Особенности трассировки при использовании технологии Ultra HDI

Технология Ultra HDI - это не "новая" технология для индустрии печатных плат, она использовалась в печатных платах смартфонов и других очень крупных приложениях на протяжении многих лет, и существуют очень конкретные правила проектирования, которым необходимо следовать в этих условиях ультравысокого объема и высокоавтоматизированного производства. Ultra HDI является новинкой в приложениях с низким и средним объемом производства и большим разнообразием. Теперь несколько производителей предлагают эту технологию, и отрасль преодолевает кривую обучения обработки этой технологии в условиях, где переменных гораздо больше, чем на тех ультравысоких производственных мощностях. Эти производители работают с дизайнерским сообществом, чтобы разработать набор правил проектирования, которые помогут направить дизайн печатных плат к более высокой выходной годности и производственной пригодности.  

Чтобы уточнить определение ultra HDI, IPC создала рабочую группу по ultra HDI, которая определила эту категорию технологии как дизайн печатной платы, включающий один или несколько из этих параметров:

• Ширина линии менее 50 мкм
• Расстояние между дорожками менее 50 мкм
• Толщина диэлектрика менее 50 мкм
• Диаметр микровиас менее 75 мкм
• Характеристики продукта, превышающие существующий стандарт IPC 2226 уровня C

Эта серия блогов посвящена методам изготовления и вопросам дизайна, а ссылки на предыдущие блоги включены в конец этого поста.

Сегодня давайте исследуем влияние этих ультратонких дорожек и промежутков на импеданс. Эрик Богатин и его команда выпустили белую книгу по этой теме, и я также добавлю ссылку на нее в конце этого поста, если вы хотите изучить этот вопрос более подробно.

Одно из очевидных преимуществ использования этих тонких линий и дорожек - возможность значительно сократить количество слоев для BGA с высоким количеством контактов. Однако, если импеданс вызывает беспокойство, эти ультратонкие дорожки в зоне выхода BGA будут иметь более высокий импеданс, чем области маршрутизации на 50 ом. Вопрос заключается в том, каково влияние при рассмотрении разницы в импедансе и расстоянии этой области с более высоким импедансом по сравнению с общей длиной дорожки до того, как несоответствие импедансов станет проблемой.

Рисунок 3. Геометрия двух областей. Область разветвления - это более узкий след, в то время как предполагается, что область с однородной шириной следа является более широкой.

В данной статье исследуется пространство дизайна и методология, которые следует учитывать при определении приемлемых параметров, заключая, что влияние для узкой области трассировки будет исходить от отражений. Влияние от его отражений может быть сведено к приемлемому уровню, если длину узкой области следа можно поддерживать достаточно короткой. Насколько короткой должна быть эта длина, можно оценить с помощью простой симуляции. В области разветвления можно использовать след, ширина которого составляет всего половину ширины следа в области трассировки, и при этом достичь приемлемого уровня потерь на отражение при высокой пропускной способности. Применение этой методологии может сократить общее количество слоев платы и потенциально упростить общую сложность печатной платы.

Многие приложения не имеют этого ограничения и используют эти ультратонкие следы и промежутки для максимального использования их трассировочных возможностей.

В приведенном выше примере, который предназначен для иллюстрации, простая корректировка ширины и расстояния между дорожками с 75 микрон до 19 микрон значительно уменьшает количество необходимых слоев маршрутизации. Хотя это и выдуманный пример, он показывает значимость наличия теперь ультра HDI для приложений с низким и средним объемом производства и большим ассортиментом.

Другой взгляд заключается в возможности сохранения того же количества слоев, но значительном уменьшении общего размера печатной платы. Это более распространено, когда маршрутизация проста, например, в однослойной или двусторонней гибкой схеме.

Как лучше всего применять эти функции ультра HDI, зависит от целей проекта. При рассмотрении стратегии маршрутизации также важно помнить, что эти функции ультра-HDI не обязательно должны применяться ко всем слоям. Тонкие дорожки часто создаются с использованием добавочного или полу-добавочного производственного подхода, а не традиционной вычитательной травления. Тем не менее, добавочные и полу-добавочные процессы также могут использоваться для создания дорожек большего размера. Эти процессы создают более точные узоры дорожек и могут привести к более строгим допускам по импедансу на более широких дорожках.

Производитель обычно использует один процесс для формирования конкретного слоя с ультратонкими элементами, но может использовать вычитающее травление для слоев с более крупными элементами, земляными плоскостями и т.д.  Как я часто делаю в этих блогах, я рекомендую связаться с вашим производителем, чтобы понять лучший подход к производственной пригодности при начале проектирования для ультра HDI.  Как пища для размышлений, я включил снимок возможностей ультра HDI от American Standard Circuits.

Если вы хотите узнать больше, пожалуйста, ознакомьтесь с несколькими нашими предыдущими блогами.  Мы рассмотрели основы обработки SAP, недавно изучили некоторые основные вопросы, связанные с структурой печатной платы, и исследовали некоторые «правила проектирования» или «руководящие принципы проектирования», которые не меняются при проектировании с использованием этих ультравысокоплотных размеров элементов. 

Для дополнительных деталей о влиянии импеданса с ультра HDI элементами, пожалуйста, ознакомьтесь с опубликованным белым докладом Эрика Богатина.