Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Wie man HDI PCB Board Vias mit hoher Dichte verwaltet
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Wie man HDI PCB Board Vias mit hoher Dichte verwaltet

2022-08-08
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Author:pcb

Verbindungen mit hoher Dichte Leiterplatte Design

Vias für HDI-Design verwenden Designregeln für effektives Management, genauso wie Baumärkte verschiedene Arten, Metriken, Materialien, Länge, Breite und Neigung verwalten und anzeigen müssen. Nägel, Schraubbefestigungen, LeiterplattenDesign Designobjekte wie Vias müssen auch im Feld verwaltet werden, insbesondere in Designs mit hoher Dichte. Traditionelle Leiterplattendesigns verwenden möglicherweise nur wenige verschiedene Durchkontaktierungen, aber die heutigen High-Density Interconnect (HDI)-Designs erfordern viele verschiedene Arten und Größen von Durchkontaktierungen. Und jeder Durchgang muss so verwaltet werden, dass er korrekt verwendet wird, um eine verbesserte Leiterplattenleistung und fehlerfreie Herstellbarkeit zu gewährleisten. In diesem Artikel wird die Notwendigkeit beschrieben, Vias mit hoher Dichte im PCB-Design zu verwalten und wie dies zu erreichen ist.


Faktoren, die das Design von Leiterplatten mit hoher Dichte antreiben

Da die Nachfrage nach kleinen elektronischen Geräten weiter wächst, müssen auch die Leiterplatten, die diese Geräte antreiben, schrumpfen, damit sie in das Gerät passen können. Gleichzeitig müssen elektronische Geräte mehr Komponenten und Schaltungen zur Leiterplatte hinzufügen, um die Leistungsverbesserungsanforderungen zu erfüllen. Die ständig abnehmende Größe der Leiterplattenkomponenten und die steigende Anzahl der Stifte erschweren das Problem, indem sie mit kleineren Stiften und engeren Steigungen konstruieren müssen. Für Leiterplattendesigner ist dies gleichbedeutend mit einer immer kleineren Tasche mit mehr und mehr Zeug im Inneren. Traditionelle Leiterplattendesignmethoden stoßen schnell an ihre Grenzen.


Leiterplattenverbindungen unter dem Mikroskop

Um der Nachfrage nach zusätzlichen Schaltungen auf kleineren Leiterplattengrößen gerecht zu werden, ist eine neue Leiterplattendesignmethode mit der High Density Interconnection (kurz HDI) entstanden. Das HDI-Design verwendet fortschrittlichere Leiterplattenherstellungstechnologie, mit kleineren Linienbreiten und dünneren Materialien, mit blinden und vergrabenen Durchkontaktierungen oder Mikrovias, die mit einem Laser gebohrt werden. Dank dieser High-Density-Funktionen können mehr Schaltungen auf kleineren Platinen platziert werden und bieten eine tragfähige Konnektivitätslösung für mehrpolige integrierte Schaltungen.


Die Verwendung dieser High-Density Vias bringt auch mehrere weitere Vorteile:

Routing Channels: Da blinde und vergrabene Vias und Microvias nicht in den Schichtstapel eindringen, entstehen zusätzliche Routingkanäle im Design. Durch die strategische Platzierung dieser verschiedenen Vias können Designer Geräte mit Hunderten von Pins routen. Geräte mit so vielen Pins würden oft alle inner-layer Routingkanäle blockieren, wenn nur Standard-Vias verwendet würden.

Signalintegrität: Viele Signale auf kleinen elektronischen Geräten haben auch spezifische Anforderungen an die Signalintegrität, und Durchgangslöcher können solche Designanforderungen nicht erfüllen. Diese Durchkontaktierungen können Antennen bilden, EMI-Probleme verursachen oder den Signalrücklauf kritischer Netze beeinträchtigen. Die Verwendung blinder und vergrabener Durchkontaktierungen oder Mikrodurchkontaktierungen eliminiert potenzielle Signalintegritätsprobleme, die durch die Verwendung von Durchkontaktierungen verursacht werden.

Um diese Vias besser zu verstehen, werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Arten von Vias und ihre Anwendungen, die in Designs mit hoher Dichte verwendet werden können.

Die über eine Liste im Leiterplatte Design Tool zeigt die verschiedenen Via Typen und Konfigurationen


Typen und Strukturen von Interconnect Vias mit hoher Dichte

Vias sind Löcher auf einer Leiterplatte, die zwei oder mehr gestapelte Schichten verbinden. Typischerweise übertragen Vias die von den Leiterbahnen übertragenen Signale von einer Schicht der Leiterplatte auf die entsprechenden Leiterbahnen auf einer anderen Schicht. Um Signale zwischen Spurenschichten zu leiten, werden Durchkontaktierungen während des Herstellungsprozesses metallisiert. Durchgangsgrößen und Pads variieren je nach Anwendung. Kleinere Durchkontaktierungen werden für das Signalrouting verwendet, während größere Durchkontaktierungen für Strom und Erdung oder zur Ableitung von Wärme von überhitzten Geräten verwendet werden.


Verschiedene Arten von Durchkontaktierungen auf Leiterplatten

1) Durchgangslöcher: Durchgangslöcher sind die Standarddurchführungen, die in doppelseitigen Leiterplatten seit ihrer ersten Einführung verwendet wurden. Löcher werden mechanisch durch die gesamte Platte gebohrt und galvanisch beschichtet. Allerdings gibt es eine Grenze für den Lochdurchmesser, den ein mechanischer Bohrer bohren kann, abhängig vom Seitenverhältnis des Bohrdurchmessers zur Plattenstärke. Im Allgemeinen ist der Durchmesser des Durchgangslochs nicht kleiner als 0.15 mm.

2) Blind Vias: Wie Durchgangslöcher werden diese Vias auch mechanisch gebohrt, aber mit mehr Fertigungsschritten wird nur ein Teil der Platte von der Oberfläche gebohrt. Blind Vias leiden auch unter Einschränkungen der Bohrgröße; Je nachdem, auf welcher Seite des Boards es sich befindet, können wir über oder unter dem Blind hindurch routen.

3) Begrabene Durchkontaktierungen: Wie blinde Durchkontaktierungen werden begrabene Durchkontaktierungen auch mechanisch gebohrt, aber beginnen und enden an der inneren Schicht der Leiterplatte anstatt an der Oberfläche. Solche Durchkontaktierungen erfordern auch zusätzliche Fertigungsschritte, da sie im Brettschichtstapel vergraben werden müssen.

4) Microvia: Dieses über wird durch Laser abgetragen und der Durchmesser ist kleiner als die 0.15mm Grenze eines mechanischen Bohrers. Da die Durchkontaktierungen nur zwei benachbarte Schichten der Platine umfassen, sind die Löcher aufgrund ihres Seitenverhältnisses für die Beschichtung wesentlich kleiner. Microvias können auch auf der Oberfläche oder im Inneren der Platine platziert werden. Microvias werden in der Regel gefüllt und plattiert und sind im Wesentlichen versteckt, so dass sie in die oberflächenmontierbaren Bauteillötkugeln von Bauteilen wie Ball Grid Arrays (BGAs) platziert werden können. Aufgrund der geringen Porengröße sind die Pads für Microvias auch viel kleiner als normale Vias, etwa 0,300 mm.


Typische Microvias für Designs mit hoher Dichte

Entsprechend den Konstruktionsanforderungen können die oben genannten verschiedenen Arten von Durchkontaktierungen konfiguriert werden, um zusammenzuarbeiten. Beispielsweise können Microvias mit anderen Microvias oder mit vergrabenen Vias gestapelt werden. Diese Durchgänge können auch gestaffelt werden. Wie bereits erwähnt, können Mikrovias innerhalb der Pads der Leitungen von Oberflächenmontagekomponenten platziert werden. Das Problem der Routing-Staus wird weiter gemildert, indem herkömmliche Spuren von Surface-Mount-Pads bis hin zu Fan-Out-Durchgängen eliminiert werden. Die verschiedenen Arten von Vias oben können in HDI-Designs verwendet werden. Schauen wir uns als nächstes an, wie Leiterplattendesigner die Verwendung von Durchkontaktierungen effektiv verwalten können.


High-Density Via Management in PCB Design CAD Tools

Während es nur wenige Arten von Vias zur Verfügung stehen für Leiterplatte design, Es gibt viele Möglichkeiten, verschiedene Größen und Formen zu erstellen. Vias, die für Strom- und Erdungsanschlüsse verwendet werden, sind in der Regel größer als diejenigen, die für herkömmliche Routing verwendet werden, mit Ausnahme von Vias auf der Unterseite großer BGA-Komponenten mit mehreren hundert Pins. Für diese, Zusätzlich zu den BGA-Pads können Mikrovias in den Surface Mount Pads erforderlich sein. Während größere Komponenten von der Verwendung von Mikrovias profitieren, Mikrovias sind nicht für herkömmliche Oberflächenmontage-Komponenten mit weniger Pins geeignet; Standard-Durchgangsbohrungen werden für diese Fräsung empfohlen. Diese Durchkontaktierungen sind kleiner als Strom- und Masseverbindungen, und größer für die Wärmeableitung. Darüber hinaus, Blinde und vergrabene Vias in verschiedenen Größen können verwendet werden. Offensichtlich, im HDI-Design, Es ist leicht, mit vielen verschiedenen Durchkontaktierungen überwältigt zu werden, die benötigt werden, um alle Designanforderungen zu erfüllen. Während Designer einige dieser Durchkontaktierungen verfolgen können, Vias werden immer schwieriger zu verwalten, da die Größe der Vias zunimmt. Designer müssen nicht nur all diese Vias verwalten, aber abhängig von der Fläche des Brettes, Verschiedene Durchkontaktierungen können für das gleiche Netz verwendet werden. Zum Beispiel, Ein Taktsignal kann aus einem BGA-Pin über eine Mikrovia im SMT-Pad geroutet werden, aber geht dann zurück zum vergrabenen Durchgang auf dem nächsten Abschnitt dieser Spur. Aber für dieses Netz, Verwenden Sie keine traditionellen Vias, da die zusätzlichen Fasswände unnötige Antennen auf dem Leiterplatte.