Conception de l'empilement 2+N+2 pour les cartes HDI

Comme pour tout autre PCB avancé, le succès dans la conception HDI provient de la conception du bon empilement. Cela est certes vrai en termes d'intégrité des signaux et de l'alimentation, mais cela compte également pour la fabrication ; l'empilement PCB HDI que vous utilisez doit se conformer à un ensemble d'étapes de traitement standard requises pour construire la carte. Selon les normes IPC-2226 pour les PCB HDI, il existe plusieurs types d'empilements PCB HDI standardisés que

Un empilement HDI couramment utilisé pour supporter le routage dans des composants BGA de haute densité avec un nombre de broches modéré est l'empilement de couches PCB 2+N+2 pour les cartes HDI. Cet empilement utilise le laminage séquentiel avec plusieurs couches HDI et une couche interne conventionnelle pour construire l'empilement de couches. Nous explorerons davantage cet empilement dans cet article, ainsi que sa relation avec d'autres empilements avancés utilisés dans les PCB HDI.

À propos de l'empilement PCB 2+N+2 pour HDI

La structure d'une structure de couches de PCB 2+N+2 est définie dans les normes IPC-2226 (connues sous le nom de Type III) ; cette structure est présentée ci-dessous. Ce diagramme est une vue éclatée de l'empilement des couches pour montrer le nombre de laminations séquentielles dans les parties supérieure/inférieure de l'empilement, ainsi que le processus de construction pour cet empilement de PCB. Les couches supérieures sont les couches de routage HDI, où des microvias sont utilisés sur des diélectriques minces pour accéder aux couches intérieures dans l'empilement. Le « 2 » dans 2+N+2 fait référence au fait que deux étapes de lamination séquentielles sont nécessaires dans l'empilement du PCB afin que les deux couches HDI supérieures puissent être empilées sur la section de couche interne.

i+N+i Empilements de PCB

Plus généralement, cette structure est connue sous le nom de superposition i+N+i, où les sections extérieures sont constituées de i couches laminées séquentiellement connectées avec des microvias. La partie intérieure de la pile de couches est connectée aux sections extérieures aux extrémités supérieure et inférieure avec un via enterré, et la portion de via enterré (appelée via de cœur) se connecte également aux autres couches internes. Vous pourriez concevoir utiliser n'importe quel nombre de couches laminées séquentiellement à l'extérieur de la superposition tant que cela peut être produit par votre maison de fabrication. Par exemple, les piles de couches 3+N+3 et 4+N+4 sont également des options courantes fournies par les maisons de fabrication de PCB HDI.

De plus, techniquement, il n'y a pas de limite à N en théorie, bien que pratiquement cela sera limité en fonction de l'épaisseur des couches extérieures et du nombre total de couches. Les problèmes de fiabilité (qui seront discutés plus en détail ci-dessous) trouvés dans les piles de microvias ne sont pas présents sur cette couche interne car un trou traversant mécaniquement percé est utilisé pour connecter les couches internes avant la lamination avec les couches extérieures. Cela forme un via enterré une fois que la superposition est entièrement construite. Une fois la superposition construite, des trous traversants peuvent également être placés dans la pile de couches finie allant entre toutes les couches en utilisant des processus de perçage et de placage standards.

Stratification séquentielle (ou Buildup)

Le processus standard utilisé pour construire l'empilement d'un PCB HDI est la stratification séquentielle. En effet, l'empilement est fabriqué en formant chaque couche individuellement, puis l'ensemble de l'empilement 2+N+2 est formé avec une étape de stratification finale. Les types de matériaux les plus courants utilisés dans la stratification séquentielle pour les empilements HDI sont le cuivre revêtu de résine (RCC), spécifiquement le polyimide métallisé, le polyimide pur et le polyimide coulé. Les stratifiés PTFE et FR4 sont également utilisés dans les empilements de couches HDI.

Certaines usines de fabrication vous diront que vous ne pouvez pas utiliser de vias empilés dans un empilement créé avec la stratification séquentielle, mais je pense qu'il y a une certaine confusion sur ce point. La structure 2+N+2 peut supporter des vias empilés, y compris avec le via central s'étendant éventuellement dans l'une des couches stratifiées séquentiellement. Je pense que la confusion vient de la mise en œuvre d'un via empilé pour couvrir deux couches comme défini dans l'empilement HDI de type I (voir ci-dessous). Au lieu de cela, nous utiliserions des vias sautés pour router de la couche de surface vers une couche interne, et cette paire de couches serait stratifiée sur la couche de via central.

• Apprenez-en plus sur le processus de fabrication HDI dans cet article.

Autres empilements HDI standardisés

Le stackup 2+N+2 est probablement le stackup HDI le plus populaire qui prend en charge les BGA à nombre élevé de broches, mais il existe d'autres stackups qui sont définis dans les normes IPC-2226. Ceux-ci sont étiquetés de Type I à Type VI avec une complexité croissante. Ces types de stackups sont présentés ci-dessous :

Le sur-cœur (Type IV) implique le dépôt de diélectrique sur une couche de cœur interne et est moins courant parmi les stackups HDI. Le plus complexe est le Type V/VI, mieux connu sous le nom d'interconnexion de chaque couche (ELIC), où des microvias empilés/décalés sont placés dans tout le stackup.

• Apprenez-en plus sur ELIC dans cet article.

Parmi ceux-ci, les Types I à III (2+N+2) sont les plus courants. Notez cependant que certains fabricants vous recommanderont d'éviter de dépasser les stackups 2+N+2 ou 3+N+3 en raison de problèmes de capacité ou de rendement. Ils vous diront de vous concentrer plutôt sur une stratégie de fanout pour intégrer toutes les pistes dont vous avez besoin dans chaque couche et pour connecter les BGA à nombre élevé de broches. Je serais d'accord avec cela, mais si un stackup 4+N+4 était nécessaire, je chercherais une maison de fabrication qui prend en charge juste ELIC.

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