Considérations de routage avec la technologie Ultra HDI

La technologie Ultra HDI n'est pas une technologie « nouvelle » dans l'industrie des PCB, elle est utilisée depuis de nombreuses années dans les cartes de circuits imprimés de smartphones et d'autres applications à très haut volume, et il existe des règles de conception très spécifiques à suivre dans ces environnements de fabrication hautement automatisés et à très haut volume.  L'Ultra HDI est nouveau dans les applications à volume faible à moyen et à mix élevé.  Plusieurs fabricants proposent désormais cette technologie, et l'industrie est en train de naviguer sur la courbe d'apprentissage du traitement de cette technologie dans un environnement comportant beaucoup plus de variables que celles rencontrées dans les installations à très haut volume. Ces fabricants travaillent avec la communauté de conception pour développer un ensemble de règles de conception pour aider à guider les conceptions de PCB vers un rendement plus élevé et une meilleure fabricabilité.  

En faisant un pas en arrière pour clarifier la définition de l'Ultra HDI, l'IPC a créé un groupe de travail sur l'Ultra HDI qui a défini cette catégorie de technologie comme une conception de carte de circuit imprimé incluant un ou plusieurs de ces paramètres :

• Largeur de ligne inférieure à 50 µm
• Espacement inférieur à 50 µm 
• Épaisseur diélectrique inférieure à 50 µm
• Diamètre de microvia inférieur à 75 µm
• Caractéristiques du produit dépassant le standard IPC 2226 niveau C existant

Cette série de blogs aborde les méthodes de fabrication et les questions de conception, et des liens vers les blogs précédents sont inclus au bas de cet article.

Aujourd'hui, explorons l'impact de ces traces et espaces ultra-fins sur l'impédance.  Eric Bogatin et son équipe ont publié un livre blanc sur ce sujet, et je mettrai également ce lien à la fin de cet article si vous souhaitez explorer cela plus en détail. 

Un avantage évident de l'utilisation de ces lignes et traces fines est la possibilité de réduire considérablement le nombre de couches pour les BGA à grand nombre de broches.  Cependant, si l'impédance est une préoccupation, ces traces de ligne ultra-fines dans la zone d'évasion BGA auront une impédance plus élevée que les zones de routage à 50 ohms.   La question devient quel est l'impact en regardant la différence d'impédance et la distance de cette zone de trace à impédance plus élevée par rapport à la longueur totale de la trace avant que la discordance d'impédance ne pose problème. 

Figure 3. Géométrie de deux régions. La région de dégagement est la trace la plus étroite, tandis que la région uniforme est supposée être la trace la plus large.

Cet article explore l'espace de conception et la méthodologie à référencer lors de la détermination de ce qui sera acceptable, concluant que l'impact pour la région de routage étroit sera dû aux réflexions.  L'impact de ses réflexions peut être maintenu à un niveau acceptable si la longueur de la région de trace étroite peut être gardée suffisamment courte.  La détermination de la longueur suffisamment courte peut être estimée avec une simulation simple.  Dans la région de dégagement, il est possible d'utiliser une trace aussi étroite que la moitié de la largeur de la trace dans la zone de routage et d'obtenir toujours une perte de retour acceptable à large bande.  L'application de cette méthodologie pourrait réduire le nombre total de couches de la carte et simplifier potentiellement la complexité globale du circuit imprimé.

De nombreuses applications n'ont pas cette contrainte et utilisent ces traces et espaces ultra-fins à leur plein avantage de routage.

Dans l'exemple ci-dessus, qui vise à illustrer, le simple ajustement de la largeur et de l'espacement des pistes de 75 microns à 19 microns réduit considérablement le nombre de couches de routage nécessaires. Bien qu'il s'agisse d'un exemple artificiel, il illustre l'importance d'avoir désormais accès à l'ultra HDI pour les applications de faible à moyen volume et de grande diversité.

Une autre perspective est la capacité de maintenir le même nombre de couches tout en diminuant significativement la taille globale du circuit imprimé. Cela est plus couramment observé lorsque le routage est simple, comme dans le cas d'un circuit flexible mono-couche ou double face.

La meilleure façon d'appliquer ces caractéristiques ultra HDI dépend des objectifs du projet. Lors de la considération de la stratégie de routage, il est également important de se rappeler que ces caractéristiques ultra-HDI ne doivent pas nécessairement être appliquées à chaque couche. Les caractéristiques de lignes fines sont souvent créées avec une approche de fabrication additive ou semi-additive plutôt qu'avec le traitement de gravure soustractif traditionnel. Cependant, les processus additifs et semi-additifs peuvent également être utilisés pour créer des tailles de caractéristiques plus grandes. Ces processus créent des motifs de pistes plus précis et peuvent aboutir à des tolérances d'impédance plus serrées sur des largeurs de pistes plus importantes.

Le fabricant utilisera généralement un processus pour former la couche spécifique avec des caractéristiques ultra-fines, mais peut utiliser un traitement de gravure soustractif pour les couches avec des caractéristiques plus grandes, des plans de masse, etc. Comme je le fais souvent dans ces blogs, je recommande de contacter votre fabricant pour comprendre la meilleure approche en termes de fabricabilité lorsque vous commencez à concevoir pour l'HDI ultra haute définition. Comme point de départ, j'ai inclus une capture des capacités HDI ultra de American Standard Circuits.

Si vous souhaitez en savoir plus, veuillez consulter quelques-uns de nos blogs précédents.  Nous avons abordé les bases du traitement SAP, nous avons récemment examiné certaines des principales questions liées à l'empilement des cartes de circuit imprimé, et nous avons exploré certaines des « règles de conception » ou « lignes directrices de conception » qui ne changent pas lors de la conception avec ces tailles de caractéristiques ultra-haute densité. 

Pour plus de détails sur les impacts de l'impédance avec les caractéristiques HDI ultra, veuillez consulter le livre blanc publié par Eric Bogatin.