整块PCB共有22层导电铜层。采用五阶逐次积层结构,通常意味着在芯板两侧分别进行5次增层,并通过激光微盲孔实现相邻增层之间的电气连接。5+12+5是一种典型的对称叠层结构,即12层芯板,两侧各增加5层,如下图。芯片都是贴在L1或者L22层的板子上,比方说一个信号要从L1传到L22,信号走的通路简单化的样子大概是下图的样子。
然后我们再看普通多层PCB内信号的走向,假设不做上下各五层的增层,信号走势大概如下图:

这么看上去,信号在增层和内层走的形式并没有什么区别的样子,实际上最核心的差异是:孔不一样!
芯板内部常见的是通孔、埋孔,以机械钻孔为主;而上下5层HDI常见的是激光微盲孔,一般只打一层到下一层,或者少数跨两层,孔更小、也更密,那么:为什么要做HDI增层?
核心原因是:普通PCB解决的是信号能不能连通,而HDI进一步解决的是,当芯片引脚越来越密集时,如何把大量信号从有限的空间里引出来。假设一颗芯片采用BGA封装,底部排列着大量密集的焊球,每个焊球都需要连接到PCB上的对应焊盘。如果采用普通PCB的机械钻孔工艺,由于钻孔本身需要占据一定空间,孔周围还需要保留焊盘及安全间距,就可能出现一个问题:芯片底部的焊盘太密集,根本没有足够的空间安排这些孔和铜线路。这时,HDI的优势就体现出来了。通过激光钻孔,可以制作尺寸更小的微盲孔。例如,在BGA焊盘内制作微盲孔,将信号从L1直接引入L2,再通过L2上的线路向外扇出,或者继续向更深的铜层传输。相比普通机械孔,微盲孔占用的布线空间更小,而且通常不需要贯穿整块PCB。这样一来,同样大小的芯片封装区域内,就有机会安排更多的信号连接。为什么不把中间12层全做成HDI?
这些增层可以通过相邻层之间的激光微盲孔,实现局部高密度互连。例如,信号从L1进入L2,可以通过一个微盲孔完成。如果需要继续进入L3,可以再通过L2至L3的微盲孔进行连接。根据实际布线需要,这些微盲孔可以采用上下堆叠的结构,也可以采用错位连接的结构,并不是一定要在同一个位置打出一条贯穿5层的长孔。这也是HDI和普通多层PCB在孔结构上的重要区别。一旦信号已经从密集的芯片焊盘区域引出,进入PCB内部的布线空间,就不一定需要继续依赖高密度微盲孔。例如,信号从L6进入芯板后,可以沿着L6上的铜线路横向传输。如果需要切换到L10,可以直接从“通孔”传到L10,而不用一级一级跑。所以,传统机械钻孔虽然通常比激光微盲孔占据更多布线空间,但可以实现跨越多个铜层的连接,不必像相邻层微盲孔那样逐级连接,简单理解就是增层相当于密密麻麻的匝道,芯层相当于双向12车道的高速公路。6阶HDI难在哪?贵在哪?
以22层HDI为例,5阶可以采用5+12+5结构,6阶则可以采用6+10+6结构。两者都是22层铜,但6阶HDI需要在芯板上下两侧各完成6级逐次积层,而5阶只需要5级。多出来的一阶,意味着PCB厂商需要额外增加一轮完整的HDI积层加工,包括:1)压合;2)激光钻孔;3)孔金属化及填铜;4)线路制作;5)检测等。难在要在已经完成前面5阶加工的PCB上做这些工序,除了这些工序,还要经受新增工序带来的热应力、材料胀缩和层间对位各种挑战。所以良率在5阶基础上下个台阶,价格就会高很多。
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