隨著技術(shù)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(shù)設(shè)計(jì)的PCB往往更小，因?yàn)楦嘣环庋b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(xì)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(shè)計(jì)基礎(chǔ)以及Altium Designer®如何幫助您創(chuàng)建強(qiáng)大的HDI PCB板設(shè)計(jì)。
高密度互連（HDI）印刷電路設(shè)計(jì)和制造始于1980年，當(dāng)時(shí)研究人員開始研究減小PCB中過孔尺寸的方法。第一批生產(chǎn)建立或順序印刷板出現(xiàn)在1984年。從那時(shí)起，設(shè)計(jì)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。現(xiàn)在，HDI板的設(shè)計(jì)和制造已編入IPC-2315、IPC-2226、IPC-4104和IPC-6016標(biāo)準(zhǔn)。在規(guī)劃HDI PCB板設(shè)計(jì)時(shí)，需要克服一些設(shè)計(jì)和制造挑戰(zhàn)。以下是您在設(shè)計(jì)HDI PCB時(shí)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(cè)的元件數(shù)量更多
更長的走線產(chǎn)生更長的信號(hào)飛行時(shí)間
完成電路板需要很多的走線
借助基于規(guī)則驅(qū)動(dòng)型設(shè)計(jì)引擎構(gòu)建的正確布局和布線工具集，您可以打破PCB設(shè)計(jì)中的常規(guī)規(guī)則，創(chuàng)建具有極高互連密度的強(qiáng)大PCB。當(dāng)您使用專為HDI PCB板設(shè)計(jì)而構(gòu)建的高級(jí)PCB設(shè)計(jì)軟件時(shí)，使用高密度的PCB布線和具有精細(xì)間距的元件會(huì)變得很容易。您可以使用Altium Designer中世界一流的設(shè)計(jì)功能創(chuàng)建新的HDI板設(shè)計(jì)并規(guī)劃HDI制造過程。HDI PCB板設(shè)計(jì)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(diǎn)是，制造商的限制將限制設(shè)計(jì)的自由度，并將限制電路板的布線方式。您的設(shè)計(jì)軟件仍然可以使用更細(xì)的布線、更小的過孔、更多的層數(shù)和更小的元件，但適應(yīng)制造設(shè)計(jì)（DFM）要求意味著在您的設(shè)計(jì)軟件中利用自動(dòng)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(shí)，DFM要求也變得很重要。材料選擇需要回答以下問題：
電介質(zhì)使用的化學(xué)物質(zhì)是否與核心基板材料使用的當(dāng)前化學(xué)物質(zhì)兼容？
電介質(zhì)是否具有可接受的鍍銅附著力？（許多原始設(shè)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(zhì)是否會(huì)在金屬層之間提供足夠且可靠的電介質(zhì)間距？
是否能滿足熱需求？
電介質(zhì)能否為導(dǎo)線接合和重新設(shè)計(jì)提供理想的“高”Tg？
是否能承受多層SBU（即焊層浮動(dòng)、加速熱循環(huán)、多次回流）的熱沖擊？
是否會(huì)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(biāo)準(zhǔn)指明。材料如下：
感光液體電介質(zhì)
感光干膜電介質(zhì)
聚酰亞胺柔性膜
熱固干膜
熱固液體電介質(zhì)
樹脂涂層銅（RCC）箔（雙層和增強(qiáng)型）
傳統(tǒng)FR-4內(nèi)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(shè)計(jì)過程如下所示。HDI的布線效率取決于疊層、過孔架構(gòu)、零件放置、BGA扇出和設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和布局過程的一般概述請始終與您的電路板廠核實(shí)，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?yàn)檫@會(huì)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(gè)核心特征是微孔，需要精確設(shè)計(jì)以適應(yīng)層間布線。HDI PCB板設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過程像許多其他過程一樣開始，其中
- 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(hào)所需的層數(shù)。
- 聯(lián)系您的制造廠以選擇材料，并獲取電介質(zhì)數(shù)據(jù)以創(chuàng)建您的PCB疊層。
- 根據(jù)層數(shù)和厚度，確定將用于通過內(nèi)層布線信號(hào)的過孔類型。
- 如果相關(guān)，請執(zhí)行可靠性評(píng)估，以驗(yàn)證材料在裝配加工和操作過程中不會(huì)因應(yīng)力互連而斷裂。
- 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(shè)計(jì)規(guī)則，以確保可靠的制造和裝配。
疊層創(chuàng)建和設(shè)計(jì)規(guī)則的確定是關(guān)鍵點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儗Q定電路板布線的能力和最終產(chǎn)品的可靠性。完成以上關(guān)鍵點(diǎn)后，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)則來實(shí)施。在前端執(zhí)行此操作非常重要，它將有助于確保設(shè)計(jì)可靠、可布線和可制造。設(shè)計(jì)特征尺寸以滿足HDI DFM要求盡管與HDI PCB中的間隙有關(guān)的DFM要求相當(dāng)嚴(yán)格，但可以通過利用PCB設(shè)計(jì)軟件中的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)
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?qū)訉Φ淖杩骨€（如有）
您的設(shè)計(jì)工具對于設(shè)計(jì)HDI電路板以滿足這些DFM要求至關(guān)重要。使用正確的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(guān)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(jīng)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(huì)提供高達(dá)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(gè)傳統(tǒng)的埋孔，以通過較厚的核心層提供連接；因?yàn)閷⑦M(jìn)行機(jī)械鉆孔，所以該內(nèi)層埋孔可以具有更大的縱橫比。確定層數(shù)和電介質(zhì)厚度后，設(shè)計(jì)人員就可以根據(jù)上方列出的縱橫比限制來設(shè)計(jì)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(dāng)這些電路板通過回流時(shí)，或者是部署在反復(fù)熱/機(jī)械沖擊和循環(huán)的環(huán)境中時(shí)。
順序堆疊順序?qū)訅哼^程主要用于逐層構(gòu)建HDI疊層結(jié)構(gòu)。通常，該技術(shù)可用于任何多層PCB，但對于HDI尤其重要。這是因?yàn)楦呙芏?、非常薄的電介質(zhì)是在厚內(nèi)芯板周圍的單層中形成，因此層壓將分多個(gè)步驟以構(gòu)建疊層。順序?qū)訅哼^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(dǎo)體圖案。
蝕刻和清洗：目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)生的導(dǎo)體模式。
過孔形成和鉆孔：需要使用機(jī)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(xué)方法移除。
過孔金屬鍍層：定義過孔后，它們就會(huì)進(jìn)行金屬鍍層以形成連續(xù)的導(dǎo)電互連。
堆疊：在外層加工之前，將層堆至多個(gè)層壓循環(huán)以構(gòu)建堆疊。
您可以在下方“金屬鍍層”部分中查看構(gòu)建過程的流程圖。HDI中的過孔形成HDI PCB所需的互連通常會(huì)達(dá)到機(jī)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(biāo)準(zhǔn)特征，因此它們可用于盤中孔的設(shè)計(jì)方法，以幫助提高密度。盤中孔是一種將更多元件封裝到設(shè)計(jì)中的簡單方法，因?yàn)樗鼈兲峁┝藦脑?dǎo)線到內(nèi)層的直接連接。每當(dāng)存在有關(guān)微孔的可靠性問題時(shí)，還可以使用近盤技術(shù)，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(nèi)層的連接，并提供了一個(gè)更大的分路通道，以防鉆頭的移動(dòng)與所需的鉆擊位置產(chǎn)生偏差。
HDI PCB的焊盤中過孔設(shè)計(jì)風(fēng)格金屬鍍層在順序?qū)訅哼^程中，HDI PCB中的每一層都將經(jīng)過金屬鍍層、填充和電鍍加工。由此產(chǎn)生的過孔在內(nèi)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(xué)鍍銅和電鍍銅
傳統(tǒng)導(dǎo)電石墨或其他聚合物
全添加和半添加的化學(xué)鍍銅
導(dǎo)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(huì)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(xué)蝕刻是最快的，估計(jì)速度為每秒 8,000 到 12,000 個(gè)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(gè)孔。激光能夠燒蝕介電材料并在攔截銅電路時(shí)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(diǎn)尺寸小至約20微米如果電路板中的過孔足夠?qū)捯赃M(jìn)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(gè)中間順序?qū)訅翰襟E來粘合兩層電路板，然后進(jìn)行鉆孔和電鍍以界定過孔管、與內(nèi)層的連接以及上層的著陸焊盤。這些過孔也可能在下一個(gè)順序?qū)訅翰襟E之前被填充（如果它們位于內(nèi)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(jìn)，但它們?nèi)匀皇褂媚糜诘湫蛣傂訮CB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(zhǔn)備可交付成果。Altium Designer中的統(tǒng)一設(shè)計(jì)環(huán)境采用您的所有設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、布局和制造的最佳軟件包，請使用Altium Designer®中的全套設(shè)計(jì)工具。已集成的設(shè)計(jì)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(jì)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(dāng)設(shè)計(jì)完成并準(zhǔn)備將文件遞交給制造商時(shí)，Altium 365™平臺(tái)可以輕松地協(xié)作并共享您的項(xiàng)目。