Fähigkeiten für Ultra-Hochdichte-Leiterplatten

Leiterplattendesigner haben ein aufregendes neues Werkzeug zur Verfügung, um komplizierte Routing-Herausforderungen zu lösen. Hersteller, die den Markt für geringe bis mittlere Stückzahlen und eine hohe Mischung bedienen, bieten nun Ultra-HDI-Technologie an, indem sie Schaltungsschichten mit semi-additiven Prozessen fertigen. Dies bietet PCB-Designern eine Reihe von Schlüsselvorteilen: die Fähigkeit, mit 25-Mikron-Leiterbahnbreiten und -abständen und hochpräzisen Leiterbahnen zu routen, die Möglichkeit, größere Feature-Größen mit hochpräzisen Leiterbahnen zu verwenden, verbesserte Toleranzen für kontrollierte Impedanzen und die Möglichkeit, Edelmetalle wie Gold oder Platin als leitfähiges Metall zu verwenden, um die Biokompatibilität für medizinische Anwendungen zu unterstützen.

Ich hatte kürzlich die Gelegenheit, mich mit John Johnson, dem Qualitätsdirektor bei American Standard Circuits (ASC), zu unterhalten. ASC ist einer der ersten Lizenznehmer des Averatek’s A-SAP™-Prozesses. Dies ist eine Zusammenfassung der gestellten Fragen und des Expertenrats, um PCB-Designer zu unterstützen, wenn sie beginnen, mit dieser Technologie zu arbeiten.

Was sind Ihre Fähigkeiten für ultra-hochdichte Feature-Größen heute und welche Fortschritte plant ASC für 2023?

Heute haben wir die Fähigkeit, 25-Mikron-Strukturen (1 mil Linien und Abstände) auf einer mehrlagigen Leiterplatte für FR-4, Hybridkonstruktionen, Flex und Rigid-Flex zu produzieren. Zusätzlich zur Standard-Technologie mit ultrafeinen Linien unter Verwendung von Kupferbahnen können wir Bahnen für medizinische Anwendungen ausschließlich aus Gold, Palladium und Platin herstellen.

Im Jahr 2023 werden wir unsere Technologie weiterentwickeln, um Strukturen unter 25 Mikron zu bauen. Beginnend mit Schaltkreisen im Bereich von 15 bis 25 Mikron, sollten wir bis Ende 2023 in der Lage sein, 10-Mikron-Strukturen zu erreichen.

Welche sind die wichtigsten Designregeln, die ein PCB-Designer im Kopf haben sollte, wenn er sein erstes Design mit ultrafeinen Strukturgrößen beginnt?

Dies ist eine großartige Frage. Heute hat ein Designer viele Optionen für seine Entwürfe, aber nicht alle eignen sich für die Welt der Ultra-Feinlinien.

Wenn ein Designer heute gezwungen ist, gestapelte Mikrovias, Via-in-Pad-Plattierungen und Unterbaugruppen zu verwenden, um dichte BGA-Komponenten zu verlegen, bietet die Fähigkeit, mit einer Leiterbahnbreite von 25 oder sogar 50 Mikron zu arbeiten, dem Designer mehrere Vorteile, die es zu berücksichtigen gilt. Typischerweise sollte der erste Fokus auf der Nutzung des Vorteils der Leiterbahnbreite liegen. Dann sollte man versuchen, die Anzahl der Mikrovia-Ebenen zu reduzieren, indem man die Verwendung einer einzigen Ebene beibehält, oder indem man Vias versetzt anordnet und schließlich gestapelte Strukturen nur als letzten Ausweg verwendet. Dadurch kann der Zuverlässigkeitsvorteil einfacherer Via-Strukturen realisiert werden.

Wenn es einen Vorteil gibt, Via-in-Pad-Strukturen zu verwenden, planen Sie, Ultra-Feine Leiterbahnen extern nicht zu verwenden. Der Prozess zur Herstellung von Typ-VII-Via-Strukturen erfordert Wrap-Plattierung und mehrere Plattierungsdurchgänge, was nicht förderlich für Ultra-feine Leiterbahnen ist. Es kann immer noch durchgeführt werden, falls erforderlich, wird aber die Kosten des Designs erheblich erhöhen. Berücksichtigen Sie die Vorteile der EMI-Abschirmung mit der Verwendung von Ebenen extern.

Extern, ist die Endoberfläche besonders bei einem 25-Mikron-Abstand von Bedeutung. Wenn möglich, sollten Lötpastendefinierte Pads verwendet oder die Feinleitertechnologie „unter der Maske“ gehalten werden. Als Beispiel kann eine Anforderung von 200 Mikrozoll Nickel in einer ENIG-Beschichtung einen 25-Mikron-Abstand auf 15 Mikron reduzieren und potenziell Kurzschlüsse verursachen.

Welche Art von Anwendungen waren die frühen Anwender für den A-SAP™-Prozess?

Diese waren beim Routing aus engen BGA's, Designvereinfachung, RF-Bedürfnissen und medizinischen Anwendungen. Biokompatibilität ist besonders geeignet für diese Technologie.

Sie haben einen einzigartigen Prozess, der der medizinischen Industrie dient, können Sie den Prozess unter Verwendung von Gold und anderen Edelmetallen für eine vollständig biokompatible Lösung erklären?

Die Biokompatibilitätsbedürfnisse medizinischer Komponenten sind ein einzigartiger Faktor. Kupfer und Nickel sind nicht biokompatibel. Wie kann eine normale Leiterplatte ohne Kupferbahnen funktionieren? Oberflächen benötigen in den meisten Fällen Gold. Aber Nickel ist ein Basismetall über Kupfer, um die Kupfermigration zu verhindern.

Der A-SAP™-Prozess benötigt kein Kupfer, um zu funktionieren. Er beginnt mit Basismaterial und baut mit Palladium und Gold Schaltkreise auf. Auch andere Edelmetalle wie Platin können verwendet werden. Dies eliminiert Kupfer und Nickel im Aufbau. Basisisolierstoffe können auch biokompatibel sein, wie Polyimid- und LCP-Folien.

ASC ist auch führend in anderen Technologien. Welche Fähigkeiten heben Sie in der PCB-Herstellungsbranche hervor?

ASC ist ein diversifizierter Hersteller vieler Verbindungslösungen. Metallkern- und metallrückseitige Platinen, RF- und Hybrid-RF-Platinen mit oder ohne Metallkerne. Wir bauen auch hochdichte Mehrlagenplatinen mit bis zu 40 Lagen + unter Verwendung von Unterbaugruppen, Mikrovias und Aufbautechnologien. Wir bieten hochdichte Flexteile, sowohl doppelseitig als auch mehrlagig. Buchbinderkonstruktionen sind verfügbar. Schließlich ist Rigid Flex eine weitere Spezialität in einer Vielzahl von Materialien und Aufbauten.

Wie können Leser mit Ihnen in Kontakt treten, wenn sie Fragen dazu haben, wie man am besten für ultra-hochdichte Merkmale entwirft?

Sie können mich unter jjohnson@asc-i.com erreichen und unsere Website ist www.asc-i.com

Zusätzliche Ressourcen:

Wir haben uns kürzlich mit den Grundlagen der SAP-Verarbeitung befasst, einige der wichtigsten Fragen zum Aufbau von gedruckten Schaltkarten betrachtet, einige der „Designregeln“ oder „Gestaltungsrichtlinien“ erforscht, die sich nicht ändern, wenn man mit diesen ultra-hochdichten Feature-Größen entwirft, und den Designraum um die Möglichkeit der Nutzung dieser ultra-hochdichten Leiterbahnbreiten in den BGA-Entflechtungsbereichen sowie breiteren Leiterbahnen im Routing-Feld erkundet. Der Vorteil ist eine Reduzierung der Schichtanzahl der Schaltkreise 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.