Ultra HDI - Häufig gestellte Fragen

Was ist Ultra-HDI?

Es gibt viele Diskussionen über „Ultra-HDI“, besonders mit all der erwarteten Arbeit, die im Rahmen des CHIPS Act geleistet wird.  Meiner Erfahrung nach bedeutet Ultra-HDI für verschiedene Personen unterschiedliche Dinge, je nachdem, wo ihre Fähigkeiten und Expertisen liegen.  IPC hat eine Arbeitsgruppe ins Leben gerufen, um Ultra-HDI zu adressieren, und ihre Position ist, dass ein Design, um als Ultra-HDI betrachtet zu werden, einen oder mehrere der folgenden Parameter beinhalten muss:
Leiterbahnbreite unter 50 Mikron

• Abstand unter 50 Mikron
• Dielektrikumdicke unter 50 Mikron
• Mikro-Via-Durchmesser unter 75 Mikron

Das ist eine ziemlich großzügige Definition, und es gibt heute einige spezialisierte Hersteller, die Leiterplatten herstellen können, die diesen Kriterien entsprechen, indem sie die traditionellen subtraktiven Ätzverfahren verwenden. Die Verwendung von 50 Mikron Spur- und Abstandsbreiten ist eine Verbesserung gegenüber den traditionellen Mindestwerten von 75 Mikron, an die wir historisch gebunden waren, aber ich denke, es wird viel interessanter, wenn wir nun Hersteller sehen, die in der Lage sind, Schichten mit 15 Mikron Linien- und Abstandsbreiten zu erstellen. Mehrere Hersteller bauen jetzt mit semi-additiven PCB-Herstellungsverfahren (SAP), einschließlich Hersteller, die sich auf High-Mix-Low-Volume-Arbeiten spezialisieren.  Wir haben SAP-Prozesse traditionell hauptsächlich in Einrichtungen mit hohem Volumen gesehen.

Auch wenn wir die Grenze nicht ganz bis zu 15 Mikron ausreizen, bietet die Verwendung von 25 Mikron Spur- und Abstandsbreiten, um aus engen BGA-Bereichen herauszukommen, so viele Vorteile:

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

In einem früheren Blogbeitrag haben wir einige der häufig gestellten Fragen diskutiert, mit denen sich Leiterplattendesigner beim Erlernen der ersten Entwürfe unter Nutzung dieser neuen Fähigkeiten auseinandersetzen.  Unten ist ein Link enthalten, falls Sie diese überprüfen möchten.

In diesem Blog werden wir mit einigen weiteren häufig gestellten Fragen fortfahren, die sich auf das Design für die Fertigbarkeit konzentrieren. Für diese Diskussion betrachten wir Anwendungen, bei denen Leiterplattendesigner einen Hybrid-Ansatz für ihr Design verwenden. Bestimmte Schichten werden mit einer 25-Mikron-Leiterbahn und Abstand geroutet, um die Anzahl der benötigten Schichten zum Herausführen aus engen BGA-Bereichen zu reduzieren, und die Strom- und Masseebenen haben viel größere Merkmale. Diese Strom- und Masseebenen werden typischerweise mit subtraktiven Ätzprozessen hergestellt. Wenn dieser Ansatz verwendet wird, wird häufig folgende Frage gestellt:

Kann ich die Via-In-Pad-Plated-Over (VIPPO)-Technologie mit diesen ultrafeinen Leiterbahnen und Abständen entwerfen?

Die kurze Antwort lautet ja, mit folgenden Richtlinien: Via in Pad / plated over Strukturen sollten auf nicht-ultra-hochdichten Schichten ausgeführt werden. Vorzugsweise sollten diese Strukturen, falls benötigt, in einer externen Strom-/Massestruktur mit einer Leiterbahnbreite von 75 Mikron (3 mils) und einem Abstand von 125 Mikron (5 mils) verwendet werden. Dies ist aufgrund der mehrfachen Plattierungsprozesse erforderlich, um die VIPPO-Technologie herzustellen.

Wenn Via-in-Pad zusammen mit extrem feinen Leiterbahnen außen notwendig ist, sollte ein mit Kupfer gefülltes Mikro-Via verwendet werden, um zur nächsten Schicht nach unten zu führen.  Der Durchmesser dieses Vias sollte 3 bis 4 Mil betragen und der dielektrische Abstand sollte nicht größer als der Via-Durchmesser sein, vorzugsweise weniger.

Eine vergrabene Struktur kann verwendet werden, wenn die oberste und unterste Schicht der Baugruppe keine Technologie mit extrem feinen Leiterbahnbreiten verwendet.  Dieses Via kann gefüllt und überplattet werden.

Was ist der minimale Abstand von Leiterbahn zu Pad?

Obwohl der Kupfer-zu-Kupfer-Abstand in der subtraktiven Ätzverarbeitung die Kosten erhöhen kann, ist dies in der semi-additiven Umgebung nicht der Fall.  

Bei inneren Schichten kann der Abstand 25 Mikron oder darunter betragen, abhängig von der Technologie, die vom PCB-Hersteller verwendet wird.

Bei äußeren Schichten muss genügend Platz vorhanden sein, um die Lötstopplack vollständig über die Leiterbahn zu legen und kein Kupfer freizulegen.  „Maskendefinierte“ Pads werden gegenüber „metalldefinierten“ Pads empfohlen.  Dies wird Probleme mit der Lötstopplack-Registrierung verhindern, die das benachbarte Metall freilegen, wenn der externe Abstand zwischen dem Pad und benachbartem Metall weniger als 75 Mikron beträgt.  

Diese neuen Fertigungstechniken verändern die Art und Weise, wie PCB-Designer komplexe Designprobleme angehen. Wenn Sie mehr über SAP-Prozesse erfahren möchten, werfen Sie bitte einen Blick auf einige unserer vorherigen Blogs. Wir haben die Grundlagen der SAP-Verarbeitung durchgenommen, kürzlich einige der wichtigsten Fragen im Zusammenhang mit dem Aufbau von gedruckten Schaltkarten untersucht und den Designraum rund um die Möglichkeit der Nutzung dieser ultra-hochdichten Leiterbahnbreiten in den BGA-Fluchtbereichen sowie breiteren Leiterbahnen im Routing-Feld erkundet. Der Vorteil ist eine Reduzierung der Schichtanzahl in den Schaltkreisen 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 zur Ultra-HDI-Technologie!