如何使用HDI技术将更多的复杂性增加到更小的引脚上

随着技术世界的发展，为了满足日益增长的终端用户需求，则需将更好的设备包装在更小的包装中。 使用高密度互连（HDI）技术设计的PCB不仅创造了更紧凑的占地面积，而且改进了功能。 HDI使用盲孔，埋入式和微通道，垫中的通孔和其他路由选项来实现。 在本文中，您将学习HDI设计流程的基础知识以及Altium Designer如何满足这些需求。

介绍

对较小机械外壳的需求正在持续增加，导致了电气设计过程中更复杂的生成PCB以便跟上缩小的外形尺寸。 为了达到所需的尺寸和密度，工程师转向HDI技术。 然而，使用HDI意味着在使用相同面积或更少的区域时处理不同的路由工作流程和更密集的部件。 这里描述的方法概述了可用的选项。

HDI面临的挑战

今天的设计过程通常需要工程师尽可能多的包装尽可能多的空间，基本设计工作流程以多种方式阻碍了这一点。 这些关注中的主要原因是制造成本。 现在，重要的是要指出，HDI设计的制造过程比常规PCB成本更高。

在使用更高密度的连接和组件的高密度板上，采用简单的通孔的过程根本不起作用，期望设计具有更多复杂性，但工作空间更小的工作似乎有点违反直觉。

以下是设计HDI板时可能面临的挑战的基本列表：

1.有限板工作区

2.较小的部件和更密集的间距

3.PCB两侧的组件数量较多

4.更长的跟踪路线产生更长的信号飞行时间

5.完成板子需要更多的跟踪路线

设计工具解决挑战

HDI设计由IPC-2226标准定义，并创建了克服这些设计障碍的选项，从而允许您创建更好，更高效的板块，而且具有较少的空间。 通过HDI设计，您可以增加或减少图层数，改善轨迹路线，将通孔置于垫中，改善信号传输，并减少信号丢失或延迟。

虽然生产这些电路板可能会更昂贵，但是还有一些设计过程可以帮助减少层数和电路板尺寸方面的成本。 您可以将更多的组件放置在同一区域，并具有相同的功能或更好的功能。 较小的板，加上减少的层数，可以降低有效成本。

更细腻的线条

更小的板上的更多组件需要使用更细和更短的线迹。 这不仅允许板上密度增加，线路更短，线宽更细，可提高高速性能。 总的来说设计重量更轻，更轻，更小更好的产品

通过风格

在HDI设计的中心是通孔。 以不同的方式使用通孔可以生成路由拓扑和布局设计的选项。 盲孔，埋入式和微孔子在布线HDI板时都具有独特而有用的功能，Altium Designer支持所有这些功能。 传统的通孔贯穿整个板子，然后用铜电镀，并用于层之间的连接。 然后，这些通孔连接到不同层上的平面，迹线和多边形。

采取这个简单的概念，现在创建在特定图层上启动和停止的通孔，可以打开路由选项。 另一个不错的选择是，如果您在顶层和底层有足够的空间，但希望将板块整合到更少的层，则可能会使用不同的通道样式，让我们来看看一些这样的例子。首先，Altium Designer允许您管理层堆栈管理器中的钻取（见图1），为不同的通道类型分配起始和停止层。 在顶层或底层开始通孔，并在内部平面或信号层上结束通孔的是盲孔。 使用通孔从一个内部层直接连接到另一个内层是一个埋地通孔。 也可以对隔离层进行严格的路由选择，只能通过埋孔进行访问。

图1 在层堆栈管理器中找到钻对对话框

微孔

微孔不仅尺寸不同，而且与通孔相比，制造工艺也有所不同。 根据IPC-2226的定义，微孔是直径为≤15mm或略小于6密尔的通孔，由于较小的尺寸，IPC标准规定焊盘尺寸必须至少是通孔直径的两倍，并且激光钻孔以保持连接完整性。 盲孔和埋入式的微孔也被允许。微孔也是单层通孔。 微孔可以通过堆叠或交错来连接多个层。 所有的孔都被激光钻孔，然后堵塞，使得焊料在制造过程中不会渗透到孔中。

以下是使用不同通道样式的示例。 图2中的通孔对话框显示了一个6层板设计，图3中完成的板的横截面如图3所示和显示几个通过样式与其相关维度。

图2 通过属性对话框                                        

可以看到一个6层板

图4中的例子有4层，传统的路由方法将使用通孔来连接顶层和底层，用于路由和连接目的。 这些通孔可以在路上连接到内层，使用平面层和多边形上的热释放连接。 然而，为了路由目的，在继续路由之前，通道将需要该层上的连接焊盘。 中间层抵消了顶层和底层没有空间的额外路由需求。 盲目或掩埋的通孔可以连接到必要的平面或附加层以获得更多的路由选项。

您可以看到，通孔过孔的挑战是路由占用顶层和底层以及内部信号层的不动产。 在任何一个通道放置，您正在连接到其他层，但由于通过布局和清除规则，您丢失了这些层上的路由区域。

图4 连接到顶层和底层的通孔和一个内平面层的实例           图5 通孔式风格

现在，如果我们选择使用微孔从顶层连接到平面层，我们打开下面的空间，如果我们需要，我们可以使用下面的空间进行路由。这是微孔可以帮助的一个小例子，更不用说微孔实际连接到的层的空间开放了。

在图6中，使用盲通道来进行从顶层到内平面层的连接。 如果内部信号层仅用于路由，为什么不需要遍历层。 理论上，我们可以将所有的连接推到内部信号层，并在此层进行所有路由，留下顶层和底层进行组件放置，如图7所示。您可以在平面层上停止盲孔，而不用增加信号层的状态。

图6 微通孔路由风格-更好的工作空间管理             图7 内部路由-简单版本

(注意：堆叠的微孔正在使用中)

焊盘中的通孔

增加布线选项的另一种方法是将通孔放置在焊盘中，只要保持连接完整性，就可以将通孔直接放在焊盘中，并将连接放置到其他层，而不要在顶部或底部层上部署组件。

图8中的示例示出了没有孔的顶层衬垫和放置在焊盘中的通孔。 这变得更加有利，因为您可以使用这些属性设计PCB占位面积，并且组件已经具有连接到焊盘的通孔直接连接到其他层。

图8 焊盘中的通孔

制造工艺

请务必考虑您的板子确认其HDI的制造方法。 有一些板子将会有使用和不使用的过程，并且了解这些方法是很好的。 此外，您可能需要包含文档说明，以帮助在一些不直接的领域提供理解。 这是一个很好的检查，以确保一致性，并知道您的设计能够得到您的板子方面的支持。

结论

生成HDI板可能相当简单，而且是设计下一代技术和板设计流程的强大方法。 这是Altium Designer中如何使用和支持该过程的高级解释。 您可以看到，这个过程不仅是可行的，而且可能有利于使您的下一个设计更具竞争力和用户友好。 配置和使用正确，HDI板可以让您的公司具有竞争优势。