Consideraciones de enrutamiento con la tecnología Ultra HDI

La tecnología Ultra HDI no es una tecnología "nueva" en la industria de PCB, ya que se ha utilizado en placas de circuito impreso de teléfonos inteligentes y otras aplicaciones de muy alto volumen durante muchos años, y existen reglas de diseño muy específicas que seguir en estos entornos de fabricación altamente automatizados y de ultra alto volumen.  Ultra HDI es nuevo en aplicaciones de volumen bajo a medio y de alta mezcla.  Varios fabricantes ahora están ofreciendo esta tecnología, y la industria está navegando la curva de aprendizaje de procesar esta tecnología en un entorno con muchas más variables que aquellas instalaciones de ultra alto volumen. Estos fabricantes están trabajando con la comunidad de diseño para desarrollar un conjunto de reglas de diseño que ayuden a guiar los diseños de PCB hacia un mayor rendimiento y fabricabilidad.  

Dando un paso atrás para aclarar la definición de ultra HDI, IPC ha creado un grupo de trabajo de ultra HDI que ha definido esta categoría tecnológica como un diseño de placa de circuito impreso que incluye uno o más de estos parámetros:

• Ancho de línea por debajo de 50 µm
• Separación por debajo de 50 µm 
• Grosor del dieléctrico por debajo de 50 µm
• Diámetro de microvía por debajo de 75 µm
• Características del producto que superan el estándar IPC 2226 nivel C existente

Esta serie de blogs aborda métodos de fabricación y preguntas de diseño, e incluye enlaces a blogs anteriores en la parte inferior de esta publicación.

Hoy, exploremos el impacto de estos trazos y espacios ultrafinos en la impedancia.  Eric Bogatin y su equipo han publicado un documento técnico sobre este tema, y también incluiré ese enlace al final de esta publicación si deseas explorarlo con más detalle. 

Un beneficio obvio de usar estas líneas y trazos finos es la capacidad de reducir drásticamente el número de capas para BGA’s de alto conteo de pines.  Sin embargo, si la impedancia es una preocupación, estos trazos de línea ultrafinos en el área de escape de BGA tendrán una impedancia más alta que las áreas de enrutamiento de 50 ohmios.   La pregunta se convierte en cuál es el impacto al mirar la diferencia en impedancia y la distancia de esta área de trazo de mayor impedancia versus la longitud total del trazo antes de que la discrepancia de impedancia sea un problema. 

Figura 3. Geometría de dos regiones. La región de salida es el trazo más estrecho, mientras que se asume que la región uniforme es el trazo más ancho.

Este documento explora el espacio de diseño y la metodología a referenciar al determinar qué será aceptable, concluyendo que el impacto para la región de enrutamiento estrecho será de las reflexiones.  El impacto de sus reflexiones puede mantenerse en un nivel aceptable si la longitud de la región de trazo estrecho puede mantenerse lo suficientemente corta.  Qué tan corto es lo suficientemente corto puede estimarse con una simulación simple.  En la región de salida, es posible usar un trazo tan estrecho como la mitad del ancho del trazo en el área de enrutamiento y aún así lograr una pérdida de retorno aceptable a un alto ancho de banda.  Aplicar esta metodología podría reducir el número total de capas de la placa y potencialmente simplificar la complejidad general de la placa de circuito impreso.

Muchas aplicaciones no tienen esta restricción y utilizan estos trazos y espacios ultrafinos a su máxima ventaja de enrutamiento.

En el ejemplo anterior, que tiene como objetivo ilustrar, simplemente ajustar el ancho y espacio de las pistas de 75 micrones a 19 micrones reduce significativamente el número de capas de enrutamiento requeridas.  Aunque este es un ejemplo forzado, ilustra la importancia de tener ahora disponible ultra HDI para aplicaciones de volumen bajo a medio, de alta mezcla.

Otra perspectiva es la capacidad de mantener el mismo número de capas pero disminuir significativamente el tamaño total de la placa de circuito impreso.  Esto se ve más comúnmente cuando el enrutamiento es simple, como un circuito flexible de una sola capa o de doble cara. 

Cómo aplicar mejor estas características de ultra HDI depende de los objetivos del proyecto.  Al considerar la estrategia de enrutamiento, también es importante recordar que estas características de ultra-HDI no necesitan aplicarse en cada capa.  Las características de líneas finas a menudo se crean con un enfoque de fabricación aditiva o semiaditiva en lugar del procesamiento tradicional de grabado por sustracción. Sin embargo, los procesos aditivos y semiaditivos también pueden utilizarse para crear tamaños de características más grandes. Estos procesos crean patrones de pistas más precisos y pueden resultar en tolerancias de impedancia más ajustadas en anchos de pistas mayores. 

El fabricante típicamente utilizará un proceso para formar la capa específica con características ultrafinas, pero puede usar procesamiento de grabado sustractivo para capas con características más grandes, planos de masa, etc. Como suelo hacer en estos blogs, recomiendo ponerse en contacto con su fabricante para entender el mejor enfoque para la fabricabilidad al comenzar a diseñar para HDI ultra. Como punto de partida, he incluido una instantánea de las capacidades de HDI ultra de American Standard Circuits.

Si desea aprender más, por favor revise algunos de nuestros blogs anteriores.  Hemos repasado los fundamentos del procesamiento SAP, recientemente examinamos algunas de las preguntas más frecuentes relacionadas con el apilado de la placa de circuito impreso y exploramos algunas de las “reglas de diseño” o “directrices de diseño” que no cambian al diseñar con estos tamaños de características de alta densidad ultra. Para más detalles sobre los impactos de la impedancia con características HDI ultra, por favor revise el documento técnico publicado por Eric Bogatin.