Neue Routing-Möglichkeiten mit Ultra HDI

PCB-Designer stehen ständig vor der Herausforderung, mehr Funktionalität auf kleinerem Raum unterzubringen, während sie gleichzeitig eine hohe Leistung sicherstellen müssen. Was einst ausschließlich für die Herstellung von IC-Substraten und -Gehäusen verwendet wurde, wird heute Ultra HDI (Ultra High-Density Interconnect)-Technologie auf die PCB-Ebene gebracht, um sehr hohe Dichtekapazitäten für das Routing zu ermöglichen. Aber was macht Ultra HDI so leistungsfähig, und wie verbessert es die Effizienz des Routings?

Mehr Verbindungen, weniger Platz

Neuere Komponenten treiben die Routingdichte auf höhere Ebenen, und die traditionellen einfachen Stackups haben Mühe, Schritt zu halten. Die Fertigungskapazitäten von Ultra HDI ermöglichen es PCB-Designern, kleinere Merkmale zu platzieren, mit Leiterbahnbreiten und -abständen von nur 25/25 μm. Das bedeutet, dass Sie mehr Routing innerhalb derselben Platinenfläche unterbringen können, was es ideal für platzbeschränkte Anwendungen wie mobile Geräte und Wearables macht.

Es gibt ein berühmtes Bild aus dem Signal Integrity Journal (siehe unten), auf dem mehrere Leiterbahnen von einem hochdichten BGA herausgeführt werden. Dies veranschaulicht die Größen von Leiterbahnen und die Dichten, die mit der Ultra-HDI-PCB-Fertigung erreicht werden können. Im traditionellen Ansatz würde ein PCB-Designer dogbone fanout oder via-in-pad verwenden, um Leiterbahnen vom BGA zu anderen Komponenten zu führen.

Wenn Sie sich jemals ein wenig mehr Platz zum Arbeiten gewünscht haben, bietet Ultra HDI diesen zusätzlichen Freiraum. Selbst die Verwendung von 50/50 um Leiterbahn und Abstand ist eine signifikante Verbesserung gegenüber den traditionellen subtraktiven Ätzfähigkeiten.

Diese Erhöhung der Routingdichte ist besonders vorteilhaft in Anwendungen, bei denen Miniaturisierung entscheidend ist. Zum Beispiel bei fortschrittlichen medizinischen Geräten wie implantierbaren Sensoren oder Hörgeräten zählt jeder Millimeter Platinenplatz. Ultra HDI stellt sicher, dass komplexe Schaltungen in diese winzigen Fußabdrücke passen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Bei Unterhaltungselektronik, wo Ästhetik und Portabilität Designentscheidungen antreiben, können durch Ultra HDI ermöglichte dünnere und kompaktere PCBs zu schlankeren Produkten mit niedrigerem Profil führen.

Ein Durchbruch für BGA-Routing

High-Pin-Count BGAs (Ball Grid Arrays) können schwierig zu routen sein, besonders wenn man mit Pitches so klein wie 0,4 mm umgeht. Traditionelle Methoden erfordern oft zusätzliche PCB-Layer nur, um Fluchtwege von BGAs zu entwerfen. Ultra HDI ändert das Spiel, indem es Mikrovias und ultrafeine Leiterbahnen nutzt, um mehr Verbindungen herauszuführen, ohne die Lagenanzahl zu erhöhen.

Beim Ermöglichen des Routings für hochdichte BGAs bringt die Ultra-HDI-Montage Gefahren von BGA-Montagefehlern wie Kopf-im-Kissen, Nicht-Planarität und Lötbrücken oder Fehlausrichtung mit sich. Um dies zu überwinden und höhere Fertigungsausbeuten sowie weniger Designiterationen zu gewährleisten, benötigen Ingenieure dünnere, spezifisch für Ultra-HDI entwickelte Materialien, die niedrigere CTE-Werte als standardmäßige FR4-Materialien aufweisen. Für Designer, die mit feinpoligen Komponenten in Anwendungen wie Smartphones oder Hochleistungsrechnen arbeiten, werden diese Materialien noch entwickelt und in großem Maßstab auf den Markt gebracht.

Weniger Schichten, niedrigere Kosten

Mehr Schichten bringen oft mehr Komplexität und erhöhte Fertigungskosten mit sich, was für moderne Elektronik nicht ideal ist. Da Ultra HDI eine höhere Routingdichte mit kleinerer Leiterbahnbreite ermöglicht, können Designer Leiterbahnen von mehreren Schichten in eine einzige Schicht konsolidieren, was zu weniger Gesamtschichten im PCB-Stackup führt. Weniger Schichten führen zu niedrigeren Fertigungskosten bei hohen Stückzahlen.

Die Reduzierung der Lagenanzahl senkt nicht nur die Kosten – sie verbessert auch die Fertigbarkeit. Weniger Lagen bedeuten weniger Bohrungen, weniger Laminierzyklen und geringere Defektrisiken wie Delamination oder Fehlregistrierung. Dies führt letztendlich zu einer höheren Zuverlässigkeit und Konsistenz in der Produktion. Zudem hilft die Optimierung der Lagenaufbaustruktur bei Ultra HDI, das Wärmemanagement zu verbessern, was besonders in Anwendungen mit hoher Leistung wie der Automobil-Elektronik oder Datenzentren nützlich ist, wo überschüssige Wärme die Leistung mindern kann.

Herausforderungen und Überlegungen

Obwohl Ultra HDI viele Vorteile für fortschrittlich miniaturisierte Produkte bietet, erfordert dessen Implementierung sorgfältige Planung und Expertise. Fertigungsprozesse müssen optimiert werden, um ultrafeine Merkmale handhaben zu können, und Designer müssen eng mit den Herstellern zusammenarbeiten, um die Fertigbarkeit zu gewährleisten. Zusätzlich ist die richtige Materialauswahl kritisch – dielektrische Materialien mit geringen Verlusten und hoher Zuverlässigkeit müssen ausgewählt werden, um die Feinraster-Fertigungskapazitäten von Ultra HDI zu unterstützen.

Eine weitere Überlegung sind die Kosten-Nutzen-Abwägungen. Obwohl Ultra HDI die Lagenanzahl reduzieren und die Effizienz verbessern kann, könnte die anfängliche Investition in fortschrittliche Fertigungstechniken und Materialien höher sein. Jedoch werden, da die Technologie breiter adoptiert wird, die Skaleneffekte die Kosten senken und sie somit für eine breitere Palette von Anwendungen zugänglicher machen.

Die Zukunft des PCB-Routings ist hier

Ultra HDI ist nicht nur eine inkrementelle Verbesserung. Es ist ein revolutionärer Wandel im PCB-Design. Durch die Erhöhung der Routing-Dichte, Optimierung von BGA-Ausbrüchen, Reduzierung der Lagenanzahl und Verbesserung der Hochgeschwindigkeitsleistung ermöglicht Ultra HDI den Designern, Grenzen wie nie zuvor zu verschieben. Ob Sie an der nächsten Generation mobiler Geräte oder an Spitzentechnologie im Automobilbereich arbeiten, Ultra HDI gibt Ihnen die Werkzeuge an die Hand, um kleinere, intelligentere und effizientere PCBs zu erstellen.