Produzione di PCB e strutture conduttive verticali

Non molto tempo fa un ingegnere creativo in Europa ha proposto un nuovo concetto per connessioni livello in livello con una densità più alta rispetto al through-hole convenzionale. Questo ingegnere è Joan Torne’ di NEXTGin Technologies BV [1] e la sua tecnologia è detta “Strutture Conduttive Verticali-VeCS”. Impiega l’attrezzatura di fabbricazione PCB TH e aumenta le densità a quella del HDI con capacità a 0,4 mm di distanza BGA.

Il concetto è di forare o instradare uno slot o cavità nella scheda (per connessioni cieche) o attraverso la scheda, poi metallizzare e rivestire. Nell’ultimo passo della fabbricazione vengono creati fori leggermente più larghi per creare una connessione verticale fra livelli, come si vede nella Figura 1 a. Come potete vedere dall’illustrazione in Figura 1b queste connessioni verticali più piccole occupano meno spazio che un through-hole perforato, per cui lasciano più spazio per l’instradamento. Nell’esempio che ho creato nella Figura 1c, ho comparato TH, microvie e VeCS per una distanza BGA di 1.0 mm. Per il TH potete riuscire a stringere 2-tracce sotto la sezione ad “osso di cane” mentre, se si usano microvie oscillanti, è possibile raggiungere 7-piste. Analoga densità ha la scheda di breakout VeCS con 7-piste. Quando si scende a 0,5 mm di distanza BGA, per TH, non c’è spazio per instradare più di una pista se si usa via-in-pad; tuttavia per HDI è possibile instradare 7 piste fra via cieche. VeCS è altrettanto denso con l’abilità di instradare 5-piste fra le connessioni verticali. Per le distanze più larghe, c’è un po’ di flessibilità con VeCS breakout, come visto nel caso di 1,0 mm, con due instradamenti differenti nella cavità.

FIGURA 1. a. La tecnologia VeCS crea piste verticali per connettere livelli insieme anziché impiegare un foro intero; b. una vista 3D mostra il vantaggio di spazio di routing aggiuntivo creato usando solo il muro verticale; c. Una comparazione delle due tecnologie comuni, TH e HDI contro VeCS per due breakout BGA - 1.0 mm e 0.5 mm BGA. 

Le regole di routing per la Figura 1c sono mostrate nella Tabella 1:

TABELLA 1. Regole di progettazione e routing per i due breakout BGA e routing per through-hole, HDI-microvie e tecnologia VeCS

Il processo di fabbricazione del VeCS non ha cambiato il processo di fabbricazione del multilivello convenzionale, sono stati aggiunti solo pochi passi:

1. Perforare o instradare uno slot fra gli spazi BGA

2. Metallizzare normalmente

3. Immagine con breakout VeCS adiacente allo slot metallizzato

4. Rivestire normalmente

5. Strappare ed incidere normalmente

6. Alla fine della fabbricazione perforare la metallizzazione per piste verticali.

Il processo (visto in Figura 2) non richiede l’uso di un trapano laser ed è compatibile con il processo del pannello piatto.

FIGURA 2. Il processo di fabbricazione VeCS è molto convenzionale

L’unico articolo pubblicato sulla tecnologia, nella rivista PCB di Febbraio 2017 [2], indicava che Joan aveva creato veicoli test per verificare l’affidabilità ed utilizzato Altium Designer per creare la parte grafica. La fabbricazione ed il test sono stati fatti da WUS. Dopo diversi cicli di riflusso senza piombo e cicli termici i difetti erano comparabili con quelli della tecnologia through-hole. L’integrità del segnale è leggermente migliore, dato che la pista verticale ha meno induttanza che un foro, ma gli slot o le cavità potrebbero interferire con le discese a massa. 

Per quanto riguarda il compromesso costi-benefici, l’aumento della densità di instradamento permette, in genere, minor segnale e livelli di riferimento o una basetta(scheda) più piccola con un miglioramento per pannello. In questo modo è possibile risparmiare soldi e pagare per un’ulteriore foratura o processo di instradamento per creare le cavità o i fori nella scheda.

Se questo è un approccio che volete adottare contattate il vostro produttore preferito di PCB per provare una basetta test. Se volete utilizzarlo in un progetto contattate NEXTGin [1] per vedere lo stato del brevetto della tecnologia. NEXTGin al momento è usato da due produttori di PCB.

REFERENZE

1. https://www.nextgin-tech.com/
2. Starkey, Pete, Intervista di Joan Tourne’, “Vertical Conductive Structures–a New Dimension in High-Density Printed Circuit Interconnect”, The PCB magazine, Febbraio 2017, pp 16-20