Możliwości dla ultra-wysokogęstościowych PCB

Projektanci płytek drukowanych mają teraz ekscytujące nowe narzędzie do rozwiązywania skomplikowanych wyzwań związanych z prowadzeniem ścieżek. Producenci obsługujący rynki nisko- i średnio-wolumenowe oraz wysokozróżnicowane oferują teraz technologię Ultra-HDI, wytwarzając warstwy obwodów za pomocą procesów pół-dodatkowych. Daje to projektantom PCB szereg kluczowych korzyści: możliwość prowadzenia ścieżek o szerokości i odstępie 25 mikronów z bardzo precyzyjnymi ścieżkami, możliwość stosowania większych rozmiarów funkcji z bardzo precyzyjnymi ścieżkami, poprawę tolerancji kontrolowanej impedancji oraz możliwość wykorzystania metali szlachetnych, takich jak złoto lub platyna, jako przewodzących metali, co wspomaga biokompatybilność w zastosowaniach medycznych.

Niedawno miałem okazję porozmawiać z Johnem Johnsonem, Dyrektorem Jakości w American Standard Circuits (ASC). ASC jest jednym z pierwszych licencjobiorców procesu A-SAP™ firmy Averatek. Oto podsumowanie zadanych pytań i eksperckich porad, które pomogą projektantom PCB w pracy z tą technologią.

Jakie są obecnie Twoje możliwości w zakresie obiektów o bardzo dużej gęstości i jakie udoskonalenia planuje ASC na rok 2023?

Dziś mamy możliwość wytwarzania elementów o grubości 25 mikronów (1 mil linii i odstępów) na wielowarstwowych płytkach drukowanych dla FR-4, konstrukcji hybrydowych, Flex i Rigid-Flex.  Oprócz standardowej technologii ultracienkich linii wykorzystującej ścieżki miedziane, możemy wytwarzać ścieżki do zastosowań medycznych wyłącznie ze złota, palladu i platyny.

W 2023 r. będziemy dalej rozwijać naszą technologię, aby tworzyć elementy o grubości mniejszej niż 25 mikronów.  Zaczynając od obwodów w zakresie od 15 do 25 mikronów, ostatecznie do końca 2023 roku powinniśmy być w stanie osiągnąć elementy o grubości 10 mikronów.

Jakie są kluczowe zasady projektowania, które projektant PCB powinien mieć na uwadze, rozpoczynając pierwszy projekt z ultra-drobnoziarnistymi elementami?

To świetne pytanie. Dziś projektanci mają wiele opcji do wykorzystania w swoich projektach, ale nie wszystkie nadają się do świata ultra-drobnych linii.

Kiedy projektant jest zmuszony do używania mikrowierceń w stosie, via w padzie pokrytych i podzespołów do prowadzenia gęstych komponentów BGA, możliwość prowadzenia obwodów o szerokości 25 lub nawet 50 mikronów daje projektantowi kilka korzyści do rozważenia. Zwykle pierwszym celem powinno być wykorzystanie zalety szerokości linii. Następnie należy rozważyć zmniejszenie liczby poziomów mikrowierceń, ograniczając je do jednego poziomu lub stosując przesunięte wierzchołki, a na końcu stosowanie struktur stosowych tylko w ostateczności. Dzięki temu można osiągnąć korzyści z prostszych struktur via w zakresie niezawodności.

Jeśli istnieje korzyść z używania struktur via w padzie, zaplanuj, aby nie używać obwodów ultra-drobnych linii na zewnątrz. Proces produkcji struktur via typu VII wymaga nawijania pokrycia i wielokrotnego nakładania powłok, co nie sprzyja ultra-drobnych linii. Można to zrobić, jeśli jest to wymagane, ale znacznie zwiększy koszty projektu. Rozważ korzyści z osłon EMI z użyciem płaszczyzn na zewnątrz.

Na zewnątrz, wykończenie końcowe stanowi problem, jeśli zaangażowana jest przestrzeń 25 mikronów. Jeśli to możliwe, używaj padów zdefiniowanych maską lutowniczą lub trzymaj technologię drobnych linii "pod maską". Na przykład wymaganie 200 mikroskalowych niklu w wykończeniu ENIG może zmniejszyć przestrzeń 25 mikronów do 15 mikronów i potencjalnie spowodować zwarcie.

Jakie aplikacje były wczesnymi użytkownikami procesu A-SAP™?

Były to aplikacje związane z prowadzeniem ścieżek dla ciasnych BGA, uproszczeniem projektów, potrzebami RF i aplikacjami medycznymi. Biokompatybilność jest szczególnie odpowiednia dla tej technologii.

Masz unikalny proces obsługujący przemysł medyczny, czy możesz wyjaśnić proces używania złota i innych metali szlachetnych dla bardziej biokompatybilnego rozwiązania?

Wymagania biokompatybilności dla komponentów medycznych są unikalnym czynnikiem. Miedź i nikiel nie są biokompatybilne. Jak może działać zwykła płytka drukowana bez ścieżek miedzianych? Wykończenia w większości przypadków wymagają złota. Ale nikiel jest metalem bazowym nad miedzią, aby zapobiec migracji miedzi.

Proces A-SAP™ nie wymaga miedzi do działania. Działa na bazowym laminacie, który jest rozbudowywany o pallad i złoto do budowy obwodów. Inne metale szlachetne, takie jak platyna, również mogą być używane. To eliminuje miedź i nikiel w konstrukcji. Bazowe dielektryki mogą również być biokompatybilne, takie jak polimidy i folie LCP.

ASC jest również liderem w innych technologiach. Jakie możliwości wyróżniają Was w przemyśle produkcji PCB?

ASC jest zróżnicowanym producentem wielu rozwiązań interkonektowych. Płytki z rdzeniem metalowym i płytki wspierane metalem, płyty RF i hybrydowe płyty RF używające rdzeni metalowych... lub nie. Budujemy również wysokozagęszczone warstwy wielowarstwowe do 40 warstw + przy użyciu podzespołów, mikrowierceń i technologii budowy. Oferujemy elastyczne części o wysokiej gęstości, zarówno dwustronne, jak i wielowarstwowe. Dostępne są konstrukcje typu Bookbinder. Na koniec, Rigid Flex to kolejna specjalność w różnych materiałach i konstrukcjach.

Jak czytelnicy mogą się z Wami skontaktować w sprawie pytań dotyczących najlepszego projektowania dla funkcji ultra-wysokiej gęstości?

Można się ze mną skontaktować pod adresem jjohnson@asc-i.com, a nasza strona internetowa to www.asc-i.com

Additional resources:

Omówiliśmy podstawy przetwarzania SAP, ostatnio przyjrzeliśmy się niektórym z najczęstszych pytaniach dotyczących układów płytek drukowanych, zbadaliśmy niektóre “zasady projektowania” lub “wytyczne projektowe”, które nie zmieniają się podczas projektowania z ultra-wysoką gęstością elementów, oraz zgłębiliśmy przestrzeń projektową wokół możliwości wykorzystania tych ultra-wysokich szerokości ścieżek obwodów w regionach ucieczki BGA oraz szerszych ścieżek w polu routingu. Korzyścią jest redukcja warstw obwodów, a zmartwieniem utrzymanie impedancji 50 ohmów. Eric Bogatin niedawno opublikował biały papier, który analizuje tę korzyść i obawę.