По мере того как печатные платы становятся компактнее, плотность трассировки растет, а требования к скорости и производительности повышаются, классические конструкции с металлизированными сквозными отверстиями уже не подходят для многих задач. Именно поэтому технология HDI (High-Density Interconnect) стала стандартным подходом в современном проектировании PCB.
HDI использует микровии, слои buildup и тонкопроводниковую трассировку, чтобы разместить больше межсоединений на меньшей площади. На практике HDI обычно рассматривают через типы PCB и структуры stackup — от 1+N+1 и 2+N+2 до более сложных форматов, таких как ELIC.
В этой статье мы разберем основные типы HDI PCB, объясним, как определяются структуры Type I–Type VI, что означает обозначение x[C]x, и как правила проектирования HDI влияют на технологичность производства.
Основа HDI: микровии и высокая плотность трассировки
Главная особенность HDI — это использование микровий и структур межсоединений высокой плотности.
Микровии бывают разной формы
На HDI-платах микровии не ограничиваются одной геометрией. Наиболее распространенные формы:
- с прямыми стенками
- с положительной конусностью
- с отрицательной конусностью
- чашеобразные
Такие формы позволяют создавать межслойные соединения высокой плотности в компактных конструкциях PCB.
Обработка микровий делится на три класса
Процессы изготовления микровий обычно делят на три категории:
- Class A
- Class B
- Class C
Технологические методы различаются, но цель у них одна: обеспечить более высокую плотность межсоединений на ограниченной площади.
HDI существенно повышает плотность трассировки
За счет сочетания микровий и слоев buildup технология HDI может обеспечить плотность трассировки примерно в 4–8 раз выше, чем у традиционных PCB со сквозными отверстиями.
Именно поэтому HDI широко применяется в:
- смартфонах
- телекоммуникационном оборудовании
- промышленной электронике
- высокопроизводительных вычислительных системах
IPC классифицирует микровии на несколько типов
В терминологии IPC микровии не рассматриваются как единый универсальный элемент. Они делятся на 10 типов, что отражает разнообразие структур, используемых в HDI-проектировании.
Базовая классификация типов HDI PCB
Структуры HDI обычно делятся на шесть основных категорий:
- Type I
- Type II
- Type III
- Type IV
- Type V
- Type VI
Эти шесть категорий охватывают наиболее распространенные типы HDI PCB и HDI stackup, применяемые сегодня. Даже несмотря на то, что с развитием технологий могут появляться новые варианты, именно эта система классификации остается базовой для понимания HDI-структур.
Что означает слой core: значение [C]
Один из ключевых элементов классификации HDI — это базовый слой core.
В обозначениях HDI символ [C] означает core. В зависимости от того, какую роль он играет в структуре межсоединений, он может определяться по-разному:
- [CA]: core с внутренними проводящими переходами, который может соединяться с внешними слоями
- [CB]: core, поддерживающий как внутренние, так и внешние соединения, где микровии подключаются к внутренним слоям
- [CC]: пассивный core без электрических межсоединений
Это важно, потому что структура HDI определяется не только количеством buildup-слоев, но и электрической функцией самого core.
Что означает x[C]x в HDI stackup
HDI-структуры buildup часто описываются с помощью обозначения:
x[C]x
Где:
- x — это количество buildup-слоев, добавленных к core
- [C] — это ламинированный core из n слоев, с отверстиями или без них
Такое обозначение показывает, сколько buildup-слоев добавлено с каждой стороны core.
Примеры:
- 1[C]0 = один buildup-слой с одной стороны core
- 1[C]1 = по одному buildup-слою с обеих сторон
- 2[C]0 = два buildup-слоя с одной стороны
- 2[C]2 = два buildup-слоя с обеих сторон
Когда эта логика становится понятной, различия между структурами Type I–Type VI воспринимаются гораздо проще. На практике эта система также соответствует распространенным stackup-конфигурациям, таким как 1+N+1 HDI и другим вариантам последовательного buildup.
Основные типы HDI PCB
Структура Type I
Стандартные обозначения
- 1[C]0
- 1[C]1
Основные особенности
Type I включает:
- металлизированные микровии
- металлизированные сквозные отверстия
Главная особенность этой структуры — один уровень buildup с микровиями на одной или обеих сторонах core.
- 1[C]0 = один слой микровий с одной стороны
- 1[C]1 = один слой микровий с обеих сторон
Типовая структура
Type I начинается с обычного core, который может быть жестким или гибким. Затем на core добавляется диэлектрический слой, формируются blind vias для соединения внешних слоев с соседними внутренними. После этого выполняется механическое сверление сквозных отверстий через всю толщину платы. После металлизации или проводящего заполнения формируется проводящий рисунок внешних слоев.
Как это понимать
Type I — один из самых распространенных и самых понятных типов HDI PCB. Он сочетает core, микровии и металлизированные сквозные отверстия в одноуровневой buildup-структуре и тесно связан с концепцией 1+N+1 HDI.
Структура Type II
Стандартные обозначения
- 1[C]0
- 1[C]1
Главное отличие от Type I
У Type II buildup-структура похожа на Type I, но в core уже имеются металлизированные сквозные отверстия еще до начала HDI buildup.
Как это понимать
Type II использует заранее подготовленный core с уже сформированной сквозной металлизированной связностью, а затем добавляет поверх него HDI-структуру. Такой вариант подходит для плат, в которых часть межсоединений уже реализована внутри базового core.
Структура Type III
Стандартные обозначения
- 2[C]0
- 2[C]2
Основные особенности
Type III также включает:
- металлизированные микровии
- металлизированные сквозные отверстия
Но в отличие от Type I и Type II здесь используются два уровня buildup с микровиями, а не один.
- 2[C]0 = два buildup-слоя с одной стороны
- 2[C]2 = два buildup-слоя с обеих сторон
Типовая структура
Type III обычно изготавливается методом последовательной ламинации. Первый buildup-слой формирует микровии между соседними внутренними слоями, после чего выполняются металлизация и формирование цепей. Затем добавляется второй диэлектрический слой для создания внешнего уровня микровий. После этого сверлятся сквозные отверстия и завершается формирование окончательного проводящего рисунка.
Почему это важно
По сравнению с Type I и Type II, структура Type III обеспечивает:
- более высокую плотность трассировки
- более сложные межсоединения
- многоэтапные buildup-структуры
Поэтому такой тип часто используется в более сложных HDI stackup.
Структура Type IV
Стандартные обозначения
- 1[P]0
- 1[P]1
- >2[P]>0
Основные особенности
Type IV строится на основе уже просверленного и металлизированного субстрата, а не на необработанном core.
Базовая структура может быть:
- стандартным PCB core
- металлокорной подложкой
- жесткой или гибкой
Как это понимать
Type IV лучше всего рассматривать как HDI-структуру, добавленную поверх уже обработанной основы с существующими металлизированными соединениями.
Структура Type V
Основные особенности
Type V — это coreless HDI structure, то есть HDI-структура без традиционного core.
Вместо центрального core она соединяет металлизированные слои или слои, заполненные проводящей пастой, через общий промежуточный слой.
Особенность процесса
Слои обычно добавляются парами, а межсоединения часто формируются одновременно. В отличие от классического последовательного buildup, Type V ближе к одноэтапному процессу ламинации.
Как это понимать
Ключевые признаки Type V:
- отсутствие core
- попарное построение слоев
- поведение, близкое к одноэтапной ламинации
Такой тип coreless HDI особенно полезен там, где требуется более тонкая или более легкая конструкция.
Структура Type VI
Основные особенности
Type VI — самая гибкая категория HDI. Она позволяет одновременно формировать электрические межсоединения и проводящий рисунок, а в некоторых случаях — и электрическую, и механическую структуру одновременно.
Варианты изготовления
Type VI может использовать:
- последовательную ламинацию
- одноэтапную ламинацию
Методы межсоединений
В отличие от обычных HDI-конструкций, Type VI не зависит только от металлизации. Межслойные соединения могут также создаваться с использованием:
- анизотропных пленок или клеев
- проводящей пасты
- методов прокола диэлектрика
- других технологий без традиционной металлизации
Как это понимать
Type VI представляет собой более интегрированный подход к HDI, где межсоединение и сама структура формируются в рамках одного технологического цикла. Такой подход особенно важен для advanced packaging и специализированных высокоплотных применений.
Правила проектирования HDI и технологичность
Одно из ключевых отличий HDI-проектирования от традиционного PCB-дизайна заключается в том, что производственные возможности напрямую определяют, можно ли надежно изготовить проект.
Возможности фабрик могут существенно отличаться по таким параметрам, как:
- формирование тонких линий
- точность травления
- совмещение слоев
- изготовление микровий
- качество металлизации
Именно поэтому правила проектирования HDI — это важнейшая часть реальной разработки HDI-плат.
Почему правила проектирования HDI делятся на категории
Правила проектирования HDI делятся на классы, чтобы отразить различия в сложности производства и технологичности.
В общем виде их можно рассматривать в двух широких диапазонах:
- предпочтительная технологичность
- пониженная технологичность
Для практического использования при проектировании их обычно упрощают до трех классов:
- Class A
- Class B
- Class C
Такая система классификации тесно связана со стандартами вроде IPC-2226, которые широко используются при обсуждении HDI-структур и их технологичности.
Что означают классы A, B и C в правилах проектирования HDI
Class A: оптимально для стандартного серийного производства
Class A предполагает сравнительно более мягкие допуски в рамках стандартных HDI-процессов. Это дает несколько очевидных преимуществ:
- более низкая стоимость
- более простой контроль выхода годных
- лучшая пригодность для массового производства
- более широкий выбор поставщиков
Большинство производителей, способных выпускать HDI, могут работать с Class A. Поэтому этот вариант обычно лучше всего подходит для изделий, где важны контроль стоимости, стабильность производства и гибкость цепочки поставок.
Class B: стандартный уровень производства HDI
Class B представляет собой более типичный уровень возможностей HDI-производства. Он требует более жесткого контроля, чем Class A, но все еще находится в пределах возможностей большинства опытных HDI-фабрик. Примерно 75% производителей HDI способны выполнять требования Class B.
Class B обычно применяется в:
- платах средней и высокой плотности
- изделиях, где нужен баланс между характеристиками и стоимостью
- электронике среднего и верхнего сегмента
Class C: продвинутые производственные требования
Class C — это наиболее требовательная категория проектирования HDI. Она требует самого высокого уровня технологических возможностей, и лишь около 20% производителей HDI могут стабильно ее обеспечивать.
Для поддержания приемлемого выхода годных при Class C часто требуются:
- меньшие размеры панелей
- более жесткий контроль технологического процесса
- специальное оборудование или нестандартные методы производства
В результате это обычно означает:
- более высокую стоимость
- меньшую производственную эффективность
Class C чаще всего применяется в таких продвинутых областях, как:
- электронное корпусирование
- COB (Chip on Board)
- flip-chip interposers
- MCM (Multi-Chip Modules)
Для большинства стандартных PCB-проектов Class C не является вариантом по умолчанию. Обычно этот уровень оставляют для высококлассных задач межсоединений и корпусирования.
Практическое правило в HDI-проектировании
Классы A, B и C ясно показывают одну вещь: в HDI меньший размер элементов не всегда означает лучший результат.
Практичный подход к проектированию должен учитывать баланс между:
- плотностью трассировки
- электрическими характеристиками
- выходом годных
- возможностями поставщика
- стоимостью производства
В целом более мягкие правила проектирования легче масштабировать в серийном производстве и они обходятся дешевле. Более жесткие правила повышают сложность изготовления, сокращают число доступных производителей и увеличивают стоимость.
Поэтому хорошее HDI-проектирование — это не попытка довести каждый параметр до минимума. Главное — выбрать правильную структуру и подходящие правила проектирования под конкретное изделие и доступные производственные возможности.
Правила проектирования HDI всегда должны соответствовать структуре
Правила проектирования HDI всегда следует рассматривать в контексте самой структуры, включая:
- тип HDI
- количество buildup-слоев с микровиями
- класс проектирования
- требуемые производственные допуски
Именно поэтому такие правила проще всего понимать в связке с конкретной HDI-структурой. В качестве примера часто используют Type III, потому что его двухуровневая buildup-структура с микровиями наглядно показывает взаимосвязь между плотностью трассировки и производственными возможностями.
Заключение
HDI — это гораздо больше, чем просто концепция PCB на основе микровий. Это полноценная система межсоединений, определяемая структурой core, методом buildup, стратегией via и технологичностью.
Чтобы действительно понимать типы HDI PCB, разработчику важно рассматривать сразу четыре аспекта:
- конструкцию микровий
- тип структуры
- обозначение stackup
- правила проектирования
На практике задача состоит не в том, чтобы выучить Type I–Type VI наизусть. Реальная ценность — в умении выбрать подходящую структуру под конкретную задачу: будь то одноэтапный или многоэтапный buildup, конструкция с core или coreless HDI, либо технологически оправданный баланс между характеристиками и стоимостью.
Когда структура и производственные возможности рассматриваются вместе, HDI-проектирование становится заметно понятнее, а вероятность успешного запуска в производство — значительно выше.
