Khả năng cho PCB Mật độ Cực cao

Các nhà thiết kế mạch in có một công cụ mới thú vị để giúp giải quyết các thách thức định tuyến phức tạp. Các nhà sản xuất phục vụ thị trường sản lượng thấp đến trung bình, đa dạng cao giờ đây đang cung cấp công nghệ Ultra-HDI, chế tạo các lớp mạch bằng quy trình bán cộng gộp. Điều này mang lại cho các nhà thiết kế PCB một số lợi ích chính: khả năng định tuyến với khoảng cách và đường dẫn 25 micron với độ chính xác cao, khả năng sử dụng kích thước đặc điểm lớn hơn với đường dẫn chính xác cao, cải thiện độ chính xác của trở kháng kiểm soát, và khả năng sử dụng kim loại quý như vàng hoặc bạch kim làm kim loại dẫn điện để hỗ trợ tính tương thích sinh học cho các ứng dụng y tế.

Gần đây tôi đã có cơ hội ngồi xuống với John Johnson, Giám đốc Chất lượng tại American Standard Circuits (ASC). ASC là một trong những người được cấp phép đầu tiên của quy trình Averatek’s A-SAP™. Đây là bản tóm tắt các câu hỏi được đặt ra và lời khuyên chuyên môn để giúp hướng dẫn các nhà thiết kế PCB khi họ bắt đầu làm việc với công nghệ này.

Khả năng của bạn cho kích thước đặc điểm cực kỳ cao mật độ hiện nay là gì và ASC có kế hoạch tiến bộ gì cho năm 2023?

Ngày nay, chúng tôi có khả năng sản xuất các đặc điểm kỹ thuật 25 micron (dây và khoảng trống 1 mil) trên bảng mạch đa lớp cho FR-4, cấu trúc hỗn hợp, Flex và Rigid-Flex. Ngoài công nghệ dây siêu mảnh tiêu chuẩn sử dụng dây đồng, chúng tôi có thể sản xuất dây cho các ứng dụng y tế chỉ từ vàng, palladium và platinum.

Vào năm 2023, chúng tôi sẽ tiếp tục phát triển công nghệ của mình để xây dựng các đặc điểm kỹ thuật nhỏ hơn 25 micron. Bắt đầu với mạch điện trong phạm vi 15 đến 25 micron, cuối cùng vào cuối năm 2023, chúng tôi nên có thể đạt được các đặc điểm kỹ thuật 10 micron.

Những quy tắc thiết kế chính nào mà một nhà thiết kế PCB nên nhớ khi bắt đầu thiết kế đầu tiên của họ với kích thước đặc điểm siêu mảnh?

Đây là một câu hỏi tuyệt vời. Ngày nay, một nhà thiết kế có nhiều lựa chọn để sử dụng trong các thiết kế của mình, nhưng không phải tất cả đều phù hợp với thế giới Dây Siêu Mảnh.

Khi một nhà thiết kế buộc phải sử dụng microvias xếp chồng, via trong pad mạ phủ và các bộ phận phụ để định tuyến các thành phần BGA dày đặc ngày nay, khả năng định tuyến với mạch điện ở 25 hoặc thậm chí 50 micron mang lại cho nhà thiết kế một số lợi thế cần xem xét. Thông thường, điểm tập trung đầu tiên nên là tận dụng lợi thế về độ rộng dây dẫn. Sau đó, hãy xem xét giảm số lượng cấp độ của microvias bằng cách giữ việc sử dụng một cấp độ duy nhất, hoặc sử dụng việc xếp chồng vias một cách lệch lạc và cuối cùng sử dụng cấu trúc xếp chồng như một giải pháp cuối cùng. Khi làm như vậy, lợi thế về độ tin cậy của cấu trúc via đơn giản có thể được nhận ra.

Nếu có lợi ích khi sử dụng cấu trúc via trong pad, hãy lên kế hoạch không sử dụng mạch điện Ultra-Fine bên ngoài. Quy trình sản xuất cấu trúc via loại VII yêu cầu mạ bọc và nhiều lần mạ lên, điều này không thuận lợi cho các dây dẫn Ultra-fine. Nó vẫn có thể được thực hiện, nếu cần thiết, nhưng sẽ làm tăng đáng kể chi phí của thiết kế. Hãy xem xét lợi ích của chắn EMI với việc sử dụng các mặt phẳng bên ngoài.

Bên ngoài, lớp phủ cuối cùng là một vấn đề nếu khoảng cách là 25 micron. Nếu có thể, hãy sử dụng các pad được định nghĩa bằng mặt nạ hàn hoặc giữ công nghệ đường mảnh “dưới mặt nạ”. Ví dụ, yêu cầu 200 microinch niken trong lớp phủ ENIG có thể giảm khoảng cách 25 micron xuống còn 15 micron và có thể dẫn đến chập mạch.

Loại ứng dụng nào là người tiên phong sử dụng quy trình A-SAP™?

Những ứng dụng này đã được sử dụng trong việc định tuyến ra khỏi các BGA chật hẹp, đơn giản hóa thiết kế, nhu cầu RF và ứng dụng y tế. Tính tương thích sinh học đặc biệt phù hợp với công nghệ này.

Bạn có một quy trình độc đáo phục vụ ngành công nghiệp y tế, bạn có thể giải thích quy trình sử dụng vàng và các kim loại quý khác cho một giải pháp tương thích sinh học hoàn chỉnh hơn không?

Nhu cầu về tính tương thích sinh học của các thành phần y tế là một yếu tố độc đáo. Đồng và niken không tương thích sinh học. Làm thế nào một bảng mạch thông thường có thể hoạt động mà không cần đến các đường dẫn đồng? Hầu hết các trường hợp cần có vàng trong lớp phủ. Nhưng niken là kim loại cơ bản trên đồng để ngăn chặn sự di cư của đồng.

Quy trình A-SAP™ không cần đồng để hoạt động. Nó bắt đầu từ lớp cơ bản và xây dựng lên bằng Palladium và Vàng để tạo mạch. Các kim loại quý khác như Platinum cũng có thể được sử dụng. Điều này loại bỏ đồng và niken trong quá trình xây dựng. Các điện môi cơ bản cũng có thể tương thích sinh học như các phim polyimide và LCP.

ASC cũng là một nhà lãnh đạo trong các công nghệ khác. Những khả năng nào giúp bạn nổi bật trong ngành sản xuất PCB?

ASC là nhà sản xuất đa dạng của nhiều giải pháp kết nối. Bảng lõi kim loại và bảng nền kim loại, bảng RF và bảng RF hỗn hợp sử dụng lõi kim loại... hoặc không. Chúng tôi cũng xây dựng các lớp Đa lớp Mật độ Cao lên đến 40 lớp + sử dụng các bộ phận phụ, microvias và công nghệ xây dựng. Chúng tôi cung cấp các bộ phận linh hoạt mật độ cao cả hai mặt và đa lớp. Các cấu trúc Bookbinder cũng có sẵn. Cuối cùng, Rigid Flex là một chuyên môn khác trong nhiều loại vật liệu và cấu trúc.

Làm thế nào để độc giả có thể liên hệ với bạn với các câu hỏi về cách thiết kế tốt nhất cho các tính năng mật độ cực cao?

Bạn có thể liên hệ với tôi qua jjohnson@asc-i.com và trang web của chúng tôi là www.asc-i.com

Tài nguyên bổ sung:

Chúng tôi đã đi qua các nguyên tắc cơ bản của quy trình SAP, gần đây đã xem xét một số câu hỏi hàng đầu liên quan đến việc xếp chồng bảng mạch in, khám phá một số “quy tắc thiết kế” hoặc “hướng dẫn thiết kế” không thay đổi khi thiết kế với những kích thước đặc điểm cực kỳ cao về mật độ, và đã khám phá không gian thiết kế xung quanh khả năng sử dụng những bề rộng mạch in cực kỳ cao về mật độ trong các khu vực thoát BGA và bề rộng mạch rộng hơn trong lĩnh vực định tuyến. Lợi ích là giảm số lớp mạch và mối quan tâm là duy trì trở kháng 50-ohm. Eric Bogatin gần đây đã xuất bản một bài báo trắng phân tích chính lợi ích và mối quan tâm này.