HDI PCB Tasarımı: Malzeme Seçimi, Katman Dizilimi ve Sinyal Performans Optimizasyonu​

Müşteri tarafından yetkilendirilmiş görüntüler

Yüksek yoğunluklu bağlantı (HDI) PCB'ler, modern elektroniklerin omurgası haline geldi ve 5G cihazları, yapay zeka işlemcileri,ve tıbbi görüntüleme ekipmanlarıGeleneksel PCB'lerin aksine, HDI tasarımları, daha küçük alanlara daha fazla bileşeni mikrovialar, daha ince izler ve gelişmiş malzemeler kullanılarak paketler, ancak bu yoğunluk benzersiz zorluklarla birlikte gelir.Başarı üç kritik faktöre bağlıdırİyi yapıldığında HDI PCB'ler sinyal kaybını %40 azaltır ve standart PCB'lere kıyasla cihaz boyutunu %30 azaltır.İşte her bir öğeyi nasıl öğreneceğiniz..

Önemli Önemli Noktalar
1.HDI PCB'ler, sinyal bütünlüğünü 10GHz'den yüksek frekanslarda korumak için düşük kayıplı, kararlı malzemelere ihtiyaç duyar.
2.Stackup tasarımı (1 + N + 1 yapılandırmaları, microvia yerleştirme) doğrudan impedans kontrolü ve termal yönetimi etkiler.
3Mikrovialar (≤150μm) sinyal yansımasını azaltır ve geleneksel delik tasarımlarına göre% 30 daha yüksek bileşen yoğunluğunu sağlar.
4.Sinyal performansı, malzeme dielektrik özelliklerine, iz geometri ve katman aralıklarına bağlıdır. 5G ve yüksek hızlı dijital uygulamalar için kritik.

HDI PCB'leri Eşsiz Kılan Nedir?
HDI PCB'ler, ince tonlama bileşenlerini (≤0.4 mm) ve yüksek bağlantı yoğunluğunu destekleme yetenekleriyle tanımlanır:
1. Mikrovialar: Tüm kartın içine nüfuz etmeden katmanları birbirine bağlayan, sinyal kaybını azaltan küçük çaplı viaslar (50-150μm).
2. Güzel izler: 25μm (1mil) kadar dar bakır hatlar, dar alanlarda daha fazla rotasyona izin verir.
3Yüksek Katman Sayısı: Sinyal ve güç uçakları yakın mesafelerle kompakt yığınlar (genellikle 6 ′′ 12 katman).
Bu özellikler HDI'yi akıllı telefonlar (1000'den fazla bileşeni içeren), 5G baz istasyonları ve yer ve hızın pazarlık edilemeyeceği giyilebilir sağlık monitörleri gibi cihazlar için ideal hale getiriyor.

Malzeme Seçimi: HDI Performansı'nın Temelleri
HDI malzemeleri üç kritik özelliği dengelemelidir: dielektrik sabit (Dk), saçılma faktörü (Df) ve termal kararlılık.Bu özelliklerdeki küçük değişiklikler bile sinyal performansını bozabilirÖzellikle 10GHz'den yüksek frekanslarda.

- Hayır.
Neden Dk ve Df önemli

1Dielektrik Sabit (Dk): Bir malzemenin elektrik enerjisini depolama yeteneğini ölçer. Daha düşük Dk (≤3.5) sinyal gecikmesini azaltır. Bu 5G için kritiktir. 0.5 Dk azaltılması yayılma gecikmesini %10 azaltır.
2.Dissipasyon Faktörü (Df): Isı olarak enerji kaybını ölçer. Düşük Df (<0.005) sinyal zayıflamasını en aza indirger; 28GHz'de, 0.002'lik bir Df, 10cm izler üzerinde Df 0.01'den% 50 daha az kayıp sağlar.
Örneğin, PPO/PTFE kullanan bir 5G baz istasyonu (Dk 3.2, Df 0.003) standart FR-4 kullanan birinden %30 daha iyi sinyal gücünü korur ve kapsam aralığını 150 metre uzatar.

HDI Yükleme Tasarımı: Nitelik ve Performansı Dengeli Olarak

HDI yığılma tasarımı, katmanların nasıl etkileşime girdiğini belirler, sinyal bütünlüğünü, termal yönetimi ve üretilebilirliği etkiler.ve hassas sinyal katmanlarından gürültülü güç katmanlarını ayırır.

Ortak HDI Yükleme Yapılandırmaları

Önemli Yükleme İlkeleri
1.Sinyal-güç ayrımı: Impedansı kontrol etmek ve EMI'yi azaltmak için yüksek hızlı sinyal katmanlarına (örneğin, 50Ω RF izleri) bitişik zemin düzlemlerini yerleştirin. Diferansiyel çiftler için (örneğin, USB 3.2),İzleri aralıklandırarak 90Ω bir impedans tutmak 0.2 ¢ 0.3 mm.
2. Mikrovya Stratejisi: Sinyal yansımasını en aza indirmek için 1: 1 boyut oranı mikrovyaları (50μm çapı, 50μm derinlik) kullanın. Yüklü mikrovyalar (2+ katmanı bağlayan) yoğun tasarımlarda sayıyı %40 azaltır.
3. Termal katmanlar: Sıcaklığı dağıtmak için yüksek güç HDI'ye (örneğin EV şarj cihazları) kalın bir bakır katmanı (2 oz) veya alüminyum çekirdeği ekleyin.2 oz bakır zemin düzlemine sahip 12 katmanlı HDI, bileşen sıcaklıklarını 15 ° C düşürür..

HDI tasarımlarında sinyal performansının optimize edilmesi
HDI'lerin yüksek yoğunluğu, çapraz konuşma, yansıma ve EMI nedeniyle sinyal bozulma riskini arttırır.

1- İmpedans Kontrolü.
a. Hedef impedansları: Tek uçlu RF izleri için 50Ω, diferansiyel çiftler için 90Ω (örneğin, PCIe 4.0) ve video sinyalleri için 75Ω.
b.Hesaplama Araçları: Polar Si8000 gibi yazılımları iz genişliğini (0.8 mm kalınlığında 50Ω için 35 mil) ve dielektrik kalınlığını (düşük Dk malzemeleri için 46 mil) ayarlamak için kullanın.
c.Sınav: Impedans değişikliğinin hedeflerin% ± 10'unda kalmasını sağlamak için TDR (Zaman Alanı Reflectometry) ile doğrulayın.

2- Çapraz Ses Azaltması.
a. İz Arası: Paralel izleri en az 3 kat genişlikten uzak tutun (örneğin, 5 mil izlerin 15 mil aralığa ihtiyacı vardır) çapraz sesin -30dB'nin altında azaltılması için.
b.Yer düzlemleri: Sinyal katmanları arasındaki katı zemin düzlemleri kalkanlar olarak hareket eder ve 12 katmanlı HDI'de çapraz gürültüyü% 60 oranında azaltır.
c. Yönlendirme: Düz açılı dönüşlerden kaçının (45° açılar kullanın) ve 0.5 inç'ten daha uzun paralel yolları en aza indirin.

3Optimizasyon yoluyla.
a. Kör / gömülü viyaslar: Bu viyaslar tüm tahtaya nüfuz etmez, bu da gözenek uzunluğunu (bir yansıma kaynağı) gözenek deliklerine kıyasla% 70 azaltır.
b.Via Stubs: Rezonans önlemek için, sinyal dalga boyunun %10'unu (örneğin, 28GHz sinyalleri için <2mm) korumak için.
c.Anti-Pad Tasarımı: Yer düzleminin müdahalesini önlemek için 2x çaplı anti-pad (100μm çaplı 50μm çaplı anti-pad) kullanın.

4- EMI koruması.
a.Faraday Kafesleri: Duyarlı devreleri (örneğin, GPS modülleri) zemin düzlemine bağlı topraklanmış bakır kalkanlarla kapatın.
b. Filtreleme: EMI'nin HDI'ye girmesini / çıkmasını engellemek için konektör portlarına ferrit boncukları veya kondansatörler ekleyin.

Gerçek Dünya HDI Uygulamaları ve Sonuçları
a.5G Akıllı Telefonlar: 1+4+1 HDI yığımı (düşük-Dk FR-4) ile 6.7 inçlik bir telefon, sert bir PCB'ye göre% 20 daha fazla bileşene sığar ve boyutu artırmadan 5G mmWave ve 4K kameralarını destekler.
b.Tıbbi Ultrason: PTFE malzemesi (Dk 2.8) ile 12 katmanlı tam HDI, sinyal işlemini % 30 daha hızlı ve görüntü çözünürlüğünü % 15 daha iyi hale getirir.
c. Havacılık sensörleri: Seramikle doldurulmuş PTFE ile 8 katmanlı HDI, -55°C'den 125°C'ye kadar güvenilir bir şekilde çalışır ve sinyal kaybı <0.5dB'dir.

Sık Sorulan Sorular
S: HDI PCB maliyetine ne kadar ekler?
A: HDI, geleneksel PCB'lere göre %20~50% daha pahalı, ancak %30 alan tasarrufu ve %40 performans artışı, yüksek değerli cihazlara (örneğin, 5G modemleri, tıbbi ekipman) yatırımı haklı çıkarır.
S: HDI'de en küçük iz genişliği nedir?
A: Gelişmiş HDI, 10μm (0.4mil) izleri destekler, ancak üretilebilirlik için standart 2550μm'dir. Daha sıkı izler daha hassas kazım gerektirir (±1μm toleransı).
S: Ne zaman sıralı laminatör kullanmalıyım?
A: Sıralı laminasyon (bir seferde bir katman inşa etmek) 12 katman HDI için idealdir, bu da mikrovia yerleştirilmesine daha iyi kontrol sağlıyor ve katman düzeni <10μm'ye düşürüyor.

Sonuç
HDI PCB tasarımı, malzemelerin, yığılma ve sinyal optimizasyonunun stratejik bir dengesini gerektirir. Düşük Dk, düşük Df malzemelerini seçerek, verimli yığmaları tasarlayarak ve sinyal bozulmasını hafifleterek,mühendisler yüksek yoğunluklu elektroniklerin tüm potansiyelini ortaya çıkarabilirİster 5G, ister tıbbi cihazlar, ister havacılık sistemleri için olsun, HDI sadece daha fazla bileşeni paketlemekle ilgili değil, mümkün olan en küçük form faktöründe güvenilir, yüksek performanslı çözümler sunmakla ilgilidir.