Mga High-Density Interconnect na Ginawang Simple. Palakasin ang Pagganap ng 40%.

Noong una kong tiningnan ang disenyo ng HDI PCB, nakita ko ang parehong pag-aalala mula sa maraming mga engineering team: mas maraming bahagi, mas kaunting espasyo sa board, mas mahigpit na mga panuntunan sa signal, at walang puwang para sa mga maiiwasang pagkaantala. Mukhang kaakit-akit ang pariralang "40% higit pang pagganap", ngunit kailangan nito ng konteksto. Ang HDI ay hindi gumagawa ng nakapirming pakinabang sa pagganap para sa bawat board. Ang resulta ay depende sa stack-up na disenyo, haba ng bakas, bilis ng signal, mga materyales, pagpaplano ng thermal, at kalidad ng produksyon. Ang isang mahusay na binalak na disenyo ng HDI ay makakatulong sa isang produkto na gumamit ng espasyo nang mas epektibo, paikliin ang mga kritikal na koneksyon, at suportahan ang mas mataas na density ng bahagi. ### Kung saan mapapahusay ng HDI ang isang board HDI, o High-Density Interconnect, ay gumagamit ng mga feature gaya ng microvias, fine traces, at sequential build-up layers. Nakakatulong ang mga feature na ito na ikonekta ang mga bahagi ng maliit na pitch nang hindi pinalaki ang board. Karaniwan akong tumitingin sa apat na bahagi: - Haba ng signal path - Paglalagay ng bahagi - Paghahatid ng kuryente - Thermal balance Ang mas maikling signal path ay maaaring mabawasan ang pagkaantala at hindi gustong ingay. Ang mas mahusay na pagkakalagay ay maaaring magbakante ng espasyo para sa mga baterya, sensor, konektor, o mga bahagi ng paglamig. Ang isang mas malakas na layout ng kuryente ay makakatulong sa board na pangasiwaan ang pagbabago ng mga load na may mas kaunting pagbaba ng boltahe. Ang aktwal na pakinabang ay dapat masukat sa pamamagitan ng pagsubok. Maaaring kabilang sa kapaki-pakinabang na data ang pagkawala ng signal, mga thermal reading, oras ng pag-boot, katatagan ng kuryente, at laki ng board. ### Isang praktikal na halimbawa ng disenyo Isipin ang isang compact na medical monitoring device na nangangailangan ng processor, wireless module, memory, display connector, at ilang sensor. Ang isang tradisyunal na multilayer na PCB ay maaaring mangailangan ng mas maraming lugar sa ibabaw upang iruta ang lahat ng koneksyon. Ang pangkat ng produkto ay maaaring humarap sa isang mas malaking enclosure o limitadong espasyo para sa baterya. Ang isang istraktura ng HDI ay maaaring maglagay ng mga bahagi nang magkakalapit at magruta ng mga signal sa pamamagitan ng microvias. Ang board ay maaaring magkasya sa loob ng isang mas maliit na pabahay habang pinapanatili ang parehong mga pangunahing function. Ang pagpapabuti ay hindi lamang tungkol sa bilis. Ang isang mas maliit na board ay maaari ring suportahan ang isang mas magaan na enclosure at isang mas maikling landas ng koneksyon sa pagitan ng mga high-speed na bahagi. Ang huling resulta ay nakasalalay pa rin sa pagpili ng materyal, kontrol ng impedance, katumpakan ng pagpupulong, at saklaw ng pagsubok. ### Paano ko maa-assess ang posibleng pakinabang magsisimula ako sa mga kinakailangan ng produkto sa halip na mangako ng nakapirming porsyento. 1. Suriin ang kasalukuyang board Sinusuri ko ang laki ng board, bilang ng layer, pitch ng bahagi, mga high-speed na interface, power rails, thermal area, at mga kilalang isyu sa produksyon. Nagbibigay ito sa akin ng baseline. Kung walang baseline, walang malinaw na kahulugan ang "40% higit pang pagganap." 2. Markahan ang mga kritikal na signal Maaaring kailanganin ng PCIe, USB, MIPI, DDR, RF, at iba pang mabibilis na interface ang kontroladong impedance at maiikling routing path. Sinusuri ko ang kanilang haba, sa pamamagitan ng bilang, pabalik na landas, at malapit na pinagmumulan ng ingay. Makakatulong ang mas maikling ruta, ngunit hindi nito pinapalitan ang wastong pagpaplano ng stack-up. 3. Buuin ang HDI stack-up Ang istraktura ng layer ay dapat tumugma sa signal at mga pangangailangan sa pagmamanupaktura. Ang laki ng microvia, kapal ng dielectric, timbang ng tanso, lapad ng bakas, at sequential lamination ay lahat ay nakakaapekto sa disenyo. Kinukumpirma ko rin na ang napiling fabricator ay maaaring gumawa ng iminungkahing istraktura na may matatag na mga resulta. 4. Suriin ang kapangyarihan at init Ang isang siksik na board ay makakatipid ng espasyo habang lumilikha ng mga bagong alalahanin sa init. Sinusuri ko ang mga kasalukuyang landas, mga lugar na tanso, thermal vias, paglalagay ng regulator, at airflow. Ang isang layout na mukhang mahusay sa screen ay maaaring mangailangan pa rin ng mga pagbabago pagkatapos ng thermal testing. 5. Ikumpara ang mga sinusukat na resulta Inihahambing ko ang bersyon ng HDI sa nakaraang disenyo gamit ang parehong mga kundisyon ng pagsubok. Maaaring kabilang sa paghahambing ang: - Lugar ng board - Integridad ng signal - Katatagan ng kuryente - Pinakamataas na temperatura - Rate ng paglilipat ng data - Pagbubunga ng assembly - Bilang ng mga pagbabago sa disenyo Ipinapakita ng prosesong ito kung ang board ay nakakuha ng bilis, nakatipid ng espasyo, nabawasan ang init, o pinahusay na katatagan ng produksyon. ### Ano ang maaaring makaapekto sa resulta ng HDI ay hindi isang shortcut para sa mahinang pagpaplano ng circuit. Ang isang mahinang stack-up ay maaaring lumikha ng mga problema sa impedance. Maaaring itaas ng maliliit na vias ang mga pangangailangan sa pagmamanupaktura. Maaaring mapataas ng mahigpit na espasyo ang inspeksyon at kahirapan sa pagkumpuni. Mahalaga rin ang pagpili ng materyal. Ang isang high-speed board ay maaaring mangailangan ng materyal na may angkop na dielectric na pagganap at matatag na pag-uugali sa mga pagbabago sa temperatura. Maaaring hindi kailangan ng isang low-speed control board ang parehong materyal na istraktura. Dapat suriin ang gastos nang nasa isip ang buong produkto. Maaaring itaas ng HDI ang mga kinakailangan sa paggawa, ngunit maaari nitong bawasan ang laki ng enclosure, bilang ng cable, o ang bilang ng mga hiwalay na board. ### Isang mas ligtas na paraan upang ipakita ang 40% na claim Hindi ko ipapakita ang "40% na higit na pagganap" bilang isang garantisadong resulta. Ang isang mas malinaw na mensahe ay: "Ang disenyo ng HDI ay maaaring makatulong sa mga compact electronic na produkto na mapabuti ang kahusayan sa pagruruta at pagganap ng signal. Ang ilang mga proyekto ay maaaring makamit ang mga nadagdag malapit sa 40% pagkatapos ng pagsubok, ngunit ang resulta ay depende sa orihinal na disenyo at sa napiling proseso ng pagmamanupaktura." Ang mga salitang ito ay nagbibigay sa mga inhinyero ng kapaki-pakinabang na direksyon nang hindi itinatago ang mga kundisyon sa likod ng claim. Para sa aking mga proyekto, ang pinakamagandang resulta ng HDI ay hindi ang pinakamaliit na board lamang. Ito ay isang board na nakakatugon sa mga de-koryenteng target nito, pumasa sa mga thermal check, maaaring gawin nang may matatag na kalidad, at nag-iiwan ng sapat na puwang para sa pagsubok at serbisyo. Ang malinaw na mga kinakailangan at sinusukat na data ay ginagawang mas kapaki-pakinabang ang claim sa pagganap kaysa sa isang porsyento.

Kapag ang isang produkto ay nangangailangan ng higit pang mga function ngunit mas kaunting espasyo, ang PCB ay kadalasang nagiging salik na naglilimita. Ang mga bahagi ay nakikipagkumpitensya para sa silid, ang mga landas ng signal ay nagiging mas mahirap na ruta, at ang board ay maaaring mangailangan ng higit pang mga layer upang suportahan ang isang compact na disenyo. Nakikita ko ang hamon na ito sa mga smartphone, naisusuot na device, medikal na instrumento, automotive sensor, at handheld scanner. Ang High-Density Interconnect, o teknolohiya ng HDI PCB, ay nag-aalok ng praktikal na paraan upang maglagay ng mas maraming koneksyon sa mas maliit na lugar ng board. Hindi lang ibig sabihin ng HDI na "gawing mas maliit ang board." Nangangahulugan ito ng paggamit ng mga kinokontrol na microvias, fine traces, mas maliliit na pad, at stacked o staggered na koneksyon upang magamit ang available na espasyo nang may higit na pangangalaga. Ang isang mas maliit na board ay maaaring suportahan ang isang mas malakas na disenyo ng produkto kapag ang layout, mga materyales, proseso ng pagmamanupaktura, at plano ng pagsubok ay nagtutulungan. ### Bakit nakakatulong ang HDI na bawasan ang laki ng board Tradisyonal na through-hole vias na dumadaan sa buong kapal ng isang PCB. Kukunin nila ang mas maraming espasyo at maaaring harangan ang espasyo sa pagruruta sa ilang layer. Ang mga HDI PCB ay gumagamit ng microvias, na mas maliit na laser-drilled na koneksyon sa pagitan ng mga piling layer. Nagbibigay ito sa mga taga-disenyo ng higit pang mga opsyon sa pagruruta malapit sa mga bahagi ng siksik na bahagi. Maaari akong maglagay ng microvia sa loob o malapit sa isang component pad kapag pinapayagan ito ng proseso ng disenyo at pagmamanupaktura. Pinaikli nito ang landas ng koneksyon at nagbibigay ng espasyo para sa mga kalapit na signal. Kasama sa mga karaniwang feature ng HDI ang: - Microvias - Fine line at fine space patterns - Via-in-pad structures - Sequential lamination - High layer-to-layer connection density - Mas maiikling path para sa high-speed signal Sinusuportahan ng mga feature na ito ang mas maliliit na board outline habang pinananatiling maayos ang layout. ### Isang praktikal na halimbawa Isaalang-alang ang isang handheld barcode scanner na ginagamit sa isang bodega. Maaaring kailanganin ng produkto ang isang module ng camera, wireless na komunikasyon, isang display, isang sistema ng baterya, mga pindutan, at isang charging circuit. Ang isang mas malaking PCB ay maaaring gawing mas madali ang pagruruta, ngunit maaari nitong palakihin ang laki ng pabahay ng scanner. Maaaring makaapekto iyon sa kaginhawaan ng pagkakahawak, paglalagay ng baterya, at ang espasyong magagamit para sa iba pang bahagi. Ang isang HDI PCB ay maaaring ilagay ang processor, memorya, camera connector, at wireless na seksyon na magkalapit. Ang mga microvia ay maaaring makatulong sa pagruta ng mga signal sa mga siksik na lugar nang hindi gumagamit ng malalaking through-hole vias. Ang resulta ay hindi awtomatikong isang mas mahusay na produkto. Kailangan pa ring suriin ng team ng disenyo ang init, integridad ng signal, mga limitasyon sa pagpupulong, mga pangangailangan sa pagkumpuni, at gastos sa produksyon. Lumilikha ang HDI ng higit na kalayaan sa layout, ngunit dapat tumugma ang bawat pagpipilian sa disenyo sa mga kinakailangan ng produkto. ### Kung saan nagmumula ang dagdag na halaga ng disenyo Karaniwan kong tinitingnan ang mga benepisyo ng HDI sa pamamagitan ng apat na lugar. Higit na magagamit na espasyo sa pagruruta Ang mga pinong bakas at maliliit na vias ay nagbibigay-daan sa mas maraming koneksyon sa mga masikip na seksyon. Maaari nitong bawasan ang pangangailangan para sa isang mas malaking board outline. Mas maiikling signal path Maaaring suportahan ng mga maiikling koneksyon ang mga high-speed na disenyo sa pamamagitan ng pagbabawas ng hindi kinakailangang haba ng bakas. Ang resulta ng elektrikal ay nakasalalay sa kontrol ng impedance, pagpaplano ng stack-up, pagpili ng materyal, at kalidad ng layout. Mas mahusay na paglalagay ng bahagi Ang teknolohiya ng HDI ay nagbibigay sa mga designer ng higit na kalayaan na maglagay ng mga small-pitch na pakete at mga compact na module. Ang isang mahusay na binalak na layout ay maaaring mabawasan ang mga hindi ginagamit na lugar sa pagitan ng mga bahagi. Potensyal na pagbabawas ng layer Maaaring makamit ng ilang board ang kinakailangang density ng pagruruta na may mas mahusay na istraktura ng layer. Ang aktwal na bilang ng layer ay nakasalalay sa dami ng signal, disenyo ng kuryente, mga limitasyon sa makina, at kakayahan sa pagmamanupaktura. ### Paano ako lumapit sa isang proyekto ng HDI PCB Hindi ako nagsisimula sa pinakamaliit na posibleng board outline. Ang diskarte na iyon ay maaaring lumikha ng mga problema sa pagmamanupaktura at pagsubok sa ibang pagkakataon. Nagsisimula ako sa mga kinakailangan sa produkto: 1. Tukuyin ang laki at hugis ng target na board. 2. Ilista ang mga pangunahing bahagi at ang kanilang mga uri ng pakete. 3. Markahan ang high-speed, power, RF, at mga sensitibong analog na lugar. 4. Suriin ang inaasahang dami ng produksyon. 5. Kumpirmahin ang minimum na bakas, espasyo, at limitasyon ng microvia ng PCB fabricator. 6. Buuin ang layer stack-up bago ang detalyadong pagruruta. 7. Suriin ang mga thermal path at access sa bahagi. 8. Suriin ang mga pamamaraan ng pagpupulong, inspeksyon, at pagsubok. 9. Patakbuhin ang signal, power, at reliability checks. 10. Kumpirmahin ang disenyo gamit ang prototype testing. Nakakatulong ang prosesong ito na ikonekta ang de-koryenteng disenyo sa plano ng produksyon. Ang isang layout na mukhang maganda sa isang screen ay maaaring mangailangan pa rin ng mga pagbabago kapag ang pagbabarena, paglalamina, paghihinang, o mga limitasyon sa inspeksyon ay isinasaalang-alang. ### Ang gastos ay nangangailangan ng maingat na pagsusuri Maaaring bawasan ng HDI ang laki ng board, ngunit maaari itong magtaas ng gastos sa pagmamanupaktura. Ang laser drilling, sequential lamination, mas mahigpit na kontrol sa pagpaparehistro, at mas hinihingi na inspeksyon ay maaaring makaapekto sa quotation. Inihambing ko ang buong epekto ng produkto sa halip na tumingin lamang sa presyo ng PCB. Maaaring bawasan ng mas maliit na board ang laki ng enclosure, haba ng cable, espasyo sa pagpupulong, o bigat ng produkto. Maaari rin itong payagan ang higit pang mga function sa loob ng parehong pabahay. Maaaring baguhin ng mga salik na ito ang halaga ng HDI para sa bawat proyekto. Para sa isang simple, low-density control board, ang karaniwang multilayer PCB ay maaaring mas angkop. Para sa isang compact na device na may fine-pitch na mga bahagi at limitadong panloob na espasyo, maaaring mag-alok ang HDI ng mas malakas na landas sa disenyo. ### Mga tanong na itatanong sa iyong tagapagtustos ng PCB Bago simulan ang produksyon, tatanungin ko ang tagapagtustos: - Ano ang pinakamababang laki ng laser-drilled microvia? - Maaari mo bang suportahan ang via-in-pad, at paano ito napupunan? - Aling mga stack-up na istruktura ang regular mong ginagawa? - Anong lapad ng bakas at espasyo ang maaari mong kontrolin sa volume? - Paano mo sinisiyasat ang microvias at inner-layer alignment? - Anong mga surface finish ang available? - Maaari mo bang suportahan ang mga kinakailangang halaga ng impedance? - Anong prototype at production testing method ang ginagamit mo? - Aling mga disenyo ng mga file at mga tala sa katha ang kailangan mo? Ang mga malinaw na sagot sa yugtong ito ay maaaring maiwasan ang mga pagbabago sa layout pagkatapos makumpleto ang engineering work. ### Ang mas maliit ay hindi nangangahulugang mas simple Ang isang compact HDI PCB ay maaaring mapabuti ang paggamit ng espasyo, ngunit pinapataas din ng density ang pangangailangan para sa maingat na pagpaplano. Maaaring magkaroon ng init malapit sa mga processor o power parts. Maaaring maging limitado ang access sa pag-aayos. Ang mga fine-pitch na pakete ay maaaring mangailangan ng mas mahigpit na kontrol sa pagpupulong. Inirerekomenda ko ang pagtrato sa HDI bilang isang kumpletong paraan ng disenyo sa halip na isang tampok na PCB. Ang pinakamahusay na resulta ay mula sa pakikipagtulungan ng layout engineer, mechanical team, component engineer, assembler, at PCB manufacturer. Kapag malinaw ang layunin sa disenyo at alam ang mga limitasyon sa proseso, makakatulong ang HDI sa isang produkto na gumamit ng mas kaunting espasyo sa board habang sinusuportahan ang mga kinakailangang function. Ang tamang tanong ay hindi lamang "Gaano kaliliit ang board?" Ito rin ay "Anong sukat ang nagbibigay ng pinakamahusay na balanse ng pagganap, pagiging maaasahan, gastos, at kontrol sa produksyon?"

Maraming mga PCB team ang nahaharap sa parehong problema: ang board ay dapat magdala ng mas maraming signal, magkasya sa isang mas maliit na espasyo, at mapanatili ang matatag na pagganap. Maaaring maabot ng karaniwang multilayer PCB ang limitasyon sa pagruruta nito bago pa handa ang disenyo para sa produksyon. Maaaring makaapekto sa kalidad ng signal at maging mahal ang mga pagbabago sa layout. Makakatulong ang teknolohiya ng HDI PCB na malutas ang mga isyung ito. Gumagamit ito ng microvias, fine lines, mas maliliit na pad, at high-density routing structures para gumawa ng mas maikli at mas direktang koneksyon. Maaaring magkaroon ng performance gain na hanggang 40% sa isang partikular na disenyo, ngunit ang resulta ay depende sa orihinal na istraktura ng PCB, bilis ng signal, power layout, materyales, at paraan ng pagsubok. Ang HDI ay hindi isang nakapirming porsyento na pag-upgrade para sa bawat produkto. ## Kung Saan Mapapabuti ng HDI ang Pagganap ng PCB Karaniwan akong tumitingin sa apat na bahagi bago magrekomenda ng HDI: integridad ng signal, density ng pagruruta, laki ng board, at paghahatid ng kuryente. Ang mas maiikling interconnect ay maaaring mabawasan ang parasitic inductance at hindi gustong signal reflection. Maaari nitong suportahan ang mga high-speed na interface gaya ng USB 3.x, PCIe, MIPI, DDR memory, at iba pang mabilis na digital link. Nagbibigay din ang mga microvia sa mga designer ng higit pang mga opsyon sa pagruruta sa pagitan ng mga layer. Maaaring lumipat ang isang signal sa pagitan ng mga kalapit na layer nang hindi gumagamit ng malaking through-hole sa pamamagitan ng pagharang sa espasyo sa buong board. Nakakatulong ito kapag ang disenyo ay naglalaman ng mga fine-pitch na BGA package, compact connector, o dense sensor modules. Ang isang mas maliit na board ay maaari ring mapabuti ang pagsasama ng produkto. Ang mga smartphone, naisusuot na device, mga medikal na instrumento, at mga compact na pang-industriya na controller ay kadalasang gumagamit ng mga istruktura ng HDI dahil mataas ang density ng bahagi at limitado ang espasyo sa enclosure. Ang benepisyo ay hindi limitado sa laki. Ang isang mas mahusay na istraktura ng layer ay maaaring paikliin ang mga kritikal na landas at gawing mas madaling kontrolin ang mga kasalukuyang landas sa pagbabalik. Na maaaring mabawasan ang pag-debug sa panahon ng pagsubok ng prototype. ## Paano Ko Sinusuri ang isang 40% na Pag-angkin sa Pagganap Ang isang porsyentong claim ay nangangailangan ng isang malinaw na paraan ng pagsukat. Hindi ko itinuturing ang "40% na mas mahusay" bilang isang pangkalahatang pangako. Itatanong ko ang mga tanong na ito: - Ano ang ibig sabihin ng pagganap sa proyektong ito? - Ang target ba ay mas mataas na bilis ng data, mas mababang pagkawala ng pagpapasok, mas maliit na laki ng board, mas mahusay na thermal behavior, o mas kaunting mga error sa signal? - Ano ang orihinal na PCB stackup? - Aling kagamitan sa pagsubok at mga punto ng pagsubok ang gagamitin? - Gagamitin ba ng paghahambing ang parehong mga bahagi, firmware, at mga kondisyon sa pagpapatakbo? Halimbawa, kung ang isang conventional board ay may mahahabang high-speed na mga bakas na lumilikha ng pagkawala ng signal, ang isang HDI redesign ay maaaring mabawasan ang haba ng path at mapabuti ang mga resulta ng eye-diagram. Kung ang orihinal na board ay mayroon nang malakas na stackup at mahusay na kontroladong pagruruta, maaaring mas maliit ang HDI gain. Pinoprotektahan ng diskarteng ito ang proyekto mula sa hindi malinaw na mga claim sa marketing. Nagbibigay din ito sa koponan ng engineering ng isang kapaki-pakinabang na target na maaaring suriin sa pamamagitan ng simulation at pagsubok. ## Hakbang 1: Suriin ang Umiiral na PCB Nagsisimula ako sa kasalukuyang mga file ng disenyo, stackup, paglalagay ng bahagi, at mga talaan ng pagkabigo. Dapat saklawin ng pagsusuri ang: - Bilang ng layer at kapal ng tanso - Sa pamamagitan ng uri at sa pamamagitan ng mga paghihigpit sa field - Trace width at spacing - BGA pitch at escape routing - High-speed net length - Power at ground distribution - EMI test results - Thermal limits - Fabrication yield at repair history Maaaring magmukhang masikip ang isang board dahil sa hindi magandang pagkakalagay sa halip na kakulangan ng mga layer. Ang paglipat ng processor, memory device, o connector ay maaaring magpababa ng routing pressure bago ipakilala ang HDI. ## Hakbang 2: Piliin ang Tamang Istraktura ng HDI Ang HDI ay hindi nangangahulugang paggamit ng pinakakumplikadong istraktura na magagamit. Ang isang simpleng 1+N+1 na disenyo ay maaaring sapat para sa isang produkto, habang ang isang siksik na mobile device ay maaaring mangailangan ng mas advanced na stacked o staggered microvia structure. Kasama sa mga karaniwang opsyon ang: - Mga layer ng microvia build-up - Staggered microvias - Stacked microvias - Buried vias - Via-in-pad - Any-layer HDI Ang bawat pagpipilian ay nakakaapekto sa gastos, mga kontrol sa pagmamanupaktura, pagiging maaasahan, at mga pangangailangan sa inspeksyon. Makakatulong ang Via-in-pad sa fine-pitch na pagruruta ng BGA, ngunit kailangan nito ng wastong pagpuno at planarization. Ang isang hindi angkop na proseso ay maaaring lumikha ng mga problema sa paghihinang o pagiging maaasahan. Mas gusto ko ang hindi bababa sa kumplikadong istraktura ng HDI na nakakatugon sa mga target na elektrikal at mekanikal. Pinapanatili nitong mas madaling gawin at suriin ang disenyo. ## Hakbang 3: Bumuo ng Kinokontrol na Stackup Ang isang mahusay na HDI stackup ay sumusuporta sa parehong pagruruta at pag-uugali ng signal. Dapat tukuyin ng stackup ang: - Dielectric thickness - Copper weight - Impedance target - Reference plane - Microvia diameter - Capture pad size - Tapos na kapal ng board - Pagpili ng materyal High-speed traces kailangan ng stable reference plane. Ang isang makitid na bakas na walang tuluy-tuloy na landas sa pagbabalik ay maaaring lumikha ng ingay, kahit na ang haba ng bakas ay mukhang katanggap-tanggap. Mahalaga rin ang pagpili ng materyal. Maaaring gumana ang karaniwang FR-4 para sa maraming produkto, habang ang mas mataas na bilis o mas mataas na temperatura na mga disenyo ay maaaring mangailangan ng materyal na may angkop na dielectric at thermal properties. Ang desisyon ay dapat magmula sa simulation, mga kondisyon ng pagpapatakbo, at kakayahan sa produksyon sa halip na isang pangkalahatang label ng materyal. ## Hakbang 4: Gayahin Bago ang Paggawa Gumagamit ako ng simulation upang suriin kung nalulutas ng pagbabago ng HDI ang aktwal na problema. Kabilang sa mga kapaki-pakinabang na pagsusuri ang: - Kontrol ng impedance - Pagkawala ng insertion - Pagkawala ng pagbalik - Crosstalk - Diagram ng mata - Integridad ng kapangyarihan - Pagbagsak ng DC - Thermal distribution Ang isang mas maikling ruta ay maaaring mapabuti ang pag-uugali ng signal, ngunit hindi nito naaayos ang bawat isyu. Ang kalidad ng connector, package escape, layer transition, power noise, at grounding ay maaari pa ring limitahan ang performance ng system. Ang isang praktikal na halimbawa ay isang compact camera module na may high-speed image sensor. Kung ang mga data lane ay dumaan sa ilang mahabang ruta at layer transition, ang isang HDI redesign ay maaaring maglagay ng sensor at processor na magkalapit, bawasan ang haba ng ruta, at lumikha ng mas malinis na reference path. Ang aktwal na nakuha ay dapat kumpirmahin sa pamamagitan ng pagsukat sa halip na ipagpalagay mula sa label ng HDI. ## Hakbang 5: Suriin ang Panganib sa Paggawa Ang pagganap ng HDI ay depende sa kontrol ng proseso. Bago ilabas, kinukumpirma ko ang kakayahan ng fabricator para sa: - Laser-drilled microvias - Copper filling - Fine-line etching - Katumpakan ng pagpaparehistro - Sa pamamagitan ng reliability testing - AOI at X-ray inspection - Impedance testing - Final surface finish Dapat tumugma ang mga panuntunan sa disenyo sa napiling supplier. Ang lapad ng bakas na gumagana sa isang prototype ng laboratoryo ay maaaring lumikha ng mababang ani sa dami ng produksyon. Nire-review ko rin ang thermal cycling, sa pamamagitan ng fatigue, soldering conditions, at component assembly. Ang isang board ay maaaring pumasa sa mga electrical test at nahaharap pa rin sa mga isyu sa field kung ang istraktura ng via ay hindi angkop sa kapaligiran ng produkto. ## Cost and Design Trade-Offs HDI ay maaaring bawasan ang board area at suportahan ang mas mataas na routing density, ngunit maaari itong magtaas ng mga gastos sa paggawa at inspeksyon. Ang mas maraming build-up na layer, stacked microvias, filled via-in-pad structures, at mas mahigpit na mga kinakailangan sa pagpaparehistro ay maaaring magpapataas sa pagmamanupaktura. Para sa kadahilanang iyon, inihambing ko ang buong gastos ng proyekto sa halip na ang presyo ng yunit ng PCB lamang. Maaaring bawasan ng mas maliit na board ang laki ng enclosure, pagiging kumplikado ng pagpupulong, o ang bilang ng mga interconnect na bahagi. Ang isang mas mahusay na landas ng signal ay maaari ring bawasan ang mga paulit-ulit na prototype cycle. Ang mga matitipid na ito ay dapat kalkulahin mula sa aktwal na plano ng produkto. Ang HDI ay isang malakas na opsyon kapag ang board ay may mga siksik na bahagi, mabilis na signal, limitadong espasyo, o paulit-ulit na pagkabigo sa pagruruta. Maaaring hindi ito ang tamang pagpipilian para sa isang low-speed board na may maraming silid at simpleng mga pangangailangan sa pagmamanupaktura. Ang pinakamagandang resulta ay mula sa pagtutugma ng istruktura ng HDI sa isang nasusukat na problema sa engineering. Tukuyin ang target sa pagganap, suriin ang umiiral na layout, pumili ng angkop na stackup, gayahin ang mga kritikal na lambat, at kumpirmahin ang resulta sa pamamagitan ng pagsubok. Ang isang 40% na pagpapabuti ay maaaring maging isang wastong target ng proyekto sa ilang mga kaso, ngunit ang istraktura ng board at data ng pagsubok ay dapat na sumusuporta sa paghahabol.

Maraming PCB team ang nahaharap sa parehong problema sa disenyo: ang produkto ay nangangailangan ng higit pang mga function, ngunit ang available na board space ay patuloy na lumiliit. Mas maraming bahagi ang naka-pack sa mas maliliit na lugar, nagiging mas mahirap kontrolin ang mga signal path, at ang paghahatid ng kuryente ay nag-iiwan ng mas kaunting puwang para sa error. Makakatulong ang teknolohiya ng HDI, ngunit ang pagpili lamang ng HDI stack-up ay hindi ginagarantiyahan ang isang mas mahusay na board. Ang resulta ay depende sa kung paano gumagana ang layout, mga materyales, mga limitasyon sa paggawa, at plano sa pagsubok. Tinitingnan ko ang HDI mula sa isang praktikal na anggulo: bawasan ang nasasayang na espasyo, protektahan ang kalidad ng signal, at gawing mas madaling buuin at subukan ang board. ### Ang binago ng HDI Ang mga high-density interconnect board ay gumagamit ng mga feature gaya ng microvias, fine lines, small pads, at sequential build-up layers. Ang mga tampok na ito ay nagbibigay-daan sa mga koneksyon na dumaan sa pagitan ng mga kalapit na layer sa halip na iruta ang bawat signal sa isang buong through-hole path. Maaaring suportahan ng pagbabagong iyon ang: - Higit pang mga bahagi sa loob ng parehong lugar ng board - Mas maiikling koneksyon sa pagitan ng mga chip at memory - Mas mahusay na pagruruta sa paligid ng mga fine-pitch na pakete - Mas flexible na paglalagay ng mga power at ground path - Mas maliit sa pamamagitan ng mga field sa ilalim o malapit sa mga compact na bahagi Ang isang conventional through-hole via ay maaaring dumaan sa ilang mga layer kahit na ang koneksyon ay kailangan lang ilipat pababa ng isang layer. Maaari nitong sakupin ang espasyo sa pagruruta sa bawat layer sa daan. Gumagamit ang microvia ng mas maikling path ng koneksyon, na nagbibigay ng mas maraming espasyo sa layout team. Ang benepisyo ay hindi lamang pagbawas ng laki. Ang mga mas maiikling landas ay maaari ring bawasan ang hindi gustong inductance at tumulong na kontrolin ang mga high-speed signal, kung ang stack-up at return path ay idinisenyo nang tama. ### Nagsisimula ang mas mabilis na disenyo sa malinaw na mga limitasyon Hindi ako nagsisimula ng proyekto ng HDI sa pamamagitan ng pagtatanong kung ilang layer ang maaaring magkasya sa board. Nagsisimula ako sa mga kinakailangan ng produkto. Ang design team ay nangangailangan ng malinaw na mga sagot tungkol sa: - Board outline at kapal - Component package type - Signal speed at interface standards - Kasalukuyang antas at power zone - Kinakailangang bilang ng layer - Minimum na bakas at espasyo - Sa pamamagitan ng diameter at capture pad size - Material selection - Assembly process - Inaasahang dami ng produksyon Ang isang processor board na may LPDDR memory ay may iba't ibang pangangailangan mula sa compact sensor board. Ang isang high-speed na interface ay maaaring mangailangan ng kontroladong impedance at isang maingat na binalak na landas sa pagbabalik. Ang isang low-speed control board ay maaaring makakuha ng higit pa mula sa space savings at component placement flexibility. Ang isang malinaw na maikling disenyo ay binabawasan ang mga huling pagbabago. Tinutulungan din nito ang fabricator na suriin kung ang iminungkahing istraktura ay umaangkop sa mga magagamit na kagamitan at kontrol sa proseso. ### Isang praktikal na landas sa disenyo ng HDI #### 1. Buuin ang layer plan sa paligid ng daloy ng signal Dapat suportahan ng stack-up ang paraan ng paggalaw ng mga signal sa board. Ang mga high-speed signal layer ay nangangailangan ng mga malapit na reference na eroplano. Ang mga layer ng kapangyarihan ay nangangailangan ng sapat na tanso at isang angkop na landas patungo sa pagkarga. Ang mga panlabas na layer ay dapat mag-iwan ng puwang para sa mga component pad, fan-out, at pagruruta. Ang isang karaniwang pagkakamali ay ang magdagdag ng mga layer pagkatapos lumitaw ang mga problema sa pagruruta. Na maaaring malutas ang isang isyu habang lumilikha ng mga bagong problema sa kapal, impedance, gastos, o paglalamina. Mas gusto kong suriin ang layer plan kasama ang PCB fabricator bago magsimula ang detalyadong layout. Ang isang maliit na pagbabago sa yugtong ito ay maaaring maiwasan ang isang malaking muling disenyo sa ibang pagkakataon. #### 2. Piliin ang tama sa pamamagitan ng istraktura Maaaring gamitin ng mga HDI board ang: - Laser microvias - Stacked microvias - Staggered microvias - Buried vias - Through vias - Via-in-pad structures Ang bawat opsyon ay nakakaapekto sa gastos, pagiging maaasahan, inspeksyon, at mga hakbang sa pagmamanupaktura. Maaaring bawasan ng staggered microvias ang ilang pressure sa pagmamanupaktura kumpara sa mga ganap na nakasalansan na istruktura. Ang mga stacked vias ay maaaring makatipid ng mas maraming espasyo, ngunit nangangailangan sila ng mas malakas na kontrol sa proseso. Maaaring makatulong ang Via-in-pad sa mga fine-pitch na pakete, ngunit ang vias ay madalas na nangangailangan ng pagpuno at planarization bago ang pagpupulong ng bahagi. Ang tamang pagpipilian ay depende sa package, layer transition, kapal ng board, at production plan. Ang mas maliliit na feature ay hindi awtomatikong tamang sagot. #### 3. Iruta ang mga high-speed signal gamit ang kanilang mga landas sa pagbabalik Ang isang bakas ng signal ay bahagi lamang ng daanan ng kuryente. Ang pabalik na kasalukuyang nito ay nangangailangan din ng isang matatag na ruta sa pamamagitan ng reference plane. Kapag ang isang signal ay nagbabago ng mga layer, ang pabalik na landas ay maaaring mangailangan ng isang malapit na lupa sa pamamagitan ng. Kung ang reference na eroplano ay nagbabago mula sa lupa patungo sa kapangyarihan, ang paglipat ay nararapat ng karagdagang pagsusuri. Ang isang mahabang puwang o split sa ilalim ng bakas ay maaaring magpapataas ng ingay at makaapekto sa impedance. Para sa mga interface tulad ng USB, PCIe, MIPI, o high-speed na memory, sinusuri ko ang: - Haba ng bakas at pagtutugma - Pair spacing - Impedance target - Layer transition - Reference plane continuity - Sa pamamagitan ng haba ng stub - Crosstalk risk - Connector launch design Maaaring suportahan ng simulation ang mga pagsusuring ito, ngunit nagsisimula pa rin ang magagandang desisyon sa layout sa isang makabuluhang stack-up. #### 4. Panatilihing malapit ang paghahatid ng kuryente sa load Ang isang compact board ay maaari pa ring dumanas ng mga problema sa kuryente. Ang mga makitid na landas, mahihirap na koneksyon sa eroplano, at mahabang ruta sa pagitan ng regulator at device ay maaaring lumikha ng pagbaba ng boltahe o hindi gustong ingay. Tinitingnan ko ang kumpletong power path: 1. Regulator output 2. Copper na ruta o eroplano 3. Vias sa pagitan ng mga layer 4. Local decoupling capacitors 5. Component power pins 6. Ground return Ang isang capacitor na inilagay malapit sa isang device ay kapaki-pakinabang lamang kapag ang koneksyon sa power at ground pin ay maikli at mababa ang impedance. Ang isang malaking lugar na tanso ay hindi malulutas ang bawat isyu ng kuryente kung ang kasalukuyang ay dapat dumaan sa isang maliit na leeg o limitado sa pamamagitan ng grupo. ### Isang karaniwang halimbawa: compact memory routing Isaalang-alang ang isang maliit na computing board na gumagamit ng processor at LPDDR memory. Ang mga pitch ng package ay maaaring mag-iwan ng kaunting espasyo para sa tradisyonal na fan-out routing. Ang through-hole vias ay maaaring kumonsumo ng mahahalagang channel, at ang mahahabang ruta ay maaaring gawing mas mahirap ang pagtutugma ng haba. Ang isang istraktura ng HDI ay maaaring maglagay ng mga microvia malapit sa mga package pad at ilipat ang mga napiling koneksyon sa mga panloob na layer. Maaari itong lumikha ng higit pang mga channel sa pagruruta sa paligid ng processor habang pinapanatili ang mga bakas ng memory na mas malapit sa haba. Ang pagpapabuti ay hindi nagmula sa salitang "HDI" lamang. Nagmumula ito sa kumbinasyon ng: - Isang angkop na pattern ng pagtakas ng package - Isang kinokontrol na stack-up - Mga transition ng maikling layer - Mga stable na reference na eroplano - Maingat na pagtutugma ng haba - Maagang pagsusuri sa paggawa Kung ang memory interface ay nagpapakita pa rin ng mga problema sa timing o ingay, dapat suriin ng team ang buong electrical path sa halip na isipin na mas maraming microvias ang mag-aayos nito. ### Ang mas mahusay na pagganap ay nangangailangan ng mga pagsusuri sa disenyo Ang mga HDI board ay nangangailangan ng mga pagsusuri sa ilang mga yugto. #### Pagsusuri ng disenyo Suriin ang stack-up, set ng materyal, sa pamamagitan ng mga panuntunan, impedance target, at diskarte sa pagtakas ng bahagi. Kumpirmahin na ang iminungkahing disenyo ay maaaring gawin gamit ang napiling proseso. #### Pagsusuri ng layout Suriin ang pagpapatuloy ng eroplano, spacing, balanse ng tanso, mga thermal path, sa pamamagitan ng mga lokasyon, at mga keep-out na zone. Bigyang-pansin ang mga connector, crystal circuit, antenna, at switching power supply. #### Pagsusuri ng signal at kapangyarihan Gumamit ng simulation kung saan ginagawang kapaki-pakinabang ang bilis ng interface o power demand. Suriin ang pagkawala ng insertion, return loss, crosstalk, timing margin, pagbaba ng boltahe, at kasalukuyang density batay sa mga kinakailangan ng proyekto. #### Pagsusuri sa paggawa Hilingin sa tagagawa na kumpirmahin ang mga limitasyon ng laser drill, sa pamamagitan ng mga pangangailangan sa pagpuno, pagpapaubaya sa pagpaparehistro, kapal ng tanso, mga siklo ng paglalamina, at pagiging tugma sa ibabaw ng pagtatapos. #### Pagsubok ng prototype Subukan ang mga high-speed na link, power rails, thermal behavior, at mechanical fit. Siyasatin ang mga microsection o iba pang mga sample ng proseso kapag ang panganib ng proyekto ay nagbibigay-katwiran sa karagdagang pagsusuri. Dapat sagutin ng pagsubok ang mga partikular na tanong. "Gumagana ba ang board?" ay masyadong malawak. Ang isang mas magandang tanong ay kung ang memory eye ay nananatili sa loob ng kinakailangang margin, kung ang power rail ay nananatili sa loob ng pinapahintulutang saklaw nito, o kung ang via structure ay pumasa sa nakaplanong pagsubok sa pagiging maaasahan. ### Kontrol sa gastos nang hindi pinuputol ang mga kapaki-pakinabang na feature Maaaring mapataas ng HDI ang gastos sa paggawa dahil maaaring mangailangan ito ng laser drilling, sequential lamination, sa pamamagitan ng filling, mas mahigpit na pagpaparehistro, at karagdagang inspeksyon. Dapat isama sa talakayan sa gastos ang buong epekto ng produkto. Maaaring bawasan ng mas maliit na board ang laki ng enclosure, haba ng cable, lugar ng pagpupulong, o timbang ng system. Ang isang mas mahusay na pattern ng pagtakas ng bahagi ay maaaring mabawasan ang bilang ng layer sa isa pang bahagi ng disenyo. Ang isang mas simple sa pamamagitan ng istraktura ay maaaring magpababa ng gastos sa board habang natutugunan pa rin ang target na elektrikal. Iniiwasan kong magdagdag ng mga feature ng HDI sa buong board nang walang malinaw na dahilan. Maaaring kailanganin ng ilang rehiyon ang mga microvia, habang ang ibang mga lugar ay maaaring gumamit ng karaniwang vias. Ang magkahalong diskarte ay maaaring magbigay ng praktikal na balanse sa pagitan ng density at pagsisikap sa pagmamanupaktura. ### Mga karaniwang pagkakamali na nakikita ko sa mga proyekto ng HDI Tinatrato ang bawat microvia bilang isang libreng routing point Ang mga microvia ay nangangailangan pa rin ng spacing, pad geometry, drill tolerance, at maaasahang pagpaparehistro. Paggamit ng via-in-pad nang hindi sinusuri ang proseso ng pagpupulong Ang hindi napunan o hindi maayos na kontroladong vias ay maaaring magdulot ng pagkawala ng solder, void, o hindi pantay na upuan ng bahagi. Pagbabalewala sa balanse ng tanso Ang hindi pantay na pamamahagi ng tanso ay maaaring mag-ambag sa warpage at pagkakaiba-iba ng kapal sa panahon ng paglalamina. Pagruruta sa mga gaps ng eroplano Maaaring matugunan ng signal ang trace rule nito habang ang daan pabalik ay nagiging mahirap. Pagpili lamang ng mga materyales ayon sa presyo Ang pagkawala, thermal behavior, glass weave, at pagiging maaasahan ay maaaring makaapekto sa huling disenyo. Naghihintay hanggang matapos ang layout upang makipag-ugnayan sa fabricator Ang isang stack-up na mukhang katanggap-tanggap sa CAD ay maaaring hindi magkasya sa napiling proseso ng produksyon. Ipagpalagay na ang isang mas maliit na board ay palaging mas mahusay Ang isang napaka-compact na layout ay maaaring lumikha ng thermal, repair, inspeksyon, o mga problema sa pagpupulong. ### Isang simpleng checklist ng proyekto Bago ilabas ang isang HDI na disenyo, tinitingnan ko ang mga puntong ito: - Ang stack-up ba ay tumutugma sa signal at mga pangangailangan ng kuryente? - Lahat ba ng kritikal na paglipat ng layer ay sinusuportahan ng isang pabalik na landas? - Ang mga via type ba ay angkop para sa pakete at proseso ng paggawa? - Nakadokumento ba ang mga target ng impedance at haba? - Sinusuri ba ang mga fine-pitch na lugar para sa panganib sa pagpupulong? - Makatwirang balanse ba ang pamamahagi ng tanso? - Nasuri na ba ang mga thermal path? - Nakumpirma ba ng fabricator ang mga pangunahing sukat? - Naka-link ba ang mga prototype na pagsubok sa mga malinaw na target sa pagganap? - Maaari bang suriin, tipunin, at ayusin ang board ayon sa plano? Pinakamahusay na gumagana ang HDI kapag ito ay itinuturing bilang isang kumpletong paraan ng disenyo sa halip na isang maliit na tampok na idinagdag malapit sa dulo ng layout. Ang layunin ay hindi gamitin ang pinakamaliit na bakas o ang pinaka kumplikado sa pamamagitan ng istraktura. Ang layunin ay lumikha ng isang board na gumagamit ng espasyo nang maayos, nagdadala ng mga signal na may kontrol, naghahatid ng kapangyarihan nang maaasahan, at umaangkop sa proseso ng produksyon. Kapag ang electrical team, layout team, component engineer, at PCB manufacturer ay magkasamang nirepaso ang disenyo, maaaring suportahan ng HDI ang isang mas maliit at mas may kakayahang produkto nang hindi lumilikha ng maiiwasang panganib sa pagmamanupaktura. Tinatanggap namin ang iyong mga katanungan: mr.xu@lingchaopcb.com/WhatsApp +8613780181891.

Mga Sanggunian Gabay sa Disenyo ng IPC 2023 para sa High-Density Interconnects at Microvia Technology John Lau 2022 Semiconductor at Package Design para sa High-Speed PCB Application Lee Ritchey 2021 Sa Unang Oras na Pagdidisenyo ng High-Speed Digital Systems Eric Bogatin 2020 Signal at Power Integrity na Pinasimpleng IPC 2020 Generic Board na IPC 2020 na Pinasimpleng Disenyo ng HK020. Mga Advanced na Materyales ng PCB at High-Frequency Circuit Design