Các PCB Giống như Substrate Đẩy Giới hạn của HDI

Các sản phẩm điện tử thực tế đã dần trở nên thông minh hơn, cả từ việc triển khai một ứng dụng nhúng và kết nối trở lại với một nền tảng đám mây hoặc ứng dụng. Các đội phát triển nhúng phải làm việc cùng nhau để tạo ra những thế hệ sản phẩm mới. Một lĩnh vực mà kỹ sư thiết kế PCB, nhà phát triển nhúng, và thậm chí là kỹ sư MCAD có thể bị trì hoãn trong việc hoàn thành dự án là trong việc lựa chọn I/O. Điều này xảy ra bất cứ khi nào bạn có các kết nối, thiết bị ngoại vi, và một bộ xử lý chủ.

Lớp PCB cụ thể này thực sự có một sự tăng trưởng thị trường hấp dẫn mà các công ty EDA và nhà sản xuất không nên bỏ qua. Thị trường cho các PCB giống như substrate dự kiến sẽ tăng trưởng khoảng 15% CAGR và đạt 6 tỷ đô la vào năm 2031 khi nhiều thiết bị vượt qua chế độ HDI. Thiết bị tiếp theo của bạn có cần đến mật độ cao đủ để được coi là một PCB giống như substrate không? Hãy tiếp tục đọc để xem bạn có thể sử dụng công nghệ này không.

Đó là PCB hay là Substrate IC?

Các PCB giống như Substrate chiếm một vị trí trung gian giữa PCB HDI và IC substrate. Chúng có thể được phân loại tốt nhất như là PCB HDI cực kỳ cao cấp, như đã được mô tả gần đây bởi Tara Dunn. Công nghệ này không mới, và một trong những động lực chính đã là các thiết bị di động nhỏ hơn hoặc thiết bị đeo được, cần đóng gói nhiều tính năng vào không gian nhỏ. Điều này tất nhiên là xu hướng tiêu chuẩn trong thiết kế HDI, nhưng IC substrates đẩy kích thước tính năng và mật độ thành phần lên mức cực đoan.

Vì một PCB giống như Substrate nằm ở đâu đó giữa PCB HDI và IC substrates, tôi nghĩ rằng đáng giá so sánh các loại thành phần này để xem những khả năng nào là cần thiết cho việc sản xuất chúng. Hình ảnh dưới đây hiển thị thông tin này như một phổ, nơi chúng ta chuyển vào lĩnh vực PCB giống như Substrate khi độ rộng dây dẫn trở nên nhỏ hơn. Kích thước tính năng và số lượng lớp được liệt kê dưới đây cho thấy làm thế nào chúng ta có thể phân loại rộng rãi các loại PCB HDI cực kỳ cao cấp.

Cuối cùng, khi độ rộng dây dẫn giảm, những sản phẩm này bắt đầu trông giống hơn IC substrates cung cấp kết nối giữa các điều khiển bán dẫn (tức là, chiplets) bên trong một gói thành phần.

Người Dùng Chính của Các PCB Giống như Substrate

Mặc dù khái niệm về những thiết kế này có thể là mới mẻ đối với một số nhà thiết kế, nhưng những thành phần này thực sự không phải là mới. Ngành công nghiệp cơ sở đã đối mặt với những thách thức tương tự từ nhiều năm trước, họ chỉ đơn giản là đối mặt với việc gắn trực tiếp các hạt bán dẫn lên một cơ sở chứ không phải là sự kết hợp của các thành phần được đóng gói theo truyền thống. Các PCB giống như cơ sở về cơ bản nhắm đến bất kỳ ứng dụng nào sử dụng các IC được đóng gói theo quy mô chip rất nhỏ mà phải tồn tại cùng với các IC truyền thống trên cùng một cơ sở. Bạn cũng có thể tích hợp chip-on-board vào những gói này.

Một trong những người dùng chính của PCB giống như cơ sở là điện thoại thông minh, và các sản phẩm có sẵn cho người tiêu dùng ngày nay đang sử dụng PCB giống như cơ sở. Trường hợp đầu tiên của điện thoại thông minh sử dụng PCB giống như cơ sở bắt đầu vào năm 2017 với iPhone 8/X, được chế tạo bằng quy trình mSAP. Samsung cũng đã sử dụng công nghệ này trong dòng Galaxy mới hơn của họ.

Do kích thước vỏ hạn chế, và nhu cầu về nhiều tính năng hơn với pin lớn hơn, động lực chắc chắn là giảm kích thước tính năng trên các chip và PCB. Thế hệ tiếp theo của PCB giống như cơ sở là các bộ lắp ráp chồng lên nhau, nơi các thiết bị rất mỏng được đóng gói chồng lên nhau với các kết nối dọc.

Tại Sao Số Lượng Lớp Giảm ở Mật Độ Cao Hơn?

Nếu bạn xem xét phổ trên, có vẻ như tất cả các loại PCB giống như nền tảng và nền tảng IC đều phải có số lớp thấp hơn so với một PCB HDI truyền thống. Điều này có thể có vẻ mâu thuẫn ban đầu, đặc biệt là khi bạn so sánh PCB HDI tiêu chuẩn với PCB mật độ thấp hơn được xây dựng bằng quy trình ăn mòn tiêu chuẩn. Điều gì xảy ra khi vượt qua ngưỡng từ HDI sang PCB giống như nền tảng?

Lý do đầu tiên là vật liệu được sử dụng trong các thiết kế này. Vật liệu được sử dụng trong các bảng mạch này có thể mỏng hơn nhiều, cả đối với PCB giống như nền tảng polyimide cứng và đã được chỉnh sửa. Các lớp mỏng hơn có nghĩa là hai điều quan trọng để đạt được mật độ cao hơn:

• Chiều rộng cần thiết cho các đường dẫn có trở kháng kiểm soát nhỏ hơn trên các lớp mỏng
• Khoảng cách giữa các đường dẫn số có thể nhỏ hơn nhiều (dưới giới hạn 3W) khi lớp tiếp địa được xen kẽ giữa các lớp tín hiệu

Tôi đã thảo luận về những điểm này trong một bài viết trước đây về các lớp FR4 dày và mỏng, cũng như một blog về điện môi có Dk thấp.

Lý do khác là quy trình sản xuất, có thể tạo ra đường kính dưới 40 micron. Tuy nhiên, nếu chúng ta giảm độ rộng của đường dẫn, chúng ta vẫn phải tuân theo quy tắc 3W cho khoảng cách giữa các đường dẫn. Cách duy nhất để cho phép khoảng cách nhỏ hơn giới hạn 3W là đặt mặt đất gần hơn với các đường dẫn, điều này đòi hỏi các lớp mỏng hơn. Tôi sẽ thảo luận thêm về điều này trong bài viết sắp tới về ảnh hưởng của độ dày lớp đối với tính toàn vẹn tín hiệu.

Khi bạn cần phần mềm thiết kế PCB có khả năng thu nhỏ kích thước đặc điểm, hãy sử dụng bộ đầy đủ các tính năng CAD trong Altium Designer® để xây dựng các sản phẩm tiên tiến nhất của bạn. Khi bạn hoàn thành thiết kế và muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất của mình, nền tảng Altium 365™ giúp bạn dễ dàng hợp tác và chia sẻ dự án của mình.

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 ngày hôm nay.