Considerações sobre Roteamento com Tecnologia Ultra HDI

A tecnologia Ultra HDI não é uma tecnologia "nova" para a indústria de PCBs, ela tem sido utilizada em placas de circuito impresso de smartphones e outras aplicações de alto volume há muitos anos, e existem regras de design muito específicas a serem seguidas nestes ambientes de fabricação altamente automatizados e de ultra-alto volume.  A Ultra HDI é nova em aplicações de baixo a médio volume, com alta variedade.  Vários fabricantes estão agora oferecendo esta tecnologia, e a indústria está navegando na curva de aprendizado do processamento desta tecnologia em um ambiente com muitas mais variáveis do que aquelas instalações de ultra-alto volume enfrentam. Esses fabricantes estão trabalhando com a comunidade de design para desenvolver um conjunto de regras de design para ajudar a guiar os designs de PCBs para uma maior taxa de rendimento e fabricabilidade.  

Dando um passo atrás para esclarecer a definição de ultra HDI, a IPC criou um grupo de trabalho ultra HDI que definiu esta categoria de tecnologia como um design de placa de circuito impresso que inclui um ou mais destes parâmetros:

• Largura de linha abaixo de 50 µm
• Espaçamento abaixo de 50 µm 
• Espessura dielétrica abaixo de 50 µm
• Diâmetro de microvia abaixo de 75 µm
• Características do produto que excedem o padrão IPC 2226 nível C existente

Esta série de blogs aborda métodos de fabricação e questões de design, e links para blogs anteriores estão incluídos no final deste post.

Hoje, vamos explorar o impacto desses traços e espaços ultrafinos na impedância.  Eric Bogatin e sua equipe lançaram um white paper sobre este tópico, e eu também vou incluir esse link no final deste post, caso você queira explorar isso em mais detalhes. 

Um benefício óbvio de usar essas linhas e traços finos é a capacidade de reduzir drasticamente a contagem de camadas para BGA’s de alta contagem de pinos.  No entanto, se a impedância for uma preocupação, esses traços de linha ultrafinos na área de escape do BGA estarão em uma impedância maior do que as áreas de roteamento de 50 ohms.   A questão se torna qual o impacto ao olhar para a diferença na impedância e a distância desta área de traço de impedância mais alta versus o comprimento total do traço antes que a incompatibilidade de impedância seja um problema. 

Figura 3. Geometria de duas regiões. A região de saída é o traço mais estreito, enquanto a região uniforme é assumida como o traço mais largo.

Este artigo explora o espaço de design e a metodologia de referência ao determinar o que será aceitável, concluindo que o impacto para a região de roteamento estreito será de reflexões.  O impacto de suas reflexões pode ser mantido em um nível aceitável se o comprimento da região de traço estreito puder ser mantido suficientemente curto.  Quão curto é suficientemente curto pode ser estimado com uma simulação simples.  Na região de saída, é possível usar um traço tão estreito quanto a metade da largura do traço na área de roteamento e ainda assim alcançar uma perda de retorno aceitável em alta largura de banda.  Aplicar esta metodologia poderia reduzir a contagem total de camadas da placa e potencialmente simplificar a complexidade geral da placa de circuito impresso.

Muitas aplicações não têm essa restrição e utilizam esses traços ultrafinos e espaços ao máximo de sua vantagem de roteamento.

No exemplo acima, que tem como objetivo ilustrar, simplesmente ajustar a largura e o espaço da trilha de 75 micron para 19 micron reduz significativamente o número de camadas de roteamento necessárias.  Embora este seja um exemplo artificial, ele ilustra a importância de ter HDI ultra disponível para aplicações de baixo a médio volume, alta mistura.

Outra perspectiva é a capacidade de manter o mesmo número de camadas, mas diminuir significativamente o tamanho geral da placa de circuito impresso.  Isso é mais comumente visto quando o roteamento é simples, como um circuito flexível de camada única ou de dupla face. 

Como melhor aplicar essas características de HDI ultra depende dos objetivos do projeto.  Ao considerar a estratégia de roteamento, também é importante lembrar que essas características de HDI ultra não precisam ser aplicadas a cada camada.  As características de linhas finas são frequentemente criadas com uma abordagem de fabricação aditiva ou semi-aditiva, em vez do processamento tradicional de gravação por subtração. No entanto, os processos aditivos e semi-aditivos também podem ser usados para criar tamanhos de características maiores. Esses processos criam padrões de trilhas mais precisos e podem resultar em tolerâncias de impedância mais apertadas em larguras de trilhas maiores. 

O fabricante normalmente usará um processo para formar a camada específica com características ultrafinas, mas pode usar o processamento de gravação subtrativa para camadas com características maiores, planos de terra, etc. Como eu costumo fazer nestes blogs, recomendo entrar em contato com seu fabricante para entender a melhor abordagem para a fabricabilidade ao começar a projetar para HDI ultra. Como um ponto de partida, incluí uma visão geral das capacidades de HDI ultra da American Standard Circuits.

Se você deseja aprender mais, por favor, reveja alguns dos nossos blogs anteriores.  Nós passamos pelos fundamentos do processamento SAP, recentemente olhamos algumas das principais perguntas relacionadas ao empilhamento da placa de circuito impresso e exploramos algumas das “regras de design” ou “diretrizes de design” que não mudam ao projetar com esses tamanhos de características de alta densidade ultra. 

Para detalhes adicionais sobre os impactos da impedância com características de HDI ultra, por favor, reveja o white paper publicado por Eric Bogatin.