Ultra HDI - Questions fréquemment posées

Qu'est-ce que l'Ultra-HDI ?

Il y a beaucoup de discussions autour de l'"Ultra-HDI", surtout avec tout le travail anticipé réalisé dans le cadre du CHIPS Act.  D'après mon expérience, l'Ultra-HDI signifie différentes choses pour différentes personnes, selon leurs capacités et leur expertise.  L'IPC a créé un groupe de travail pour aborder l'ultra-HDI et leur position est que pour être considéré comme ultra-HDI, un design doit inclure un ou plusieurs des paramètres suivants :
Largeur de ligne inférieure à 50 microns

• Espacement inférieur à 50 microns
• Épaisseur diélectrique inférieure à 50 microns
• Diamètre de microvia inférieur à 75 microns

C'est une définition assez généreuse et il existe aujourd'hui quelques fabricants spécialisés capables de produire des cartes de circuits imprimés répondant à ces critères en utilisant les procédés traditionnels de gravure soustractive. Bien que l'utilisation d'une trace et d'un espace de 50 microns soit une amélioration par rapport aux minimums traditionnels de 75 microns auxquels nous avons été historiquement limités, je pense que cela devient beaucoup plus intéressant lorsque nous voyons maintenant des fabricants capables de créer des couches avec une ligne et un espace de 15 microns. Plusieurs fabricants construisent désormais avec des techniques de fabrication de PCB semi-additives (SAP) incluant des fabricants spécialisés dans les travaux à mix élevé et volume faible. Nous avons traditionnellement vu les processus SAP fonctionner principalement dans des installations à haut volume.

Même si nous ne poussons pas la limite jusqu'à 15 microns, utiliser une trace et un espace de 25 microns pour sortir des zones BGA serrées présente de nombreux avantages :

• Réduction considérable de la taille et du poids par rapport à l'état de l'art actuel 
• Espacement serré et contrôle de l'impédance (< 5 %) pour toutes les largeurs de ligne, à partir de 15 microns et plus 
• Diminution du nombre de couches, microvias et cycles de laminage – pour une plus grande fiabilité
• Rapports d'aspect supérieurs à 1:1 pour les pistes métalliques – pour une meilleure intégrité du signal
• Performance RF supérieure aux processus traditionnels de gravure soustractive
• Réduction des coûts - surtout pour les cartes complexes et haute performance

Dans un billet de blog précédent, nous avons discuté de quelques-unes des questions fréquemment posées alors que les concepteurs de cartes de circuits imprimés franchissent la courbe d'apprentissage lors de leurs premières conceptions en utilisant ces nouvelles capacités.  Un lien est inclus ci-dessous si vous souhaitez les consulter.

Dans ce blog, nous allons continuer avec quelques questions fréquemment posées supplémentaires, axées sur la conception pour la fabricabilité. Pour cette discussion, examinons les applications où les concepteurs de cartes de circuits imprimés utilisent une approche hybride pour leur conception. Certaines couches sont routées avec une trace et un espacement de 25 microns pour réduire le nombre de couches nécessaires pour sortir des zones BGA serrées et les couches d'alimentation et de masse présentent des caractéristiques beaucoup plus grandes. Ces couches d'alimentation et de masse sont généralement produites avec des processus de gravure soustractive. Lorsque cette approche est utilisée, une question courante est posée :

Puis-je concevoir la technologie Via-In-Pad-Plated-Over (VIPPO) avec ces lignes et espaces ultra-fins ?

La réponse courte est oui, avec les directives suivantes : les structures via dans le pad / plaquées par-dessus devraient être exécutées sur des couches non ultra-haute densité. De préférence, ces structures, si nécessaires, devraient être utilisées dans une structure externe d'alimentation/masse avec une largeur de ligne de 75 microns (3 mils) et un espacement de 125 microns (5 mils). Cela est dû aux multiples processus de placage nécessaires pour produire la technologie VIPPO.

Si l'utilisation de via dans le pad est nécessaire avec des lignes ultra-fines à l'extérieur, alors un microvia rempli de cuivre devrait être utilisé pour se router vers la couche inférieure.  Le diamètre de ce via devrait être de 3 à 4 mils et l'espacement diélectrique ne devrait pas être supérieur au diamètre du via, de préférence moins.

Une structure enterrée peut être utilisée si les couches supérieure et inférieure du sous-assemblage n'utilisent pas la technologie de largeur de ligne ultra-fine.  Ce via peut être rempli et plaqué par-dessus.

Quel est l'espacement minimum entre la trace et le pad ?

Alors que l'espacement entre cuivre peut augmenter les coûts dans le traitement par gravure soustractive, dans l'environnement semi-additif, ce n'est pas le cas.  

Avec les couches internes, l'espacement pourrait être de 25 microns ou moins selon la technologie utilisée par le fabricant de PCB.

Avec les couches externes, il doit y avoir suffisamment d'espace pour permettre au masque de soudure de couvrir entièrement la trace et de ne pas exposer de cuivre.  Les pads définis par le masque sont recommandés par rapport aux pads définis par le métal.  Cela évitera les problèmes d'enregistrement du masque de soudure exposant le métal adjacent lorsque l'espacement externe est inférieur à 75 microns entre le pad et le métal adjacent.  

Ces nouvelles techniques de fabrication changent la manière dont les concepteurs de PCB abordent la résolution de problèmes de conception complexes.  Si vous êtes intéressé par en savoir plus sur les processus SAP, veuillez consulter quelques-uns de nos blogs précédents. Nous avons abordé les bases du traitement SAP, récemment examiné certaines des questions les plus fréquentes liées à l'empilement des circuits imprimés, et exploré l'espace de conception autour de la possibilité d'utiliser ces largeurs de traces de circuit ultra-haute densité dans les régions d'évasion BGA et des traces plus larges dans le champ de routage.  L'avantage est une réduction du nombre de couches de circuits et la préoccupation est de maintenir une impédance de 50 ohms.  Eric Bogatin a récemment publié un livre blanc analysant précisément cet avantage et cette préoccupation.

N'hésitez pas à nous faire part de vos questions sur la technologie Ultra-HDI !