HDI PCB 技术也持续向更高密度和更复杂的方向发展,以满足日益增长的数据传输速度和处理能力的需求。
HDI PCB 分类、特点及应用
PCB 厂商依据 PCB 的激光钻孔次数不同,将HDI PCB 分成一阶、二阶、三阶.…..任意阶。
表1:一般到三阶就算比较复杂了,再向上走,就可以直接做成任意阶
Allegro X PCB Designer 助力HDI PCB设计
HDI PCB 设计中,需要考虑的因素非常多,包括板材选择、层叠设计及阻抗控制、过孔创建、规则设定等。我们本期基于 Cadence的Allegro X PCB Designer,分享HDI PCB 设计中的一些关键因素。
1. 板材选择
HDI PCB 与普通 PCB 的考虑要素基本一致,包括板材、阻抗控制、厂家加工能力等等。选择合适的板材对于确保电路板的性能和可靠性至关重要。
板材管理流程
Allegro X PCB Designer 支持可用的板材信息维护到设计工具(Set up →Materials),方便 PCB 工程师直接选用,且不涉及信息安全方面的问题。图1是板材信息维护窗口,清晰列出板材信息,这些信息可以增加、删除、修改。图2支持 PCB 工程师选用板材,设定所需 PCB 层叠结构。
图1:板材维护和管理
图2:板材选用
2. 层叠方案及阻抗控制
HDI PCB 设计的第一步需要确定PCB的层叠方案。设计者需要考虑积层材料的电气性能、成孔质量、耐压、材料成本等因素,结合实现当前设计所需的层数(阻抗控制需求、电源设计需求等决定),最终得出HDI PCB 的层叠方案。图3展示层叠结构规划要素。
图3:HDI PCB 层叠结构要素示例
3. 微孔创建
层叠结构确定后,工程师需考虑整板厚径比和微孔部分的厚径比,确保这些PCB能够正常制作。
接下来工程师需先创建设计所需的微孔。要注意,微孔创建时,过孔类型要选择“Microvia”,如图4所示。同时,选择非标准钻孔“Laser”。
图4:微孔创建时选择Microvia
图5:选择非标钻孔类型
4. HDI PCB 设计规则及其设置
HDI PCB 的设计流程与普通PCB一致。新增加的设计要求在于微孔的设计及其相关的规则设计方案。在Allegro X PCB Designer 的环境中,如何使用微孔及其相关的规则,确保 HDI PCB 的高质量高效交付?
表2:展示本文即将介绍的关键规则信息
以“盘中孔”设计为例,在Allegro X 的 PCB 设计环境下,介绍这部分规则的设定及应用。
盘中孔设计规则设定
a. 微孔应用部分的厚径比规则设置
微孔应用部分的厚径比规则设定如图6和图7所示。工程师在设定厚径比规则后,需要打开相应的规则分析模式。
图6:微孔厚径比规则设定
图7:打开规则分析模式
b. 盘中孔的孔盘位置规则
设计中使用“盘中孔”时,通常需要保证孔在焊盘内,不能在任何方向超出焊盘,如图8所示。Allegro X PCB Designer 的相关设计规则可助力设计者确保孔完全在 SMD焊盘内。设定方法如图10所示。
图8:厚径比规则-DRC显示
图9:孔盘位置关系图
图10:孔盘位置约束设定
c. 盘中孔的阻焊规则
设计中使用“盘中孔”时,如果微孔和 SMD 焊盘在设计时包含了 solder mask层,那么在应用“盘中孔”设计时,从 DFM的角度看,设计者需约束微孔和SMD 焊盘的solder mask 的位置,保证设计质量。这个约束规则设定方法如图11 -图12所示。
图11: 盘中孔的solder mask规则设定
图12:打开 DRC
“错孔”设计 和 “叠孔”设计
使用“错孔”时,设计者每次打孔,都需留意所用过孔是否正确。如果通过人力来保证过孔使用的正确性,总会出现纰漏,引发质量问题。Allegro X PCB Designer在设计 HDI PCB时,可以设定过孔的次序,以规则来约束布线,保证布线质量。此设定可大幅提升设计效率,保证设计需求落实。
“叠孔”比步进孔占用的空间少,有利于高密设计。但是,叠孔的孔数越多,成本越高,连接可靠性也会降低。
图13:“错孔”截面图
“叠孔”设计规则设定
Allegro X PCB Designer中,跟叠孔相关的功能,一个是“叠孔数量检查”规则,一个是“叠孔分离”功能。不同厂商的加工能力有所不同,工程师需与厂家对接加工能力后,结合设计需求,设定最大叠孔数。有规则约束后,设计质量才有保障。如果叠孔数超过最大值,工程师则需要使用“叠孔分离”功能(把“叠孔”中的部分过孔分离出来,转为“步进孔”),把叠孔数降低到安全范围内。
PCB 中使用了叠孔设计时,设计者也需设定叠孔错位误差控制规则,确保两个相叠的孔的中心点重合。避免DFM 问题的出现。
总结
HDI PCB 设计,主要解决的是高密设计问题。本期介绍了Allegro X PCB Designer的部分高密设计特性,支撑用户的高密设计需求。用户可按照实际设计需求,选择合适的规则,约束设计对象,实现规则驱动布局布线,一次把设计做对,避免反复修改,更好地保证交付质量和 PCB 的可靠性。欢迎使用Allegro X Designer基础模块,了解更多的HDI PCB高密设计
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