电子产品小型化设计的实现（一）

1万 · 2012-11-27 14:38

电子产品小型化设计的实现得益于电子元器件的高度集成化，更得益于PCB制板技术的提高的，下边给大家主要就PCB制版技术方面做些介绍的。。。

1.引言产品小型化的好处是显而易见的，从而带动了小型化设计技术的发展。这些技术主要有：

埋阻、埋容和埋入式元器件，不少厂家研究埋阻、埋容技术多年，埋容也已经能实现量产，埋入式元器件早些年大量用于航空航天和军事领域，这些年因为SiP的普及，在普通电子产品领域也开始火起来，算是比较新的技术，多用于封装载板

小型化技术的推广，除了对生产工艺带来巨大的挑战之外，还对设计方法、观念、工具等都带来深远的影响。传统的设计工具效率低下，并且因为不具备相应的约束规则而需要大量人工干预检查，比较容易出错，设计工程师需要全新的支持小型化设计技术的工具。Cadence SPB16.5全面加强了对小型化设计的支持，增加了埋入式元器件的设计方法，同时进一步优化增强了对HDI以及ANYLAYER技术的支持。

2.HDI技术以及工艺实现
HDI：High Density Interconnect，高密度互连。传统的PCB板的钻孔由于受到钻刀影响，当钻孔孔径达到0.15mm时，成本已经非常高，且很难再次改进。而HDI板的钻孔不再依赖于传统的机械钻孔，而是利用激光钻孔和机械钻孔的结合应用。HDI也就是通常我们所说的盲埋孔技术。HDI技术的出现，适应并推进了PCB行业的发展。使得在PCB板内可以排列上更加密集的BGA、QFP等。
2.1 HDI的分类 IPC-2315上对HDI的分类有详细说明，这里我们按照激光孔深度的不同分为以下几种：一阶HDI，二阶HDI 三阶HDI，如图一所示。
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图一HDI的分类

一阶的HDI技术是指盲孔仅仅连通表层及与其相邻的次外层的成孔技术。通常激光孔和盘采用4/12mil（5/12mil），当然，现在也可以采用更小盘如4/10mil了应对密度较高的布线.内层的盲孔我们一般采用普通孔。而二阶的HDI技术是在1阶的HDI技术上的改进和提高，它包含激光盲孔直接由表层钻到第三层（2+N+2），和表层钻到第二层再由第二层钻到第三层两种形式（1+1+N+1+1），其加工难度远远大于1阶的HDI技术。三阶HDI板的加工制作工艺与二阶基本相似，就是多了几种类型的孔。目前国内的二阶HDI设计和加工已经非常成熟了。
2.2 HDI板设计上的挑战多阶HDI的设计，需要一个灵活强大的约束管理器，能识别微孔和普通机械孔，能设置微孔与其他元素的间距约束。同名网络的约束关系变得复杂，需要支持各种情况下的同名网络间距约束检查。需要能清晰的显示不同类型的过孔信息，方便设计工程师进行管理。Allegro的3D结构视图可以帮助我们更加了解不同孔的结构。
Cadence的 SPB16.X平台，具有强大的HDI设计功能。

首先是Micro Via属性，使得HDI工艺实现的微孔彻底和传统机械实现的盲埋孔区分开来，单独进行约束设置；结合单独区分出来的同名网络设计约束、盘中孔设计约束等，实现了灵活强大的约束驱动的HDI设计。
Via Labels功能，可以让设计者更加方便的查看了解微孔所连接的层，进行设计规划；同时结合基于OpenGL的3D过孔结构现实功能，从平面到立体，帮助工程师实现复杂的多阶过孔结构管理。
无盘设计功能可以自动根据走线层来实现通孔焊盘的存在与去除，实现了设计之初就因为去除焊盘来实现更加优化的布线空间利用率；与之相匹配的功能是增加了Hole和其他元素的间距约束设置。
其他功能包括：DRC Modes里面的Via in Pad约束设置，过孔类型的结构示例图形，强大的Fan out功能和BGA出线功能等

一博科技采用Cadence强大的小型化设计工具，结合自身HDI的设计和加工能力，完美完成了多个密度极高的小型化产品设计任务。
图二是一个3阶HDI的案例，一博科技借助Cadence的设计平台以及在HDI设计领域多年的经验，完美的完成了设计。同时由于密度原因，设计的最小线宽和间距达到了2.4mil ，挑战了业内的极限。一博科技借助自有板厂和合作厂家在HDI生产加工上的领先工艺能力，帮助客户完成了制板和贴片。
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通过via label来检查控制HDI打孔的结构

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通过3D view来查看HDI过孔的结构
1.ANYLAYER（任意阶）技术
近些年来，为了满足一些高端消费类电子产品小型化的需要，芯片的集成度越来越高，BGA管脚间距越来越近（小于等于0.4pitch），PCB的布局也越来紧凑，走线密度也越来越大，为了提高设计的布通率且不影响信号完整性等性能，ANYLAYER（任意阶）技术应用而生，这个就是任意过孔技术(ALIVH-Any Layer IVH Structure Multilayer Printed Wiring Board)。
3.1任意层过孔技术特点任意层过孔技术与HDI技术的特征比较，ALIVH的最大优势就是设计自由度大大增加，可以在层间随意打孔，而ＨＤＩ工艺不能做到这点。一般国内厂商做到最复杂的结构也就是HDI的设计极限为三阶ＨＤＩ板，由于HDI不是完全采用激光钻孔，在内层的埋孔采用的是机械孔，所以孔盘的要求比激光孔大很多，而机械孔要占用所经过的层面上空间。所以一般来说HDI这种结构比起ALIVH技术的任意打孔，内层核板的孔径也可用0.2mm的微孔还是有很大差距的。所以ALIVH板的走线空间比HDI大概有很大的提高。同时，ALIVH的成本和加工难度也比HDI工艺要高。如图三所示，是一个ALIVH的示意图。
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3.2任意层过孔的设计挑战任意层过孔技术完全颠覆了传统过孔设计方法。如果还是需要设置不同层的过孔，会增加管理难度。需要设计工具具备智能化打孔的能力，同时能随意的进行组合和拆分。
Cadence在传统的基于换线层的布线方式上，增加了基于Working Layer的换线方式，如图四所示：可以在Working Layer面板中勾选可以进行环线的层，然后在双击打孔的时候，就可以选择任意层之间进行换线。
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图四基于Working Layer的布线方式

ALIVH设计制板实例：