隨著科技的發展，將更多功能集成在更小的封裝中的需求也隨之增長。使用高密度互連（HDI）技術設計的PCB通常更小，因為更多的元件被裝在更小的空間里。HDI PCB使用盲孔、埋孔和微孔、焊盤內孔以及非常細的走線，將更多元件集中在更小的區域內。我們將向您展示HDI的設計基礎，以及Vxin Mars如何幫助您創建強大的HDI PCB板設計。

高密度互連（HDI）印制電路設計和制造始于1980年，當時研究人員開始研究減小PCB中過孔尺寸的方法。第一個生產用的疊層或順序印刷電路板出現在1984年。從那時起，設計師和元件制造商一直在尋找方法，將更多功能集成到單個芯片和單個電路板上。如今，HDI板設計和制造已在IPC-2315、IPC-2226、IPC-4104和IPC-6016標準中得到規范。

在規劃HDI PCB板設計時，有一些設計和制造挑戰需要克服。以下是設計HDI PCB時可能遇到的一些挑戰：

• 有限的板面積
• 更小的元件和更緊密的間距
• PCB堆疊兩面都有更多的元件
• 更長的走線路徑導致更長的信號傳輸時間
• 需要更多的走線來完成電路板

使用基于規則驅動設計引擎的正確布局和布線工具，你可以打破PCB設計中的常規規則，創建具有非常高互連密度的強大PCB。當您使用為HDI PCB板設計而構建的先進PCB設計軟件時，更容易處理高密度PCB布線和細間距元件。您可以使用Vxin Mars中的世界級設計功能創建新的HDI板設計并規劃HDI制造過程。

HDI PCB板設計和制造有何不同？

HDI制造過程與傳統PCB制造過程在幾個簡單但重要的方面有所不同。這里的一個重點是，制造商的限制會約束設計自由度，并設定電路板布線的限制。使用更細的走線、更小的過孔、更多的層和更小的元件仍然可以在您的設計軟件中得到適應，但為了滿足制造設計（DFM）要求，意味著要利用設計軟件中的自動化功能。具體的DFM要求取決于用于構建電路板的制造過程和材料。當我們考慮可靠性要求時，DFM要求也變得重要。

材料選擇需要回答以下問題：

• 介電材料的化學成分是否與當前核心基板材料使用的化學成分兼容?
• 介電材料是否能與電鍍銅有足夠的粘合力?(許多原始設備制造商(OEM)要求>6磅/英寸[1.08千克米/厘米],對應1盎司[35.6微米]銅箔。)
• 介電材料是否能在金屬層之間提供足夠和可靠的介電間距?
• 它是否能滿足熱性能需求?
• 介電材料是否能為焊線鍵合和返工提供理想的"高"玻璃化轉變溫度(Tg)?
• 它是否能在多個連續構建單元(SBU)層中經受住熱沖擊(即焊料浮動、加速熱循環、多次回流)?
• 它是否能有可靠的電鍍微通孔?

HDI基板中使用的介電材料大致可分為九種。IPC斜線表如IPC-4101B和IPC-4104A涵蓋了其中許多材料,但有些尚未被IPC標準指定。這些材料包括:

• 光敏液體介電材料
• 光敏干膜介電材料
• 聚酰亞胺柔性膜
• 熱固化干膜
• 熱固化液體介電材料
• 樹脂涂覆銅(RCC)箔,雙層和增強型
• 傳統FR-4芯板和預浸料
• 新型"展開玻璃"激光可鉆(LD)預浸料
• 熱塑性塑料

HDI PCB板設計流程如下所示。HDI的布線效率取決于疊層結構、過孔結構、元件布置、BGA扇出和設計規則。規劃HDI布局時最重要的部分是考慮走線寬度、過孔尺寸以及BGA元件的布置/避讓布線。

在進行HDI PCB制造時，始終要與你的電路板制造商確認他們的制造方法。你需要確定他們制造方法的極限，因為這將影響你在布局中可以放置的尺寸。BGA元件的球間距將決定你需要使用的過孔尺寸，這進而決定了制造電路板所需的HDI制造工藝。HDI PCB的一個核心特征是微通孔，需要精確設計以適應層間布線。

HDI PCB板設計和制造工藝概述

典型的PCB制造過程涉及許多步驟，但HDI PCB制造使用了一些可能不會在其他電路板中使用的特殊步驟。HDI電路板設計過程開始時與許多其他過程相似，其中：

1. 確定布線所有信號所需的層數，可以通過使用電路板上最大的BGA元件，或使用電路板上最大IC的接口+方向數來確定。
2. 聯系你的制造商選擇材料并獲取介電數據，以創建你的PCB疊層結構。
3. 根據層數和厚度，確定將用于通過內層布線信號的過孔類型。
4. 如果相關，進行可靠性評估，以驗證材料在組裝處理和運行過程中不會對互連造成應力導致斷裂。
5. 根據制造商的能力和可靠性要求（淚滴過孔的需求、走線寬度、間距等）確定設計規則，以確保可靠的制造和組裝。

疊層結構的創建和設計規則的確定是關鍵點，因為它們將決定電路板的可布線性和最終產品的可靠性。一旦完成這些步驟，設計師就可以在他們的ECAD軟件中將制造商的DFM要求和可靠性要求實施為設計規則。在前期做好這一點非常重要，它將有助于確保設計的可靠性、可布線性和可制造性。

設計您的特定尺寸以滿足HDI DFM要求

盡管HDI PCB中與間距相關的DFM要求相當嚴格，但通過利用PCB設計軟件中的設計規則，可以滿足這些要求。在布局和布線之前需要收集的一些重要DFM要求包括：

? 走線寬度和間距限制

? 環形焊盤和長寬比限制，特別是對于高可靠性設計

? 電路板中使用的材料系統，以確保所需疊層結構中的阻抗控制

? 如果可用，所需疊層結構或層對的阻抗曲線

你的設計工具對于設計滿足這些DFM要求的HDI電路板至關重要。使用正確的設計工具集，在HDI PCB中布線阻抗控制走線相當容易。你只需創建一個阻抗曲線，并在考慮制造商DFM指南的同時定義所需的走線寬度。布線軟件中的在線DRC引擎將在你創建HDI布局時檢查你的布線。確保獲得制造商工藝的完整規格集，以確保你已考慮到所有相關的HDI DFM規則。

HDI PCB布線中的通孔類型

下圖展示了HDI PCB布局和布線中使用的典型過孔樣式。這些過孔樣式具有較低的長寬比，理想情況下小于1，盡管一些制造商可能聲稱長寬比高達2的可靠性，包括堆疊微通孔。在PCB疊層結構的中心是一個常規埋孔，用于提供通過較厚芯層的連接；這個內層埋孔可以有較大的長寬比，因為它將通過機械鉆孔進行加工。一旦確定了層數和介電層厚度，設計師就可以根據上述長寬比限制設計過孔。遵守這些微通孔的長寬比限制是可靠性的重要部分，特別是當這些電路板經過回流焊接，或部署在具有重復熱/機械沖擊和循環的環境中時。在HDI PCB中使用微孔及其可靠性的信息

順序構建

順序層壓工藝主要用于以層層方式構建HDI疊層結構。一般來說，這種技術可以用于任何多層PCB，但對HDI尤其重要。這是因為高密度、非常薄的介電層是在厚芯層周圍以單獨層的形式形成的，所以層壓將分多個步驟進行以構建疊層。順序層壓工藝包括以下步驟：

光刻膠沉積和曝光：這用于定義需要蝕刻的區域，從而在層壓板上留下導體圖案。

蝕刻和清洗：當前行業標準的蝕刻劑是氯化鐵溶液。蝕刻后，剩余的光刻膠可以回收，而形成的導體圖案需要清洗。

過孔形成和鉆孔：需要使用機械或激光鉆孔來定義過孔。對于高密度過孔，可以通過化學方法去除過孔。

過孔金屬化：一旦定義了過孔，就對其進行金屬化處理，形成連續的導電互連。

疊層構建：在外層處理之前，通過多個層壓循環堆疊各層以構建疊層結構。

在下面的金屬化部分可以找到顯示疊層構建過程的流程圖。

HDI中的過孔形成

HDI PCB需要的互連通常會達到機械鉆孔可在PCB上放置的最小過孔尺寸。一旦過孔尺寸小于6密耳（約0.15毫米），就需要一種替代的過孔形成工藝來在層間放置微通孔。由于填充電鍍微通孔是HDI PCB的標準特征，它們可以用于過孔墊設計方法，有助于提高密度。使用過孔墊是在設計中容納更多元件的簡單方法，因為它們提供了從元件引腳到內部層的直接連接。

當對微通孔的可靠性有擔憂時，也可以使用近墊技術，即從焊盤引出一個很小的走線段并接觸微通孔。這完成了到內部層的連接，并提供了一個更大的分離通道，以防鉆孔偏移導致實際鉆孔位置偏離預期位置。

金屬化

在順序層壓過程中，HDI PCB的每一層都會經歷過孔金屬化、填充和電鍍過程。產生的過孔內部必須沒有空隙，頸部周圍有足夠的包覆電鍍，以避免在回流焊循環和操作過程中出現裂紋。HDI制造中使用的四種過孔金屬化工藝如下：

· 傳統的化學鍍和電鍍銅

· 傳統的導電石墨或其他聚合物

· 全加性和半加性化學鍍銅

· 導電膏或導電墨水

可以鉆更大的過孔，但隨著需要更慢的鉆孔速度，成本最終會超過激光鉆孔成本，且生產效率更低。激光鉆孔是目前最流行的微通孔形成工藝，但它并不是最快的過孔形成工藝。化學蝕刻小過孔是最快的，估計速率為每秒8,000到12,000個過孔。等離子體過孔形成和光刻過孔形成也是如此。

在激光鉆孔中，使用高能量密度的光束在PCB層壓板上打孔。激光能夠燒蝕介電材料，并在碰到銅線路時停止，因此它們非常適合創建深度可控的盲孔。激光能量的波長在紅外和紫外區域。光束斑點大小可以小到約20微米。

如果電路板上的過孔足夠寬可以鉆孔，可以使用受控鉆孔步驟來放置過孔。這需要一個中間順序層壓步驟來粘合電路板的兩層，然后進行鉆孔和電鍍以定義過孔桶、與內層的連接以及上層的著陸焊盤。這些過孔在下一個順序層壓步驟之前可能會被填充（如果它們在內層），或者如果保留在外層，可能會保持未填充狀態。整個鉆孔和順序過程如下所示。

將你的電路板納入HDI制造流程

HDI PCB工藝比傳統剛性PCB處理步驟更先進，但它們仍然使用您為典型剛性PCB使用的同一套制造數據。一旦您完成了HDI PCB布局并通過了DFM審查，就該準備交付給制造商和組裝商的材料了。Vxin Mars中的統一設計環境會利用您所有的設計數據，用它來創建Gerber/ODB++/IPC-2581制造文件、鉆孔表、物料清單以及新HDI PCB的裝配圖紙。

當您在尋找最佳的HDI PCB設計、布局和制造軟件包時，請使用Vxin Mars中的完整設計工具集。集成的設計規則引擎和層疊管理器為您提供了創建裸HDI電路板、計算阻抗值以及考慮PCB材料系統中銅面粗糙度所需的一切。當您完成設計并想要向制造商發布文件時，Vxin Mars平臺使協作和共享項目變得簡單。