Từ HDI đến Ultra HDI: Cấu trúc Via trong Thiết kế PCB

Nếu bạn đã làm việc với công nghệ HDI (High-Density Interconnect), bạn có thể đã nhận thấy rằng ngành công nghiệp đang đẩy giới hạn của những gì có thể thực hiện. Các thiết kế HDI truyền thống đã dựa vào việc khoan microvias bằng laser với kích thước khoảng 4 mils, với đường kính pad bắt giữ thường lớn hơn 8–10 mils. Nhưng công nghệ không bao giờ đứng yên, và giờ đây Ultra HDI đang đưa mọi thứ lên một tầm cao mới, tái định nghĩa cấu trúc và mật độ via theo những cách trước đây không thể tưởng tượng được.

Ultra HDI: Giảm Kích Thước

Công nghệ Ultra HDI tập trung vào việc đẩy kích thước đặc điểm của bảng mạch in lên cực độ, và điều đó bao gồm không chỉ các đường dẫn mà còn cả microvias. Bây giờ chúng ta đang nhìn vào kích thước via nhỏ đến 2 mils, với pad bắt giữ tối thiểu tuyệt đối là 6 mils—mặc dù 8 mils vẫn là điểm ngọt ngào cho độ tin cậy. Để đặt nó vào quan điểm, điều này có nghĩa là bạn có thể có một via 75-micron với một pad bắt giữ 8–10 mils, giảm đáng kể dấu chân PCB của bạn và cho phép sử dụng các thành phần mật độ cao.

Tại sao điều này lại quan trọng? Bởi vì khi các thiết bị điện tử trở nên phức tạp và nhỏ gọn hơn, nhu cầu về mật độ kết nối cao hơn tiếp tục tăng lên. Ultra HDI giúp có thể đóng gói nhiều chức năng hơn vào không gian nhỏ hơn mà không làm giảm độ tin cậy. Đây là một bước ngoặt cho các ngành công nghiệp đang đẩy giới hạn của sự mini hóa, như hàng không vũ trụ, thiết bị y tế và tính toán hiệu năng cao.

Công nghệ Đằng Sau Ultra HDI

Vậy, điều gì làm cho Ultra HDI trở nên khả thi? Câu trả lời nằm ở công nghệ xây dựng tiên tiến, vật liệu siêu mỏng và kỹ thuật lấp đầy via chính xác.

Đầu tiên, hãy nói về công nghệ xây dựng lên. Ultra HDI dựa vào các lớp điện mô cực mỏng và tấm đồng mỏng cực kỳ (ví dụ, trọng lượng đồng 1/4 oz./sq. ft.) để đạt được các dung sai chặt chẽ của nó. Những vật liệu mỏng này cho phép việc chế tạo các đặc điểm tinh tế hơn với dung sai chặt chẽ hơn so với việc khắc thô, điều này giúp duy trì tính toàn vẹn tín hiệu trên các lớp mỏng. Chìa khóa để làm cho điều này hoạt động là giữ tỷ lệ via (tỷ lệ giữa độ dày vật liệu và đường kính via) dưới 1:1. Ví dụ, nếu bạn đang thiết kế một via 2 mil, lớp điện mô của bạn phải mỏng hơn 2 mil. Điều này thường có nghĩa là làm việc với các điện mô 35-micron hoặc thậm chí 25-micron. Một via lớn hơn một chút 3 mil có thể cho phép một điện mô 2 mil, nhưng trong mọi trường hợp, sự chính xác là rất quan trọng.

Sau đó, có thách thức là việc lấp đầy các via chôn giấu trong các lớp ultra-HDI nội bộ. Ở những quy mô này, việc lấp đầy resin cho các via chôn giấu xếp chồng lên nhau không phải là một lựa chọn đáng tin cậy bởi vì resin của vật liệu PCB sẽ gặp khó khăn trong việc lấp đầy không gian trống trong một via chôn giấu. Thay vào đó, các via phải được lấp đầy bằng đồng để đảm bảo hiệu suất điện và tính toàn vẹn cấu trúc đáng tin cậy. Các via lấp đầy bằng đồng tăng cường tính toàn vẹn tín hiệu và hiệu suất nhiệt, cả hai đều rất quan trọng cho các ứng dụng tần số cao và các thiết kế với hạn chế không gian cực đoan. Bằng cách loại bỏ các túi khí và cải thiện khả năng dẫn điện, việc lấp đầy bằng đồng giúp Ultra HDI trở nên đáng tin cậy.

Ảnh hưởng của Ultra HDI đối với Cấu trúc Via

Một trong những lợi ích lớn nhất của Ultra HDI là khả năng tổng hợp định tuyến dấu vết cho các tín hiệu tốc độ cao vào một số lượng lớp nhỏ hơn. Ví dụ, một thiết kế HDI yêu cầu chiều rộng dấu vết tối thiểu 2 mil và đường kính via tối thiểu 4 mil có thể đạt được mật độ cao hơn nhiều như một thiết kế ultra-HDI với chiều rộng dấu vết 1 mil và đường kính via 2-3 mil. Với các via nhỏ hơn và các lớp điện môi mỏng hơn, các nhà thiết kế có thể định tuyến nhiều dấu vết hơn trên mỗi inch vuông vào một thành phần mật độ cao với chiều rộng dấu vết mỏng hơn tại cùng một trở kháng như trên các lớp dày hơn.

Ngoài ra, Ultra HDI cải thiện phân phối điện năng và quản lý nhiệt. Việc sử dụng các via đầy đồng tăng cường khả năng tản nhiệt, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng công suất cao. Các cấu trúc via nhỏ hơn cũng giảm điện dung và cảm kháng nhiễu, dẫn đến hiệu suất tốt hơn trong các thiết kế tốc độ cao và RF. Kết quả là, các ngành công nghiệp yêu cầu hiệu suất tín hiệu chính xác, như viễn thông và tính toán tiên tiến, đang nhanh chóng áp dụng Ultra HDI để đáp ứng nhu cầu phát triển của họ.

Ảnh hưởng đối với cấu trúc via là sâu sắc. Các via xuyên lỗ truyền thống và thậm chí các microvia thông thường không còn đủ cho các thiết kế thế hệ tiếp theo. Ultra HDI cho phép các cấu trúc via xếp chồng và xếp lệch với khoảng cách chặt chẽ hơn, cải thiện kết nối giữa các lớp và linh hoạt thiết kế. Điều này cho phép sử dụng hiệu quả hơn không gian bảng mạch và tăng cường độ tin cậy trong các ứng dụng quan trọng.

Lập Kế Hoạch Sớm và Hợp Tác Sản Xuất

Công nghệ Ultra HDI thật thú vị, nhưng cũng giới thiệu những phức tạp mới. Với những dung sai chặt chẽ và vật liệu tiên tiến, việc sản xuất không phải là điều bạn có thể coi nhẹ. Đó là lý do tại sao sự hợp tác sớm với nhà sản xuất PCB của bạn là cần thiết.

Thiết kế cho Ultra HDI không chỉ là thu nhỏ vias; nó còn đảm bảo toàn bộ quy trình - từ lựa chọn vật liệu đến kỹ thuật sản xuất - được tối ưu hóa cho thành công. Làm việc chặt chẽ với nhà sản xuất của bạn trong giai đoạn thiết kế giúp xác định các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng trở thành các vấn đề tốn kém. Với độ chính xác yêu cầu, ngay cả những điều chỉnh nhỏ ngay từ đầu cũng có thể ngăn chặn những rắc rối lớn sau này.

Đẩy công nghệ lên mức này có thể đi kèm với chi phí sản xuất tăng thêm. Nhưng một cách tiếp cận chủ động có thể giúp giảm bớt những chi phí đó. Bằng cách hợp tác với nhà sản xuất của bạn từ sớm, bạn có thể đảm bảo các tối ưu hóa quy trình được đặt vào vị trí, giảm thiểu rủi ro của việc thiết kế lại tốn kém và cải thiện khả năng sản xuất tổng thể.

Nếu bạn đang làm việc trên các thiết kế yêu cầu mật độ cao hơn, tính toàn vẹn tín hiệu tốt hơn và hiệu suất hàng đầu, Ultra HDI có thể là giải pháp bạn đang tìm kiếm. Nhưng nhớ rằng, thành công với Ultra HDI bắt đầu từ việc lập kế hoạch. Tương tác với một nhà sản xuất có kinh nghiệm từ sớm trong quá trình có thể tạo ra sự khác biệt giữa một thiết kế hoạt động và một thiết kế cần sửa đổi tốn kém.