Thiết kế Xếp chồng PCB 2+N+2 cho Bảng mạch HDI

Như bất kỳ PCB tiên tiến nào khác, thành công trong thiết kế HDI đến từ việc thiết kế chồng lớp phù hợp. Điều này không chỉ đúng về mặt tính toán tín hiệu và nguồn điện mà còn liên quan đến việc sản xuất; chồng lớp PCB HDI bạn sử dụng phải tuân thủ một bộ quy trình xử lý tiêu chuẩn cần thiết để xây dựng bảng mạch. Theo tiêu chuẩn PCB HDI IPC-2226, có một số loại chồng lớp PCB HDI tiêu chuẩn mà

Một chồng lớp HDI phổ biến được sử dụng để hỗ trợ định tuyến vào các thành phần BGA có mật độ cao, số chân vừa phải là chồng lớp 2+N+2 cho các bảng mạch HDI. Chồng lớp này sử dụng lamination tuần tự với nhiều lớp HDI và một lớp bên trong thông thường để xây dựng chồng lớp. Chúng tôi sẽ khám phá thêm về chồng lớp này trong bài viết này, cũng như cách nó liên quan đến các chồng lớp tiên tiến khác được sử dụng trong PCB HDI.

Về chồng lớp 2+N+2 cho HDI

Cấu trúc của bản chất xếp lớp PCB 2+N+2 được định nghĩa trong tiêu chuẩn IPC-2226 (còn được biết đến là Loại III); cấu trúc này được hiển thị dưới đây. Sơ đồ này là một cái nhìn nổ của bản chất xếp lớp để hiển thị số lượng lớp ghép nối tuần tự ở phần trên/dưới của bản chất xếp lớp, cũng như quá trình xây dựng cho bản chất xếp lớp PCB này. Các lớp trên cùng là các lớp định tuyến HDI, nơi mà microvias được sử dụng trên các điện mô mỏng để truy cập vào các lớp bên trong trong bản chất xếp lớp. “2” trong 2+N+2 ám chỉ rằng cần hai bước ghép nối tuần tự trong bản chất xếp lớp PCB để hai lớp HDI trên cùng có thể được xếp chồng lên phần lớp bên trong.

i+N+i PCB Stackups

Một cách tổng quát hơn, cấu trúc này được biết đến như là một cấu trúc i+N+i, nơi mà các phần ngoài cùng bao gồm i lớp được ghép nối tuần tự và kết nối với nhau bằng microvias. Phần bên trong của cấu trúc lớp được kết nối với các phần ngoài ở hai đầu trên và dưới bằng một via chôn, và phần via chôn (gọi là via lõi) cũng được kết nối với các lớp bên trong khác. Bạn có thể sử dụng bất kỳ số lượng lớp được ghép nối tuần tự nào ở phía ngoài của cấu trúc miễn là nó có thể được sản xuất bởi nhà máy chế tạo của bạn. Ví dụ, các cấu trúc lớp 3+N+3 và 4+N+4 cũng là các lựa chọn phổ biến được cung cấp bởi các nhà máy chế tạo PCB HDI.

Thêm vào đó, về mặt kỹ thuật không có giới hạn cho N theo lý thuyết, mặc dù thực tế điều này sẽ bị hạn chế tùy thuộc vào độ dày của lớp ngoài và tổng số lớp. Các vấn đề về độ tin cậy (sẽ được thảo luận thêm bên dưới) tìm thấy trong các cấu trúc microvia không tồn tại trên lớp bên trong này vì một lỗ khoan xuyên qua cơ học được sử dụng để kết nối các lớp bên trong trước khi ghép nối với các lớp ngoài. Điều này tạo thành một via chôn một khi toàn bộ cấu trúc được xây dựng. Một khi cấu trúc được xây dựng, các lỗ khoan xuyên qua cũng có thể được đặt trong cấu trúc lớp hoàn chỉnh đi qua tất cả các lớp sử dụng quy trình khoan và mạ tiêu chuẩn.

Lớp Phủ Tuần Tự (hoặc Xây Dựng Tích Tụ)

Quy trình tiêu chuẩn được sử dụng để xây dựng cấu trúc chồng cho PCB HDI là lớp phủ tuần tự. Cơ bản, cấu trúc chồng được chế tạo bằng cách hình thành từng lớp một cách riêng lẻ, sau đó toàn bộ cấu trúc chồng 2+N+2 được hình thành với một bước lớp phủ cuối cùng. Các loại vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong lớp phủ tuần tự cho cấu trúc chồng HDI là đồng phủ resin (RCC), cụ thể là polyimide kim loại hóa, polyimide thuần túy, và polyimide đúc. Laminates PTFE và FR4 cũng được sử dụng trong cấu trúc chồng lớp HDI.

Một số nhà sản xuất sẽ nói với bạn rằng bạn không thể sử dụng vias chồng trong một cấu trúc chồng được tạo ra với lớp phủ tuần tự, nhưng tôi nghĩ có một số nhầm lẫn về điểm này. Cấu trúc 2+N+2 có thể hỗ trợ vias chồng, bao gồm việc vias lõi có thể mở rộng vào một trong các lớp được lớp phủ tuần tự. Tôi nghĩ sự nhầm lẫn đến từ việc thực hiện một vias chồng để vượt qua hai lớp như được định nghĩa trong cấu trúc chồng HDI Loại I (xem bên dưới). Thay vào đó, chúng ta sẽ sử dụng vias bỏ qua để định tuyến từ lớp bề mặt vào một lớp bên trong, và cặp lớp này sẽ được lớp phủ lên lớp vias lõi.

• Tìm hiểu thêm về quy trình sản xuất HDI trong bài viết này.

Các Cấu Trúc Chồng HDI Tiêu Chuẩn Khác

Cấu trúc 2+N+2 có lẽ là cấu trúc HDI phổ biến nhất hỗ trợ BGA có số chân cao, nhưng còn có các cấu trúc khác được định nghĩa trong tiêu chuẩn IPC-2226. Chúng được ghi nhãn từ Loại I đến Loại VI với độ phức tạp tăng dần. Các loại cấu trúc này được hiển thị dưới đây:

Over-core (Loại IV) bao gồm việc đặt điện môi lên trên một lớp lõi nội bộ và ít phổ biến hơn trong số các cấu trúc HDI. Phức tạp nhất là Loại V/VI, được biết đến nhiều hơn với tên gọi kết nối mỗi lớp (ELIC), nơi các microvias xếp chồng/lệch nhau được đặt xuyên suốt cấu trúc.

• Tìm hiểu thêm về ELIC trong bài viết này.

Trong số này, Loại I đến Loại III (2+N+2) là phổ biến nhất. Tuy nhiên, lưu ý rằng một số nhà sản xuất sẽ khuyên bạn tránh vượt quá cấu trúc 2+N+2 hoặc 3+N+3 do vấn đề về khả năng hoặc tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu. Họ sẽ nói với bạn rằng thay vào đó, hãy tập trung vào chiến lược phân tán để đưa tất cả các đường dẫn bạn cần vào mỗi lớp và để kết nối với BGA có số chân cao. Tôi đồng ý với điều này, nhưng nếu cần một cấu trúc 4+N+4, tôi sẽ tìm một nhà sản xuất chỉ hỗ trợ ELIC.

Khi bạn đã sẵn sàng để lập trình cấu hình 2+N+2 của mình vào công cụ ECAD, hãy sử dụng Quản lý Lớp Xếp Chồng trong Altium Designer® để định nghĩa cấu hình HDI của bạn và tạo các quy tắc định tuyến. Bạn và nhóm của mình sẽ có thể duy trì hiệu suất làm việc và hợp tác hiệu quả trong các thiết kế điện tử tiên tiến thông qua nền tảng Altium 365™. Mọi thứ bạn cần để thiết kế và sản xuất điện tử tiên tiến đều có thể tìm thấy trong một gói phần mềm. Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.