Explique Como se Eu Fosse um Designer: Roteamento de PCB ELIC e HDI

De acordo com os padrões IPC-2226, existem vários empilhamentos padrão de PCB usados para suportar o roteamento de PCB HDI, o que permite o roteamento de trilhas em componentes BGA de passo fino. A maioria das construções de empilhamento de PCB HDI padrão utiliza um via enterrada (core) e/ou uma via passante tocando todas as camadas. Empilhamentos padrão de PCB HDI também podem usar vias de salto na camada superficial, além de microvias cegas/enterradas padrão, a fim de permitir que as saídas de BGA acessem as camadas internas de um PCB.

Com PCBs contendo ainda mais camadas e se tornando mais finos do que nunca, novas técnicas são usadas para aumentar a densidade de interconexão. O estilo de roteamento e empilhamento HDI mais complexo em uso hoje é chamado de interconexão em todas as camadas (ELIC). Esse estilo de roteamento segue uma ideia simples: estender microvias por todo o empilhamento do PCB para que os sinais possam ser roteados em interconexões de alta densidade entre qualquer conjunto de camadas no PCB. Isso pode parecer uma permissão inocente, mas coloca restrições no processo de fabricação e nos conjuntos de materiais usados para construir o PCB. Vamos olhar mais de perto o ELIC neste artigo.

Projetando um Empilhamento de PCB ELIC

ELIC é às vezes referido como HDI de qualquer camada, significando que sinais podem ser roteados em interconexões de alta densidade entre qualquer camada na pilha. Essas PCBs HDI avançadas contêm múltiplas camadas de microvias empilhadas preenchidas com cobre que permitem interconexões ainda mais complexas. Ao usar ELIC em uma placa HDI, cada camada possui suas próprias microvias perfuradas a laser e preenchidas com cobre. ELIC utiliza apenas microvias empilhadas preenchidas com cobre para fazer conexões através de cada camada. Isso permite que conexões sejam feitas entre quaisquer duas camadas na PCB uma vez que as camadas estejam empilhadas. Isso não apenas oferece um nível aumentado de flexibilidade, mas também permite que os designers maximizem a densidade de interconexão em qualquer camada.

A imagem abaixo mostra uma visão transversal lateral de uma pilha HDI ELIC. Esta imagem de microseção contém microvias empilhadas por toda a pilha da PCB, mas também poderia conter microvias escalonadas em diferentes regiões.

Vias passantes não são mais necessárias, uma vez que todas as conexões entre a placa são fabricadas na montagem inicial. Como o ELIC utiliza uma estrutura preenchida com cobre, técnicas de galvanização para vias preenchidas (por exemplo, VIPPO) não são necessárias. Esta configuração específica vai contra o alerta da IPC sobre a confiabilidade das microvias, pois temos microvias empilhadas atravessando todo o empilhamento da PCB. Nem todos os fabricantes podem garantir o rendimento para PCBs ELIC sem defeitos latentes provenientes do reflow. Tenha cuidado ao selecionar um fabricante que possa fornecer essas garantias e certifique-se de implementar suas regras de DFM para garantir que sua placa passará nos critérios de qualidade e aceitação.

Fabricação ELIC

O processo de fabricação ELIC começa com um núcleo ultrafino com microvias perfuradas a laser e uma base sólida preenchida com cobre. Após o preenchimento inicial da microvia em uma camada interna com cobre, a próxima camada dielétrica é adicionada em laminação sequencial. A perfuração a laser é aplicada à nova camada para construir a pilha de PCB ELIC, seguida pelo preenchimento das vias dessa camada com cobre. Isso é repetido até que a pilha desejada seja construída com microvias preenchidas com cobre. O preenchimento sequencial com cobre melhora a integridade estrutural da placa e é necessário para prevenir o afundamento/criação de vazios nas microvias internas, desde que a montagem produza interfaces de galvanização fortes, caso microvias empilhadas sejam utilizadas.

DFM para PCBs ELIC

Em geral, existem algumas regras simples de DFM que devem ser seguidas ao planejar o layout de uma PCB HDI que utilizará ELIC. Além de seguir as recomendações da sua fábrica de fabricação HDI, certifique-se de implementar estas recomendações gerais:

• Escolha a proporção de aspecto de microvia apropriada para garantir a confiabilidade na placa nua fabricada
• Certifique-se de especificar microvias preenchidas nas camadas internas para evitar vazios/depressões
• Combine cuidadosamente a espessura da camada com o espaço livre e a largura do traço para linhas controladas por impedância, para garantir que você possa executar sua estratégia de fanout
• A disposição das camadas deve ser feita de maneira simétrica em todo o dispositivo

Aplicações ELIC

ELIC encontrou seu lugar em PCBs usadas para GPUs e cartões de memória, mas smartphones mais novos, tablets e dispositivos vestíveis também podem ser projetados usando ELIC. Essas aplicações tendem a exigir componentes com alta contagem de pinos e pitch fino. Essas placas também tendem a usar 10 ou mais camadas. Usar ELIC nessas aplicações permite que os projetistas roteiem as interconexões necessárias em placas com uma pequena área de ocupação.

Empilhamentos de PCB ELIC são comumente usados em aplicações de alta velocidade que requerem alta densidade de IO, como em FPGAs onde múltiplas interfaces estão sendo instanciadas no dispositivo. ELIC também pode ser usado em algumas placas que devem suportar roteamento RF em materiais de PTFE. Em ambos os casos, a incompatibilidade de impedância e a perda de retorno resultante dominarão nessas linhas, pois as rotas podem ser tipicamente curtas. É possível rotear através das camadas sem deixar stubs nessas placas, pois a retroperfuração não será necessária. No entanto, à medida que as rotas se tornam mais longas, as perdas dielétricas nessas rotas começarão a dominar e limitarão o comprimento útil do traço. Mantenha esses pontos em mente ao selecionar materiais para sua placa HDI.

ELIC também se tornou comum em algumas PCBs HDI rigid-flex. Os tamanhos dos pacotes foram reduzidos ainda mais combinando PCBs compatíveis com ELIC com placas rigid-flex dobradas em um único pacote, desde que qualquer região de dobra seja escolhida para evitar excesso de estresse nas pilhas de microvias. As técnicas de design padrão para fitas flexíveis aplicam-se como fariam em outras aplicações, mas o uso de ELIC permite que fitas sejam integradas em PCBs menores.

Camadas de sinal internas em designs de alta densidade e alta velocidade terão múltiplas camadas de terra/energia que podem ajudar a proteger as camadas de sinal umas das outras e reduzir o acoplamento indesejado. Isso auxilia na conformidade com a EMC ao proteger contra radiação excessiva. Existem algumas configurações de pilhas de camadas moderadas que podem suportar fanouts de alta densidade e auxiliar na conformidade com a EMC; estratégias criativas de layout nessas placas podem ajudar a manter o número de camadas de sinal baixo e permite o uso de terra adicional, o que tem o efeito duplo de reduzir o acoplamento indesejado e a EMI.

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