Od HDI do Ultra HDI: Struktura via w projektowaniu PCB

Jeśli pracowałeś z technologią HDI (High-Density Interconnect), prawdopodobnie zauważyłeś, że branża przesuwa granice możliwości. Tradycyjne projekty HDI opierały się na laserowo wierconych mikropołączeniach o wielkości około 4 milów, z typowymi średnicami padów przechwytujących o 8–10 milów większymi. Ale technologia nigdy nie stoi w miejscu, a teraz Ultra HDI przenosi rzeczy na zupełnie nowy poziom, na nowo definiując strukturę i gęstość via w sposób, który był wcześniej nie do pomyślenia.

Ultra HDI: Redukcja rozmiaru

Technologia Ultra HDI to przede wszystkim dążenie do skrajnego zmniejszenia rozmiarów elementów na płytach drukowanych, co obejmuje nie tylko ścieżki, ale także mikropołączenia. Teraz patrzymy na rozmiary via małe jak 2 mile, z absolutnym minimalnym rozmiarem padów przechwytujących 6 milów—choć 8 milów to nadal optymalny punkt dla niezawodności. Dla porównania, oznacza to, że możesz mieć via o wielkości 75 mikronów z padem przechwytującym 8–10 milów, dramatycznie zmniejszając rozmiar Twojej płytki PCB i umożliwiając użycie komponentów o wysokiej gęstości.

Dlaczego to ma znaczenie? Ponieważ w miarę jak urządzenia elektroniczne stają się bardziej złożone i kompaktowe, rośnie zapotrzebowanie na wyższe gęstości połączeń. Ultra HDI umożliwia upakowanie większej funkcjonalności w mniejsze przestrzenie bez poświęcania niezawodności. To zmiana gry dla branż przesuwających granice miniaturyzacji, takich jak lotnictwo, urządzenia medyczne i obliczenia wysokiej wydajności.

Technologia za Ultra HDI

Co więc umożliwia Ultra HDI? Odpowiedź tkwi w zaawansowanej technologii budowy, ultracienkich materiałach i precyzyjnych technikach wypełniania via.

Najpierw porozmawiajmy o technologii budowy. Ultra HDI opiera się na niezwykle cienkich warstwach dielektrycznych i ultra-cienkiej folii miedzianej (np. 1/4 oz./sq. ft. wagi miedzi), aby osiągnąć swoje ścisłe tolerancje. Te cienkie materiały pozwalają na wytwarzanie drobniejszych elementów z ściślejszymi tolerancjami niż grubszego trawienia, co pomaga utrzymać integralność sygnału na cienkich warstwach. Kluczem do sprawienia, by to działało, jest utrzymanie stosunku aspektu via (stosunek grubości materiału do średnicy via) poniżej 1:1. Na przykład, jeśli projektujesz via o średnicy 2 mil, twoja warstwa dielektryczna musi być cieńsza niż 2 mile. Zwykle oznacza to pracę z dielektrykami o grubości 35 mikronów, a nawet 25 mikronów. Nieco większe via o średnicy 3 mile mogą pozwolić na dielektryk o grubości 2 mile, ale w każdym przypadku precyzja jest kluczowa.

Następnie pojawia się wyzwanie związane z wypełnianiem zakopanych przelotek w wewnętrznych warstwach ultra-HDI. W tych skalach, wypełnianie żywicą przesuniętych zakopanych przelotek po prostu nie będzie wiarygodną opcją, ponieważ żywice materiałów PCB będą miały trudności z wypełnieniem otwartej przestrzeni w zakopanej przelotce. Zamiast tego, przelotki muszą być wypełnione miedzią, aby zapewnić niezawodną wydajność elektryczną i integralność strukturalną. Miedziane wypełnienie przelotek poprawia integralność sygnału i wydajność termiczną, co jest kluczowe dla aplikacji wysokoczęstotliwościowych i projektów z ekstremalnymi ograniczeniami przestrzennymi. Eliminując kieszenie powietrzne i poprawiając przewodność, wypełnienie miedzią pomaga uczynić Ultra HDI niezawodnym.

Wpływ Ultra HDI na struktury przelotek

Jedną z największych zalet Ultra HDI jest możliwość konsolidacji trasowania ścieżek dla sygnałów wysokiej prędkości na mniejszą liczbę warstw. Na przykład, projekt HDI, który wymagał minimalnej szerokości ścieżki 2 mil i minimalnej średnicy przelotki 4 mil, może osiągnąć znacznie wyższą gęstość jako projekt ultra-HDI z szerokością ścieżki 1 mil i średnicą przelotki 2-3 mil. Z mniejszymi przelotkami i cieńszymi warstwami dielektrycznymi, projektanci mogą trasować więcej ścieżek na cal kwadratowy do komponentu o wysokiej gęstości przy cieńszych szerokościach ścieżek przy tej samej impedancji co na grubszych warstwach.

Ponadto, Ultra HDI poprawia dystrybucję mocy i zarządzanie ciepłem. Użycie wypełnionych miedzią via poprawia rozpraszanie ciepła, co jest kluczowe dla aplikacji o wysokiej mocy. Mniejsze struktury via redukują również pojemność i indukcyjność pasożytniczą, prowadząc do lepszej wydajności w projektach wysokiej prędkości i RF. W rezultacie, branże wymagające precyzyjnej wydajności sygnału, takie jak telekomunikacja i zaawansowane obliczenia, szybko adoptują Ultra HDI, aby sprostać ich ewoluującym potrzebom.

Wpływ na struktury via jest głęboki. Tradycyjne via przelotowe i nawet konwencjonalne mikrovia już nie wystarczają dla projektów nowej generacji. Ultra HDI umożliwia stosowanie układów via ułożonych i przesuniętych z mniejszymi odstępami, poprawiając łączność międzywarstwową i elastyczność projektowania. Pozwala to na bardziej efektywne wykorzystanie przestrzeni na płytce i zwiększa niezawodność w aplikacjach krytycznych.

Wczesne planowanie i partnerstwo w produkcji

Technologia Ultra HDI jest ekscytująca, ale wprowadza również nowe złożoności. Z takimi ścisłymi tolerancjami i zaawansowanymi materiałami, produkcja nie jest czymś, co można lekceważyć. Dlatego wczesna współpraca z producentem PCB jest kluczowa.

Projektowanie dla Ultra HDI to nie tylko zmniejszanie via, ale również zapewnienie, że cały proces - od wyboru materiałów po techniki produkcyjne - jest zoptymalizowany pod kątem sukcesu. Ścisła współpraca z producentem płytek w fazie projektowania pomaga zidentyfikować potencjalne przeszkody, zanim staną się one kosztownymi problemami. Biorąc pod uwagę wymaganą precyzję, nawet małe korekty na wczesnym etapie mogą zapobiec poważnym problemom później.

Dążenie do takiego poziomu technologii może wiązać się z dodatkowymi kosztami produkcji. Jednak proaktywne podejście może pomóc zminimalizować te wydatki. Współpracując z producentem od samego początku, można zapewnić optymalizację procesu, zmniejszając ryzyko kosztownych przeprojektowań i poprawiając ogólną wydajność produkcji.

Jeśli pracujesz nad projektami, które wymagają większej gęstości, lepszej integralności sygnału i najwyższej klasy wydajności, Ultra HDI może być rozwiązaniem, którego szukasz. Ale pamiętaj, że sukces z Ultra HDI zaczyna się od planowania. Zaangażowanie doświadczonego producenta na wczesnym etapie procesu może zrobić różnicę między projektem, który działa, a tym, który wymaga kosztownych poprawek.