Объясните, как дизайнеру: ELIC PCB и трассировка HDI

Согласно стандартам IPC-2226, существует несколько стандартных конструкций стека печатных плат, используемых для поддержки маршрутизации HDI PCB, что, в свою очередь, позволяет осуществлять трассировку к компонентам BGA с мелким шагом. Большинство стандартных конструкций стека HDI PCB используют сквозной (закопанный) переход или сквозной переход, затрагивающий все слои. Стандартные конструкции стека HDI PCB могут также использовать пропускаемые переходы на поверхностном слое в дополнение к стандартным слепым/закопанным микропереходам, чтобы обеспечить доступ к внутренним слоям печатной платы при разводке BGA.

С учетом того, что печатные платы становятся все более многослойными и тонкими, используются новые техники для увеличения плотности соединений. Самый сложный стиль маршрутизации и конструкции стека HDI, используемый сегодня, называется межсоединение каждого слоя (ELIC). Этот стиль маршрутизации следует простой идее: распространять микропереходы по всему стеку печатной платы, так чтобы сигналы могли маршрутизироваться на соединениях высокой плотности между любым набором слоев в печатной плате. Это может звучать как невинное разрешение, но это накладывает ограничения на процесс производства и наборы материалов, используемые для изготовления печатной платы. Мы подробнее рассмотрим ELIC в этой статье.

Проектирование стека печатной платы ELIC

ELIC иногда называют HDI с возможностью маршрутизации на любом слое, что означает, что сигналы могут быть проложены на высокоплотных соединениях между любыми слоями в стеке. Эти передовые HDI печатные платы содержат множество слоев медных заполненных стекируемых микровиас в падах, что позволяет создавать еще более сложные соединения. При использовании ELIC на HDI плате, каждый слой имеет свои собственные медные заполненные, лазерно просверленные микровиасы. ELIC использует только стекируемые медные заполненные микровиасы для соединения через каждый слой. Это позволяет создавать соединения между любыми двумя слоями на печатной плате после их стекирования. Это не только предоставляет повышенный уровень гибкости, но также позволяет дизайнерам максимизировать плотность соединений на любом слое.

На изображении ниже показано боковое поперечное сечение стека ELIC HDI. Это микросечение содержит стекируемые микровиасы по всему стеку печатной платы, но также может содержать смещенные микровиасы в различных областях.

Сквозные переходные отверстия больше не нужны, поскольку все соединения между слоями платы изготавливаются на начальном этапе сборки. Поскольку ELIC использует структуру с заполнением медью, технологии металлизации заполненных переходных отверстий (например, VIPPO) не требуются. Этот конкретный стек противоречит предупреждению IPC о надежности микровиас, поскольку у нас есть стекированные микровиас, охватывающие весь стек печатной платы. Не все производители могут гарантировать выход без скрытых дефектов для плат ELIC после рефлоу. Будьте осторожны при выборе производителя, который может предоставить эти гарантии, и обязательно примените их правила DFM, чтобы убедиться, что ваша плата пройдет критерии качества и приемки.

Производство ELIC

Процесс производства ELIC начинается с ультратонкого основания с лазерно просверленными микровиас и твердой медной основой. После заполнения медью первого микровиаса на внутреннем слое добавляется следующий диэлектрический слой последовательной ламинацией. Лазерное сверление применяется к новому слою для создания стека платы ELIC, за которым следует заполнение переходных отверстий этого слоя медью. Это повторяется до тех пор, пока не будет построен желаемый стек с заполненными медью микровиас. Последовательное заполнение медью улучшает структурную целостность платы и необходимо для предотвращения образования вмятин/пустот во внутренних микровиас, до тех пор пока наращивание обеспечивает прочные металлические интерфейсы в случае использования стекированных микровиас.

DFM для печатных плат ELIC

В целом, существует несколько простых правил DFM, которые следует соблюдать при планировании HDI печатной платы, использующей ELIC. В дополнение к следованию рекомендациям вашего производителя HDI плат, убедитесь, что вы реализуете эти общие рекомендации:

• Выберите подходящее соотношение сторон микровиас для обеспечения надежности изготовленной пустой платы
• Убедитесь, что вы указали заполненные микровиас во внутренних слоях, чтобы предотвратить образование пустот/вмятин
• Тщательно подбирайте толщину слоя в сочетании с зазором и шириной трассы для линий с контролируемым импедансом, чтобы обеспечить возможность реализации вашей стратегии разветвления
• Расположение слоев должно быть симметричным по всему устройству

Применение ELIC

ELIC нашел свое применение в печатных платах, используемых для GPU и карт памяти, но новые смартфоны, планшеты и носимые устройства также могут быть разработаны с использованием ELIC. Эти приложения обычно требуют компоненты с высоким количеством контактов и мелким шагом. Такие платы также обычно используют 10 или более слоев. Использование ELIC в этих приложениях позволяет дизайнерам прокладывать необходимые соединения на платах с малым размером.

Стеки ELIC обычно используются в высокоскоростных приложениях, требующих высокой плотности ввода-вывода, например, в FPGA, где в устройстве реализуется несколько интерфейсов. ELIC также может использоваться на некоторых платах, которые должны поддерживать маршрутизацию RF на материалах PTFE. В любом случае, несоответствие импеданса и результирующие потери на возврате будут доминировать на этих линиях, поскольку маршруты обычно могут быть короткими. Возможно маршрутизировать через слои без оставления огрызков на этих платах, так как обратное сверление не потребуется. Однако, по мере увеличения длины маршрутов, диэлектрические потери на этих маршрутах начнут доминировать и ограничат полезную длину трассы. Учитывайте эти моменты при выборе материалов для вашей HDI платы.

ELIC также стал распространенным в некоторых HDI жестко-гибких печатных платах. Размеры пакетов были еще больше уменьшены за счет сочетания печатных плат, совместимых с ELIC, с сложенными жестко-гибкими платами в одном пакете, при условии, что любая область изгиба выбрана так, чтобы предотвратить избыточное напряжение на стеках микровиас. Стандартные техники проектирования для гибких лент применяются так же, как и в других приложениях, но использование ELIC позволяет интегрировать ленты в более маленькие печатные платы.

Внутренние сигнальные слои в плотных, высокоскоростных конструкциях будут иметь несколько слоев земли/питания, которые могут помочь защитить сигнальные слои друг от друга и уменьшить перекрестные помехи. Это способствует соответствию требованиям EMC, защищая от избыточного излучения. Существуют некоторые умеренные по количеству слоев стеки, которые могут поддерживать плотные выходы и способствовать соответствию требованиям EMC; творческие стратегии размещения на этих платах могут помочь сохранить низкое количество сигнальных слоев и позволяют использовать дополнительную землю, что имеет двойной эффект уменьшения перекрестных помех и ЭМИ.

Когда вы будете готовы создать вашу стопку ELIC PCB для вашего передового дизайна, используйте функции дизайна стека слоев и трассировки в Altium Designer для построения вашей платы. Встроенные инструменты CAD и функция ActiveRoute^® делают трассировку HDI с использованием ELIC легкой. Когда вы будете готовы отправить эти файлы вашему производителю, платформа Altium 365 упрощает сотрудничество и обмен проектами.

Мы только коснулись поверхности возможностей Altium Designer на Altium 365. Начните вашу бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.