PCB Tecnico - Circuito HDI ad alta densità

Ostacoli all'attuazione dell'HDI

Ci sono diversi dilemmi possibili nell'utilizzare la tecnologia HDI, in modo che l'uso di questa tecnologia sia esposto a rischi. Il dilemma tipico è il seguente.

1 Prevedibilità

I clienti devono conoscere lo stato dell'impilamento HDI, il numero di fori e il prezzo, che devono essere noti all'inizio del progetto e della progettazione. I produttori spesso devono fare una citazione dopo che la progettazione della struttura del prodotto è completata. Non ci sono quasi dati rilevanti a cui fare riferimento durante il lavoro precedente, il che fa sentire la progettazione e l'uso dei clienti come un cieco. Se il concetto di micropozzetti HDI è poco chiaro, il design corretto potrebbe non essere fatto, portando a rifiuti. Questi problemi stanno gradualmente migliorando e, quando si accumula abbastanza esperienza, si può fare un certo grado di stima.

2 Modello di progettazione

Se esiste un modello di avvolgimento accurato, i dati di base dei componenti, la relazione geometrica e la dimensione del circuito possono essere importati per generare l'analisi della struttura dello stack e dei criteri di progettazione e quindi lo stato delle prestazioni del prodotto può essere approssimativamente compreso. Attualmente, solo pochi produttori relativamente grandi hanno la capacità tecnica di simulare il prodotto finale di questo tipo.

Poiché le schede HDI sono diventate più comuni e gli ausili informatici disponibili sono gradualmente maturati, se è possibile saperne di più sulle caratteristiche delle schede HDI, si avrà l'opportunità di fare buoni disegni. Il nuovo design del prodotto richiede una struttura di impilamento regolare, canali di routing e linee guida per il cablaggio di grandi aree. Il layout di piccole aree può essere relativamente semplice, ma la pianificazione di prodotti complessi non può essere definita con semplici strumenti informatici.

3 Integrazione del segnale

Per utilizzare la struttura HDI, si deve capire l'effetto di miglioramento elettrico che può portare. Altrimenti, i progettisti che sono abituati ai circuiti stampati tradizionali possono ancora preferire utilizzare il design a foro passante.

4 Produzione di massa

La maggior parte dei produttori che producono in massa schede HDI presterà maggiore attenzione ai telefoni cellulari e ai prodotti di consumo. Tuttavia, per essere maggiormente coinvolti nei nuovi prodotti, i produttori dovrebbero prestare attenzione anche ai prodotti HDI che sono in scarsa domanda.

5 Nuovi materiali

HDI introduce un sacco di nuovi materiali che alcuni utenti non hanno familiarità con, come: pelle di rame rivestita in resina, laminazione sottovuoto di strati dielettrici, ecc Le caratteristiche del substrato stanno diventando sempre più importanti per le prestazioni del circuito stampato, e il substrato a bassa perdita e bassa costante dielettrica sono entrambi fondamentali. L'elevata resistenza al calore è anche una condizione necessaria per il processo senza piombo e i nuovi materiali richiedono una temperatura di decomposizione del materiale relativamente elevata, che può essere misurata con un analizzatore termogravimetrico (TGA-Thermal gravimetric Analyze), che è un metodo di prova specificato da ASTM D 3850. Infatti, anche se il materiale ha solo una perdita di peso del 2-3%, soprattutto di fronte a cicli termici multipli, ci può ancora essere un grave calo di affidabilità.

Altre caratteristiche importanti del substrato includono: il rinforzo uniforme della fibra di vetro è vantaggioso per l'elaborazione laser, la fibra di vetro sottile è vantaggiosa per le caratteristiche elettriche, i materiali sottili e ad alto coefficiente dielettrico possono essere configurati con più capacità tra il piano di potenza / terra, l'aggiunta di substrati aggiuntivi può produrre strati di componenti passivi incorporati e così via.

6 Problemi di montaggio

Molti assemblatori non sono abituati alla struttura hole-on-pad (VIP) e pensano che questa struttura condividerà la quantità di giunti di saldatura, ma in realtà, la quantità di pasta di saldatura occupata da piastre sottili e piccoli fori può essere solo 1-3%. Costringere la progettazione del circuito stampato a utilizzare il riempimento completo a volte non è necessario, il che può aumentare il costo di produzione del circuito stampato di oltre il 10%. Se il layout dogbone (dogbone) viene utilizzato sulla scheda HDI, consumerà molta area e aumenterà l'induttanza del circuito (~25nH per pollice). La selezione di queste strutture influenzerà direttamente la scorrevolezza del montaggio e del costo e delle prestazioni del prodotto. La figura 9 mostra la struttura della sezione trasversale non riempita e completamente riempita.

Utilizzando i fori sui cuscinetti, sui fori ciechi e sul retro del circuito stampato, non ci sono punti di prova generali a foro passante disponibili e non c'è quasi spazio per ospitare le pastiglie di prova 50mil come punti di prova ad alta densità. La capacità di ridurre le dimensioni dei punti di prova e di accesso (Access) è un compito importante di HDI. In teoria, ci sono molti strumenti e metodi di prova ad alta densità disponibili, ma in pratica, può essere difficile abbinare i prodotti. La progettazione DFT-Design For Testing (DFT-Design For Testing) consente agli ingegneri di collaudo e ai progettisti di circuiti stampati di pianificare insieme. Possono prevedere possibili condizioni di guasto, pianificare strategie di test, comprendere la portata dei guasti e pesare la pianificazione della prossimità del test prima del layout del circuito / progettazione dell'avvolgimento.

Questo aspetto è molto importante per la produzione di massa, perché comporta il confronto dei costi di test del prodotto. Alcuni software possono prevedere i possibili tipi di guasto di ogni segnale di contatto, componente e scheda, in modo da poter pianificare la modalità di test con la migliore copertura. Elenca le pastiglie di prova necessarie, che possono fornire la migliore copertura e sequenza di prova e il progettista può determinare efficacemente il metodo di prova basato sulla prossimità limitata della superficie del bordo.

7 Le capacità di progettazione e stima dei costi richiedono modelli

Per progettare efficacemente circuiti stampati con tecnologia HDI, dobbiamo prestare attenzione a molti possibili cambiamenti della struttura dello stack, strutture dei fori e criteri di progettazione. Attualmente, l'industria ha sviluppato alcuni metodi di stima basati sulla sua esperienza, in modo che il lavoro di progettazione possa scegliere il metodo e la struttura migliori di impilamento secondo il piano.

L'apertura minima, il cerchio del foro, la larghezza del circuito, ecc. utilizzati nella progettazione hanno un impatto significativo sulle prestazioni di rendimento, mentre lo spessore del materiale, la struttura della pila, il numero del foro della linea, la densità del foro, ecc. avranno anche un impatto significativo sul costo. Altri fattori di costo, come: trattamento superficiale finale del metallo, blanking, tolleranze ammissibili, ecc. influenzeranno anche il costo di produzione.

8 Strumento di progettazione CAD

Sebbene lo sviluppo di strumenti di automazione elettronica della progettazione (EDA) per la progettazione di schede HDI sia lento, ci sono già molti prodotti maturi e le loro funzioni sono migliorate con la domanda, ma il prezzo elevato è più fastidioso per le piccole aziende di progettazione. Rispetto ai tradizionali strumenti di progettazione di automazione passante, le differenze e le funzioni importanti sono aggiunte come segue:

1) Struttura stagged (adiacente), impilata (opposta) e struttura incorporata con microvie cieche

2) Strato completamente impilato (qualsiasi strato) e struttura impilata simmetrica dello strato

3) Problema vuoto cieco/sepolto

4) Ci sono fori nella struttura del pad (Via-in-pad) e le parti possono essere disposte su di esso

5) Angoli multipli di avvolgimento

6) Automazione di configurazione del fan-out BGA

7) Posizione dinamica del foro e configurazione della linea della parte

8) Spingere e spostare il foro

9) La funzione di ottimizzazione automatica dell'avvolgimento è richiesta per trattare con i fori ciechi/sepolti

10) Collegamento con strumenti di simulazione elettrici, termici e FPGA

11) Sistema di ispezione dei criteri di progettazione con struttura HDI

12) C'è un criterio locale nell'area di posizionamento dei componenti

Il design tipico dell'HDI, il layout complesso della stringa BGA fuori (Escape) e il miglioramento dello stato dell'ingresso successivo nel canale di cablaggio sono le parti più evidenti di questo tipo di problema.

9 Prestazioni elettriche e integrazione del segnale

Adiacente al segnale, integrazione di potenza, strumenti di layout HDI, può supportare ulteriormente la progettazione HDI, in modo che la struttura di uscita abbia eccellenti proprietà elettriche. Di fronte ai circuiti integrati avanzati che richiedono tempi di risalita più rapidi, il rumore parassitario del vettore che è stato trascurato in passato deve essere considerato. Questi rumori parassitari includono: capacità del piano di terra / potenza, induttanza, capacità del pacchetto, induttanza ed effetti del circuito stampato. Vanno prese in considerazione anche la capacità e l'induttanza del connettore, la capacità e l'induttanza del piano posteriore o del cavo, la capacità e l'induttanza della connessione tra i circuiti stampati e la capacità e l'induttanza del piano di potenza/massa.

L'influenza elettrica del foro nella rete ad alta velocità non può essere ignorata. Il foro passante ha capacità relativamente elevate, induttanza e altro rumore parassitario, che può diventare un'interferenza evidente alle prestazioni del segnale. Quasi tutte le strutture legate intorno alle vie hanno più di dieci volte la quantità di rumore parassitario proveniente dalle microvie.