От HDI до Ultra HDI: Структура переходных отверстий в дизайне печатных плат

Если вы работали с технологией HDI (High-Density Interconnect, высокоплотное соединение), вы, вероятно, заметили, что индустрия стремится к расширению границ возможного. Традиционные HDI-проекты полагались на лазерное сверление микровиас размером около 4 милов, с диаметрами захватывающих площадок, обычно на 8–10 мил больше. Но технологии не стоят на месте, и теперь Ultra HDI выводит все на совершенно новый уровень, переопределяя структуру и плотность виас способами, которые ранее казались невозможными.

Ultra HDI: Уменьшение размера

Технология Ultra HDI направлена на максимальное уменьшение размеров элементов печатной платы, что включает не только дорожки, но и микровиас. Теперь мы рассматриваем размеры виас всего в 2 мила, с абсолютным минимумом захватывающих площадок в 6 милов — хотя 8 милов все еще остается оптимальным значением для надежности. Чтобы представить это наглядно, это означает, что вы можете иметь виас 75 микрон с захватывающей площадкой 8–10 мил, значительно уменьшая размер вашей печатной платы и позволяя использовать компоненты высокой плотности.

Почему это важно? Поскольку электронные устройства становятся все более сложными и компактными, спрос на более высокие плотности соединений продолжает расти. Ultra HDI позволяет упаковать больше функциональности в меньшие пространства без потери надежности. Это меняет правила игры для отраслей, которые толкают пределы миниатюризации, таких как аэрокосмическая промышленность, медицинские устройства и высокопроизводительные вычисления.

Технология, стоящая за Ultra HDI

Итак, что делает Ultra HDI возможным? Ответ кроется в передовых технологиях накопления, ультратонких материалах и точных техниках заполнения виас.

Давайте сначала поговорим о технологии многослойного накопления. Ультра HDI опирается на невероятно тонкие диэлектрические слои и ультратонкую медную фольгу (например, вес меди 1/4 унции на кв. фут) для достижения своих строгих допусков. Эти тонкие материалы позволяют изготавливать более мелкие детали с более строгими допусками, чем при грубом травлении, что помогает поддерживать целостность сигнала на тонких слоях. Ключ к успеху здесь - поддержание соотношения аспектов переходных отверстий (соотношение толщины материала к диаметру отверстия) ниже 1:1. Например, если вы разрабатываете переходное отверстие 2 мил, ваш диэлектрический слой должен быть тоньше 2 мил. Это обычно означает работу с 35-микронными или даже 25-микронными диэлектриками. Немного большее переходное отверстие 3 мил может позволить использовать 2-миловый диэлектрик, но в любом случае точность критически важна.

Затем есть проблема заполнения закрытых переходных отверстий во внутренних ультра-HDI слоях. На таких масштабах заполнение смолой ступенчатых закрытых переходных отверстий не будет надежным вариантом, поскольку смолы материалов печатных плат будут испытывать трудности с заполнением открытого пространства в закрытом переходном отверстии. Вместо этого, переходные отверстия должны быть заполнены медью, чтобы обеспечить надежную электрическую производительность и структурную целостность. Медные переходные отверстия улучшают целостность сигнала и тепловую производительность, что крайне важно для приложений высокой частоты и конструкций с экстремальными ограничениями по пространству. Устраняя воздушные карманы и улучшая проводимость, медное заполнение помогает сделать Ultra HDI надежным.

Влияние Ultra HDI на структуры переходных отверстий

Одним из наибольших преимуществ Ultra HDI является возможность консолидации трассировки сигналов высокой скорости в меньшее количество слоев. Например, HDI-дизайн, который требовал минимальную ширину трассы 2 мил и минимальный диаметр переходного отверстия 4 мил, может достичь гораздо большей плотности как ультра-HDI дизайн с шириной трассы 1 мил и диаметром переходного отверстия 2-3 мил. С меньшими переходными отверстиями и более тонкими диэлектрическими слоями, дизайнеры могут прокладывать больше трасс на квадратный дюйм в компоненте высокой плотности с более тонкими ширинами трасс при том же импедансе, что и на более толстых слоях.

Кроме того, Ultra HDI улучшает распределение питания и тепловое управление. Использование медных заполненных переходных отверстий (виас) повышает эффективность отвода тепла, что крайне важно для приложений с высоким энергопотреблением. Меньшие по размеру структуры виас также снижают паразитную емкость и индуктивность, что приводит к лучшей производительности в высокоскоростных и РЧ-дизайнах. В результате отрасли, требующие точной производительности сигналов, такие как телекоммуникации и передовые вычисления, быстро переходят на использование Ultra HDI, чтобы удовлетворить свои развивающиеся потребности.

Влияние на структуру виас значительно. Традиционные сквозные виас и даже обычные микровиас уже не соответствуют требованиям к дизайну следующего поколения. Ultra HDI позволяет создавать стекированные и смещенные структуры виас с более плотным расположением, улучшая межслоевую связность и гибкость дизайна. Это позволяет более эффективно использовать площадь платы и повышает надежность в критически важных приложениях.

Раннее планирование и партнерство в производстве

Технология Ultra HDI захватывающая, но она также вносит новые сложности. С такими строгими допусками и передовыми материалами, производство не является чем-то, что можно воспринимать как должное. Вот почему раннее сотрудничество с вашим производителем печатных плат является существенным.

Дизайн для Ultra HDI — это не только уменьшение размеров переходных отверстий; это также обеспечение того, чтобы весь процесс — от выбора материалов до технологий производства — был оптимизирован для успеха. Тесное сотрудничество с вашим производителем на этапе проектирования помогает выявить потенциальные препятствия до того, как они превратятся в дорогостоящие проблемы. Учитывая требуемую точность, даже небольшие корректировки на раннем этапе могут предотвратить серьезные трудности позже.

Доведение технологии до такого уровня может повлечь за собой дополнительные затраты на производство. Но проактивный подход может помочь снизить эти расходы. Заключив партнерство с вашим производителем на раннем этапе, вы можете обеспечить оптимизацию процессов, снижая риск дорогостоящих перепроектирований и улучшая общую производственную пригодность.

Если вы работаете над проектами, требующими более высокой плотности, лучшей целостности сигнала и высочайшей производительности, Ultra HDI может быть решением, которое вы ищете. Но помните, успех с Ultra HDI начинается с планирования. Взаимодействие с опытным производителем на раннем этапе процесса может существенно повлиять на разницу между дизайном, который работает, и тем, который требует дорогостоящей доработки.