隨著技術世界的發(fā)展，將更多功能封裝到更小封裝中的需求也在不斷攀升。使用高密度互連（HDI）技術設計的PCB往往更小，因為更多元件被封裝在更小的空間中。HDI PCB使用盲孔、埋孔和微孔、盤中孔以及極細的走線，將更多元件封裝到更小的區(qū)域中。我們將向您展示HDI的設計基礎以及Altium Designer®如何幫助您創(chuàng)建強大的HDI PCB板設計。

高密度互連（HDI）印刷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。第一批生產建立或順序印刷板出現(xiàn)在1984年。從那時起，設計師和元件制造商就一直在尋找在單塊芯片和單塊板上集成更多功能的方法?，F(xiàn)在，HDI板的設計和制造已編入IPC-2315、IPC-2226、IPC-4104和IPC-6016標準。在規(guī)劃HDI PCB板設計時，需要克服一些設計和制造挑戰(zhàn)。以下是您在設計HDI PCB時可能遇到的挑戰(zhàn)的簡短列表：

板的工作區(qū)面積有限

更小的元件和更緊密的間距

PCB疊層兩側的元件數(shù)量更多

更長的走線產生更長的信號飛行時間

完成電路板需要很多的走線

借助基于規(guī)則驅動型設計引擎構建的正確布局和布線工具集，您可以打破PCB設計中的常規(guī)規(guī)則，創(chuàng)建具有極高互連密度的強大PCB。當您使用專為HDI PCB板設計而構建的高級PCB設計軟件時，使用高密度的PCB布線和具有精細間距的元件會變得很容易。您可以使用Altium Designer中世界一流的設計功能創(chuàng)建新的HDI板設計并規(guī)劃HDI制造過程。HDI PCB板設計和制造有什么不同？在某些簡單但重要的方面，HDI制造過程不同于傳統(tǒng)的PCB制造過程。此處重要的一點是，制造商的限制將限制設計的自由度，并將限制電路板的布線方式。您的設計軟件仍然可以使用更細的布線、更小的過孔、更多的層數(shù)和更小的元件，但適應制造設計（DFM）要求意味著在您的設計軟件中利用自動化。確切的DFM要求取決于制造過程和用于建造電路板的材料。在我們考慮可靠性要求時，DFM要求也變得很重要。材料選擇需要回答以下問題：

電介質使用的化學物質是否與核心基板材料使用的當前化學物質兼容？

電介質是否具有可接受的鍍銅附著力？（許多原始設備制造商[OEMs]希望每1盎司[35.6 µm]的銅>6 lb./in. [1.08 kgm/cm]。)

電介質是否會在金屬層之間提供足夠且可靠的電介質間距？

是否能滿足熱需求？

電介質能否為導線接合和重新設計提供理想的“高”Tg？

是否能承受多層SBU（即焊層浮動、加速熱循環(huán)、多次回流）的熱沖擊？

是否會有可靠的電鍍微孔？

HDI基板中使用了九種不同的通用介電材料。IPC斜線表（如 IPC-4101B 和 IPC-4104A）涵蓋了其中很多種，但仍有很多尚未由IPC標準指明。材料如下：

感光液體電介質

感光干膜電介質

聚酰亞胺柔性膜

熱固干膜

熱固液體電介質

樹脂涂層銅（RCC）箔（雙層和增強型）

傳統(tǒng)FR-4內芯板和半固態(tài)片

新型“偏光玻璃” 激光鉆孔（LD）半固態(tài)片

熱塑性塑料

HDI PCB板設計過程如下所示。HDI的布線效率取決于疊層、過孔架構、零件放置、BGA扇出和設計規(guī)則。HDI布局規(guī)劃中的最重要部分是考慮布線寬度、過孔尺寸以及BGA元件的布置/迂回布線。

HDI PCB板設計和布局過程的一般概述請始終與您的電路板廠核實，以確定其HDI PCB制造的制造方法。您需要確定其制造方法的限制，因為這會影響您可以放置在布局中的特征尺寸。BGA元件上的顆粒間距將決定您需要使用的過孔尺寸，然后決定創(chuàng)建電路板所需的HDI制造過程。HDI PCB的一個核心特征是微孔，需要精確設計以適應層間布線。HDI PCB板設計和制造過程概述典型的PCB制造過程涉及許多步驟，但HDI PCB制造使用了一些其他電路板可能不使用的特定步驟。HDI電路板設計過程像許多其他過程一樣開始，其中

1. 使用電路板上最大的BGA元件，或者使用電路板上最大IC的接口+方向數(shù)，以確定布線所有信號所需的層數(shù)。
2. 聯(lián)系您的制造廠以選擇材料，并獲取電介質數(shù)據(jù)以創(chuàng)建您的PCB疊層。
3. 根據(jù)層數(shù)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，請執(zhí)行可靠性評估，以驗證材料在裝配加工和操作過程中不會因應力互連而斷裂。
5. 根據(jù)制造商的能力和可靠性要求（淚滴、布線寬度、間隙等需要）確定設計規(guī)則，以確?？煽康闹圃旌脱b配。

疊層創(chuàng)建和設計規(guī)則的確定是關鍵點，因為它們將決定電路板布線的能力和最終產品的可靠性。完成以上關鍵點后，設計師就可以在ECAD軟件中將其制造商DFM要求和可靠性要求作為設計規(guī)則來實施。在前端執(zhí)行此操作非常重要，它將有助于確保設計可靠、可布線和可制造。設計特征尺寸以滿足HDI DFM要求盡管與HDI PCB中的間隙有關的DFM要求相當嚴格，但可以通過利用PCB設計軟件中的設計規(guī)則來滿足這些要求。在布局和布線之前需要收集一些重要的DFM要求，包括：

布線寬度和間距限制

環(huán)孔和縱橫比限制，尤其適用于高可靠性設計

電路板中使用的材料系統(tǒng)可確保所需疊層中的受控阻抗

所需疊層或層對的阻抗曲線（如有）

您的設計工具對于設計HDI電路板以滿足這些DFM要求至關重要。使用正確的設計工具集，在HDI PCB中布線阻抗控制線路非常容易。您只需創(chuàng)建阻抗配置文件并定義所需的線路寬度，同時牢記制造商的DFM指南。布線軟件中的在線DRC引擎將在您創(chuàng)建HDI布局時檢查布線。確保獲得制造商過程的一套完整規(guī)范，以確保您已考慮所有相關的HDI DFM規(guī)則。HDI PCB布線中的過孔類型下圖所示為HDI PCB布局和布線中使用的經典過孔類型。這些過孔類型的縱橫比較低（理想情況下）小于1，盡管一些制造商可能會提供高達2的縱橫比的可靠性聲明，包括疊層微孔。在PCB疊層的中心是一個傳統(tǒng)的埋孔，以通過較厚的核心層提供連接；因為將進行機械鉆孔，所以該內層埋孔可以具有更大的縱橫比。確定層數(shù)和電介質厚度后，設計人員就可以根據(jù)上方列出的縱橫比限制來設計過孔。遵守微孔的這些縱橫比限制是可靠性的重要組成部分，特別是當這些電路板通過回流時，或者是部署在反復熱/機械沖擊和循環(huán)的環(huán)境中時。

順序堆疊順序層壓過程主要用于逐層構建HDI疊層結構。通常，該技術可用于任何多層PCB，但對于HDI尤其重要。這是因為高密度、非常薄的電介質是在厚內芯板周圍的單層中形成，因此層壓將分多個步驟以構建疊層。順序層壓過程。該操作包括以下步驟：

光阻劑沉積和曝光：用于定義要蝕刻的區(qū)域，將在層壓板上留下導體圖案。

蝕刻和清洗：目前行業(yè)標準的蝕刻劑是氯化鐵溶液。蝕刻后，可以回收剩余的光阻劑并清潔所產生的導體模式。

過孔形成和鉆孔：需要使用機械或激光鉆孔以界定過孔。對于高過孔密度，過孔可以通過化學方法移除。

過孔金屬鍍層：定義過孔后，它們就會進行金屬鍍層以形成連續(xù)的導電互連。

堆疊：在外層加工之前，將層堆至多個層壓循環(huán)以構建堆疊。

您可以在下方“金屬鍍層”部分中查看構建過程的流程圖。HDI中的過孔形成HDI PCB所需的互連通常會達到機械鉆孔可放置在PCB中的過孔尺寸的下限。一旦過孔小于6 mil，就需要一種替代的過孔形成過程，以在層間放置微孔。由于填充鍍微孔是HDI PCB上的標準特征，因此它們可用于盤中孔的設計方法，以幫助提高密度。盤中孔是一種將更多元件封裝到設計中的簡單方法，因為它們提供了從元件導線到內層的直接連接。每當存在有關微孔的可靠性問題時，還可以使用近盤技術，即從微孔上取出非常小的跡線部分并接觸微孔。這就完成了與內層的連接，并提供了一個更大的分路通道，以防鉆頭的移動與所需的鉆擊位置產生偏差。

HDI PCB的焊盤中過孔設計風格金屬鍍層在順序層壓過程中，HDI PCB中的每一層都將經過金屬鍍層、填充和電鍍加工。由此產生的過孔在內部主體中必須沒有空隙，頸口周圍必須有足夠的鍍層，這樣才能在回流循環(huán)和操作過程中避免開裂。HDI制造中使用了四種過孔金屬鍍層加工。方法如下：

傳統(tǒng)化學鍍銅和電鍍銅

傳統(tǒng)導電石墨或其他聚合物

全添加和半添加的化學鍍銅

導電糊劑或油墨

可以鉆取更大的過孔，但由于需要較慢的鉆孔速度，吞吐量較低，其成本最終會超過激光鉆孔成本。激光鉆孔是迄今為止最流行的微孔形成工藝，但它并不是最快的過孔形成過程。小孔的化學蝕刻是最快的，估計速度為每秒 8,000 到 12,000 個過孔。等離子孔形成和光孔形成也是如此。在激光鉆孔中，使用高注量光束在PCB層壓板上放置一個孔。激光能夠燒蝕介電材料并在攔截銅電路時停止，因此它們非常適合創(chuàng)建深度受控的盲孔。激光能量的波長處于紅外和紫外線區(qū)域。光束點尺寸小至約20微米如果電路板中的過孔足夠寬以進行鉆孔，則可以使用受控的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兩層電路板，然后進行鉆孔和電鍍以界定過孔管、與內層的連接以及上層的著陸焊盤。這些過孔也可能在下一個順序層壓步驟之前被填充（如果它們位于內層），或者在保留在外層的情況下選擇不填充。整體鉆孔和順序過程如下所示。

HDI制造過程中的微孔鉆孔和金屬鍍層過程將您的電路板納入HDI制造過程HDI PCB工藝比傳統(tǒng)的剛性PCB加工步驟更先進，但它們仍然使用您用于典型剛性PCB的同一組制造數(shù)據(jù)。完成HDI PCB布局并通過DFM審查后，即可為制造商和裝配商準備可交付成果。Altium Designer中的統(tǒng)一設計環(huán)境采用您的所有設計數(shù)據(jù)，并為您的新HDI PCB創(chuàng)建Gerbers/ODB++/IPC-2581制造文件、鉆孔表、材料清單和裝配圖。如果您正在尋找用于HDI PCB設計、布局和制造的最佳軟件包，請使用Altium Designer®中的全套設計工具。已集成的設計規(guī)則引擎和層堆棧管理器為您提供了創(chuàng)建裸HDI電路板、計算阻抗值以及在PCB材料系統(tǒng)中考慮銅粗糙度所需的一切功能。當設計完成并準備將文件遞交給制造商時，Altium 365™平臺可以輕松地協(xié)作并共享您的項目。

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