Wyjaśnij jak dla projektanta: ELIC PCB i trasowanie HDI

W ramach standardów IPC-2226 istnieje kilka standardowych układów stosów PCB, które są używane do wspierania trasowania PCB HDI, co umożliwia trasowanie ścieżek do komponentów BGA o małym rozstawie nóżek. Większość standardowych konstrukcji stosów PCB HDI wykorzystuje via rdzeniowe (zakopane) i/lub via przelotowe dotykające wszystkich warstw. Standardowe układy stosów PCB HDI mogą również używać pomijanych via na warstwie powierzchniowej w dodatku do standardowych ślepych/zakopanych mikrovia, aby umożliwić wyjścia BGA dostęp do wewnętrznych warstw PCB.

Z PCB zawierającymi jeszcze więcej warstw i stającymi się cieńszymi niż kiedykolwiek wcześniej, stosowane są nowe techniki, aby zwiększyć gęstość połączeń. Najbardziej złożony styl trasowania i projektowania stosu HDI, który jest obecnie używany, nazywa się połączenie każdej warstwy (ELIC). Ten styl trasowania opiera się na prostej idei: rozszerzenie mikrovia przez cały stos PCB, tak aby sygnały mogły być trasowane na połączeniach o wysokiej gęstości między dowolnym zestawem warstw w PCB. To może brzmieć jak niewinna zezwolenie, ale stawia to ograniczenia na proces produkcji i zestawy materiałów używane do budowy PCB. Przyjrzymy się bliżej ELIC w tym artykule.

Projektowanie stosu PCB ELIC

ELIC jest czasami określane jako HDI każdej warstwy, co oznacza, że sygnały mogą być prowadzone na połączeniach o wysokiej gęstości między dowolnymi warstwami w układzie warstw. Te zaawansowane płytki PCB HDI zawierają wiele warstw miedzianych, wypełnionych mikropoprzez w warstwach, co umożliwia jeszcze bardziej złożone połączenia. Przy użyciu ELIC na płytce HDI, każda warstwa ma swoje własne, wypełnione miedzią, wiercone laserowo mikropoprzez. ELIC używa tylko stosowanych, wypełnionych miedzią mikropoprzez do tworzenia połączeń przez każdą warstwę. Pozwala to na tworzenie połączeń między dowolnymi dwoma warstwami w PCB po ich złożeniu. Nie tylko oferuje to zwiększony poziom elastyczności, ale również pozwala projektantom maksymalizować gęstość połączeń na dowolnej warstwie.

Poniższy obraz pokazuje boczny przekrój płytki ELIC HDI. Ten obraz mikrosekcji zawiera stosowane mikropoprzez w całym układzie warstw PCB, ale może również zawierać przesunięte mikropoprzez w różnych regionach.

Przewierty otworowe nie są już potrzebne, ponieważ wszystkie połączenia między warstwami płytki są wykonane już w początkowej fazie budowy. Ponieważ ELIC wykorzystuje strukturę wypełnioną miedzią, techniki galwanizacji dla wypełnionych przewiertów (np. VIPPO) nie są wymagane. Ta szczególna konfiguracja sprzeciwia się ostrzeżeniu IPC dotyczącemu niezawodności mikroprzewiertów, ponieważ mamy do czynienia ze stosowanymi mikroprzewiertami obejmującymi całą strukturę PCB. Nie wszyscy producenci mogą zagwarantować wydajność dla PCB ELIC bez ukrytych wad wynikających z procesu lutowania. Bądź ostrożny przy wyborze producenta, który może zapewnić te gwarancje i upewnij się, że zastosujesz ich zasady DFM, aby zapewnić, że twoja płyta spełni kryteria jakości i akceptacji.

Produkcja ELIC

Proces produkcji ELIC rozpoczyna się od ultracienkiego rdzenia z mikroprzewiertami wykonanymi laserowo i solidną bazą wypełnioną miedzią. Po wypełnieniu miedzią początkowego mikroprzewiertu na wewnętrznej warstwie, dodawana jest kolejna warstwa dielektryczna w sekwencyjnej laminacji. Wiercenie laserowe jest stosowane do nowej warstwy w celu zbudowania stosu PCB ELIC, po czym przewierty w tej warstwie są wypełniane miedzią. Proces ten jest powtarzany aż do uzyskania pożądanego stosu z mikroprzewiertami wypełnionymi miedzią. Sekwencyjne wypełnianie miedzią poprawia integralność strukturalną płytki i jest potrzebne, aby zapobiec tworzeniu się wgłębień/pustek w wewnętrznych mikroprzewiertach, o ile budowa zapewnia mocne interfejsy galwaniczne w przypadku stosowania stosowanych mikroprzewiertów.

DFM dla PCB ELIC

Ogólnie rzecz biorąc, istnieje kilka prostych zasad DFM, które należy stosować podczas planowania rozmieszczenia elementów na płytce HDI, która będzie wykorzystywać ELIC. Oprócz stosowania się do zaleceń wytwórni HDI, upewnij się, że wdrożysz te ogólne zalecenia:

• Wybierz odpowiedni stosunek wymiarów mikroprzewiertów, aby zapewnić niezawodność wykonanej gołej płytki
• Upewnij się, że określiłeś wypełnione mikroprzewierty w warstwach wewnętrznych, aby zapobiec powstawaniu pustek/zapadnięć
• Dokładnie dopasuj grubość warstw do odstępów i szerokości ścieżek dla linii z kontrolowaną impedancją, aby zapewnić możliwość realizacji strategii rozwijania połączeń
• Układ warstw musi być symetryczny w całym urządzeniu

Zastosowania ELIC

ELIC znalazł zastosowanie w PCB używanych dla GPU i kart pamięci, ale nowsze smartfony, tablety i urządzenia noszone również mogą być projektowane z wykorzystaniem ELIC. Te aplikacje zwykle wymagają komponentów o wysokiej liczbie pinów i małym rozstawie. Te płytki również zazwyczaj używają 10 lub więcej warstw. Użycie ELIC w tych aplikacjach pozwala projektantom na trasowanie wymaganych połączeń na płytach o małej powierzchni.

ELIC PCB stackupy są powszechnie używane w aplikacjach wysokiej prędkości, które wymagają wysokiej gęstości IO, takich jak w FPGA, gdzie w urządzeniu inicjowane są liczne interfejsy. ELIC może być również używany w niektórych płytach, które muszą obsługiwać trasowanie RF na materiałach PTFE. W obu przypadkach, niedopasowanie impedancji i wynikająca z tego strata zwrotna będą dominować na tych liniach, ponieważ trasy mogą być zwykle krótkie. Możliwe jest trasowanie przez warstwy bez pozostawiania trzpieni w tych płytach, ponieważ wiercenie zwrotne nie będzie potrzebne. Jednakże, gdy trasy stają się dłuższe, straty dielektryczne na tych trasach zaczną dominować i będą ograniczać użyteczną długość ścieżki. Miej na uwadze te punkty, wybierając materiały dla twojej płyty HDI.

ELIC stał się również powszechny w niektórych HDI sztywno-elastycznych PCB. Rozmiary pakietów zostały jeszcze bardziej zredukowane poprzez łączenie PCB kompatybilnych z ELIC z zagiętymi płytami sztywno-elastycznymi w jednym pakiecie, pod warunkiem, że wybrany region zginania zapobiega nadmiernemu stresowi na stosach mikrowiązek. Standardowe techniki projektowania dla taśm elastycznych stosuje się tak, jak w innych aplikacjach, ale użycie ELIC pozwala na integrację taśm do mniejszych PCB.

Wewnętrzne warstwy sygnałowe w projektach o wysokiej gęstości i szybkości często zawierają wiele płaszczyzn masy/energii, które mogą pomóc ekranować warstwy sygnałowe od siebie i redukować przeploty. Przyczynia się to do zgodności z EMC poprzez ekranowanie nadmiernego promieniowania. Istnieją pewne umiarkowane układy warstw, które mogą wspierać gęste rozmieszczenie wyprowadzeń i pomagać w zgodności z EMC; kreatywne strategie układu tych płyt mogą pomóc utrzymać niską liczbę warstw sygnałowych i umożliwiają użycie dodatkowej masy, co ma podwójny efekt redukcji przeplotów i EMI.

Kiedy będziesz gotowy, aby zbudować swój stos ELIC PCB dla zaawansowanego projektu, użyj funkcji projektowania stosu warstw i trasowania w Altium Designer^®, aby zbudować swoją płytę. Wbudowane narzędzia CAD i funkcja ActiveRoute^® ułatwiają trasowanie HDI przy użyciu ELIC. Kiedy będziesz gotowy, aby wysłać te pliki do producenta, platforma Altium 365^™ ułatwia współpracę i udostępnianie projektów.

Dopiero zaczynamy odkrywać możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.