HDI電路中信號的完整性

2021-03-09

HDI電路中信號的完整性

隨著(zhù)印刷電路板（PCB）上信號上升時(shí)間的持續下降，與信號完整性相關(guān)的古老問(wèn)題始終處于（PCB）印刷電路板設計的最前沿。但是，隨著(zhù)高密度互連或HDI技術(shù)中印刷電路數量的增加，出現了一些有趣的新解決方案。

PCB中的信號完整性分析涉及五個(gè)主要領(lǐng)域：

反射

相聲

同時(shí)切換

電磁干擾（EMI）

互連延遲

盡管HDI確實(shí)為上述所有問(wèn)題提供了改進(jìn)和替代方案，但它并未提供所有解決方案。信號完整性取決于PCB使用的材料以及HDI技術(shù)使用的材料，再加上PCB設計規則和尺寸堆疊，有助于提高電氣性能，包括信號完整性。同樣，使用HDI技術(shù)將PCB小型化是信號完整性的一項重大改進(jìn)。

HDI有益于信號完整性

隨著(zhù)諸如球柵陣列和芯片級封裝之類(lèi)的新電子元件得到廣泛使用，設計人員正在使用新的制造技術(shù)來(lái)制造PCB，以適應具有極細間距和小幾何形狀的零件。同時(shí)，時(shí)鐘速度和信號帶寬變得越來(lái)越快，這對系統設計人員降低RFI和EMI對產(chǎn)品性能的影響提出了挑戰。此外，對更密集，更小，更快和更輕的系統的不斷需求使限制成本目標的問(wèn)題更加復雜。

通過(guò)結合了微孔電路互連的HDI，這些產(chǎn)品能夠利用最小，最新和最快的設備。利用微孔，PCB能夠滿(mǎn)足降低的成本目標，同時(shí)滿(mǎn)足嚴格的RFI / EMI要求，并保持HDI電路信號完整性。

在HDI電路中使用Microvia技術(shù)的優(yōu)勢

微型通孔是直徑等于或小于150微米或6密耳的通孔。設計人員和制造商大多將它們用作盲孔和埋孔，以通過(guò)多層PCB內的一層電介質(zhì)進(jìn)行互連。高密度PCB設計得益于低成本微孔的制造。

從物理和電氣角度來(lái)看，Microvias都具有多種優(yōu)勢。與以機械方式創(chuàng )建的同類(lèi)產(chǎn)品相比，設計人員可以創(chuàng )建具有更高電氣性能和更高電路密度的電路系統，從而使產(chǎn)品更輕巧，更小巧。

隨著(zhù)電路板尺寸，重量，厚度和體積的減小，具有降低成本和消除層的好處。同時(shí)，微孔提供了增加的布局和布線(xiàn)密度，從而提高了可靠性。

但是，微通孔和更高密度的主要好處在于改善了電性能和信號完整性。這主要是因為HDI技術(shù)和微通孔的寄生效應使通孔PCB設計的影響降低了十倍，而且反射更少，樁頭更少，噪聲容限更大，接地反彈效應也更小。

通過(guò)微通孔的薄而平衡的長(cháng)寬比獲得更高的可靠性，該板的接地層更靠近其他層。這導致電容的表面分布降低，從而導致RFI / EMI大大降低。

HDI PCB使用高Tg的薄電介質(zhì)，從而提高了熱效率。這不僅減少了PCB的散熱問(wèn)題，而且還幫助設計人員簡(jiǎn)化了散熱設計PCB。

改善HDI電路的電氣性能

設計人員可以在通過(guò)微孔的焊盤(pán)內通孔中放置更多的接地層。由于接地回路的減少，可旋轉性的提高提供了更好的RFI / EMI性能。

由于HDI電路提供了更小的PCB設計以及更緊密的走線(xiàn)，這有助于改善信號完整性。這在許多方面都有幫助-降低噪聲，降低EMI，改善信號傳播并降低衰減。

使用微孔改善了HDI電路的可靠性，也有助于解決PCB熱問(wèn)題。熱量通過(guò)薄的電介質(zhì)傳播得更好。簡(jiǎn)化散熱設計PCB有助于將熱量散發(fā)到散熱層。幾家制造商制造了復雜的增強型薄帶，激光打孔的聚酰亞胺薄膜BGA，以利用HDI進(jìn)行PCB設計。

微孔的物理設計有助于降低開(kāi)關(guān)噪聲。減小的原因是由于通孔的電感和電容減小，因為它具有較小的直徑和長(cháng)度。

由于設備之間的距離非常近，因此在HDI電路中可能不需要信號端接。由于各層的厚度也較小，因此設計人員也可以有效利用互連的背面。

就像信號路徑在PCB設計中很重要一樣，返回路徑也很重要。此外，返回路徑還會(huì )影響信號所經(jīng)歷的電阻，電容和電感。當信號返回電流采用最小能量或最小阻抗的路徑時(shí)，低頻遵循該路徑，從而最大程度地減小了電流環(huán)路。

使用HDI技術(shù)實(shí)現的小型化提供了更短的互連長(cháng)度，這意味著(zhù)信號必須從起點(diǎn)到終點(diǎn)經(jīng)過(guò)更短的距離。只需降低HDI材料系統的介電常數，設計人員就可以將尺寸減小28％，并且仍然保持指定的串擾。實(shí)際上，通過(guò)適當的設計，串擾的減少甚至可以達到50％。