Häufige Fallstricke bei der Konstruktion von HDI-PCBs Hardware und Layout-Ingenieure sollten vermeiden

 Verwechslung der HDI-Aufbauordnung mit der Gesamtzahl der Leiterplattenlagen.

Ein gängiges Szenario: Ein Ingenieur entwirft eine BGA-Komponente mit einem 0,4-mm-Pitch und wählt einen HDI-Aufbau der 1. Ordnung. Nach Abschluss des Layouts stellt er fest, dass nicht genügend Routing-Platz für das BGA-Fanout vorhanden ist. Dies erzwingt eine vollständige Neugestaltung des Aufbaus und einen Leiterplatten-Nachdruck, was die Projektzeitpläne verzögert. Ein weiteres häufiges Problem ist die unklare Definition zwischen gestapelten und versetzten Vias. Wenn die Fertigungsdokumentation den Via-Typ nicht spezifiziert, kann der Leiterplattenhersteller den falschen Prozess anwenden, was zu nicht funktionsfähigen Leiterplatten und Projektverzögerungen führt.

Ein weit verbreiteter Irrtum: Die HDI-Ordnung entspricht der Gesamtzahl der Leiterplattenlagen. Tatsächlich bezieht sich die HDI-Ordnung auf die Anzahl der sequenziellen Aufbauzyklen der äußeren Lagen und hat keine direkte Beziehung dazu, wie viele Lagen die fertige Leiterplatte hat.

Blind Vias, Buried Vias und Through Vias: Hauptunterschiede

【Bild 2 | Querschnittsdiagramm: Vergleich von Blind-, Buried- und Through-Vias】

1. Blind Via

Blind Vias werden von der oberen oder unteren äußeren Oberfläche lasergebohrt und enden auf einer bestimmten inneren Lage, ohne die gesamte Leiterplatte zu durchdringen. Nur eine Seite der Leiterplatte zeigt die Via-Öffnung, während die gegenüberliegende Seite kein sichtbares Loch aufweist. Beispiel auf einer 8-lagigen Leiterplatte: Vias, die L1-L2 oder L8-L7 verbinden.Vorteile: Kurze Via-Länge erzeugt einen minimalen Stub-Effekt, der Reflexionen für Hochgeschwindigkeitssignale reduziert. Blind Vias belegen keine Pads auf der gegenüberliegenden Seite und sind daher die primäre Lösung für BGA-Fanout.Fertigung: Hergestellt durch Laserbohren.

2. Buried Via

Buried Vias befinden sich vollständig verborgen im Leiterplattenlaminat, zwischen den inneren Kernlagen. Auf der oberen oder unteren Oberfläche sind keine Via-Öffnungen sichtbar. Beispiel auf einer 8-lagigen Leiterplatte: Vias zwischen L2-L3 und L4-L5. Produktionsablauf: Zuerst Vias auf einzelnen inneren Kernen bohren und plattieren, dann alle Kerne zusammen laminieren. Nach dem Laminieren sind diese Vias vollständig umschlossen.Vorteile: Buried Vias verbrauchen keine Oberfläche und weisen die geringste parasitäre Induktivität auf, ideal für Hochgeschwindigkeitsschaltungen.

3. Through Via

Through Vias werden gerade von der obersten Lage bis zur untersten Lage gebohrt und durchdringen jede Leiterplattenlage. Via-Öffnungen sind auf beiden Seiten der fertigen Leiterplatte sichtbar.

Was ist HDI-Ordnung?

【Bild 3 | Vergleich von HDI-Aufbauten: 1+N+1, 2+N+2, 3+N+3, Any-Layer】 Die entscheidende Regel:HDI-Ordnung ≠ Gesamtzahl der Leiterplattenlagen. Die HDI-Ordnung zählt, wie viele Aufbauzyklen (Laminierung + Laser-Blind-Via-Erzeugung) auf die äußeren Lagen angewendet werden.

1. HDI 1. Ordnung | Notation: 1+N+1

Ein äußerer Aufbauzyklus. Blind Vias können nur benachbarte Lagen verbinden, z. B. L1-L2 oder Ln-L(n-1). Sie können L1 nicht direkt mit L3 verbinden oder mehrere innere Lagen überspringen. Struktur: Ein dicker Kern mit N inneren Lagen, plus eine Dielektrikumsschicht, die auf jeder Außenseite laminiert wird. Laser-Blind-Vias verbinden nur benachbarte äußere Lagen.Empfohlener BGA-Pitch: ≥0,5 mmKosten: Am niedrigsten unter den HDI-Optionen. Ausgereifte Massenproduktion, weit verbreitet in Unterhaltungselektronik und industriellen Steuerplatinen.

2. HDI 2. Ordnung | Notation: 2+N+2

Zwei Aufbauzyklen, die direkte Verbindungen von der äußeren Lage zu L3 ermöglichen. Zwei Arten von HDI der 2. Ordnung, die die häufigste Quelle für Ingenieurfehler sind: 【Bild 4 | Querschnitt von gestapelten Vias vs. versetzten Vias】

• Gestapelte Vias: Blind Vias L1-L2 und L2-L3 sind vertikal ausgerichtet, mit plattiertem Kupferfüllung auf dem gemeinsamen L2-Pad. Kürzere Signalführung und kleinerer Stub. Nachteile: Höhere Ausrichtungsschwierigkeit, etwas geringere Zuverlässigkeit und höhere Kosten.

  Wichtiger Hinweis: Plattierte Kupferfüllung ist für gestapelte Vias zwingend erforderlich. Harzfüllung allein ist nicht zulässig.

• Versetzt Vias: Blind Vias L1-L2 und L2-L3 sind horizontal versetzt und nicht vertikal gestapelt. Einfachere Fertigung, höhere Ausbeute und günstiger als gestapelte Vias. Kompromiss: Sie verbrauchen wertvollen Routing-Platz im BGA-Bereich.

3. HDI 3. Ordnung | Notation: 3+N+3

Drei Aufbauzyklen, die Verbindungen der äußeren Lagen bis L4 unterstützen. Gestapelte Blind Vias können bis zu drei Lagen tief reichen. Verwendet für BGA mit extrem feinem Pitch (0,3 mm / 0,35 mm), KI-Rechenchips und Hochgeschwindigkeits-Server-Motherboards. Die Kosten steigen merklich und die Produktionsausbeute sinkt.

4. Any-Layer HDI

Any-Layer HDI verzichtet auf die traditionelle dicke N-Kern-Architektur. Die Leiterplatte wird Schicht für Schicht aufgebaut. Laser-Blind-Vias können zwischen beliebigen benachbarten Lagen platziert werden, was eine direkte Verbindung zwischen zwei beliebigen Lagen ohne Through-Vias ermöglicht.Vorteile: Nahezu null Stub-Effekt, erstklassige Hochgeschwindigkeitsleistung. Perfekt für BGAs mit einem Pitch unter 0,3 mm.Nachteile: Premium-Preis. Hauptsächlich verwendet in Smartphone-Mainboards und High-End-KI-Beschleunigerkarten.

Kernrichtlinien für HDI-Leiterplattendesign

【Bild 5 | BGA-Fanout-Diagramm, passend zum BGA-Pitch mit HDI-Grad】

1. HDI-Struktur an Ihren BGA-Pitch anpassen (wichtigste Auswahlregel)

• Pitch ≥0,5 mm: HDI 1. Ordnung ist ausreichend. Vermeiden Sie unnötige Upgrades auf 2. Ordnung, die die Kosten erhöhen.
• Pitch =0,4 mm: HDI 2. Ordnung versetzt ist die kostengünstige Option. Wechseln Sie nur dann zu gestapelter 2. Ordnung, wenn der BGA-Routing-Platz extrem begrenzt ist.
• Pitch ≤0,35 mm: Wählen Sie HDI 3. Ordnung oder Any-Layer-Technologie.

2. Auswahl zwischen gestapelten und versetzten HDI der 2. Ordnung Priorisieren Sie versetzte Vias, wenn Sie sich auf Kosten und Fertigungszuverlässigkeit konzentrieren. Wählen Sie gestapelte Vias nur, wenn der interne Routing-Platz des BGA knapp ist. Geben Sie in Ihrer Fertigungszeichnung klar die Kupferplattierung für gestapelte Vias an.
3. Regeln für Laser-Blind-Via-Löcher und Pads Mindestdurchmesser für Laser-Blind-Vias: 0,1 mm (4 mil). Die Padgröße sollte den Lochdurchmesser um ≥6 mil überschreiten, mit einem minimalen Ring von 3 mil. Entwerfen Sie keine Blind-Via-Pads mit den gleichen Abmessungen wie Through-Via-Pads, da dies wertvollen BGA-Platz verschwendet.
4. Stub-Kontrolle für Hochgeschwindigkeitssignale Kürzere Blind Vias erzeugen kleinere Stubs und weniger Signalreflexion, was die Hochgeschwindigkeitsintegrität verbessert. Gestapelte Vias haben kürzere Wege als versetzte Vias. Any-Layer HDI eliminiert fast alle Stubs und eignet sich für DDR5, PCIe 5.0 und Hochgeschwindigkeits-SerDes-Verbindungen.
5. Hinweise zum Buried-Via-Design Buried Vias werden im inneren Kernstadium gebohrt und plattiert und können nach dem Laminieren nicht mehr durch Laserbearbeitung modifiziert werden. Buried Vias eignen sich gut für Langstrecken-Innenlagenverbindungen. Für BGA-Fanout werden Blind Vias bevorzugt, um parasitäre Effekte zu reduzieren.
6. Kosten- und Lieferzeitkompromisse Jede Erhöhung der HDI-Ordnung erhöht die Leiterplattenkosten um etwa 30 %–50 %, verlängert die Lieferzeit und senkt die Produktionsausbeute. Auswahlprinzip: Verwenden Sie nach Möglichkeit 1. Ordnung anstelle von 2. Ordnung; bevorzugen Sie versetzte Vias gegenüber gestapelten Vias; verwenden Sie nach Möglichkeit 2. Ordnung anstelle von Any-Layer.
7. Dokumentieren Sie Ihre Aufbauanforderungen klar Viele Ingenieure exportieren nur Layer-Sequenzdateien, ohne die HDI-Konstruktion zu beschreiben. Fügen Sie Ihrer Fertigungsdokumentation immer Fertigungshinweise hinzu, wie z. B.1+6+1 HDI 1. Ordnung oder 2+6+2 HDI 2. Ordnung versetzt in Ihrem Fertigungspaket. Ohne klare Anweisungen wendet das Leiterplattenhaus seinen Standardprozess an, der möglicherweise nicht mit Ihrem Design übereinstimmt und zu Ausschuss führt.