1.引 言
產(chǎn)品小型化的好處是顯而易見的,從而帶動了小型化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。這些技術(shù)主要有:
傳統(tǒng)意義上的HDI技術(shù),經(jīng)過多年的發(fā)展,現(xiàn)在國內(nèi)廠家可以做到3+n+3,也就是3階盲埋孔設(shè)計已經(jīng)開始逐步成熟了。
ANYLAYER(任意階)技術(shù),又叫任意過孔技術(shù)(ALIVH-Any Layer IVH Structure Multilayer Printed Wiring Board),隨著蘋果的iPhone 4及iPad采用了ANYLAYER HDI,任意階技術(shù)也因此越來越被廣大智能手機等廠家所關(guān)注
埋阻、埋容和埋入式元器件,不少廠家研究埋阻、埋容技術(shù)多年,埋容也已經(jīng)能實現(xiàn)量產(chǎn),埋入式元器件早些年大量用于航空航天和軍事領(lǐng)域,這些年因為SiP的普及,在普通電子產(chǎn)品領(lǐng)域也開始火起來,算是比較新的技術(shù),多用于封裝載板
小型化技術(shù)的推廣,除了對生產(chǎn)工藝帶來巨大的挑戰(zhàn)之外,還對設(shè)計方法、觀念、工具等都帶來深遠的影響。傳統(tǒng)的設(shè)計工具效率低下,并且因為不具備相應的約束規(guī)則而需要大量人工干預檢查,比較容易出錯,設(shè)計工程師需要全新的支持小型化設(shè)計技術(shù)的工具。Cadence SPB16.5全面加強了對小型化設(shè)計的支持,增加了埋入式元器件的設(shè)計方法,同時進一步優(yōu)化增強了對HDI以及ANYLAYER技術(shù)的支持。
2.HDI技術(shù)以及工藝實現(xiàn)
HDI:High Density Interconnect,高密度互連。傳統(tǒng)的PCB板的鉆孔由于受到鉆刀影響,當鉆孔孔徑達到0.15mm時,成本已經(jīng)非常高,且很難再次改進。而 HDI板的鉆孔不再依賴于傳統(tǒng)的機械鉆孔,而是利用激光鉆孔和機械鉆孔的結(jié)合應用。HDI也就是通常我們所說的盲埋孔技術(shù)。HDI技術(shù)的出現(xiàn),適應并推進了PCB行業(yè)的發(fā)展。使得在PCB板內(nèi)可以排列上更加密集的BGA、QFP等。
HDI的分類
IPC-2315上對HDI的分類有詳細說明,這里我們按照激光孔深度的不同分為以下幾種:一階HDI, 二階HDI 三階HDI,如圖1所示。
圖1:HDI的分類
一階的HDI技術(shù)是指盲孔僅僅連通表層及與其相鄰的次外層的成孔技術(shù)。通常激光孔和盤采用4/12mil(5/12mil),當然,現(xiàn)在也可以采用更小盤如 4/10mil了應對密度較高的布線。內(nèi)層的盲孔我們一般采用普通孔。而二階的HDI技術(shù)是在1階的HDI技術(shù)上的改進和提高,它包含激光盲孔直接由表層鉆到第三層(2+N+2),和表層鉆到第二層再由第二層鉆到第三層兩種形式(1+1+N+1+1),其加工難度遠遠大于1階的HDI技術(shù)。三階HDI板的加工制作工藝與二階基本相似,就是多了幾種類型的孔。目前國內(nèi)的二階HDI設(shè)計和加工已經(jīng)非常成熟了。
3.HDI板設(shè)計上的挑戰(zhàn)
多階HDI的設(shè)計,需要一個靈活強大的約束管理器,能識別微孔和普通機械孔,能設(shè)置微孔與其他元素的間距約束。同名網(wǎng)絡(luò)的約束關(guān)系變得復雜,需要支持各種情況下的同名網(wǎng)絡(luò)間距約束檢查。需要能清晰的顯示不同類型的過孔信息,方便設(shè)計工程師進行管理。Allegro的3D結(jié)構(gòu)視圖可以幫助我們更加了解不同孔的結(jié)構(gòu)。
Cadence的 SPB16.X平臺,具有強大的HDI設(shè)計功能。
首先是Micro Via屬性,使得HDI工藝實現(xiàn)的微孔徹底和傳統(tǒng)機械實現(xiàn)的盲埋孔區(qū)分開來,單獨進行約束設(shè)置;結(jié)合單獨區(qū)分出來的同名網(wǎng)絡(luò)設(shè)計約束、盤中孔設(shè)計約束等,實現(xiàn)了靈活強大的約束驅(qū)動的HDI設(shè)計。
Via Labels功能,可以讓設(shè)計者更加方便的查看了解微孔所連接的層,進行設(shè)計規(guī)劃;同時結(jié)合基于OpenGL的3D過孔結(jié)構(gòu)現(xiàn)實功能,從平面到立體,幫助工程師實現(xiàn)復雜的多階過孔結(jié)構(gòu)管理。
無盤設(shè)計功能可以自動根據(jù)走線層來實現(xiàn)通孔焊盤的存在與去除,實現(xiàn)了設(shè)計之初就因為去除焊盤來實現(xiàn)更加優(yōu)化的布線空間利用率;與之相匹配的功能是增加了Hole和其他元素的間距約束設(shè)置。
其他功能包括:DRC Modes里面的Via in Pad約束設(shè)置,過孔類型的結(jié)構(gòu)示例圖形,強大的Fan out功能和BGA出線功能等
一博科技采用Cadence強大的小型化設(shè)計工具,結(jié)合自身HDI的設(shè)計和加工能力,完美完成了多個密度極高的小型化產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)。
圖 2是一個3階HDI的案例,一博科技借助Cadence的設(shè)計平臺以及在HDI設(shè)計領(lǐng)域多年的經(jīng)驗,完美的完成了設(shè)計。同時由于密度原因,設(shè)計的最小線寬和間距達到了2.4mil ,挑戰(zhàn)了業(yè)內(nèi)的極限。一博科技借助自有板廠和合作廠家在HDI生產(chǎn)加工上的領(lǐng)先工藝能力,幫助客戶完成了制板和貼片。
圖2: 3階HDI的案例
4.ANYLAYER(任意階)技術(shù)
近些年來,為了滿足一些高端消費類電子產(chǎn)品小型化的需要,芯片的集成度越來越高,BGA管腳間距越來越近(小于等于0.4pitch),PCB的布局也越來緊湊,走線密度也越來越大,為了提高設(shè)計的布通率且不影響信號完整性等性能,ANYLAYER(任意階)技術(shù)應用而生,這個就是任意過孔技術(shù)(ALIVH-Any Layer IVH Structure Multilayer Printed Wiring Board)。
任意層過孔技術(shù)特點
任意層過孔技術(shù)與HDI技術(shù)的特征比較,ALIVH的最大優(yōu)勢就是設(shè)計自由度大大增加,可以在層間隨意打孔,而HDI工藝不能做到這點。一般國內(nèi)廠商做到最復雜的結(jié)構(gòu)也就是HDI的設(shè)計極限為三階HDI板,由于HDI不是完全采用激光鉆孔,在內(nèi)層的埋孔采用的是機械孔,所以孔盤的要求比激光孔大很多,而機械孔要占用所經(jīng)過的層面上空間。所以一般來說HDI這種結(jié)構(gòu)比起ALIVH技術(shù)的任意打孔,內(nèi)層核板的孔徑也可用0.2mm的微孔還是有很大差距的。所以 ALIVH板的走線空間比HDI大概有很大的提高。同時,ALIVH的成本和加工難度也比HDI工藝要高。如圖3所示,是一個ALIVH的示意圖。
圖3:ALIVH的示意圖
任意層過孔的設(shè)計挑戰(zhàn)
任意層過孔技術(shù)完全顛覆了傳統(tǒng)過孔設(shè)計方法。如果還是需要設(shè)置不同層的過孔,會增加管理難度。需要設(shè)計工具具備智能化打孔的能力,同時能隨意的進行組合和拆分。
Cadence在傳統(tǒng)的基于換線層的布線方式上,增加了基于Working Layer的換線方式,如圖4所示:可以在Working Layer面板中勾選可以進行環(huán)線的層,然后在雙擊打孔的時候,就可以選擇任意層之間進行換線。
圖4 基于Working Layer的布線方式
ALIVH設(shè)計制板實例:
10層ELIC設(shè)計
OMAP 4 Platform
圖5:ALIVH設(shè)計制板案例
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