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HDI板的阻抗控制:比普通PCB更需要注意什么?

2025
06/23
本篇文章来自
捷多邦

HDI板因其高集成度和复杂结构,其阻抗控制比普通PCB要棘手得多。通常我们认为,阻抗控制主要取决于线宽、线距、介质厚度和介电常数(Dk)。但在HDI板上,这些参数的实现和控制难度都大大增加。

 

HDI板大量使用微孔(Microvia)和薄介质层。微孔的孔径小、数量多,其填充和电镀质量直接影响过孔周围的铜厚均匀性。实践中发现,微孔密集区域的铜厚可能不均匀,甚至出现“狗骨”效应,即孔边缘铜厚大于孔中心。这会导致走线经过微孔附近时,有效铜厚变化,从而引起阻抗波动。此外,HDI常用薄型基材,如薄型FR-4BT树脂等。这些材料的介电常数(Dk)和介质损耗因子(Df)可能随频率变化更明显,且薄介质层对制造公差更敏感。通常我们认为,铜箔的厚度直接影响特性阻抗,铜的导热系数(约398 W/mK)虽然主要影响散热,但均匀的铜厚是保证散热均匀的前提,间接影响稳定性。需注意,HDI设计中常采用积层法(Build-up),逐层增加铜箔和介质,每层的厚度和材料一致性都需严格控制。

 

典型场景是高密度BGA(球栅阵列)封装下的信号布线。BGA下方空间极其有限,往往需要多层极细走线,并大量使用微孔进行层间连接。常见误区是简单地按照标准公式计算阻抗,而忽略了微孔密集区域铜厚不均、薄介质层制造公差、以及参考平面不连续等因素。潜在问题是,即使线宽线距符合计算值,实际阻抗也可能偏离目标值,导致信号反射、串扰等问题,尤其在高速信号(如DDRSerDes)中表现突出。成本代价方面,为了精确控制HDI板的阻抗,可能需要更精密的蚀刻工艺、更严格的层压控制,甚至增加阻抗测试环节,这都会增加制板成本和周期。

 

还需关注材料的热特性。材料的玻璃化转变温度(Tg glass transition temperature)决定了板材在高温下的稳定性,热膨胀系数(CTE coefficient of thermal expansion)则影响板在温度变化时的尺寸稳定性。HDI板通常工作在更高频率和功率密度下,散热问题更突出。铜的导热系数高(约398 W/mK),有助于热量传导,但过孔和铜皮的设计需兼顾散热和阻抗。如果CTE不匹配,高温或温度循环可能导致分层或阻抗变化。实践中发现,选择合适的基材,平衡其介电性能、热性能和加工性,对HDI阻抗控制至关重要。需注意,不同供应商的同种材料,其批次间性能也可能存在差异。

 

总的来说,HDI板的阻抗控制是一个系统工程,需要从材料选型、层叠设计、制造工艺到测试验证全流程精细把控。理解HDI结构带来的特殊性,识别关键风险点,与PCB厂家紧密合作,才能有效控制阻抗,保证信号完整性。

 


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