от верхнего слоя платы к нижнему. Простые, но занимают пространство на всех слоях, тратя впустую площадь для разводки.

Глухие переходные отверстия: соединяют поверхностный и внутренние слои, но не проходят через всю плату. Похожи на «пандус», ведущий с поверхности на подземную парковку, но не доходящий до нижнего слоя.

Скрытые переходные отверстия: соединяют два или более внутренних слоя, полностью скрытые внутри платы. Подобно соединительным переходам между подземными парковками, совершенно невидимым с поверхности.

Основой плат HDI является широкое использование глухих и скрытых переходных отверстий, часто с применением более сложных технологий, таких как микропереходы и сквозные дисковые переходные отверстия.

II. Основные преимущества технологии HDI

Максимальная плотность разводки

Освобождение пространства под разводку: Глухие переходные отверстия больше не занимают место на не связанных слоях, обеспечивая 100% доступной площади разводки на каждом слое. Это позволяет реализовывать более сложные схемы на меньшей площади платы.

Улучшает целостность высокоскоростного сигнала

Более короткие пути прохождения сигнала: Глухие переходные отверстия обеспечивают кратчайший путь от выводов микросхемы к сигналам внутренних слоев, значительно снижая паразитную индуктивность и емкость, вносимые переходными отверстиями.

Чистые обратные пути: Более короткие переходные отверстия обеспечивают более четкие обратные пути сигнала, уменьшая отражения сигнала и электромагнитные помехи, что критически важно для высокоскоростных цифровых и радиочастотных схем гигагерцового уровня.

Позволяет использовать высокоплотную BGA-корпус

Современные микросхемы (такие как центральные процессоры, графические процессоры и ПЛИС) используют корпус BGA с малым шагом выводов, с расстоянием между контактными площадками всего 0,4 мм и меньше. Традиционная технология сквозных выводов просто не позволяет «пройти» дорожки между контактными площадками. Для успешного вывода всех сигналов необходимо использовать микрослепые переходные отверстия, высверленные лазером непосредственно на контактных площадках BGA (сквозная конструкция).

Уменьшение размера и веса печатной платы

Повышение уровня интеграции напрямую уменьшает размер материнской платы, что является необходимым условием для смартфонов, планшетов и носимых устройств.

Оптимизация распределения питания

Скрытые переходные отверстия можно использовать более гибко для соединения внутренних слоев питания и заземления, снижая импеданс питания.

III. Типичные производственные процессы и структуры слоёв плат HDI

Процесс производства плат HDI гораздо сложнее, чем обычных многослойных плат, поскольку их основа состоит из нескольких ламинаций и лазерного сверления.

Лазерное сверление: использование CO2- или УФ-лазера для создания микроотверстий чрезвычайно малого диаметра (обычно 4-6 мил). Это ключ к созданию глухих переходных отверстий.

Последовательное ламинирование: плата ламинируется не за один проход, а внутренние платы изготавливаются поэтапно, ламинируются последовательно, и глухие переходные отверстия создаются после каждого ламинирования.

Распространённые типы структур HDI:

HDI первого слоя: это самая простая плата HDI.

Структура: поверхностный слой имеет глухие переходные отверстия, высверленные лазером, соединяющие второй слой. Плата также может иметь сквозные отверстия.

Обозначение: 1+N+1 (N — основная плата, с одним слоем, ламинированным с каждой стороны)

Область применения: смартфоны начального уровня, потребительская электроника.

HDI 2-го уровня:

Структура: поверхностный слой имеет глухие переходные отверстия, соединяющиеся со вторым слоем, а второй слой имеет глухие переходные отверстия, соединяющиеся с третьим слоем. Это означает, что глухие переходные отверстия расположены «в шахматном порядке», что требует соединения с помощью таких процессов, как заполнение переходных отверстий.

Обозначение: 2+N+2

Область применения: смартфоны высокого класса, коммуникационные модули.

HDI любого уровня:

Структура: это вершина технологии HDI. Любой слой может быть соединен с соседними слоями через микропереходные отверстия. Вся плата не имеет механических сквозных отверстий.

Обозначение: ELIC

Область применения: флагманские смартфоны топового уровня, сверхтонкие ноутбуки, военное, медицинское и другое сверхнадежное оборудование. Чрезвычайно высокая стоимость.

IV. Ключевые технологии и проблемы проектирования HDI

Pad-in-Pad:

Глухие переходные отверстия размещаются непосредственно на контактных площадках BGA- или чип-компонентов. Это оптимальное решение для высокоплотной разводки BGA. Требования к процессу: Идеальная гальванизация и планаризация микропереходных отверстий крайне важны; в противном случае пайка будет некачественной.

Гальванизация сквозным заполнением:

Полностью заполнить микропереходные отверстия медью. Это критически важно для создания внутридисковых переходных отверстий и создания ровной основы для размещения новых глухих переходных отверстий на верхних слоях.

Точность совмещения:

Многократное ламинирование и сверление предъявляют чрезвычайно высокие требования к точности совмещения между слоями. Даже незначительные отклонения могут привести к нарушению межслойного соединения.

Стоимость:

Платы HDI значительно дороже обычных печатных плат. Стоимость значительно возрастает с каждым дополнительным слоем. Разработчикам приходится искать точный баланс между производительностью, плотностью и стоимостью.

V. Основные области применения
Скрытые/встроенные HDI-разъемы на печатных платах являются стандартом практически для всех современных компактных высокопроизводительных электронных устройств:

Смартфоны и планшеты

Ноутбуки и ультрабуки

Цифровые фотоаппараты и видеокамеры

Носимые устройства (умные часы, очки дополненной и виртуальной реальности)

Высокопроизводительное сетевое коммуникационное оборудование (маршрутизаторы, коммутаторы)

Военная и аэрокосмическая электроника

Медицинская электроника (имплантируемые устройства, эндоскопы)