2025-09-01
در دوره 5G ، AI و وسایل نقلیه برقی (EVS) ، PCB های اتصال دهنده با چگالی بالا (HDI) به ستون فقرات الکترونیک جمع و جور ، سریع و قابل اعتماد تبدیل شده اند. در بین انواع HDI ، طرح های 10 لایه به عنوان "نقطه شیرین" متمایز هستند-تراکم تعادل آنها (پشتیبانی از 0.4 میلی متر BGAS و میکروویا 45μm) ، سرعت سیگنال (28GHz+ MMWAVE) و تولید. بر خلاف PCB های HDI 4- یا 6 لایه ، نسخه های 10 لایه می توانند سیگنال های پر سرعت را از مسیرهای قدرت پر سر و صدا جدا کنند ، EMI را 40 ٪ کاهش دهند و سیستم های چند ولتاژ (3.3V ، 5V ، 12V) را در یک صفحه واحد انجام دهند.
با این حال ، PCB های HDI 10 لایه بدون پیچیدگی نیستند. یک پشته با طراحی ضعیف می تواند یکپارچگی سیگنال (SI) را خراب کند ، باعث کانون های حرارتی شود یا منجر به 30 ٪ نرخ نقص بالاتر شود. برای مهندسان و تولید کنندگان ، تسلط بر طراحی 10 لایه HDI Stackup برای باز کردن پتانسیل کامل دستگاه های با کارایی بالا-از ایستگاه های پایه 5G گرفته تا سیستم های مدیریت باتری EV (BMS) بسیار مهم است.
این راهنما اصول اولیه 10 لایه HDI PCB پشته ، تنظیمات بهینه لایه ، انتخاب مواد ، یکپارچگی سیگنال بهترین شیوه های و برنامه های دنیای واقعی را تجزیه می کند. با مقایسه داده های محور و نکات عملی ، به شما کمک می کند تا در حالی که هزینه های تولید را کنترل می کنند ، پشته هایی را که مطابق با استانداردهای عملکردی دقیق هستند ، طراحی کنید.
غذای اصلی
1.A به خوبی طراحی شده 10 لایه HDI Stackup 40 ٪ پایین تر از HDI 6 لایه ای را ارائه می دهد و از سیگنال های 28GHz+ MMWAVE با <1db/اینچ از دست دادن-برای برنامه های 5G و رادار پشتیبانی می کند.
2. "سیگنال-زمین-قدرت-سیگنال" (SGPGS) پیکربندی زیر پشته 50 ٪ متقاطع را کاهش می دهد و امپدانس 50Ω/100Ω را با 5 ٪ تحمل حفظ می کند.
انتخاب مواد به طور مستقیم بر SI تأثیر می گذارد: Rogers RO4350 (DK = 3.48) از دست دادن سیگنال در 28 گیگاهرتز به حداقل می رسد ، در حالی که TG FR4 بالا (TG≥170 درجه سانتیگراد) هزینه و عملکرد را برای مسیرهای کم فرکانس متعادل می کند.
4. اشتباهات پشته سازنده (به عنوان مثال ، مخلوط کردن سیگنال های پر سرعت/کم ، هواپیماهای زمینی کافی) باعث می شود 60 ٪ از خرابی های HDI SI 10 لایه ای که با جداسازی لایه سخت و کنترل امپدانس اجتناب شده است.
5.10 لایه HDI PCB هزینه 2.5 برابر بیش از نسخه های 6 لایه اما چگالی مؤلفه بالاتر (1800 مؤلفه در متر مربع) و 30 ٪ طول عمر طولانی تر در محیط های سخت است.
پشته 10 لایه HDI PCB چیست؟
پشته 10 لایه HDI PCB یک ساختار لایه بندی شده از مس رسانا متناوب (سیگنال ، قدرت ، زمین) و عایق بندی دی الکتریک (بستر ، prepreg) است که برای به حداکثر رساندن چگالی و یکپارچگی سیگنال ساخته شده است. بر خلاف PCB های استاندارد 10 لایه (که به VIA های سوراخ متکی هستند) ، HDI 10 لایه ای از میکروویای کور/دفن شده (قطر 45-100μm) برای اتصال لایه ها بدون هدر رفتن فضای استفاده می کند.
اهداف اصلی طراحی پشته HDI 10 لایه
هر پشته HDI 10 لایه باید به سه هدف غیر قابل مذاکره دست یابد:
INIGATION 1.Signal: سیگنال های پر سرعت (28 گیگاهرتز) از هواپیماهای پر سر و صدا و مدارهای دیجیتال برای کاهش متقاطع.
2. مدیریت THERMAL: برای جلوگیری از نقاط مهم در اجزای با قدرت بالا ، گرما را در هواپیماهای 2-4 زمین/نیرو توزیع کنید (به عنوان مثال ، EV BMS ICS).
3.ManuFacturability: برای اطمینان از تراز لایه 3 میکرومتر ± از لمینیت پی در پی (زیر مجموعه های زیر) استفاده کنید.
10 لایه HDI در مقابل استاندارد 10 لایه PCB: تفاوت های کلیدی
تفاوت HDI از طریق فناوری و راندمان لایه نهفته است. در زیر چگونه HDI 10 لایه در برابر PCB های استاندارد 10 لایه قرار می گیرد:
نشان | 10 لایه HDI PCB Stackup | پشته PCB 10 لایه استاندارد | تأثیر بر عملکرد |
---|---|---|---|
از طریق نوع | میکروویای کور/دفن شده (45-100μm) | Vias از طریق سوراخ (200-500μm) | HDI: 2 برابر چگالی بالاتر ؛ 30 ٪ اندازه تخته کوچکتر |
تراکم جزء | 1800 مؤلفه/متر مربع | 900 مؤلفه/متر مربع | HDI: متناسب با 2 برابر اجزای بیشتر (به عنوان مثال ، مودم 5G + GPS) |
پشتیبانی از سرعت سیگنال | 28 گیگاهرتز+ (mmwave) | ≤10GHz | HDI: 5G/رادار را تأیید می کند. استاندارد: آزمایشات SI با سرعت بالا را شکست می دهد |
کاهش متقاطع | 50 ٪ (از طریق SGPGS Sub-Stacks) | 20 ٪ (هواپیماهای زمینی محدود) | HDI: سیگنال های پاک کننده ؛ 40 ٪ پایین تر (نرخ خطای بیت) |
بازده تولید | 90 ٪ (با لمینیت متوالی) | 95 ٪ (لمینیت ساده تر) | HDI: عملکرد کمی پایین تر ، اما عملکرد بالاتر |
هزینه (نسبی) | 2.5 برابر | 1 برابر | HDI: هزینه بالاتر ، اما برای طرح های با کارایی بالا توجیه می کند |
مثال: یک پشته HDI 10 لایه برای یک سلول کوچک 5G متناسب با یک فرستنده 28 گیگاهرتز ، درگاه های اترنت 4x 2.5 گیگابایت در ثانیه و یک واحد مدیریت برق (PMU) در یک ردپای 120 میلی متر 120 میلی متر-VS. 180 میلی متر × 180 میلی متر برای یک PCB استاندارد 10 لایه.
تنظیمات پشته HDI بهینه 10 لایه
هیچ "یک اندازه متناسب با همه" 10 لایه HDI Stackup وجود ندارد ، اما دو پیکربندی حاکم بر برنامه های با کارایی بالا است: SGPG های متعادل (5+5) و جداسازی با سرعت بالا (4+2+4). انتخاب به ترکیب سیگنال شما (سرعت بالا در مقابل قدرت) و نیازهای برنامه بستگی دارد.
پیکربندی 1: SGPG های متعادل (5+5)-برای طرح های سیگنال مختلط
این پشته متقارن 10 لایه را به دو زیر لایه 5 لایه یکسان (1-5 و پایین 6-10) تقسیم می کند ، که برای طرح هایی با سیگنال های با سرعت بالا و مسیرهای پر قدرت (به عنوان مثال ، EV ADA ، سنسورهای صنعتی) ایده آل است.
لایه # | نوع لایه | هدف | مشخصات کلیدی |
---|---|---|---|
1 | سیگنال (بیرونی) | سیگنال های پر سرعت (28 گیگاهرتز mmwave) | آثار 25/25μm ؛ Vias کور به لایه 2-3 |
2 | هواپیمای زمینی | جدا شده لایه 1 از قدرت ؛ مرجع SI | 1oz مس ؛ پوشش 90 ٪ |
3 | هواپیمای برق | قدرت 5 ولت/12 ولت را توزیع می کند | مس 2oz ؛ جدا کردن لنت های خازن |
4 | هواپیمای زمینی | قدرت را از سیگنال های کم سرعت جدا می کند | 1oz مس ؛ پوشش 90 ٪ |
5 | سیگنال (درونی) | سیگنال های دیجیتالی/آنالوگ کم سرعت | 30/30μm آثار ؛ Vias دفن شده به لایه 6 |
6 | سیگنال (درونی) | سیگنال های دیجیتالی/آنالوگ کم سرعت | 30/30μm آثار ؛ Vias دفن شده به لایه 5 |
7 | هواپیمای زمینی | آینه های لایه 4 ؛ قدرت را جدا می کند | 1oz مس ؛ پوشش 90 ٪ |
8 | هواپیمای برق | قدرت 3.3 ولت را توزیع می کند | مس 2oz ؛ جدا کردن لنت های خازن |
9 | هواپیمای زمینی | آینه های لایه 2 ؛ ایزوله لایه 10 | 1oz مس ؛ پوشش 90 ٪ |
10 | سیگنال (بیرونی) | سیگنال های پر سرعت (اترنت 10 گیگابایت در ثانیه) | آثار 25/25μm ؛ Vias کور به لایه 8-9 |
چرا کار می کند
A.Symmetry: در طول لمینیت ، صفحه را کاهش می دهد (عدم تطابق CTE در لایه ها).
B.isolation: هواپیماهای دوگانه زمین از قدرت (لایه های 1،10) از قدرت (لایه های 3،8) جداگانه جدا می شوند و 50 ٪ از آن را برش می دهند.
C.flexability: از هر دو مسیر قدرت 28 گیگاهرتز MMWAVE و 12 ولت - IDEAL برای ماژول های RADAR EV پشتیبانی می کند.
پیکربندی 2: جداسازی با سرعت بالا (4+2+4)-برای 28 گیگاهرتز+طرح
این پشته یک بلوک قدرت/زمین 2 لایه مرکزی (لایه های 5-6) را برای جداسازی زیر پشته های پر سرعت (1-4 و پایین 7-10) ، مناسب برای 5G MMWAVE ، ارتباط ماهواره ای و سیستم های رادار اختصاص می دهد.
لایه # | نوع لایه | هدف | مشخصات کلیدی |
---|---|---|---|
1 | سیگنال (بیرونی) | سیگنال های 28 گیگاهرتز mmwave | آثار 20/20μm ؛ ویاس کور به لایه 2 |
2 | هواپیمای زمینی | مرجع SI برای لایه 1 ؛ سپر EMI | 1oz مس ؛ پوشش 95 ٪ |
3 | سیگنال (درونی) | جفت دیفرانسیل 10 گیگابیت در ثانیه | آثار 25/25μm ؛ Vias دفن شده به لایه 4 |
4 | هواپیمای زمینی | با سرعت بالا از قدرت جدا می شود | 1oz مس ؛ پوشش 95 ٪ |
5 | هواپیمای برق | قدرت کم نویز 3.3 ولت را توزیع می کند | 1oz مس ؛ گذرگاه های حداقل ردیابی |
6 | هواپیمای زمینی | سپر مرکزی ؛ قدرت را از زیر استک پایین جدا می کند | 1oz مس ؛ پوشش 95 ٪ |
7 | هواپیمای زمینی | آینه های لایه 4 ؛ سیگنال های پایین را جدا کنید | 1oz مس ؛ پوشش 95 ٪ |
8 | سیگنال (درونی) | جفت دیفرانسیل 10 گیگابیت در ثانیه | آثار 25/25μm ؛ Vias دفن شده به لایه 7 |
9 | هواپیمای زمینی | آینه های لایه 2 ؛ مرجع SI برای لایه 10 | 1oz مس ؛ پوشش 95 ٪ |
10 | سیگنال (بیرونی) | سیگنال های 28 گیگاهرتز mmwave | آثار 20/20μm ؛ ویاس کور به لایه 9 |
چرا کار می کند
A. Central Shield: لایه های 5-6 به عنوان "قفس Faraday" بین زیرمجموعه های پر سرعت بالا و پایین عمل می کنند و EMI را 60 ٪ کاهش می دهد.
B. Minimal Power Crossings: Power محدود به لایه 5 است و از اختلال در مسیر سیگنال جلوگیری می کند.
C. تمرکز سرعت: 4 لایه سیگنال اختصاص داده شده به مسیرهای 28 گیگاهرتز/10 گیگابیت در ثانیه-IDEAL برای انتقال دهنده ایستگاه پایه 5G.
مقایسه StackUp: کدام پیکربندی را انتخاب کنید؟
عامل | SGPG های متعادل (5+5) | جداسازی با سرعت بالا (4+2+4) | بهترین برای |
---|---|---|---|
لایه های پر سرعت | 4 (لایه های 1،5،6،10) | 6 (لایه های 1،3،8،10 + جزئی 2،9) | 5+ طرح GBPS: جداسازی را انتخاب کنید |
لایه های قدرت | 2 (لایه های 3،8) - مس 2oz | 1 (لایه 5) - مس 1oz | طرح های پر قدرت (10A+): متعادل را انتخاب کنید |
کاهش متقاطع | 50 ٪ | 60 ٪ | 28 گیگاهرتز+ mmwave: انزوا را انتخاب کنید |
قابلیت تولید | آسانتر (زیر استک های متقارن) | سخت تر (تراز بلوک قدرت مرکزی) | نمونه های اولیه با حجم کم: متعادل را انتخاب کنید |
هزینه (نسبی) | 1 برابر | 1.2x | حساس به بودجه: متعادل را انتخاب کنید |
توصیه: برای EV BMS یا سنسورهای صنعتی (با سرعت بالا/قدرت مخلوط) ، از StackUp متعادل استفاده کنید. برای 5G mmwave یا رادار (پر سرعت خالص) ، از stackup جداسازی سریع استفاده کنید.
انتخاب مواد برای پشته های HDI 10 لایه
مواد 10 لایه HDI SI و قابلیت اطمینان را می سازند. بستر اشتباه یا prepreg می تواند از بین رفتن سیگنال 40 ٪ افزایش یابد یا باعث لایه لایه شدن در دوچرخه سواری حرارتی شود. در زیر مواد مهم و مشخصات آنها آورده شده است:
1. بستر و prepreg: تعادل SI و هزینه
بستر (ماده اصلی) و prepreg (ماده پیوند دهنده) ثابت دی الکتریک (DK) ، ضرر مماس (DF) و عملکرد حرارتی را تعیین می کند - همه کلید SI.
نوع ماده | dk @ 1GHz | df @ 1GHz | هدایت حرارتی (w/m · k) | TG (° C) | هزینه (نسبت به FR4) | بهترین برای |
---|---|---|---|---|---|---|
TG FR4 بالا | 4.2-4.6 | 0.02-0.03 | 0.3-0.4 | 170-180 | 1 برابر | لایه های با فرکانس پایین (قدرت ، سیگنال های کم سرعت) |
راجرز RO4350 | 3.48 | 0.0037 | 0.6 | 180 | 5 برابر | لایه های پر سرعت (28 گیگاهرتز mmwave) |
پلی افکنی | 3.0-3.5 | 0.008-0.01 | 0.2-0.4 | 260 | 4 برابر | انعطاف پذیر 10 لایه HDI (پوشیدنی ، تاشو) |
FR4 پر از سرامیک | 3.8-4.0 | 0.008-0.01 | 0.8-1.0 | 180 | 2 برابر | لایه های حرارتی-بحرانی (مسیرهای قدرت EV) |
استراتژی مادی برای HDI 10 لایه
A. Layers با سرعت بالا (1،3،8،10): از Rogers RO4350 برای به حداقل رساندن از دست دادن سیگنال استفاده کنید (0.8dB/اینچ در 28 گیگاهرتز در مقابل 2.5dB/اینچ برای FR4).
لایه های B.Power/Ground (2،3،7،8): از TG FR4 بالا یا FR4 پر از سرامیک برای راندمان هزینه و هدایت حرارتی استفاده کنید.
C.Prepreg: برای جلوگیری از عدم تطابق CTE ، از پیش فرض با بستر (به عنوان مثال ، راجرز 4450F برای لایه های RO4350) مطابقت دهید.
مثال: یک HDI 10 لایه برای 5G از Rogers RO4350 برای لایه های 1،3،8،10 و TG FR4 بالا برای بقیه استفاده می کند.
2. فویل مس: صافی برای Si با سرعت بالا
زبری سطح فویل مس (RA) به طور مستقیم بر از بین رفتن هادی در فرکانس های زیاد تأثیر می گذارد-سطوح رو به افزایش باعث افزایش اثر پوست می شوند (سیگنال ها در طول سطح حرکت می کنند).
نوع فویل مس | RA (μm) | از دست دادن هادی @ 28GHz (db/inch) | ظرفیت فعلی (ردیابی 1 میلی متر) | بهترین برای |
---|---|---|---|---|
مس نورد (RA) | <0.5 | 0.3 | 10a | لایه های پر سرعت (28 گیگاهرتز mmwave) |
مس الکترولیتی (ED) | 1-2 | 0.5 | 12a | لایه های قدرت/زمین (مس 2oz) |
توصیه
A. برای کاهش 40 ٪ از دست دادن هادی ، مس را برای لایه های سیگنال با سرعت بالا (1،3،8،10) استفاده کنید.
B. استفاده از مس الکترولیتی برای لایه های قدرت/زمین (2،3،7،8) برای به حداکثر رساندن ظرفیت فعلی (2oz ed مس 30a برای آثار 1 میلی متر).
0. پایان سطح: از Si و Solderability محافظت کنید
اتمام سطح از اکسیداسیون مس جلوگیری می کند و از لحیم کاری قابل اعتماد اطمینان می یابد-بحرانی برای BGA های 0.4 میلی متر در HDI 10 لایه.
پایان سطح | ضخامت | لحیم پذیری | از دست دادن سیگنال @ 28GHz (db/inch) | بهترین برای |
---|---|---|---|---|
enig (الکترول نیکل غوطه وری طلا) | 2-5μm Ni + 0.05μm AU | عالی (ماندگاری 18 ماهه) | 0.05 | BGA های پر سرعت (مودم های 5G) ، وسایل پزشکی |
Enepig (الکترولیت الکترولیت الکترولیت پالادیوم غوطه وری طلا) | 2-5μm Ni + 0.1μm PD + 0.05μm AU | برتر (ماندگاری 24 ماهه) | 0.04 | هوافضا ، ev adas (بدون خطر "پد سیاه") |
غوطه وری نقره (IM) | 0.1-0.2μm | خوب (ماندگاری 6 ماهه) | 0.06 | طرح های پر سرعت حساس به هزینه (WiFi 7) |
انتخاب بحرانی
از HASL (تراز کردن لحیم کاری هوای گرم) برای HDI 10 لایه خودداری کنید-سطح خشن آن (RA 1-2μm) 0.2dB/اینچ از بین رفتن سیگنال را در 28 گیگاهرتز اضافه می کند و مزایای بسترهای راجرز را خنثی می کند. Enig یا Enepig تنها گزینه های مناسب برای طرح های پر سرعت هستند.
بهینه سازی یکپارچگی سیگنال برای پشته های HDI 10 لایه
یکپارچگی سیگنال (SI) عامل ساخت یا شکستن برای PCB های HDI 10 لایه است-حتی افزایش 1dB در از دست دادن سیگنال می تواند یک طراحی 5G یا رادار را بی فایده کند. در زیر تأثیرگذارترین استراتژی های بهینه سازی SI ، که توسط داده ها پشتیبانی می شود:
1. کنترل امپدانس: تحمل 50Ω/100Ω را حفظ کنید
عدم تطابق امپدانس (به عنوان مثال ، 55Ω به جای 50Ω) باعث بازتاب سیگنال می شود و میزان خطای بیت (BER) را 40 ٪ افزایش می دهد. برای HDI 10 لایه:
سیگنال های پایان یافته A.Single (MMWAVE ، USB): هدف 5 ± 5 ٪. این هدف را با آثار مس 0.15 میلی متر ، 1oz نورد در راجرز RO4350 (ضخامت دی الکتریک 0.1 میلی متر) بدست آورید.
جفت های دیفرانسیل (اترنت 10 گیگابایت در ثانیه ، PCIE): 5 ± 5 ٪ هدف را هدف قرار دهید. از آثار 0.2 میلی متر با فاصله 0.2 میلی متر استفاده کنید (1oz مس ، راجرز RO4350).
پارامتر ردیابی | 50Ω تک انتهایی (راجرز RO4350) | جفت دیفرانسیل 100Ω (راجرز RO4350) |
---|---|---|
عرض ردیابی | 0.15 میلی متر | 0.2 میلی متر |
فاصله ردیابی | N/A (تک ردیابی) | 0.2 میلی متر |
ضخامت دی الکتریک | 0.1 میلی متر | 0.1 میلی متر |
ضخامت مس | 1oz (35μm) | 1oz (35μm) |
تحمل امپدانس | 5 ٪ | 5 ٪ |
نکته ابزار: از ماشین حساب امپدانس Altium Designer برای خودکار سازی ابعاد ردیابی استفاده کنید - خطاهای دستی را 70 ٪ کاهش می دهد.
2. از بین رفتن سیگنال با جداسازی لایه به حداقل برسد
سیگنال های سرعت بالا (28 گیگاهرتز+) به دلیل از دست دادن دی الکتریک (جذب شده توسط بستر) و از دست دادن هادی (گرما در مس) استحکام خود را از دست می دهند. این را کاهش دهید:
هواپیماهای زمینی A.DEDICATION: یک هواپیمای زمینی را مستقیماً در مجاورت هر لایه سیگنال با سرعت بالا قرار دهید (به عنوان مثال ، لایه 2 در زیر لایه 1 ، لایه 9 در زیر لایه 10). این یک پیکربندی "ریزگرد" یا "نوار خط" ایجاد می کند که از دست دادن 30 ٪ کاهش می یابد.
طول ردیابی B.Short: نگه داشتن آثار 28 گیگاهرتز <5 سانتی متر - هر سانتیمتر اضافی 0.8dB از دست دادن را اضافه می کند. برای مسیرهای طولانی تر ، از تکرار کننده ها یا تسویه حساب استفاده کنید.
C. avoid از طریق خرد: خردهای (استفاده نشده از طریق بخش ها) باعث بازتاب می شوند - از طریق خردهای <0.5 میلی متر برای سیگنال های 28 گیگاهرتز. برای از بین بردن خرد کردن ، از ویاس کور (به جای سوراخ ها) استفاده کنید.
نتیجه آزمایش: HDI 10 لایه با هواپیماهای زمینی اختصاصی و آثار 4cm 28GHz دارای 3.2dB از دست دادن کل-VS بود. 5.6db برای طراحی با هواپیماهای زمینی مشترک و آثار 6 سانتی متر.
3. با مسیریابی مناسب ، متقاطع را کاهش دهید
متقاطع (نشت سیگنال بین آثار مجاور) Si را در HDI 10 لایه با چگالی بالا تخریب می کند. آن را با:
فاصله A. Trace: فاصله 3 برابر عرض ردیابی بین آثار پر سرعت (به عنوان مثال ، فاصله 0.45 میلی متر برای آثار 0.15 میلی متر) را حفظ کنید. این 60 درصد متقاطع را کاهش می دهد.
B. Ground Vias: یک زمین را از طریق هر 2 میلی متر در امتداد جفت های دیفرانسیل قرار دهید - یک "سپر" ایجاد می کند که نشت سیگنال را مسدود می کند.
جداسازی C. Layer: از مسیریابی آثار پر سرعت در لایه های مجاور خودداری کنید (به عنوان مثال ، لایه های 1 و 3). آنها را با یک هواپیمای زمینی (لایه 2) جدا کنید تا 70 ٪ از آن را کاهش دهید.
روش کاهش متقاطع | تأثیر در متقاطع (28 گیگاهرتز) | هزینه اجرای |
---|---|---|
فاصله 3 برابر ردیابی | -60 ٪ | کم (بدون هزینه اضافی) |
هر 2 میلی متر | -45 ٪ | متوسط (vias اضافی) |
هواپیمای زمینی بین لایه ها | -70 ٪ | بالا (لایه اضافی) |
4. مدیریت حرارتی برای حفظ SI
گرمای بیش از حد تخریب بستر DK و هدایت مس - که هر دو به SI آسیب می رسانند. برای HDI 10 لایه:
A.Copper Power/هواپیماهای زمینی: از مس 2oz برای هواپیماهای برق (لایه های 3،8 در پشته متعادل) استفاده کنید - آنها گرمای 2 برابر سریعتر از 1oz مس را پخش می کنند.
B. Thermal Vias: دریل 0.3 میلی متر VIAS پر از مس در زیر اجزای داغ (به عنوان مثال ، 5G PAS) برای انتقال گرما به هواپیماهای زمینی داخلی. یک آرایه 10x10 از VIA های حرارتی دمای مؤلفه را 20 درجه سانتیگراد کاهش می دهد.
نقاط مهم C. AVOID: اجزای با قدرت بالا (به عنوان مثال ، تنظیم کننده های ولتاژ) به دور از آثار پر سرعت-گرمای از یک جزء 2W می تواند از دست دادن سیگنال در نزدیکی 0.5dB/اینچ افزایش یابد.
اشتباهات پشته HDI 10 لایه مشترک (و نحوه جلوگیری از آنها)
حتی مهندسان باتجربه خطاهای پشته ای را ایجاد می کنند که SI را خراب می کند. در زیر اشتباهات و راه حل های برتر وجود دارد:
1. مخلوط کردن سیگنال های پر سرعت و قدرت در همان لایه
a.mistake: مسیریابی ردیابی 28GHz MMWAVE و مسیرهای قدرت 12 ولت در همان لایه (به عنوان مثال ، لایه 1). نشت نویز برق به سیگنال های پر سرعت ، 50 ٪ افزایش می یابد.
B.Solution: محدودیت قدرت به هواپیماهای اختصاصی (لایه های 3،8) و سیگنال های پر سرعت به لایه های سیگنال بیرونی/داخلی (لایه های 1،3،8،10). از هواپیماهای زمینی به عنوان موانع استفاده کنید.
2. پوشش کافی هواپیمای زمینی
a.mistake: با استفاده از هواپیماهای زمینی "شبکه" (شکاف 1 میلی متر) به جای هواپیماهای جامد-مسیرهای بازگشت با امپدانس بالا را برای سیگنال های پر سرعت ایجاد می کند.
B.Solution: از هواپیماهای زمینی جامد با پوشش 90 ٪ استفاده کنید. فقط شکاف های کوچک (0.5 میلی متر) را برای عبور از ردیابی اضافه کنید-شکاف های نگهدارنده از مسیرهای پر سرعت.
3. از طریق قرار دادن ضعیف
a.mistake: قرار دادن VIA های سوراخ در مسیرهای سیگنال با سرعت بالا-آنها 1-2NH القاء انگلی را اضافه می کنند و باعث بازتاب می شوند.
B.Solution: از VIA های کور برای سیگنال های لایه بیرونی (به عنوان مثال ، لایه 1 → 2) و VIA های دفن شده برای اتصالات لایه داخلی استفاده کنید (به عنوان مثال ، لایه 3 → 4). از خردی> 0.5 میلی متر خودداری کنید.
4. عدم تطابق CTE بین لایه ها
a.mistake: با استفاده از موادی با CTE بسیار متفاوت (به عنوان مثال ، راجرز RO4350 (14 ppm/° C) و هسته آلومینیوم خالص (23 ppm/° C)) - باعث لایه لایه شدن در طول دوچرخه سواری حرارتی می شود.
B.Solution: مطابقت با لایه های مجاور. به عنوان مثال ، Rogers Ro4350 را با Rogers 4450F Prepreg (14 ppm/° C) جفت کنید و از مخلوط کردن مواد متفاوت خودداری کنید.
5. نادیده گرفتن تحمل های تولید
a.mistake: طراحی برای ابعاد ایده آل (به عنوان مثال ، 0.15 میلی متر ردپای) بدون حسابداری برای تحمل اچ (0.02 میلی متر پوند) - در مورد تغییرات امپدانس> 10 ±.
B.Solution: 10 ٪ حاشیه را به ابعاد ردیابی اضافه کنید (به عنوان مثال ، طراحی 0.17 میلی متر برای هدف 0.15 میلی متر). برای تأیید تحمل روند خود با تولید کنندگان کار کنید.
کاربرد دنیای واقعی: پشته 10 لایه HDI برای سلولهای کوچک 5G
یک OEM از راه دور پیشرو برای سلول کوچک 5G خود به یک HDI PCB 10 لایه ای نیاز داشت ، با نیاز:
A.Support 28GHz MMWAVE (از دست دادن سیگنال <4db بیش از 5 سانتی متر).
B.Handle 4x 2.5gbps درگاه های اترنت.
C.FIT در محفظه 120 میلی متر 120 میلی متر.
طراحی پشته
آنها پیکربندی انزوای پر سرعت (4+2+4) را با:
A.Layers 1،3،8،10: Rogers RO4350 (28 گیگاهرتز MMWAVE ، 10 گیگابایت اترنت).
B.Layers 2،4،7،9: 1oz هواپیمای زمینی جامد (پوشش 95 ٪).
C.Layers 5-6: TG FR4 بالا (قدرت 3.3 ولت ، مس 1oz).
D.Vias: 60μm Vias کور (لایه 1 → 2 ، 10 → 9) ، VIA های دفن شده 80μm (لایه 3 → 4 ، 7 → 8).
نتایج آزمایش SI
متریک تست | هدف | نتیجه واقعی |
---|---|---|
از دست دادن سیگنال 28 گیگاهرتز (5 سانتی متر) | <4db | 3.2db |
10 گیگابیت بر ثانیه اترنت بر | <1e-12 | 5E-13 |
متقاطع (28 گیگاهرتز) | <-40db | -45db |
مقاومت حرارتی | <1.0 ° C/W | 0.8 درجه سانتیگراد/W |
نتیجه
A. سلول کوچک برای کیفیت سیگنال استانداردهای 5G NR (3GPP انتشار 16) را رعایت کرد.
تست های B.Field 20 ٪ پوشش بهتر از طراحی HDI 6 لایه قبلی را نشان داد.
C.Manufacturing عملکرد با لمینیت پی در پی و تراز نوری به 92 ٪ رسید.
سؤالات متداول در مورد پشته های 10 لایه HDI PCB
Q1: چه مدت طول می کشد تا یک پشته 10 لایه HDI طراحی شود؟
پاسخ: برای یک مهندس با تجربه ، طراحی Stackup 2-3 روز طول می کشد - از جمله انتخاب مواد ، محاسبات امپدانس و بررسی های DFM. اضافه کردن شبیه سازی SI (به عنوان مثال ، Hyperlynx) 1-2 روز اضافه می کند اما برای طرح های پر سرعت بسیار مهم است.
Q2: آیا پشته های HDI 10 لایه می توانند انعطاف پذیر باشند؟
پاسخ: بله - از بستر پلی آمید (TG 260 درجه سانتیگراد) و مس نورد برای همه لایه ها استفاده کنید. پشته های HDI 10 لایه انعطاف پذیر از شعاع خمش 0.5 میلی متر پشتیبانی می کنند و برای پوشیدنی ها یا تلفن های تاشو ایده آل هستند. توجه: طرح های انعطاف پذیر نیاز به لمینیت متوالی و هزینه 3 برابر بیشتر از نسخه های سفت و سخت دارند.
Q3: حداقل عرض/فاصله ردیابی برای HDI 10 لایه چیست؟
پاسخ: بیشتر تولید کنندگان 20/20μm (0.8/0.8mil) را با اچ لیزر پشتیبانی می کنند. فرآیندهای پیشرفته (لیتوگرافی Deep UV) می توانند به 15/15 میکرومتر برسند ، اما این هزینه 20 ٪ به هزینه می بخشد. برای سیگنال های 28 گیگاهرتز ، 20/20μm حداقل عملی برای جلوگیری از از دست دادن بیش از حد است.
Q4: هزینه HDI 10 لایه HDI در مقابل HDI 6 لایه چقدر است؟
پاسخ: یک HDI PCB 10 لایه 2.5 برابر بیشتر از HDI 6 لایه (به عنوان مثال ، 50 دلار در مقابل 20 دلار در هر واحد برای 100K واحد) هزینه دارد. حق بیمه از لایه های اضافی ، لمینیت پی در پی و مواد پر سرعت (راجرز) تهیه می شود. برای اجرای با حجم بالا ، هزینه هر واحد به 35 تا 40 دلار کاهش می یابد.
Q5: چه آزمایشاتی برای HDI Stackup SI 10 لایه لازم است؟
پاسخ: تست های ضروری شامل موارد زیر است:
A.TDR (بازتاب سنج دامنه زمان): اقدامات امپدانس و از طریق بازتاب.
B.VNA (آنالایزر شبکه وکتور): از دست دادن سیگنال و متقاطع در فرکانس های هدف (28 گیگاهرتز+) آزمایش می کند.
C. دوچرخه سواری Thermal: اعتبار را تأیید می کند (-40 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد ، 1000 چرخه).
بازرسی DX-Ray: از طریق تراز پر و لایه بررسی می شود.
پایان
طراحی پشته 10 لایه HDI PCB یک عمل متعادل است-بین چگالی و SI ، هزینه و عملکرد و تولید و قابلیت اطمینان. هنگامی که به درستی انجام شد ، یک پشته HDI 10 لایه 2 برابر چگالی مؤلفه PCB های استاندارد را ارائه می دهد ، از سیگنال های 28 گیگاهرتز+ MMWave پشتیبانی می کند و EMI را 40 ٪ کاهش می دهد-و این را برای 5G ، EVS و هوافضا ضروری می کند.
کلید موفقیت در این موارد نهفته است:
1. انتخاب پیکربندی پشته سمت راست (متعادل برای سیگنال مختلط ، جداسازی برای سرعت بالا).
2. انتخاب موادی که SI را در اولویت قرار می دهند (راجرز برای هزینه با سرعت بالا ، TG FR4 برای هزینه).
3. بهینه سازی امپدانس ، مسیریابی ردیابی و مدیریت حرارتی برای حفظ کیفیت سیگنال.
4- اشتباهات رایج مانند لایه های سیگنال/برق مختلط یا پوشش کافی زمین.
با افزایش پیچیده تر الکترونیک ، HDI 10 لایه همچنان یک فناوری مهم خواهد بود-شکاف بین مینیاتوریزاسیون و عملکرد. با استفاده از بینش در این راهنما ، شما قادر خواهید بود StackUp هایی را که مطابق با سخت ترین استانداردها است ، طراحی کنید ، نقص تولید را کاهش داده و محصولاتی را ارائه دهید که در یک بازار رقابتی قرار دارند.
برای تولید کنندگان ، همکاری با متخصصان HDI (مانند LT Circuit) تضمین می کند که پشته شما آماده تولید است-با لمینیت متوالی ، حفاری لیزر و آزمایش SI که هر طرح را تأیید می کند. با استفاده از StackUp و شریک مناسب ، PCB های HDI 10 لایه فقط مشخصات را برآورده نمی کنند-آنها آنچه را که ممکن است تعریف می کنند.
درخواست خود را به طور مستقیم به ما بفرستید