Proces wytwarzania i podstawy projektowania obwodów drukowanych HDI

Słowa kluczowe: Produkcja obwodów drukowanych HDI

Pragnienie upakowania większej liczby elementów w mniejszych obudowach wzrosło wraz ze zmianą krajobrazu innowacyjnego. Gdy dodatkowe komponenty są upakowane w mniejszej przestrzeni, obwody drukowane wykonane przy użyciu metod wysokiej gęstości połączeń (HDI) często mają zmniejszony ogólny ślad. Obwód drukowany HDI może upchnąć więcej części na mniejszej powierzchni, wykorzystując mikroprzejścia, przejścia ślepe i zakryte, przejścia w podkładkach oraz bardzo cienkie ścieżki. Pokażemy podstawy projektowania HDI, abyś mógł stworzyć solidną płytkę obwodu drukowanego HDI podczas montażu obwodów drukowanych HDI.

W momencie, gdy w 1980 roku analitycy zaczęli szukać sposobów na minimalizację liczby przejść w obwodach drukowanych, narodziły się projektowanie i produkcja płyt drukowanych z wysokogęstościowymi połączeniami (HDI). Pierwsze przemysłowe nakładki lub sekwencyjnie drukowane warstwy zostały wyprodukowane w 1984 roku. Od tego czasu projektanci i producenci komponentów nieustannie poszukują sposobów na zmieszczenie większej liczby funkcji na pojedynczym układzie scalonym i pojedynczej płytce.

Podczas tworzenia projektu płytki obwodu drukowanego HDI należy pokonać pewne przeszkody projektowe i produkcyjne.

Oto kilka wyzwań, na które możesz natrafić podczas tworzenia obwodu drukowanego HDI:

• mała przestrzeń robocza na montaż
• ciaśniejsze odstępy i mniejsze części
• większa liczba części rozmieszczonych po obu stronach obwodu drukowanego
• zwiększone długości ścieżek sygnałowych z powodu dłuższych tras ścieżek
• Do ukończenia płytki wymaganych jest więcej tras ścieżek.

Możesz rzucić wyzwanie konwencjom projektowania obwodów drukowanych i tworzyć solidne płytki drukowane o niezwykle wysokiej gęstości połączeń, jeśli dysponujesz odpowiednią kombinacją narzędzi do rozmieszczania i trasowania opartych na sterowanym regułami silniku projektowym. Podczas korzystania z najnowocześniejszego oprogramowania do projektowania obwodów drukowanych, zaprojektowanego specjalnie do produkcji obwodów drukowanych HDI, praca z wysokogęstościowym trasowaniem PCB i komponentami o drobnym podziałce jest prosta. Dzięki narzędziom projektowym pierwszej klasy możesz zbudować własny projekt płytki HDI i przygotować się do procesu produkcji HDI.

Co sprawia, że projektowanie i montaż płytek obwodów drukowanych HDI są wyjątkowe?

Istnieje kilka drobnych, ale istotnych sposobów, w jakie proces produkcyjny HDI różni się od tradycyjnej metody wytwarzania obwodów drukowanych. Należy zauważyć, że wymagania producenta będą ograniczać swobodę projektowania i nakładać ograniczenia na trasowanie płytki. Chociaż Twoje oprogramowanie projektowe może nadal obsługiwać stosowanie cieńszych ścieżek, mniejszych przejść, większej liczby warstw i mniejszych komponentów, wymaga to skorzystania z automatyzacji. Wymagania projektowania pod kątem produkcji (DFM). Metoda produkcji i materiały użyte do budowy płytki określą dokładne wymagania DFM. Gdy brane są pod uwagę wymagania dotyczące niezawodności, wymagania DFM również stają się kluczowe.

Te wymagania należy uwzględnić podczas doboru materiałów:

• Czy chemia użytego dielektryka będzie zgodna z chemią obecnego materiału rdzenia podłoża?
• Czy połączenie miedzi galwanicznej z dielektrykiem będzie wystarczające?
• Czy dielektryk zapewni metalowym warstwom odpowiednie i niezawodne odstępy dielektryczne?
• Czy spełni moje wymagania termiczne?
• Czy dielektryk zapewni pożądaną wysoką Tg dla wyrównania i wiązania drutów?
• Czy wytrzyma szok termiczny, gdy zostanie pokryty kilkoma warstwami SBU?
• Czy powstaną zakryte, niezawodne mikroprzejścia?

W podłożach HDI stosuje się dziewięć szczególnych rodzajów ogólnych materiałów dielektrycznych. Wiele z nich jest objętych arkuszami klasyfikacyjnymi IPC, takimi jak IPC-4101B i IPC-4104A, podczas gdy wiele nie jest jeszcze opisanych w normach IPC. Zasoby to:

• promieniste płynne dielektryki
• Dielektryki do światłoczułej suchej folii
• Elastyczna folia poliamidowa
• Termicznie obrobione suche folie
• Odciążony termicznie płynny dielektryk
• Folia RCC dwuwarstwowa, wzmocniona i pokryta żywicą
• Standardowe rdzenie i prepregi FR-4
• Nowo opracowane prepregi laseroodporne z rozproszonym szkłem

Tworzywa termoplastyczne

Układ warstw, poprzez inżynierię, rozmieszczenie elementów, rozmieszczenie wyprowadzeń BGA oraz ograniczenia projektowe, wpływa na efektywność trasowania dla obwodów drukowanych HDI. Szerokość ścieżek, rozmiar przelotek oraz pozycjonowanie/omijanie trasowania dla elementów BGA to trzy najważniejsze czynniki, które należy wziąć pod uwagę podczas opracowywania projektu HDI.

Zawsze dopytuj o procesy produkcyjne stosowane do wytwarzania obwodów drukowanych HDI. Należy określić granice ich procedur wytwórczych, ponieważ wpłynie to na rozmiar elementów, które można uwzględnić w projekcie. Podstawowy rozmiar przelotek jest określany przez odstęp między wyprowadzeniami (ball pitch) elementów BGA, co z kolei wpływa na wymaganą metodologię produkcji HDI potrzebną do zmontowania płytki. Mikroprzelotki, kluczowy składnik obwodu drukowanego HDI, muszą być starannie zaprojektowane, aby umożliwić trasowanie międzywarstwowe.

Przegląd procesów montażu i konfiguracji płytek obwodów drukowanych HDI

Standardowy proces wytwarzania PCB obejmuje wiele etapów; jednakże produkcja obwodów drukowanych HDI wymaga kilku specjalnych kroków, które mogą nie być stosowane w innych płytkach. Podobnie jak w przypadku wielu innych technik, proces projektowania płytki HDI zaczyna się od następujących czynności:

Użyj największego elementu BGA na płytce lub wykorzystaj liczbę wyprowadzeń + kierunków z największego układu scalonego na płytce, aby obliczyć liczbę warstw niezbędnych do poprowadzenia wszystkich sygnałów.

Aby dobrać materiały i uzyskać dane dielektryczne dla stosu warstw PCB, skontaktuj się ze swoją firmą produkcyjną.

Określ styl przelotek, który będzie używany do przenoszenia sygnałów przez warstwy wewnętrzne, w oparciu o liczbę warstw i grubość.

W razie potrzeby przeprowadź ocenę niezawodności, aby zapewnić, że materiały nie będą nadmiernie obciążać połączeń międzypołączeniowych podczas procesów montażu i pracy.

Aby umożliwić niezawodną produkcję i montaż, ustal reguły projektowe w oparciu o możliwości producenta i wymagania niezawodnościowe (potrzeba odstępów, szerokości ścieżek, odległości izolacyjnych itp.).

Kluczowe punkty obejmują opracowanie stosu warstw i zapewnienie reguł projektowych, ponieważ wpływają one na niezawodność produktu i zdolność trasowania. Gdy te kroki zostaną wykonane, projektant może użyć swojego programu ECAD do zastosowania środków DFM i wymagań niezawodnościowych swoich producentów jako reguł projektowych.

Zapewnienie, że projekt jest solidny, możliwy do trasowania i może być wykonany poprzez wcześniejsze wykonanie tych czynności, jest kluczowe.

Dopasuj rozmiar swoich komponentów tak, aby spełniał wymagania DFM dla HDI

Pomimo surowych wymagań DFM dotyczących odległości izolacyjnych na obwodzie drukowanym HDI, można je spełnić, stosując reguły projektowe w programie do projektowania PCB. Przed rozpoczęciem rozmieszczania i trasowania ważne jest uzyskanie konkretnych reguł DFM, takich jak:

• Ograniczenia dotyczące szerokości i odstępów ścieżek
• Ograniczenia dotyczące pierścienia wokół otworu i współczynnika stożka, szczególnie dla projektów wysokiej niezawodności
• System materiałowy płytki zapewnia kontrolowaną impedancję w głównym stosie warstw.
• Jeśli dostępne, profile impedancji dla wybranego stosu warstw lub par warstw

Twoja zdolność do zaplanowania obwodów drukowanych HDI, aby spełnić te szczegóły DFM, w dużej mierze zależy od twoich narzędzi projektowych. Przy odpowiednim zestawie narzędzi konfiguracyjnych, trasowanie śladów z kontrolą impedancji na obwodach drukowanych HDI jest stosunkowo proste. Zasadniczo ustaw preferowaną szerokość śladu i profil impedancji, pamiętając o zaleceniach DFM twojego producenta. Podczas projektowania układu HDI dla montażu obwodów drukowanych HDI, internetowy silnik DRC w twoim oprogramowaniu do trasowania zweryfikuje twoje ścieżki. Aby upewnić się, że wziąłeś pod uwagę wszystkie istotne wymagania DFM dla HDI, zadbaj o uzyskanie wyczerpującego zestawu specyfikacji dla procesu twojego wytwórcy.