Capacités pour PCB à ultra-haute densité

Les concepteurs de cartes de circuits imprimés ont un nouvel outil passionnant à utiliser pour aider à résoudre les défis complexes de routage. Les fabricants servant les marchés à faible à moyen volume et à forte diversité proposent désormais la technologie Ultra-HDI, fabriquant des couches de circuits avec des processus semi-additifs. Cela offre aux concepteurs de PCB plusieurs avantages clés : la possibilité de router avec des traces et des espaces de 25 microns avec des traces très précises, la possibilité d'utiliser des tailles de caractéristiques plus grandes avec des traces très précises, d'améliorer les tolérances d'impédance contrôlée, et la possibilité d'utiliser des métaux nobles tels que l'or ou le platine comme métal conducteur pour aider à la biocompatibilité pour les applications médicales.

J'ai récemment eu l'occasion de m'asseoir avec John Johnson, directeur de la qualité chez American Standard Circuits (ASC). ASC est l'un des premiers licenciés du processus A-SAP™ d'Averatek. Voici un récapitulatif des questions posées et des conseils d'experts pour aider les concepteurs de PCB à commencer à travailler avec cette technologie.

Quelles sont vos capacités pour les tailles de caractéristiques ultra-haute densité aujourd'hui et quelles avancées ASC prévoit-il pour 2023 ?

Aujourd'hui, nous avons la capacité de produire des caractéristiques de 25 microns (1 mil de lignes et d'espaces) dans une carte de circuit imprimé pour FR-4, des constructions hybrides, Flex et Rigid-Flex. En plus de la technologie standard des lignes ultra-fines utilisant des traces en cuivre, nous pouvons produire des traces pour les applications médicales uniquement à partir d'or, de palladium et de platine.

En 2023, nous allons faire progresser encore notre technologie pour produire des caractéristiques de moins de 25 microns. En commençant par des circuits dans la gamme de 15 à 25 microns, nous devrions être en mesure de parvenir à des caractéristiques de 10 microns d'ici la fin de 2023.

Quelles sont les règles de conception clés qu'un concepteur de PCB doit garder à l'esprit lorsqu'il commence son premier projet avec des tailles de caractéristiques ultra-fines ?

C'est une excellente question. Aujourd'hui, un concepteur a de nombreuses options à utiliser dans ses conceptions, mais toutes ne se prêtent pas au monde des lignes ultra-fines.

Lorsqu'un concepteur est obligé d'utiliser des microvia empilées, des vias dans les pads plaquées et des sous-assemblages pour router des composants BGA denses aujourd'hui, la capacité de router avec des circuits à 25 ou même 50 microns donne au concepteur plusieurs avantages à prendre en compte. En général, l'accent initial doit être mis sur l'utilisation de l'avantage de la largeur de ligne. Ensuite, il faut chercher à réduire le nombre de niveaux de microvias en conservant l'utilisation d'un seul niveau, ou en utilisant des vias décalées, et enfin en utilisant des structures empilées en dernier recours. Ce faisant, l'avantage de fiabilité des structures de vias plus simples peut être réalisé.

S'il y a un avantage à utiliser des structures vias dans les pads, il est conseillé de ne pas utiliser la technologie de lignes ultra-fines à l'extérieur. Le processus de production des structures de type VII nécessite un plaquage par enveloppement et plusieurs couches, ce qui n'est pas favorable aux lignes ultra-fines. Cela peut toujours être fait, si nécessaire, mais augmentera considérablement les coûts de conception. Il faut également prendre en compte les avantages du blindage EMI avec l'utilisation de plans externes.

À l'extérieur, la finition finale est un problème si un espace de 25 microns est impliqué. Si possible, utilisez des pads définis par masque de soudure ou gardez la technologie de lignes fines « sous le masque ». Par exemple, une exigence de 200 micro-pouces de nickel dans une finition ENIG peut réduire un espace de 25 microns à 15 microns et potentiellement entraîner un court-circuit.

Quels types d'applications ont été les premiers à adopter le processus A-SAP™ ?

Celles-ci incluent le routage des BGA serrées, la simplification de la conception, les besoins en RF et les applications médicales. La biocompatibilité est particulièrement adaptée à cette technologie.

Vous avez un processus unique servant l'industrie médicale, pouvez-vous expliquer le processus utilisant de l'or et d'autres métaux nobles pour une solution plus pleinement biocompatible ?

Les besoins en biocompatibilité des composants médicaux sont un facteur unique. Le cuivre et le nickel ne sont pas biocompatibles. Comment une carte de circuit imprimé normale peut-elle fonctionner sans traces de cuivre ? Les finitions nécessitent de l'or dans la plupart des cas. Mais le nickel est un métal de base au-dessus du cuivre pour empêcher la migration du cuivre.

Le processus A-SAP™ n'a pas besoin de cuivre pour fonctionner. Il fonctionne à partir du laminé de base et se construit avec du palladium et de l'or pour créer les circuits. D'autres métaux nobles tels que le platine peuvent également être utilisés. Cela élimine le cuivre et le nickel dans la construction. Les matériaux diélectriques de base peuvent également être biocompatibles, tels que les films de polyimide et de LCP.

ASC est également un leader dans d'autres technologies. Quelles capacités vous aident à vous démarquer dans l'industrie de la fabrication de PCB ?

ASC est un fabricant diversifié de nombreuses solutions de connectivité. Des cartes à noyau métallique et à dos métallique, des cartes RF et RF hybrides utilisant des noyaux métalliques… ou non. Nous fabriquons également des multilayers haute densité jusqu'à 40 couches + utilisant des sous-assemblages, des microvias et des technologies de construction. Nous proposons des pièces flexibles haute densité, à la fois à double face et multicouches. Des constructions de type livreur sont disponibles. Enfin, le Rigid Flex est une autre spécialité dans une variété de matériaux et de constructions.

Comment les lecteurs peuvent-ils vous contacter pour poser des questions sur la meilleure façon de concevoir des caractéristiques ultra-haute densité ?

Vous pouvez me joindre à l'adresse jjohnson@asc-i.com et notre site web est www.asc-i.com

Ressources supplémentaires :

Nous avons parcouru les bases du traitement SAP, récemment examiné certaines des principales questions liées à l'empilement des cartes de circuits imprimés, 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, et exploré l'espace de conception autour de la possibilité d'utiliser ces largeurs de traces de circuit ultra-haute densité dans les zones d'échappement BGA et des traces plus larges dans le champ de routage. L'avantage est une réduction des couches de circuit et la préoccupation est de maintenir une impédance de 50 ohms. Eric Bogatin a récemment publié un document technique analysant justement cet avantage et cette préoccupation.