{"id":4647,"date":"2026-01-20T06:03:03","date_gmt":"2026-01-20T06:03:03","guid":{"rendered":"https:\/\/flj-pcb.com\/?p=4647"},"modified":"2026-01-20T06:17:12","modified_gmt":"2026-01-20T06:17:12","slug":"hdi-pcb-design-essential-optimization-guide","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/flj-pcb.com\/de\/hdi-pcb-design-essential-optimization-guide\/","title":{"rendered":"HDI PCB Design: Leitfaden f\u00fcr die Optimierung"},"content":{"rendered":"

Entwurf einer High-Density Interconnect (HDI) PCB<\/a> erfordert ein tiefes Verst\u00e4ndnis sowohl der elektrischen Anforderungen als auch der Fertigungsgrenzen. Die HDI-Technologie erm\u00f6glicht mehr Komponenten auf kleinerem Raum. Das macht sie zur ersten Wahl f\u00fcr moderne Elektronik wie Smartphones und tragbare Technik.<\/p>\n\n\n\n

Im Folgenden finden Sie einen detaillierten Leitfaden zu den Faktoren, die Sie ber\u00fccksichtigen m\u00fcssen, und wie Sie Ihre HDI-Designs optimieren k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Faktoren, die beim HDI-PCB-Design zu ber\u00fccksichtigen sind<\/h2>\n\n\n\n

1. Intelligente Komponentenauswahl<\/h3>\n\n\n\n

Wenn Sie eine HDI-Platine entwerfen, arbeiten Sie normalerweise mit sehr kleinen Bauteilen. Dazu geh\u00f6ren SMDs (Surface Mount Devices) und BGAs (Ball Grid Arrays) mit einem Raster von $0,65\\text{ mm}$ oder weniger.<\/p>\n\n\n\n

Sie m\u00fcssen Ihre Bauteile sorgf\u00e4ltig ausw\u00e4hlen. Der Abstand zwischen den Stiften (der Pitch) ist der wichtigste Faktor. Wenn die Stifte sehr dicht beieinander liegen, haben Sie weniger Platz, um Ihre Kupferbahnen zu verlegen. Davon h\u00e4ngt auch ab, welche Leiterbahnbreite Sie ben\u00f6tigen und welche Art von Durchkontaktierung (Loch) Sie verwenden m\u00fcssen. Wenn Sie sich f\u00fcr ein BGA mit sehr kleinem Raster entscheiden, sind Sie m\u00f6glicherweise gezwungen, mehr Lagen oder kleinere Mikrovias zu verwenden, um alle Signale zu verbinden.<\/p>\n\n\n\n

2. Die Verwendung von Microvias<\/h3>\n\n\n\n

Microvias sind das Herzst\u00fcck des HDI-Designs. Dabei handelt es sich um sehr kleine L\u00f6cher, die in der Regel einen Durchmesser von weniger als $0,15\\text{ mm}$ haben. Konstrukteure verwenden h\u00e4ufig \u201cAufbau\u201d- oder \u201csequenzielle\u201d Laminiertechniken, um diese L\u00f6cher zu erzeugen.<\/p>\n\n\n\n

Microvias helfen Ihnen, viel Platz zu sparen. Da sie so klein sind, k\u00f6nnen Sie im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Durchgangsl\u00f6chern mehr von ihnen auf kleinem Raum unterbringen. Ein weiteres gro\u00dfes Plus ist ihre geringe Induktivit\u00e4t. Das macht sie perfekt f\u00fcr Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Sie k\u00f6nnen f\u00fcr die Verbindung von Leistungsebenen mit Entkopplungskondensatoren oder \u00fcberall dort eingesetzt werden, wo elektrisches Rauschen reduziert werden soll.<\/p>\n\n\n\n

3. Materialauswahl<\/h3>\n\n\n\n

Die Wahl des richtigen Materials ist f\u00fcr jede Leiterplatte wichtig, aber bei HDI ist sie noch wichtiger. Ihr Ziel ist es, ein Material zu finden, das sich leicht herstellen l\u00e4sst, aber auch gut mit W\u00e4rme und Strom umgehen kann.<\/p>\n\n\n\n

Die physikalische Dicke des Materials ist ein Schl\u00fcsselfaktor. Sie m\u00fcssen sich das \u201cSeitenverh\u00e4ltnis\u201d der Mikrovias ansehen. Dies ist das Verh\u00e4ltnis zwischen der Tiefe des Lochs und seinem Durchmesser. Wenn das Material zu dick und das Loch zu klein ist, ist es sehr schwierig, das Loch richtig mit Kupfer zu beschichten. Sie m\u00fcssen ein Material w\u00e4hlen, bei dem die Chemikalien w\u00e4hrend des Beschichtungsvorgangs durch die L\u00f6cher flie\u00dfen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

4. Via Capping und Offset Microvias<\/h3>\n\n\n\n

Beim HDI-Design k\u00f6nnen Sie eine Technik namens \u201cVia-in-Pad\u201d verwenden. Das bedeutet, dass Sie ein Microvia direkt in der Mitte eines oberfl\u00e4chenmontierbaren Pads platzieren.<\/p>\n\n\n\n

Dazu muss die Durchkontaktierung \u201cgekappt\u201d oder gef\u00fcllt und dann mit Kupfer \u00fcberzogen werden. So entsteht eine ebene Fl\u00e4che zum L\u00f6ten. Bei dieser Methode haben Sie viel mehr Platz zum Verlegen von Leiterbahnen, da das Via keinen zus\u00e4tzlichen Platz au\u00dferhalb des Pads beansprucht. Sie k\u00f6nnen auch \u201cversetzte\u201d Mikrovias verwenden, bei denen die L\u00f6cher in den verschiedenen Lagen nicht perfekt ausgerichtet sind, um den Platz noch besser zu nutzen.<\/p>\n\n\n\n

\"v\"<\/figure>\n\n\n\n

5. Reduzierte Perforationen in der Ebene<\/h3>\n\n\n\n

Wenn Sie die Stromversorgungs- und Erdungsebenen unter einer BGA<\/a>, Sie wollen so viel solides Kupfer wie m\u00f6glich. Dies wird als \u201cPower Integrity\u201d (PI) bezeichnet.<\/p>\n\n\n\n

Bei herk\u00f6mmlichen Konstruktionen entstehen durch gro\u00dfe Durchgangsl\u00f6cher viele \u201cLeerr\u00e4ume\u201d oder leere Stellen in den Kupferebenen. Dies wirkt wie ein Zaun, der den Stromfluss blockiert. Da bei HDI die Durchgangsl\u00f6cher viel kleiner sind, bleibt mehr Kupfer intakt. Dadurch wird die elektromagnetische Vertr\u00e4glichkeit (EMV) der Leiterplatte verbessert. Au\u00dferdem bietet es eine bessere Abschirmung gegen St\u00f6rungen.<\/p>\n\n\n\n

6. Probleme mit Stapelung und Delamination<\/h3>\n\n\n\n

Der \u201cStack-up\u201d ist die Anordnung der Kupfer- und Isolationsschichten. Bei HDI werden oft verschiedene Materialien f\u00fcr verschiedene Schichten verwendet.<\/p>\n\n\n\n

Jedes Material hat einen \u201cW\u00e4rmeausdehnungskoeffizienten\u201d (CTE). Dieser gibt an, wie stark sich das Material ausdehnt, wenn es hei\u00df wird. Wenn zwei Schichten sehr unterschiedliche WAK-Werte haben, dehnen sie sich unterschiedlich schnell aus. Dies kann dazu f\u00fchren, dass sich die Schichten auseinanderziehen, was als \u201cDelamination\u201d bezeichnet wird. Um dies zu vermeiden, sollten Konstrukteure versuchen, f\u00fcr jede Schicht dasselbe Material zu verwenden oder Materialien mit sehr \u00e4hnlichen WAK-Werten und Feuchtigkeitsabsorptionsraten zu verwenden.<\/p>\n\n\n\n

\"HDI<\/figure>\n\n\n\n

7. Pr\u00fcfmethoden<\/h3>\n\n\n\n

Herk\u00f6mmliche \u201cIn-Circuit-Tests\u201d (ICT) sind bei HDI-Platinen oft nicht m\u00f6glich. ICT erfordert gro\u00dfe Pr\u00fcfpunkte, die zu viel Platz beanspruchen.<\/p>\n\n\n\n

Stattdessen verwenden die Entwickler Funktionstests oder JTAG-Methoden (Joint Test Action Group). Mit JTAG k\u00f6nnen Sie die Verbindungen zwischen integrierten Schaltkreisen testen, ohne dass Sie physische Pr\u00fcfspitzen f\u00fcr jeden einzelnen Draht ben\u00f6tigen. W\u00e4hrend ICT sehr gut geeignet ist, spezifische Fehler zu finden, ist JTAG f\u00fcr die dichte Umgebung einer HDI-Platine viel besser geeignet.<\/p>\n\n\n\n

\"JTAG<\/figure>\n\n\n\n

8. W\u00e4rmemanagement<\/h3>\n\n\n\n

HDI-Platinen sind sehr dicht, so dass sie schnell hei\u00df werden. Sie m\u00fcssen planen, wie Sie die W\u00e4rme von den Komponenten ableiten.<\/p>\n\n\n\n

Sie sollten die IPC-2226<\/a> Norm, die Regeln f\u00fcr die thermische Auslegung von HDI enth\u00e4lt. Ein Vorteil von HDI ist, dass die dielektrischen (isolierenden) Schichten sehr d\u00fcnn sind. D\u00fcnne Schichten in Verbindung mit Mikrovias helfen, die W\u00e4rme von den Chips wegzuleiten. Wenn ein Bauteil sehr hei\u00df ist, k\u00f6nnen Sie \u201cthermische Durchkontaktierungen\u201d hinzuf\u00fcgen, um die W\u00e4rme auf eine gr\u00f6\u00dfere Kupferebene oder einen K\u00fchlk\u00f6rper zu leiten.<\/p>\n\n\n\n

9. Routing-Nachfrage vs. Substratkapazit\u00e4t<\/h3>\n\n\n\n

\u201cRoutingbedarf\u201d ist die Gesamtl\u00e4nge aller Dr\u00e4hte, die f\u00fcr die Verbindung der Bauteile auf Ihrer Leiterplatte ben\u00f6tigt werden. Die \u201cSubstratkapazit\u00e4t\u201d ist die Gesamtl\u00e4nge der Dr\u00e4hte, die die Leiterplatte tats\u00e4chlich aufnehmen kann.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr ein erfolgreiches Design muss die Kapazit\u00e4t h\u00f6her sein als die Nachfrage. Wenn der Bedarf zu hoch ist, m\u00fcssen Sie m\u00f6glicherweise mehr Schichten hinzuf\u00fcgen, was jedoch die Kosten erh\u00f6ht. Designer versuchen, diese beiden Dinge auszubalancieren, um das Design zu den geringstm\u00f6glichen Kosten fertigzustellen.<\/p>\n\n\n\n

10. Berechnung der PWB-Dichte<\/h3>\n\n\n\n

Sie k\u00f6nnen die Komplexit\u00e4t Ihres Entwurfs messen, indem Sie die PWB-Dichte (Printed Wiring Board) berechnen. Wir messen dies als die durchschnittliche L\u00e4nge der Leiterbahnen pro Quadratzoll.<\/p>\n\n\n\n

Um dies zu ermitteln, gehen wir davon aus, dass jedes \u201cNetz\u201d (eine einzelne elektrische Verbindung) drei Knoten hat und dass jede Bauteilleitung ein Knoten ist. Wir verwenden die folgende Formel:<\/p>\n\n\n\n

$$Wd = \\beta \\sqrt{Cd \\times Cc}$$<\/p>\n\n\n\n

Wo:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • $Wd$<\/strong>: Die PWB-Dichte (durchschnittliche Leiterbahnl\u00e4nge pro Quadratzoll).<\/li>\n\n\n\n
  • $Cd$<\/strong>: Komponentendichte (die durchschnittliche Anzahl von Teilen pro Quadratzoll).<\/li>\n\n\n\n
  • $Cc$<\/strong>: Bauteilkomplexit\u00e4t (die durchschnittliche Anzahl von Leitungen\/Stiften pro Teil).<\/li>\n\n\n\n
  • $\\beta$<\/strong>: Eine Konstante, die von der Art des Stromkreises abh\u00e4ngt.\n
      \n
    • Verwenden Sie 2.5<\/strong> f\u00fcr hochanaloge oder diskrete Bereiche.<\/li>\n\n\n\n
    • Verwenden Sie 3.0<\/strong> f\u00fcr gemischte analoge und digitale Bereiche.<\/li>\n\n\n\n
    • Verwenden Sie 3.5<\/strong> f\u00fcr rein digitale oder ASIC-Bereiche.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

      Diese Formel ist ein hilfreicher Leitfaden. Denken Sie jedoch daran, dass jedes Design einzigartig ist und dass es keine einzige Regel gibt, die f\u00fcr jedes Brett passt.<\/p>\n\n\n\n

      \n\n\n\n

      Wie Sie Ihr HDI-Design f\u00fcr die Elektronik optimieren k\u00f6nnen<\/h2>\n\n\n\n

      HDI ist der am schnellsten wachsende Teil der Leiterplattenindustrie. Sie macht Leiterplatten effizienter und erm\u00f6glicht h\u00f6here Signalgeschwindigkeiten. Im Vergleich zu Standardplatinen haben HDI-Platinen viel d\u00fcnnere Linien, kleinere Zwischenr\u00e4ume und kleinere Pads. Der Hauptunterschied besteht darin, wie die Lagen miteinander verbunden werden. Bei Standardplatinen werden durchgehende L\u00f6cher verwendet, w\u00e4hrend bei HDI-Platinen Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen zum Einsatz kommen.<\/p>\n\n\n\n

      Hier finden Sie einige M\u00f6glichkeiten, wie Sie Ihr Design optimieren und teure Fehler vermeiden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

      W\u00e4hlen Sie den richtigen Via-Typ<\/h3>\n\n\n\n

      Die von Ihnen gew\u00e4hlten Durchkontaktierungen wirken sich auf die Leistung und die Kosten Ihrer Leiterplatte aus. Die Verwendung von Mikrodurchkontaktierungen (blind oder vergraben) kann die Gesamtzahl der ben\u00f6tigten Lagen verringern. Wenn Sie weniger Lagen haben, sinken Ihre Materialkosten. Au\u00dferdem wird der Herstellungsprozess dadurch weniger komplex. Sie sollten fr\u00fchzeitig mit Ihrem Hersteller sprechen, um herauszufinden, welche Via-Typen er zuverl\u00e4ssig herstellen kann.<\/p>\n\n\n\n

      \"PCB<\/figure>\n\n\n\n

      Komponenten mit Sorgfalt ausw\u00e4hlen<\/h3>\n\n\n\n

      Wenn Sie eine HDI-Platine bauen, m\u00fcssen Sie bei der Auswahl der Bauteile sehr vorsichtig sein. Bevor Sie mit dem Layout beginnen, sollten Sie sich die Anzahl der Pins und die Gr\u00f6\u00dfe der Bauteile ansehen. \u00dcberlegen Sie, wie die Leiterbahnen zwischen die Pins passen. Wenn Sie Bauteile ausw\u00e4hlen, die f\u00fcr die Gr\u00f6\u00dfe Ihrer Leiterplatte zu komplex sind, werden Sie mehr Zeit f\u00fcr das Design und mehr Geld f\u00fcr die Herstellung ben\u00f6tigen.<\/p>\n\n\n\n

      Planen Sie den Stack-up sorgf\u00e4ltig<\/h3>\n\n\n\n

      Es gibt viele M\u00f6glichkeiten, die Schichten in einer HDI-Platine anzuordnen. G\u00e4ngige Stile sind:<\/p>\n\n\n\n

        \n
      • 1-HDI:<\/strong> Eine Schicht von Mikrodurchkontaktierungen auf der Ober- und Unterseite mit einem Kern, der vergrabene Durchkontaktierungen enth\u00e4lt.<\/li>\n\n\n\n
      • 2-HDI (nicht gestapelt):<\/strong> Zwei Schichten von Microvias, die nicht \u00fcbereinander liegen.<\/li>\n\n\n\n
      • Gestapelte 2-HDI:<\/strong> Mikrovias, die direkt \u00fcbereinander liegen. Diese k\u00f6nnen mit Harz oder Kupfer gef\u00fcllt sein.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

        Sie m\u00fcssen einen Stapel w\u00e4hlen, der ausgeglichen ist. Wenn der Stapel nicht symmetrisch ist, kann sich die Platte w\u00e4hrend des Erhitzungsprozesses verziehen oder verbiegen. Ein guter Stapel verbessert die \u201cAusbeute\u201d (den Prozentsatz der hergestellten guten Platten).<\/p>\n\n\n\n

        Richtige Abst\u00e4nde verwenden<\/h3>\n\n\n\n

        Wenn Sie Komponenten zu nahe beieinander anordnen, k\u00f6nnen Sie \u201celektromagnetische Interferenzen\u201d (EMI) verursachen. Dies geschieht, wenn die elektrischen Signale von einem Kabel in ein anderes Kabel gelangen. Au\u00dferdem kann es zu \u201cparasit\u00e4ren Kapazit\u00e4ten\u201d kommen, die Ihre Signale verlangsamen.<\/p>\n\n\n\n

        Sie sollten Ihre Komponenten so platzieren, dass Stress und EMI minimiert werden. Gleichzeitig sollten Sie darauf achten, dass gen\u00fcgend Platz f\u00fcr die Montage und Reparatur vorhanden ist. Wenn Teile zu nahe beieinander liegen, ist es sehr schwierig, sie zu l\u00f6ten oder zu reparieren, wenn etwas schief geht.<\/p>\n\n\n\n

        Fokus auf Signalintegrit\u00e4t (SI)<\/h3>\n\n\n\n

        Bei der Signalintegrit\u00e4t geht es darum, sicherzustellen, dass das elektrische Signal von einem Ende der Leitung zum anderen sauber bleibt. Damit Ihre Signale stark bleiben:<\/p>\n\n\n\n

          \n
        • Achten Sie auf das richtige Seitenverh\u00e4ltnis Ihrer Durchkontaktierungen, damit die Kupferschicht dick und gleichm\u00e4\u00dfig ist.<\/li>\n\n\n\n
        • Verwenden Sie sehr kleine Microvias, um die \u201cStub\u201d-L\u00e4nge (zus\u00e4tzliches Kupfer, das von einer Leiterbahn absteht) zu reduzieren.<\/li>\n\n\n\n
        • Platzieren Sie kleine Teile nahe beieinander, um die Signalwege kurz zu halten.<\/li>\n\n\n\n
        • Verteilen Sie vergrabene und blinde Durchkontaktierungen, um die physische Belastung des Leiterplattenmaterials zu verringern.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

          Erweiterte Design-Tools verwenden<\/h3>\n\n\n\n

          Der Entwurf einer HDI-Leiterplatte ist zu schwierig f\u00fcr einfache Software. Hersteller und Designer ben\u00f6tigen professionelle CAD- (Computer-Aided Design) und CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing). Au\u00dferdem verwenden sie \u201cLaser Direct Imaging\u201d (LDI), um die winzigen Linien auf der Leiterplatte zu zeichnen. Da die Toleranzen so gering sind, ist die Erfahrung des Bedieners ebenso wichtig wie die der Maschinen.<\/p>\n\n\n\n

          Branchen\u00fcbergreifende Vorteile<\/h3>\n\n\n\n

          HDI-Platinen werden verwendet, weil sie die Leistung der Elektronik verbessern. Sie k\u00f6nnen sie finden in:<\/p>\n\n\n\n

            \n
          • Computer:<\/strong> F\u00fcr eine schnellere Datenverarbeitung.<\/li>\n\n\n\n
          • Smartphones:<\/strong> Um mehr Funktionen in ein Ger\u00e4t im Taschenformat zu integrieren.<\/li>\n\n\n\n
          • Medizinische Ger\u00e4te:<\/strong> Die Ger\u00e4te sollen f\u00fcr die \u00c4rzte kleiner und tragbarer werden.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

            Der Erfolg Ihres HDI-Projekts h\u00e4ngt davon ab, wie gut Sie das Layout planen und wie gut Sie mit Ihrem Hersteller zusammenarbeiten. Wenn Sie diese Tipps befolgen, k\u00f6nnen Sie eine hochleistungsf\u00e4hige Leiterplatte erstellen, die sowohl zuverl\u00e4ssig als auch kosteng\u00fcnstig ist.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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