Процесс производства и основы проектирования печатных плат с высокой плотностью трассировки

Ключевые слова: Производство печатных плат с высокой плотностью трассировки

Стремление разместить больше элементов в более компактные корпуса возросло по мере изменения технологического ландшафта. Поскольку дополнительные компоненты упаковываются в более ограниченную область, печатные платы, изготовленные с использованием методов высокоплотного межсоединения (HDI), часто имеют уменьшенный общий форм-фактор. Печатная плата с высокой плотностью трассировки может вместить больше компонентов в меньшее пространство, используя микропереходные отверстия, глухие и скрытые переходные отверстия, переходные отверстия в контактных площадках и очень тонкие проводники. Мы покажем основы проектирования HDI, чтобы вы могли создать надежную печатную плату с высокой плотностью трассировки в процессе сборки печатных плат с высокой плотностью трассировки.

Когда в 1980 году исследователи начали искать способы минимизировать количество переходных отверстий в печатных платах, зародились проектирование и производство печатных плат с высокоплотными межсоединениями (HDI). Первые промышленные многослойные или последовательно ламинированные платы были выпущены в 1984 году. С тех пор разработчики и производители компонентов постоянно искали способы разместить больше функций на одном чипе и одной плате.

При создании проекта печатной платы с высокой плотностью трассировки существуют определенные препятствия в проектировании и производстве, которые необходимо преодолеть.

Вот несколько трудностей, с которыми вы можете столкнуться при создании печатной платы с высокой плотностью трассировки:

• ограниченное рабочее пространство для размещения компонентов
• более узкие зазоры и более мелкие компоненты
• большее количество компонентов, размещенных с обеих сторон печатной платы
• увеличенные задержки сигнала из-за более длинных трасс
• Для завершения платы требуется большее количество трасс.

Вы можете бросить вызов традиционным подходам к проектированию печатных плат и создавать надежные печатные платы с чрезвычайно высокой плотностью соединений, если у вас есть правильное сочетание инструментов компоновки и трассировки, основанных на механизме проектирования, управляемом правилами. При использовании передового программного обеспечения для проектирования печатных плат, специально предназначенного для производства печатных плат с высокой плотностью трассировки, работа с высокоплотной трассировкой и компонентами с мелким шагом выводов становится простой. С помощью первоклассных инструментов проектирования вы можете создать собственный проект платы с высокой плотностью трассировки и подготовиться к процессу производства HDI.

Что делает проектирование и сборку печатных плат с высокой плотностью трассировки уникальными?

Существует несколько небольших, но важных отличий, по которым процесс производства HDI отличается от традиционного метода изготовления печатных плат. Важно отметить, что требования производителя будут ограничивать свободу проектирования и накладывать ограничения на трассировку платы. Хотя ваше программное обеспечение для проектирования по-прежнему может поддерживать использование более тонких проводников, более мелких переходных отверстий, большего количества слоев и более мелких компонентов, для этого необходимо активно использовать автоматизацию. Требования проектирования для производства (DFM). Конкретные требования DFM будут определяться методом производства и материалами, используемыми для создания платы. Когда учитываются требования к надежности, требования DFM также становятся критически важными.

Эти вопросы должны быть решены при выборе материалов:

• Будет ли химический состав используемого диэлектрика совместим с химическим составом материала основного субстрата в его текущем состоянии?
• Будет ли гальваническая медь достаточно хорошо сцепляться с диэлектриком?
• Обеспечит ли диэлектрик металлическим слоям достаточное и надежное диэлектрическое разделение?
• Может ли он удовлетворить мои тепловые требования?
• Предложит ли диэлектрик желаемую высокую температуру стеклования Tg для монтажа и проволочного соединения?
• Выдержит ли он тепловой удар при покрытии несколькими слоями SBU?
• Будут ли надежные скрытые микропереходные отверстия?

В субстратах HDI используются девять различных типов общих диэлектрических материалов. Многие из них описаны в спецификациях IPC, таких как IPC-4101B и IPC-4104A, в то время как многие еще не описаны стандартами IPC. Ресурсы таковы:

• Излучающие жидкие диэлектрики
• Диэлектрики для фоторезистивной сухой пленки
• Адаптируемая полиимидная пленка
• Термообработанные сухие пленки
• Снятый термостойкий жидкий диэлектрик
• Двухслойная, армированная и покрытая смолой фольга RCC
• Стандартные сердечники и препреги FR-4
• Новейшие препреги на основе расплавленного стекла, стойкие к лазерной обработке

Термопласты

Слоистая структура, посредством проектирования, планировки компонентов, разводки выводов BGA и конструкционных ограничений, влияет на эффективность трассировки для печатных плат с высокой плотностью трассировки. Ширина дорожек, размер переходных отверстий и позиционирование/обход трассировки для компонентов BGA являются тремя наиболее важными факторами, которые необходимо учитывать при разработке вашей компоновки HDI.

Всегда спрашивайте о производственных процессах изготовления печатных плат с высокой плотностью трассировки. Вы должны определить пределы их производственных процедур, поскольку это повлияет на размер элементов, которые вы можете включить в свою компоновку. Основной размер переходного отверстия определяется шагом выводов компонентов BGA, что, в свою очередь, влияет на требуемую методику изготовления HDI для сборки платы. Микропереходные отверстия, критически важная часть вашей печатной платы с высокой плотностью трассировки, должны быть тщательно спроектированы для обеспечения межслойной трассировки.

Обзор процессов сборки и конфигурации плат HDI

Стандартный процесс изготовления печатных плат включает множество этапов; однако создание печатных плат с высокой плотностью трассировки требует нескольких особых шагов, которые могут не использоваться при производстве других плат. Как и многие другие методики, процесс проектирования платы HDI начинается со следующего:

Используйте самый крупный компонент BGA на плате или используйте количество выводов + направлений от самой большой ИС на плате, чтобы рассчитать необходимое количество слоев для трассировки всех сигналов.

Чтобы выбрать материалы и получить диэлектрические данные для вашей слоистой структуры печатной платы, обратитесь в вашу производственную компанию.

Определите стиль переходных отверстий, который будет использоваться для передачи сигналов через внутренние слои, исходя из количества слоев и толщины.

При необходимости проведите оценку надежности, чтобы гарантировать, что материалы не будут оказывать чрезмерного давления на межсоединения в процессе сборки и эксплуатации.

Для обеспечения надежного производства и сборки установите правила проектирования, основанные на возможностях производителя и требованиях к надежности (необходимость разрывов, ширина дорожек, зазоры и т.д.).

Ключевыми моментами являются создание слоистой структуры и определение правил проектирования, поскольку они влияют на надежность изделия и возможности трассировки. Когда эти шаги выполнены, разработчик может использовать свою программу ECAD, чтобы применить меры DFM и требования к надежности от своих производителей в качестве правил проектирования.

Очень важно, сделав это заранее, гарантировать, что проект является надежным, поддающимся трассировке и может быть изготовлен.

Сделайте размер ваших компонентов соответствующим требованиям DFM для HDI

Несмотря на строгие требования DFM к зазорам на печатной плате с высокой плотностью трассировки, их можно выполнить, используя правила проектирования в вашей программе для проектирования печатных плат. Перед компоновкой и трассировкой важно получить конкретные правила DFM, например:

• Ограничения на ширину и расстояние между дорожками
• Ограничения на контактную площадку и соотношение сторон, особенно для проектов с высокими требованиями к надежности
• Материальная система платы гарантирует контролируемый импеданс в основной слоистой структуре.
• Если доступны, профили импеданса для выбранной слоистой структуры или пар слоев

Ваша способность планировать вашу печатную плату с высокой плотностью трассировки в соответствии с этими требованиями DFM в значительной степени зависит от ваших инструментов проектирования. При правильном наборе инструментов проектирования, трассировка импеданс-контролируемых линий на вашей печатной плате с высокой плотностью трассировки относительно проста. По сути, установите предпочтительную ширину линии и профиль импеданса, учитывая рекомендации DFM вашего производителя. Когда вы проектируете вашу HDI-компоновку для сборки печатных плат с высокой плотностью трассировки, встроенный механизм DRC в вашем программном обеспечении для трассировки проверит вашу разводку. Чтобы убедиться, что вы учли все соответствующие требования HDI DFM, убедитесь, что вы получили исчерпывающий набор спецификаций для технологического процесса вашего производителя.