Nowe możliwości trasowania z Ultra HDI

Projektanci PCB stale stają przed wyzwaniem umieszczania coraz większej funkcjonalności w mniejszych przestrzeniach, jednocześnie zapewniając wysoką wydajność. To, co kiedyś było używane tylko do produkcji substratów i obudów układów scalonych, dziś technologia Ultra HDI (Ultra High-Density Interconnect) jest przenoszona na poziom PCB, aby umożliwić bardzo wysoką gęstość trasowania. Ale co dokładnie sprawia, że Ultra HDI jest tak potężne i jak podnosi efektywność trasowania?

Więcej połączeń, mniej miejsca

Nowe komponenty zwiększają gęstość trasowania do wyższych poziomów, a tradycyjne proste układy warstw mają trudności z nadążeniem. Możliwości fabrykacji Ultra HDI pozwalają projektantom PCB na umieszczanie mniejszych elementów, z szerokościami ścieżek i odstępami tak małymi jak 25/25 μm. Oznacza to, że można umieścić więcej trasowania na tej samej powierzchni płyty, co czyni je idealnym dla aplikacji o ograniczonej przestrzeni, takich jak urządzenia mobilne i noszone.

Istnieje słynne zdjęcie z Signal Integrity Journal (patrz poniżej), gdzie wiele ścieżek jest trasowanych z gęsto upakowanego BGA. Ilustruje to rozmiary ścieżek i gęstości tras, które można osiągnąć dzięki fabrykacji PCB Ultra-HDI. W tradycyjnym podejściu projektant PCB użyłby dogbone fanout lub via-in-pad do trasowania ścieżek z BGA do innych komponentów.

Jeśli kiedykolwiek marzyłeś o odrobinie więcej miejsca do pracy, Ultra HDI daje Ci tę dodatkową przestrzeń. Nawet użycie ścieżek i odstępów 50/50 um stanowi znaczącą poprawę w porównaniu z tradycyjnymi możliwościami subtrakcyjnego trawienia.

Ten wzrost gęstości trasowania jest szczególnie korzystny w aplikacjach, gdzie kluczowa jest miniaturyzacja. Na przykład, w zaawansowanych urządzeniach medycznych, takich jak implantowane sensory czy aparaty słuchowe, każdy milimetr przestrzeni na płytce się liczy. Ultra HDI zapewnia, że skomplikowane obwody mogą zmieścić się w tych małych obszarach bez kompromisów w zakresie wydajności. W przypadku elektroniki użytkowej, gdzie estetyka i przenośność kierują decyzjami projektowymi, cieńsze i bardziej kompaktowe PCB umożliwione przez Ultra HDI mogą prowadzić do smuklejszych produktów o niższym profilu.

Przełom w trasowaniu BGA

Wysokopinowe BGA (Ball Grid Arrays) mogą być trudne do trasowania, szczególnie przy rozstawach tak małych jak 0,4 mm. Tradycyjne metody często wymagają dodatkowych warstw PCB tylko po to, aby zaprojektować drogi ucieczki z BGA. Ultra HDI zmienia zasady gry, wykorzystując mikrovia i ultra-cienkie ścieżki do tworzenia większej liczby połączeń bez zwiększania liczby warstw.

Podczas umożliwiania trasowania dla układów BGA o wysokiej gęstości, montaż Ultra HDI niesie ze sobą ryzyko wad montażu BGA, takich jak efekt "głowy na poduszce", brak płaskości oraz mostkowanie lub nieprawidłowe ustawienie lutu. Aby pokonać te problemy i zapewnić wyższą wydajność produkcyjną oraz mniejszą liczbę iteracji projektowych, inżynierowie wymagają cieńszych materiałów specyficznych dla Ultra HDI, które wykazują niższe wartości CTE niż standardowe materiały klasy FR4. Dla projektantów pracujących z komponentami o małym rozstawie w aplikacjach takich jak smartfony czy obliczenia wysokiej wydajności, materiały te są nadal rozwijane i wprowadzane na rynek na dużą skalę.

Mniej warstw, niższe koszty

Więcej warstw często oznacza większą złożoność i zwiększone koszty fabrykacji, co nie jest idealne dla nowoczesnej elektroniki. Ponieważ Ultra HDI umożliwia wyższą gęstość trasowania przy mniejszej szerokości ścieżek, projektanci mogą konsolidować ścieżki z wielu warstw do pojedynczej warstwy, co skutkuje mniejszą ogólną liczbą warstw w stosie PCB. Mniej warstw przekłada się na niższe koszty fabrykacji przy dużych wolumenach.

Zmniejszenie liczby warstw nie tylko obniża koszty - poprawia również możliwości produkcyjne. Mniej warstw oznacza mniej wierceń, mniej cykli laminowania i mniejsze szanse na defekty, takie jak delaminacja czy nieprawidłowe zarejestrowanie. Ostatecznie prowadzi to do wyższej niezawodności i spójności w produkcji. Ponadto, optymalizując strukturę warstw, Ultra HDI pomaga poprawić zarządzanie ciepłem, co jest szczególnie przydatne w aplikacjach o wysokiej mocy, takich jak elektronika samochodowa czy centra danych, gdzie nadmiar ciepła może obniżać wydajność.

Wyzwania i rozważania

Chociaż Ultra HDI oferuje wiele korzyści dla zaawansowanych miniaturyzowanych produktów, jego wdrożenie wymaga starannego planowania i wiedzy fachowej. Procesy produkcyjne muszą być zoptymalizowane do obsługi ultradrobnych cech, a projektanci muszą ściśle współpracować z producentami, aby zapewnić możliwość produkcji. Dodatkowo, krytyczne jest zapewnienie odpowiedniego doboru materiałów - należy wybrać materiały dielektryczne o niskich stratach i wysokiej niezawodności, aby wspierać zdolności Ultra HDI do produkcji o małym rozstawie.

Inne rozważanie to kompromisy kosztowe. Chociaż Ultra HDI może zmniejszyć liczbę warstw i poprawić efektywność, początkowa inwestycja w zaawansowane techniki fabrykacji i materiały może być wyższa. Jednakże, w miarę jak technologia staje się bardziej powszechnie przyjęta, ekonomia skali obniży koszty, czyniąc ją bardziej dostępną dla szerszego zakresu zastosowań.

Przyszłość trasowania PCB jest już tutaj

Ultra HDI to nie tylko stopniowa poprawa. To rewolucyjna zmiana w projektowaniu PCB. Poprzez zwiększenie gęstości trasowania, optymalizację wyjść BGA, redukcję liczby warstw i poprawę wydajności wysokich prędkości, Ultra HDI umożliwia projektantom przekraczanie granic jak nigdy dotąd. Niezależnie od tego, czy pracujesz nad urządzeniami mobilnymi nowej generacji czy zaawansowaną technologią motoryzacyjną, Ultra HDI daje ci narzędzia do tworzenia mniejszych, inteligentniejszych i bardziej wydajnych PCB.