Rozważania dotyczące trasowania przy użyciu technologii Ultra HDI

Technologia Ultra HDI to technologia, która nie jest „nowa” dla branży PCB, od wielu lat jest używana w płytkach drukowanych smartfonów i innych aplikacjach o bardzo dużym wolumenie, i istnieją bardzo specyficzne zasady projektowania, których należy przestrzegać w tych ultra-wysokowolumenowych, wysoce zautomatyzowanych środowiskach produkcyjnych.  Ultra HDI jest nowością w aplikacjach o niskim do średniego wolumenu, o wysokiej różnorodności.  Wielu producentów oferuje obecnie tę technologię, a branża pokonuje krzywą uczenia się przetwarzania tej technologii w środowisku z wieloma większymi zmiennymi niż te ultra-wysokowolumenowe obiekty ponoszą. Ci producenci współpracują ze społecznością projektantów w celu opracowania zestawu zasad projektowania, które pomogą kierować projekty PCB do wyższej wydajności i produkowalności.  

Aby wyjaśnić definicję ultra HDI, IPC utworzyło grupę roboczą ultra HDI, która zdefiniowała tę kategorię technologii jako projekt płytki drukowanej, który obejmuje jeden lub więcej z tych parametrów:

• Szerokość linii poniżej 50 µm
• Odstępy poniżej 50 µm 
• Grubość dielektryka poniżej 50 µm
• Średnica mikroprzewiertu poniżej 75 µm
• Cechy produktu przekraczające istniejący standard IPC 2226 poziom C

Ta seria blogów porusza metody fabrykacji i pytania projektowe, a linki do poprzednich wpisów znajdują się na dole tego posta.

Dziś zbadajmy wpływ tych ultra-cienkich ścieżek i odstępów na impedancję.  Eric Bogatin i jego zespół opublikowali na ten temat białą księgę, do której również zamieszczę link na końcu tego posta, jeśli chciałbyś zgłębić ten temat bardziej szczegółowo. 

Jedną z oczywistych korzyści wynikających z użycia tych cienkich linii i ścieżek jest możliwość znacznego zmniejszenia liczby warstw dla BGA o wysokiej liczbie pinów.  Jednakże, jeśli impedancja jest kwestią, te ultra-cienkie ścieżki w obszarze ucieczki BGA będą miały wyższą impedancję niż obszary trasowania 50-omowych.   Pytanie brzmi, jaki jest wpływ, gdy patrzymy na różnicę w impedancji i odległość tego obszaru ścieżki o wyższej impedancji w stosunku do całkowitej długości ścieżki, zanim niedopasowanie impedancji stanie się problemem. 

Rysunek 3. Geometria dwóch regionów. Region przejściowy to węższa ścieżka, podczas gdy region jednolity zakłada się jako szerszą ścieżkę.

W niniejszym dokumencie zbadano przestrzeń projektową i metodologię, które należy wziąć pod uwagę przy określaniu, co będzie akceptowalne, dochodząc do wniosku, że wpływ dla wąskiego regionu trasowania będzie pochodził od odbić.  Wpływ tych odbić może być utrzymany na akceptowalnym poziomie, jeśli długość wąskiego regionu ścieżki może być utrzymana na wystarczająco krótkim poziomie.  Jak krótkie jest wystarczająco krótkie, można oszacować za pomocą prostej symulacji.  W regionie przejściowym możliwe jest użycie ścieżki tak wąskiej, jak połowa szerokości ścieżki w obszarze trasowania i nadal osiągnąć akceptowalny poziom strat zwrotnych przy wysokiej przepustowości.  Zastosowanie tej metodologii mogłoby zmniejszyć całkowitą liczbę warstw płytki i potencjalnie uprościć ogólną złożoność płytki drukowanej.

Wiele aplikacji nie ma tego ograniczenia i wykorzystuje te ultra-cienkie ścieżki i przestrzenie do pełnego wykorzystania ich zalet trasowania.

W przykładzie powyżej, który ma na celu zilustrowanie, proste dostosowanie szerokości i odstępu ścieżek z 75 mikronów na 19 mikronów znacząco redukuje liczbę wymaganych warstw trasowania. Chociaż jest to przykład sztuczny, ilustruje on znaczenie posiadania teraz dostępnego ultra HDI dla aplikacji o niskim do średniego wolumenie i wysokiej mieszanki.

Inna perspektywa to możliwość utrzymania tej samej liczby warstw, ale znaczące zmniejszenie ogólnego rozmiaru płytki drukowanej. Jest to bardziej powszechne, gdy trasowanie jest proste, takie jak pojedyncza warstwa lub dwustronny obwód elastyczny.

Jak najlepiej zastosować te funkcje ultra HDI, zależy od celów projektu. Biorąc pod uwagę strategię trasowania, ważne jest również pamiętanie, że te funkcje ultra-HDI nie muszą być stosowane do każdej warstwy. Cienkie cechy ścieżek są często tworzone za pomocą addytywnej lub póładdytywnej metody produkcji, a nie tradycyjnego odejmującego procesu trawienia. Jednak procesy addytywne i póładdytywne mogą być również używane do tworzenia większych rozmiarów cech. Te procesy tworzą bardziej precyzyjne wzory ścieżek i mogą skutkować ściślejszymi tolerancjami impedancji na większych szerokościach ścieżek.

Producent zazwyczaj używa jednego procesu do formowania konkretnej warstwy z ultra-drobnoziarnistymi cechami, ale może stosować proces trawienia subtrakcyjnego dla warstw z większymi cechami, płaszczyzn masowych itp. Jak często robię na tych blogach, polecam kontakt z producentem, aby zrozumieć najlepsze podejście do produkowalności podczas rozpoczynania projektowania dla ultra HDI. Jako punkt wyjścia, dołączyłem migawkę możliwości ultra HDI od American Standard Circuits.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z kilkoma naszymi poprzednimi blogami.  Przeanalizowaliśmy podstawy przetwarzania SAP, ostatnio przyjrzeliśmy się niektórym z najważniejszych pytań związanych z układem warstw płytki drukowanej stack-up, oraz zbadaliśmy niektóre z „zasad projektowania” lub „wytycznych projektowych”, które nie zmieniają się podczas projektowania z użyciem tych ultra-wysokogęstościowych rozmiarów cech. 

Aby uzyskać dodatkowe szczegóły dotyczące wpływu impedancji przy cechach ultra HDI, zapoznaj się z opublikowanym białym dokumentem Erica Bogatina.