Verstärkte Vorteile: Flexible Schaltungen mit Ultra-HDI-Leitern

Manchmal ergibt 2 + 2 NICHT 4, manchmal kann die Kombination zweier Technologien die Vorteile beider so verstärken, dass etwas viel Größeres entsteht. Der heutige Blog wird ein Licht auf die Kombination von flexiblen Materialien und ultra-HDI-Featuregrößen werfen, speziell auf Leiterbahnen und Abstände, die weniger als 50 Mikron betragen und tatsächlich jetzt in den Vereinigten Staaten mit 20-Mikron-Leiterbahnen und -Abständen unter Verwendung traditioneller Leiterplattenfertigungsgeräte hergestellt werden.

Welche Vorteile bietet der Einsatz von flexiblen Schaltungskonstruktionen?

• Löst ein Verpackungsproblem: Material kann um Ecken gebogen und gefaltet werden, bietet eine 3-Achsen-Verbindung und hat keine diskreten Teile. Elektronische Komponenten und funktionale Elemente können in der optimalen Position innerhalb des Produkts platziert werden, wobei die flexible Schaltung gebogen, gefaltet und geformt werden kann, um die Verbindungen herzustellen. Hier ist die Vorstellungskraft gefordert!Reduzierung von Platz- und Gewichtsbedarf:  Flexible Schaltungen können sperrige Draht- und Lötverbindungen eliminieren und, abhängig von Komponenten und Struktur, bis zu 60 % an Gewicht und Platz sparen, was die Verpackungsgröße erheblich reduziert.  Flex-Materialien bieten auch ein niedrigeres Profil als traditionelle starre Platinenlösungen.
• Biokompatibilität:  Polyimidmaterialien sind eine ausgezeichnete Wahl für Biokompatibilität und werden aus diesem Grund regelmäßig sowohl in medizinischen als auch in tragbaren Anwendungen verwendet.  Fortgeschrittene Technologie kann auch Kupferleiter durch Goldleiter ersetzen und bietet so eine vollständig biokompatible Option.
• Reduzierte Montagekosten:  Das Ersetzen von sperrigen Drähten und Kabeln reduziert oder eliminiert die Verkabelung.  Dies reduziert nicht nur die Montagearbeitskosten, sondern auch die Kosten für den Draht, die Kosten für die Erstellung mehrerer Bestellungen, den Empfang und die Inspektion sowie das Zusammenstellen der Kits. 
• Erleichtert dynamisches Biegen:  Flexible Schaltungen können, wenn sie richtig entworfen sind, Millionen von Biegungen aushalten. Festplattenlaufwerke sind ein gängiges Beispiel mit 10er – 100er Millionen von Biegezyklen.  Ein weiteres gutes Beispiel sind die Scharniere unserer Laptops.  Diese Biegungen halten über die Lebensdauer unserer Computer zehntausende von Biegungen aus.
• Thermomanagement:  Polyimidmaterialien können hohen Temperaturen standhalten und dünnes Polyimid leitet Wärme viel besser ab als dickere, weniger thermisch leitfähige Materialien. 

Welche Vorteile bietet Ultra-HDI?

Zunächst, da dies ein relativ neuer Begriff ist, lautet die Definition von Ultra-HDI gemäß der kürzlich eingerichteten Arbeitsgruppe der IPC ein Design, das einen oder mehrere der folgenden Parameter umfasst:

• Leiterbahnbreite unter 50 Mikron
• Abstand unter 50 Mikron
• Dielektrikumdicke unter 50 Mikron
• Mikrovias-Durchmesser unter 75 Mikron

Ultra-HDI wird derzeit von Leiterplattenherstellern angeboten, mit Leiterbahnbreiten und -abständen von bis zu 20 Mikron und es wird erwartet, dass 12,5 Mikron später in diesem Jahr verfügbar sein werden.  

Auch wenn wir die Grenze nicht ganz bis zu 12,5 Mikron ausreizen, bietet die Verwendung von 25-Mikron-Leiterbahnen und -Abständen mehrere Vorteile:

• Drastische Reduzierung von Größe und Gewicht gegenüber dem aktuellen Stand der Technik.
• Reduzierte Lagenanzahl, Mikrovias und Laminierzyklen – für eine höhere Zuverlässigkeit.
• Enge Abstände und Impedanzkontrolle (< 5%) für alle Leiterbahnbreiten, ab 15 Mikron und darüber
• Aspektverhältnisse größer als 1:1 für Metallleiterbahnen – für verbesserte Signalintegrität
• Die HF-Leistung ist besser als bei traditionellen subtraktiven Ätzprozessen.
• Reduzierte Kosten - insbesondere für komplexe, leistungsstarke Platinen.

2 + 2 ergibt nicht IMMER 4

Betrachtet man nur die ersten zwei bis drei Vorteile jeder Technologie, kann man die überlappenden Vorteile erkennen. Flexible Materialien helfen, ein Verpackungsproblem zu lösen und die Größe und das Gewicht STARK zu reduzieren.Ultra-HDI-Technologie hat ähnliche Vorteile. Der Wechsel von einer 75-Mikron-Leiterbahn zu einer 25-Mikron-Leiterbahn ermöglicht es dem Entwickler von gedruckten Schaltungen, entweder die Gesamtgröße der flexiblen Platine erheblich zu reduzieren oder die Anzahl der Routing-Layer zu verringern, die notwendig sind, um Verbindungen herzustellen.

Ich denke nicht, dass es eine große Vorstellungskraft erfordert, sich die signifikanten Vorteile für Größe und Gewicht vorzustellen, wenn sowohl flexible Materialien als auch Ultra-HDI-Featuregrößen verwendet werden, die traditionelle starre Materialien ersetzen, mit Leiterbahnen und Abständen, die mit subtraktiver Ätztechnologie erstellt wurden.

Bonus:  Wenn der A-SAP™-Prozess ausgewählt wird, um die Ultra-HDI-Merkmale zu erstellen, wird dieser Prozess durch das Wegätzen von gesamtem Kupfer und das Hinzufügen von Metall durchgeführt, um das Leitermuster zu erstellen.  Polyimid- und LCP-Materialien werden oft aus Gründen der Bioverträglichkeit ausgewählt.  Das A-SAP™-Verfahren kann Leitermuster mit Gold und anderen Edelmetallen erstellen, wobei sämtliches Kupfer und Nickel aus dem Prozess eliminiert wird, was eine einzigartige biokompatible Lösung schafft.

Diese Ultra-HDI-Techniken verändern die Art und Weise, wie PCB-Designer komplexe Designprobleme angehen.  Wenn Sie mehr über SAP-Prozesse erfahren möchten, schauen Sie sich bitte einige unserer vorherigen Blogs an.  Wir haben die Grundlagen der SAP-Verarbeitung durchgegangen, kürzlich einige der wichtigsten Fragen zum Leiterplatten-Stack-Up  betrachtet und den Designraum um die Möglichkeit der Nutzung dieser ultra-hochdichten Leiterbahnbreiten in den BGA-Fluchtbereichen und breiteren Leiterbahnen im Routingfeld erkundet. Der Vorteil ist eine Reduzierung der Schichtanzahl in der Schaltung, und die Sorge gilt der Aufrechterhaltung der 50-Ohm-Impedanz. Eric Bogatin hat kürzlich ein Whitepaper veröffentlicht, das genau diesen Vorteil und diese Sorge analysiert.

Bitte kontaktieren Sie uns mit Ihren Fragen zu Ultra-HDI oder flexibler Schaltungstechnologie!