高密度互连印刷电路板:如何HDI

回忆:回顾两年前，我为Cadence写的第一篇文章的标题是“如何使用HDMI”。由于大众的需求，我放弃了“M”，进入了精细的pitch布局池。HDI需求的主要原因来自芯片供应商。最初的球格阵列包支持常规过孔。渐渐地，别针变得更舒服了。1.27毫米间距变成1毫米，然后0.8下降到0.65毫米中心。这是最后一个节点，其中镀通孔(PTH)过孔是一个选项。

下一步是0.5毫米级BGAs。我们仍然可以使用嵌入在焊锡板内的通孔，但有两个问题。一个是通孔必须被填充和封盖，以便你得到一个平坦的表面，不允许焊料在回流过程中流失。另一件事是典型的“8/18”孔的成品孔尺寸为0.2毫米，捕获垫为0.45毫米。在0.5毫米间距的设备上，留下50微米的痕迹，痕迹两侧有一个气隙。这是不现实的。

解决每平方英寸过多引脚的方法:微孔

微孔是进入HDI池的第一步。主要的好处是微通孔是微的!除了它们较小的尺寸，真正的好处是微通孔跨越一层对。您可以从第1层“钻”到第2层，并在第2层上扇形展开到PTH通道，完成其余的路由。这是HDI最简单的实现。这对你们大多数人来说可能是显而易见的，但我要花点时间指出，“钻孔”是用激光完成的。

图片来源:作者-混合信号PCB的DSP端，注意ENIG整理优先于上面第一次迭代的HASL。通过镀金提高了通孔板的平整度。另外，为了更好地处理HDI，我们在这个程序中间过渡到Cadence。金色的那块是我的第一块Allegro板。

实际上，两个激光比一个好。有一种波长能穿透铜，另一种波长能很好地穿透电介质材料，但主要反射到铜上。你想用红外CO2激光击穿金属，然后切换到紫外掺钕，钇铝石榴石(Nd-YAG)激光穿透绝缘层。一旦它击中内层的第二层金属，它就会停止脉冲，而不会烧穿金属。

这是关键。即使你打算将微孔从第1层堆叠到第3层，你仍然希望第2层上的衬垫作为激光的目标。堆积微孔的成本很小。我在Chromecast PCB上使用了吝啬的交错微孔方法。缺点是它占用了传统的第二层地平面。它花了几个小时来实现制造供应商的要求。当你在销售数以百万计的产品时，每一分钱都很重要。注意，在HDI板中，接地平面的理想位置不一定是第2层

图像来源:作者-需要更厚的RF迹线，以允许测试点没有阻抗问题。如果参考平面深入电路板几层，痕迹只能是厚的。

因此，有尺寸差异和单层跨度，但在设计带有微通孔的PCB之前，还有另一个因素需要了解。一旦孔的材料烧蚀，它必须被镀。这是几乎不可能板深和狭窄的孔，所以电介质材料必须非常薄，以使用微通孔。这个比例介于0.6比1和1比1之间。使成品孔尺寸与电介质厚度相同将是领先优势，对大多数晶圆厂来说可能是不可能的。你真的希望材料比孔直径更薄。

解决方案的核心:核心通孔

这意味着薄电介质总是有需求的。就像某些消费产品现在成本更高一样，对HDI友好的材料可能会有一些交货时间和价格压力。成本和性能之间的平衡带来了微通孔的有限使用。我会说3-N-3的组合是最佳点。我把3-N-3拆开。你从一块N层厚的木板开始。为了便于讨论，我们称它为N=4。三表示核心周围增加的层数。

该商店将在正常的方式使用PTH通过几何制作4层板。这块板将成为成品板的核心。然后，他们在4层的每一侧再分层一层。为了支撑75-100微米的过孔，这些层大约有50微米厚。他们一遍又一遍地这样做，分层和激光，这样你最终会得到3个激光通过层，4个机械通过层，3个激光通过层，总共10层。

图片来源:作者- 14层3-N-3堆叠;不一定是规模。

除薄预浸料层外，主要的成本驱动因素是层压循环。从两层、四层、六层或更多核心层开始并不是什么大问题。这就是为什么通用术语将所有这些核心堆栈归为“N”层数。这是将电路板再次放入压力机中，等待所有的材料在热量和压力下结合在一起，从而提高成本。压力机通常是工厂里最昂贵的设备。它们的工作速度不如钻头或镀槽快。只有一台压力机的商店存在瓶颈，必须相应地为HDI板定价。

一个稍微不同的HDI方法——我最喜欢的堆栈

一个很酷的hack是制造HDI板芯采用薄电介质在外层上，在芯上创建微孔，然后再进行第二次分层循环。这被称为2-N-2 +叠加。它比3-N-3版本少了一次印刷次数。这样做的后果是，核心通道向堆栈的顶部和底部进一步扩展了一层。核孔突出的地层通常是很好的地平面层。

从路由的角度来看，拥有跨越1-2、2-3、3-4、4-7、7-8、8-9和9-10的通孔可以解决最恼人的扇出问题。许多电路板可以用更少的技术完成，有些可能需要微孔贯穿整个电路板。到那时，电路板两侧都塞满了组件，并且可能有带有1000个或更多引脚的细间距BGA器件。当你完成其中一种滑板时，成就感就像潮水一样冲刷着你和你的腕管。祝你玩得开心。