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深圳pcb线路板厂家:如何设计高速HDI电路板

文章来源: 智力创电路板 人气:734 发表时间:2021-03-04 15:11:52

随着电子产品对于体积的要求越来越高,尤其是移动装置产品的尺寸朝持续微缩方向开发,比如目前热门的Ultra Book产品,甚至是新颖的穿戴式智能装置,都必须运用HDI线路板高密度互连技术制作的载板,将终端设计进一步压低产品尺寸。


HDI电路板即为高密度互连技术,这是印刷电路板(Printed circuit board)所使用的技术的一。HDI主要是应用微盲埋孔的技术进行制作,特性是可让印刷电路板里的电子电路分布线路密度更高,而由于线路密度大增,也让HDI制成的印刷电路板无法使用一般钻孔方式成孔,HDI必须采用非机械的钻孔制程,非机械钻孔的方法相当多,其中「雷射成孔」为HDI高密度互连技术的搭配成孔方案为主。


HDI印刷电路板的应用领域相当宽广,举凡手机、超薄型笔记本电脑、平板电脑、数位相机、车用电子、数位摄影机…等电子产品,都已使用HDI技术来缩小主板设计,缩小后的效益相当大,不只终端产品设计可以把更多机构内空间留给电池、或更多附加功能零组件,产品的成本也可因为导入HDI而相对降低。


HDI早期用于中高价手机 现在几乎普及于各移动装置

早期使用HDI技术最多的产品,以功能性手机、智能型手机为主,此类产品占了HDI高密度电路板快一半以上用量,而Any-layer HDI(任意层高密度连接板)则为高阶HDI制作制程,与一般HDI电路板最大差别在于,多数HDI为由钻孔制程进行的机钻进行PCB贯穿处理,至于层与层的间的板材,Any-layer HDI运用「雷射」钻孔打通每一层的彼此连通设计。


例如,采用Any-layer HDI的制作方法,一般可以减省约四成的PCB体积,目前Any-layer HDI已被用于Apple iPhone 4、或较新颖的智能型手机,藉由更高密度整合主板降低产品设计厚度,使产品设计得以用更轻薄的设计型态问市。但Any-layer HDI为采用雷射盲孔制造,在线路加工制作难度相对较高、成本也较一般电路板为高,目前仅高单价的移动装置使用较多。


HDI印刷电路板为采用增层法(Build Up)进行制造,HDI的技术差距即在增层的数量,电路层数越多、技术难度越高!而一般用途的HDI板,基本上可使用一次增层,至于高阶用途的HDI板,则为分二次、或多次以上的Build Up增层技术制造,为避免机械穿孔造成HDI板高密度布线因钻孔不当受损,成孔制程可同时使用雷射穿孔、电镀填孔、迭孔等先进的印刷电路板制作技术。

高引脚数的关键元件 需使用HDI进行产品设计


尤其是引脚数超多的FPGA元件,对于PCB布线来说是极大的困扰,又例如目前最常见的GPU元件,引脚数也是朝向越来越多发展,大多已经改用HDI印刷电路板来进行产品设计,HDI板尤其适合需要高复杂连接的设计方案使用。


尤其针对新一代的SoC或整合晶片,其高度整合功能下导致IC引脚越来越多,这对于PCB设计连接线路的难度大幅提升,而HDI高密度电路板设计方案,可利用板材内部多层互连、整合的优势,将复杂的晶片引脚一一完成连接,而雷射盲孔制作可以在板材内制作微盲孔,可以是穿孔式、错置式、堆迭式,亦可在任意层进行互连,线路的布设弹性相对较传统PCB高更多,也为高引脚数的整合晶片应用方案提供更轻松的板材设计方案。

而HDI电路板设计也较以往PCB线路板更为复杂,不只是线路变得更紧密,在使用不同层电路互连的设计复杂度也大幅提高,线路变得更细、更紧密的同时,也代表着线路的导体截面积变更小,这会导致传递信号完整性问题会更加凸显,对PCB设计工程师来说要花更多心思进行板材功能验证与查错。


尤其在面对高度复杂的设计案件,例如在开发过程中板材的电子电路遭遇设计变更的可能性相当高,而若主板的核心元件有FPGA或其他具大量引脚的元件,稍微有点设计变更就会造成设计改善时程的延宕,而如何在改变频繁的设计过程中,尽可能减少线路部署错误发生,必须搭配可支援HDI高复杂度线路设计的设计辅助工具,尤其是必须搭配可在FPGA逻辑设计、硬体设计、PCB逻辑与相关设计数据可彼此互通的设计架构下,让任何专案的设计规格变动,均可即时反应于开发系统,避免设计板材与目标晶片无法匹配的设计问题发生。


HDI对于线路要求密度高 需使用雷射进行开孔

其实HDI高密度制法,并没有明确的定义,但一般对于HDI或非HDI差别其实相当大,首先,HDI制成的电路载板所使用的孔径需小于或等于6mil(1/1,000吋),至于孔环的环径需要≦10mil,而线路接点的布设密度需在每平方英吋大于130点,信号线的线间距需3mil以下。

HDI印刷电路板的优点相当多,HDI由于线路高度集积化,因此使用板材面积可以大幅缩小,而层数越高、可缩小的板面也能对应增加,由于基材尺寸更小,HDI应用电路板面面积可以较非HDI电路板设计少2~3倍占位、却能维持相同复杂的线路,自然板材的材料重量可藉此缩减。至于针对射频、高频等特定区块电路设计,可善用多层


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