Ultra HDI - Perguntas Mais Frequentes

O que é Ultra-HDI?

Há muita conversa sobre "Ultra-HDI", especialmente com todo o trabalho antecipado sendo feito como parte do CHIPS Act.  Na minha experiência, Ultra-HDI significa coisas diferentes para pessoas diferentes, dependendo de onde estão suas capacidades e expertise.  A IPC criou um grupo de trabalho para abordar o ultra-HDI e sua posição é que, para ser considerado ultra-HDI, um design precisa incluir um ou mais dos seguintes parâmetros:
Largura de linha abaixo de 50 microns

• Espaçamento abaixo de 50 microns
• Espessura dielétrica abaixo de 50 microns
• Diâmetro de microvia abaixo de 75 microns

Essa é uma definição bastante generosa e existem alguns fabricantes especializados hoje que podem produzir placas de circuito impresso que atendem a esse critério usando os processos tradicionais de gravação subtrativa. Embora usar um traço de 50 mícrons e espaço seja uma melhoria em relação aos mínimos tradicionais de 75 mícrons aos quais historicamente fomos limitados, acho que se torna muito mais interessante quando agora estamos vendo fabricantes que têm a capacidade de criar camadas com 15 mícrons de linha e espaço. Vários fabricantes estão agora construindo com técnicas de fabricação de PCB semi-aditivas (SAP), incluindo fabricantes que se especializam em trabalhos de alto mix e baixo volume.  Tradicionalmente, vimos processos SAP serem executados principalmente em instalações de alto volume.

Mesmo que não levemos o limite até 15 mícrons, usar um traço e espaço de 25 mícrons para sair de áreas apertadas de BGA tem tantos benefícios:

• Redução dramática de tamanho e peso em relação ao estado da arte atual 
• Espaçamento apertado e controle de impedância (< 5%) para todas as larguras de linha, a partir de 15 microns e acima 
• Redução no número de camadas, microvias e ciclos de laminação – para maior confiabilidade
• Relações de aspecto maiores que 1:1 para trilhas metálicas – para melhor integridade de sinal
• Desempenho em RF melhor do que os processos tradicionais de subtração por corrosão
• Redução de custos - especialmente para placas complexas de alto desempenho

Em um post anterior do blog, discutimos algumas das perguntas mais frequentes enquanto os projetistas de placas de circuito impresso superam a curva de aprendizado ao realizar seus primeiros projetos utilizando essas novas capacidades.  Há um link incluído abaixo se você quiser conferir.

Neste blog, continuaremos com mais algumas perguntas frequentes focadas no design para manufaturabilidade. Para esta discussão, vamos olhar para aplicações onde os designers de placas de circuito impresso estão utilizando uma abordagem híbrida em seus projetos. Certas camadas são roteadas com uma trilha de 25 microns e espaço para reduzir o número de camadas necessárias para rotear fora de áreas apertadas de BGA e as camadas de alimentação e terra têm características muito maiores. Essas camadas de alimentação e terra são tipicamente produzidas com processos de gravação subtrativa. Quando essa abordagem é usada, uma pergunta comum que surge é:

Posso projetar a tecnologia Via-In-Pad-Plated-Over (VIPPO) com essas linhas ultrafinas e espaços?

A resposta curta é sim, seguindo as diretrizes a seguir: Estruturas de via no pad/plated over devem ser executadas em camadas que não sejam de ultra-alta densidade. Preferencialmente, essas estruturas, se necessárias, devem ser usadas em uma estrutura externa de alimentação/terra com largura de linha de 75 microns (3 mils) e espaçamento de 125 microns (5 mils). Isso se deve aos múltiplos processos de galvanização necessários para produzir a tecnologia VIPPO.

Se o uso de via-em-pad for necessário juntamente com linhas ultrafinas externamente, então uma microvia preenchida com cobre deve ser usada para rotear para a próxima camada abaixo.  O diâmetro desta via deve ser de 3 a 4 mils e o espaçamento dielétrico não deve ser maior que o diâmetro da via, preferencialmente menor.

Uma estrutura enterrada pode ser usada se as camadas superior e inferior da submontagem não utilizarem tecnologia de largura de linha ultrafina.  Esta via pode ser preenchida e revestida.

Qual é o espaçamento mínimo de trilha para pad?

Embora o espaçamento de cobre para cobre possa adicionar custos no processamento de gravação subtrativa, no ambiente semi-aditivo isso não ocorre.  

Com camadas internas, o espaçamento pode ser de 25 microns ou abaixo, dependendo da tecnologia usada pelo fabricante da PCB.

Com camadas externas, deve haver espaço suficiente para permitir que a máscara de solda cubra completamente a trilha e não exponha nenhum cobre.  Pads definidos por máscara são recomendados em vez de pads definidos por metal.  Isso evitará problemas de registro da máscara de solda expondo o metal adjacente quando o espaçamento externo for menor que 75 microns entre o pad e o metal adjacente.  

Estas novas técnicas de fabricação estão mudando a maneira como os projetistas de PCBs encaram a solução de problemas de design complexos.  Se você tem interesse em aprender mais sobre processos SAP, por favor, consulte alguns de nossos blogs anteriores. Nós já abordamos os conceitos básicos do processamento SAP, recentemente examinamos algumas das principais perguntas relacionadas à montagem de placas de circuito impresso e exploramos o espaço de design em torno da possibilidade de utilizar essas larguras de trilhas de circuito de ultra-alta densidade nas regiões de escape BGA e trilhas mais largas no campo de roteamento.  O benefício é uma redução nas camadas do circuito e a preocupação é manter a impedância de 50 ohms.  Eric Bogatin recentemente publicou um artigo analisando justamente esse benefício e preocupação.

Por favor, entre em contato com suas perguntas sobre a tecnologia Ultra-HDI!