NOZIONI DI BASE SULLA PROGETTAZIONE HDI E L’ASSEMBLAGGIO PCB
Scopri le nozioni di base della progettazione HDI qui di seguito. Quando pianifichi un progetto HDI, esistono valutazioni di prestazioni o metriche per il processo HDI. A cura dello stimato Happy Holden.
Definizione Della Densità D'interconnessione
Quando pianifichi un progetto HDI, esistono valutazioni di prestazioni o metriche per il processo HDI. Come il triangolo nella figura 1, queste tre catene essenziali del processo HDI sono elementi di densità d'interconnessione.
Complessità Di Assemblaggio:
Due valutazioni della difficoltà di assemblare componenti montati su una superficie, densità componente (Component Densitiy - Cd), misurata in parti per pollice quadrato (o per centimetro quadrato) e densità di assemblaggio (Assembly Density - Ad) in connessioni per pollice quadrato o per centimetro quadrato.
Imballaggio Componenti:
Grado di sofisticatezza e complessità dei componenti (Component Complexity - Cc), misurato dalle connessioni medie (I/O) per componente. Una seconda metrica è il passo di derivazione componente.
Densità Della Scheda Di Cablaggio Stampata:
La quantità di densità (o complessità) di un circuito stampato, Wd, è misurata dalla lunghezza media di tracce per centimetro quadrato di quella scheda, inclusi tutti i layer di segnale. La metrica è pollici per pollice quadrato, o centimetri per centimetro quadrato. Un secondo è il numero di tracce per pollice lineare o per centimetro lineare. La densità PWB è stata generata ipotizzando una media di tre nodi elettrici per rete e che la derivazione del componente fosse un nodo di una rete. Il risultato è stato un'equazione, dove la densità PWB è uguale alla radice quadrata delle parti per centimetro quadrato rispetto alle connessioni medie per parte. Il valore è 2.5 per l'area analogica / continua, 3.0 per l'area analogico / digitale e 3.5 per l'area digitale / ASIC:
Densità PWB (Wd) = √ [Cd] x [Cc]
= √ [parti per centimetro quadrato] x [media connessioni per parte]
Dove: p = Numero di componenti (parti)
l = Numero di connessioni per tutti i componenti
a = Area della superficie superiore della scheda (centimetri quadrati)
Schema Della Tecnologia D'imballaggio
La Figura 2 è quella che chiamo Schema della tecnologia d'imballaggio. Lo schema della tecnologia d'imballaggio è stata presentata per la prima volta da Toshiba nel gennaio del 1991. [1].
Una seconda preziosa caratteristica dello schema è l'area nella parte superiore a destra. Questa è "l'Area delle interconnessioni avanzate". Qui è necessario disporre di una struttura HDI. Le linee tratteggiate indicano la barriera o il muro di HDI! Una volta attraversata questa barriera diventa economicamente vantaggioso utilizzare l'HDI. Se vai troppo oltre diventa una necessità.
Lo schema d'imballaggio è creato misurando le dimensioni dell'assieme, il numero di componenti e le connessioni che tali componenti possiedono. I componenti includono entrambi i lati di un assieme, così come i terminali o i contatti esterni. Con la semplice divisione di connessioni delle parti per l'area dell'assieme, gli assi X e Y sono noti. Tracciando i componenti per pollice quadrato (o per centimetro quadrato), rispetto alle connessioni medie per componente su un grafico log-log della densità del cablaggio PWB in pollici per pollice quadrato (o centimetri per centimetri quadrati) e alla complessità dell'assemblaggio (in connessioni per pollice quadrato o per centimetro quadrato), possono essere calcolati. La densità dell'assieme è esattamente l'asse X moltiplicato per l'asse Y.
Through-Hole Wiring Barrier
Quando il grafico (Fig. 2) viene utilizzato per analizzare gli assemblaggi a montaggio superficiale, vengono visualizzate tre zone principali sul diagramma di imballaggio, che è il motivo per cui lo chiamo Mappa. Il primo è prodotto con un alto contenuto di dispositivi analogici e componenti discreti. Gli apparecchi tipici sono le videocamere, i cerca persone e i telefoni cellulari (C-C). Questi apparecchi hanno la massima complessità di assemblaggio. Fino a 300-400 connessioni per pollice quadrato (47 connessioni per centimetro quadrato). Il secondo gruppo è costituito da apparecchi con un elevato grado di componenti digitali e alcuni discreti misti. Computer notebook e desktop, strumenti, apparecchiature mediche e router di telecomunicazione sono solo alcuni esempi (A-A). L'ultimo gruppo ha un utilizzo altamente adattato con circuiti integrati. PCMCIA, memoria flash, SiP e altri moduli, sono tipici di questo gruppo (B-B). Questo gruppo ha la più alta densità di cablaggio PWB: oltre 160 pollici per pollice quadrato (25 centimetri per centimetro quadrati). La figura mostra genericamente le tre aree.
Quando osservi la figura, le linee di complessità dell'assieme attraversano le linee di densità del cablaggio. Ad alti livelli discreti, è necessario meno cablaggio per la quantità di densità di assemblaggio. A livelli ASIC elevati (e minimi discreti), è necessario molto più cablaggio per collegare i componenti. Ciò rende le metriche di assemblaggio, come le connessioni per centimetro quadrato, un buon indicatore, ma non adeguate a sostituire la densità del cablaggio PWB.
Processo Generale Di Progettazione PCB
Il processo di progettazione PCB, che utilizza la tecnologia HDI, è mostrato in Figura 3. Quando stai creando progetti con tecnologie HDI, il primo passo [Progetto piano] è il più importante. Le efficienze di routing per l'HDI dipendono dallo Stackup, dalla struttura della via, dal posizionamento dei componenti, dal fanout BGA e dalle regole di progettazione, come mostrato in Figura 4. È però necessario prendere in considerazione l'intera catena di distribuzione del valore HDI, compresi i rendimenti di produzione, le considerazioni sull'assemblaggio e i test interni al circuito. Lavorare con il tuo produttore e assemblatore PWB è essenziale per una progettazione di successo.
Standard, Linee Guida, Specifiche E Riferimenti HDI
Quando si ha il primo approccio con la progettazione HDI, il punto di partenza sono le Linee guida e gli standard IPC. Quattro di queste vengono applicate nello specifico alla progettazione HDI, come mostrato in Figura 5.
FIGURA 4: Processo di pianificazione per progettazione HDI raccomandato, per aggiungere il processo complessivo di progettazione PCB
- IPC / JPCA-2315: Questa è una panoramica HDI e fornisce modelli per stimare la densità di progetto.
- IPC-2226: Questa specifica istruisce gli utenti sulla realizzazione di microvia, la selezione della densità del cablaggio, la selezione delle regole di progettazione, le strutture di interconnessione e la definizione dei materiali. Ha lo scopo di fornire gli standard per l'utilizzo nella progettazione di circuiti stampati che utilizzano tecnologie di microvia. [2]
- IPC-4104: Questo standard identifica i materiali utilizzati per le strutture di interconnessione ad alta densità. Le specifiche dei materiali HDI IPC-4104 contengono i fogli appendice, che definiscono molti dei materiali sottili utilizzati per l'HDI. Le caratteristiche dei materiali dei fogli appendice sono divise in tre tipi principali di materiali: isolanti dielettrici (IN), conduttori (CD), conduttori e isolanti (CI).
- IPC6016: Questo documento tratta le prestazioni e le limitazioni per le strutture ad alta densità.
TRE (3) NUOVI PRINCIPI
Esistono tre (3) nuovi principi per la progettazione di microvie HDI, non esistenti nella progettazione TH:
- Le microvie devono sostituire le vias TH e non devono essere utilizzate solo "in aggiunta" alle vias TH.
- Prendi in considerazione l'utilizzo di nuovi Stackup Layer, che permettono l'eliminazione delle vias TH.
- Posiziona le microvie in modo tale da creare canali e boulevard per un routing migliorato (vedi Tabella 1)
MICROVIE CHE SOSTITUISCONO I FORI PASSANTI (TH)
L'idea principale è che le microvie sostituiscano o consentano la rimozione delle vias TH, permettendo così alla densità di routing sui layer interni di migliorare di 2 o 3 volte, usando lo spazio occupato dalle vias TH. Ciò permetterà di avere meno layer di segnale e meno layer di riferimento per tali layer di segnale.
Tale principio è più complesso di quanto possa sembrare inizialmente. Questo perché esistono tre dimensioni su cui sono posizionate le microvie, come mostrato in Figura 6):
- I fori ciechi possono essere “spostati o fatti oscillare” nell'angolo XY o theta (), per creare più spazio di instradamento
- I fori ciechi possono essere posizionati sul layer interno (3D), per creare ulteriori spazi di breakout
- La distanza da centro a centro può essere modificata sui layer interni, per fornire spazio aggiuntivo alle tracce.
- Se tutto ciò si verifica sul lato primario o vicino ad esso, allora ci sarà dello spazio creato sotto il BGA sul lato secondario per le tracce, o ancora più importante, per discreti come i condensatori di disaccoppiamento.
