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.

High-Speed PCB Design

Simple solutions to high-speed design challenges.

Learn More

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.

Best in Class Interactive Routing

Reduce manual routing time for even the most complex projects.

Learn More

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.