Подложечно-подобные печатные платы расширяют границы HDI

Реальные электронные устройства становятся всё умнее, как за счёт внедрения встроенных приложений, так и за счёт подключения к облачной платформе или приложению. Командам разработчиков встроенных систем приходится работать вместе, чтобы создавать эти новые поколения продуктов. Одна из областей, где инженер по размещению печатных плат, разработчик встроенных систем и даже инженер по машиностроению могут задержаться с завершением проекта, - это выбор ввода/вывода. Это происходит всякий раз, когда у вас есть разъемы, периферийные устройства и основной процессор.

Этот конкретный класс печатных плат на самом деле имеет некоторый привлекательный рост рынка, который компании EDA и производители не должны игнорировать. Ожидается, что рынок печатных плат, подобных субстратам, будет расти примерно на 15% CAGR и достигнет 6 миллиардов долларов к 2031 году, поскольку всё больше устройств выходят за рамки режима HDI. Нужно ли вашему следующему устройству иметь достаточно высокие плотности, чтобы его можно было считать печатной платой, подобной субстрату? Продолжайте читать, чтобы узнать, сможете ли вы использовать эту технологию.

Это печатная плата или субстрат ИС?

Подобные субстрату печатные платы занимают промежуточное положение между HDI-печатными платами и субстратами для интегральных схем. Их можно было бы классифицировать как ультра-HDI печатные платы, как это было недавно описано Тарой Данн. Технология не нова, и одним из основных двигателей стали маленькие мобильные устройства или носимые устройства, которым нужно уместить множество функций в маленьком пространстве. Это, конечно, стандартная тенденция в дизайне HDI, но субстраты для интегральных схем доводят размеры элементов и плотность компонентов до крайних пределов.

Поскольку подобная субстрату печатная плата находится где-то между HDI-печатными платами и субстратами для интегральных схем, я думаю, что стоит сравнить эти типы компонентов, чтобы увидеть, какие возможности требуются для их изготовления. Ниже приведенное изображение показывает эту информацию как спектр, где мы переходим в область подобных субстрату печатных плат по мере уменьшения ширины линий. Размеры элементов и количество слоев, указанные ниже, показывают, как мы можем в общих чертах классифицировать различные типы ультра-HDI печатных плат.

В конечном итоге, по мере уменьшения ширины линий, эти продукты начинают выглядеть больше как субстраты для интегральных схем, которые обеспечивают соединения между полупроводниковыми кристаллами (т.е., чиплетами) внутри компонентного пакета.

Основные пользователи подобных субстрату печатных плат

Хотя концепция этих дизайнов может быть новой для некоторых разработчиков, эти компоненты на самом деле не новы. Отрасль подложек сталкивалась с теми же проблемами много лет назад, только они занимались непосредственным монтажом кристаллов полупроводников на подложку, а не смешением традиционно упакованных компонентов. Подложечно-подобные печатные платы, по сути, нацелены на любое применение с очень мелкими микросхемами в корпусе, аналогичном чипу, которые должны сосуществовать с традиционными ИС на той же подложке. Вы также можете интегрировать монтаж на плате в эти пакеты.

Одним из основных пользователей подложечно-подобных печатных плат являются смартфоны, и продукты, доступные сегодня потребителям, используют подложечно-подобные печатные платы. Первый случай использования подложечно-подобных печатных плат в смартфонах начался в 2017 году с iPhone 8/X, которые были изготовлены с использованием процесса mSAP. Samsung также использовал эту технологию в своей новой линейке смартфонов Galaxy.

Учитывая ограниченный размер корпуса и спрос на больше функций с более крупной батареей, конечно, стоит задача уменьшить размеры элементов на чипах и печатной плате. Следующее поколение подложечно-подобных печатных плат - это стековые сборки, где очень тонкие устройства упаковываются друг на друга с вертикальными соединениями.

Почему с увеличением плотности уменьшается количество слоев?

Если посмотреть на приведенный выше спектр, может показаться, что все подложки, подобные печатным платам (PCB) и подложки интегральных схем (IC), должны иметь меньшее количество слоев, чем традиционная плата HDI. На первый взгляд это может показаться противоречивым, особенно если сравнивать стандартные платы HDI с платами меньшей плотности, изготовленными стандартным методом травления. Что происходит при переходе от HDI к подобным подложкам PCB?

Первая причина заключается в используемых материалах. Материалы, используемые в этих платах, могут быть гораздо тоньше, как для жестких, так и для модифицированных полиимидных подложек, подобных PCB. Тонкие слои означают две важные вещи для достижения более высоких плотностей:

• Ширина, необходимая для линий с контролируемым импедансом, меньше на тонких слоях
• Расстояние между цифровыми линиями может быть гораздо меньше (ниже предела 3W), когда земля вставлена между сигнальными слоями

Я обсуждал эти моменты в прошлой статье о толстых и тонких слоях FR4, а также в блоге о диэлектриках с низкой диэлектрической проницаемостью (low-Dk).

Другая причина заключается в производственном процессе, который может изготавливать линии с шириной менее 40 микрон. Однако, если бы мы уменьшили ширину линии, мы все равно столкнулись бы с правилом 3W для расстояния между дорожками. Единственный способ обеспечить меньшее расстояние, чем предел 3W, - это разместить земляную плоскость ближе к дорожкам, что требует более тонких слоев. Я обсужу это более подробно в предстоящей статье о влиянии толщины слоя на целостность сигнала.

Когда вам нужно программное обеспечение для проектирования печатных плат, которое позволяет уменьшить размеры элементов, используйте полный набор функций САПР в Altium Designer® для создания ваших самых передовых продуктов. Когда вы закончили проектирование и хотите отправить файлы производителю, платформа Altium 365™ упрощает совместную работу и обмен проектами.

Мы только начали раскрывать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.