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15.什么时候用HDI盲埋孔?

15.什么时候用HDI盲埋孔?

引言

例如做一个处理器或者FPGA的核心板,当给的板子的空间有限,器件可能已经铺满整个空间,这时,打通孔打不过去,就需要盲埋孔工艺。

有个观点:并不是说使用HDI就技术高,高端,实际上是无奈的选择

HDI、盲埋孔什么时候用,为什么说很多时候是无奈的选择

先厘清概念:

HDI(High‑Density Interconnect,高密度互连板),核心特征就是使用盲孔、埋孔、微过孔(激光小孔),普通FR4通孔板不属于HDI。

  • 盲孔:从表层打到内层,不穿透整板
  • 埋孔:内层和内层之间互联,板子表面看不见孔
  • 普通通孔:钻头直接打通整块PCB

工程实际:HDI/盲埋孔不等于产品高端,很多场景是“面积逼出来的妥协”,不是为了炫技。同样功能,如果能用大尺寸、普通通孔板实现,很多硬件工程师会优先选普通板

什么时候必须考虑用HDI盲埋孔

1. PCB物理面积硬性受限

核心板、FPGA/处理器小板、模块板,尺寸卡死,BGA器件引脚极多:

  • 比如 Zynq、ZU、i.MX、高端STM32,BGA封装,球间距0.8mm、0.65mm、0.5mm。
  • BGA焊盘之间空间极小,普通通孔焊盘太大,通孔直接压到相邻焊球,孔放不下
  • 通孔的焊盘、阻焊、孔径占空间,0.5mm BGA,常规机械通孔根本没法从焊盘往外扇出走线。
    👉 这时只能用HDI微盲孔:焊盘上直接打激光盲孔(盘中孔),从表层打到次内层,走线跑到内层扇出,节约表层空间。

例子:0.5mm pitch BGA,几乎离不开HDI盲孔;0.8mm BGA,面积够大可以通孔扇出,面积小就得上HDI。

2. 层数很多,但板厚不能做厚

  • 如果不用埋孔,全部用通孔,通孔会贯穿所有层,占用每一层的走线通道,大量抢占布线资源。层数越多通孔对布线的破坏越严重。
  • 处理器/FPGA板经常8层、10层、12层。如果板厚受限(比如核心板要插连接器,不能太厚),通孔会很大,占大量通道。
  • 埋孔只连接特定内层,不会破坏其他层铜皮与走线,释放布线通道。

3. 高速信号、阻抗控制,减少过孔stub影响

普通通孔会有过孔残桩(stub):多余的通孔金属段,在高速信号(几Gbps以上DDR、SerDes)会造成反射、信号完整性劣化。

  • 盲埋孔没有长stub,过孔更短,寄生电感电容更小。

这一点属于正向收益,不是无奈妥协,是高速性能需求主动选择HDI

4. 高密度多器件,器件已经铺满板面

器件摆完之后表层已经没有空间走引线,所有走线必须快速进入内层,通孔焊盘体积大挤占器件下方空间,只能盘中盲孔。

什么时候坚决不用HDI,尽量普通通孔板

只要满足下面任意条件,优先普通通孔,不碰HDI:

  1. PCB尺寸余量充足,BGA可以从焊盘外做扇出,不用盘中孔;
  2. 信号速率不高,不用纠结过孔stub;
  3. 成本敏感,量产量大。

HDI的代价

  1. 成本显著上升:激光钻孔、盲埋孔对位、压合多次,价格远高于普通多层板;层数越多HDI加价越恐怖。
  2. 生产周期变长,小批量打样交期比普通板久;
  3. 良率下降:盲埋孔对位偏差、孔壁断裂、分层风险,对PCB厂工艺能力要求高;小厂做HDI容易出暗病;
  4. 维修几乎不可能:盲埋孔在板内部,坏了无法飞线补救,普通通孔板很多故障可以飞线抢救。

工程逻辑:能通孔,就不盲埋;能不用HDI,就不用HDI。只有面积、引脚密度、信号速度逼到没办法,才上HDI。
不是用了HDI代表你的设计水平高;能用普通通孔搞定高密度BGA,把板子做大一点点省掉HDI,反而是成本优化能力。

实际选型:

  1. BGA pitch ≥0.8mm,板子尺寸宽松:普通通孔多层板即可,不用HDI
  2. BGA pitch =0.65mm,板子很小:大概率要1阶HDI盲孔
  3. BGA pitch ≤0.5mm:基本必须1阶/2阶HDI,盘中盲孔
  4. 有大量SerDes、DDR5等高高速信号:即使尺寸够,也可以主动选HDI改善信号完整性
  5. 产品成本压力大:优先扩大PCB面积,规避HDI工艺。

HDI阶数概念

  • 1阶HDI:表层 ↔ 次内层盲孔,内层之间埋孔,最常用,FPGA核心板大多是1阶HDI;
  • 2阶HDI:跨两层盲孔,成本和难度大幅上涨,一般手机、极高密度芯片才会用到,工业核心板尽量避免。

举例:

同样Zynq‑7020(BGA0.8mm):

  • 如果板子做的比较大,留出BGA外围扇出空间,8层普通通孔板就搞定;
  • 如果要做超小核心板,尺寸压得很小,BGA外围没有走线空间,只能上1阶HDI盲埋孔。
    芯片完全一样,只是板子空间约束不同,工艺选择天差地别。

写在最后

如果是专业的PCB工程师,那么掌握HDI是很必要的。

如果是小公司,量不大,建议直接买成熟的核心板。

如果没有成熟的核心板,那么建议找专业的PCB公司去定制。

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