Новые архитектуры печатных плат при строительстве печатных плат высокой плотности

Конструкция печатной платы высокой плотности

High-density ICs force high density PCB designers to find new design strategies to either have more functionality on smaller plates – in end-user products – or much more function on larger parts.

Еще одно поколение более мелких элементов на интегральных схемах находится на подходе. Это в 65 нм диапазон, но некоторые производители ИС уже разрабатывают прототипы с 45 элементы нм. Самые маленькие элементы в производимых в настоящее время ИС, о 90 нм, уже противоречит физической основе подключения.

Печатные соединения, или треки, может быть небольшим до тех пор, пока на диске не возникнут проблемы с целостностью сигнала и распределением производительности.. Сборка новых микросхем на каждом типе пластин потребует как некоторых новых стратегий, так и тех, которые использовались в прошлом..

Эти проблемы в конструкции печатных плат известны.: получение сигналов от микросхем и отправка их на микросхемы, поддержание целостности сигнала, и распределяет мощность по компонентам диска. Целостность сигнала означает предотвращение перекрестных помех, что происходит, когда следы расположены слишком близко друг к другу, и управление импедансом, чтобы избежать отражений сигнала, которые с большей вероятностью могут возникнуть на слишком длинной дорожке, потому что они возникают на очень больших пластинах печатной платы с высокой плотностью.

Также есть новое усложнение: очень короткое время нарастания и спада. потом, даже с очень короткими дорожками, могут возникнуть потенциально дополнительные проблемы с импедансом.

Пять лет назад, Интернет-маршрутизатор Terabit был лучшим продуктом. Он содержал 52 Печатных плат и составляла половину стойки или 3 футов в высоту, 2 футов глубиной и 18 дюймы в ширину. Теперь у роутера всего одна печатная плата и только 1.5 дюймов в высоту. Если бы нам сказали в то время, что ИС может содержать миллиарды транзисторов и 10 Гбит / с-совместимые треки, мы бы посмеялись. Теперь я не знаю, есть ли вообще ограничения по размеру и скорости..

Проблемы целостности сигнала на дисках с меньшими ИС и дорожками часто можно решить с помощью знакомых методов.: управление размером дорожек и разделением для минимизации перекрестных помех и создание соединений дорожек с соответствующими резисторами, чтобы избежать отражений. Мы считаем тысячные доли дюйма минимальной шириной колеи., а также 7 к 8 тысячные доли дюйма как минимальное расстояние между ними, независимо от того, сколько контактов у чипа. Он предпочитает расстояние в 10 тысячных дюйма..

Новые архитектуры печатных плат

Разработка печатной платы высокой плотности пошла по двум направлениям.. Один ведет к печатным платам с действительно высокой плотностью, используется в мобильных телефонах, цифровые фотоаппараты, и другие устройства бытовой и бытовой электроники, где все схемы умещаются на плате размером с гвоздь, а мощность должна распределяться экономно, чтобы продлить срок службы между отдельными зарядками. Другой - к высокопроизводительным печатным платам в суперкомпьютерах., экстремально высокоскоростные маршрутизаторы, и подобные системы.

На этих крошечных печатных платах, Разработчикам печатных плат не нужно сжимать компоненты в ограниченном пространстве., но производительность при низком энергопотреблении - это все. Печатные платы большего размера работают на очень высоких скоростях. У двух типов дисков высокой плотности есть разные проблемы., в то время как дизайнеры сокращают масштаб до следующего поколения ИС с меньшими элементами.

Для высокопроизводительных дисков с ИС, имеющими 1,000, 2,000, или даже больше булавок, физические ограничения, накладываемые стандартными соединениями, вероятно, потребуют радикально других методов проектирования..

Один пример, самопровозглашенный проповедник целостности сигналов, чья компания, быть сигналом, находится в Олате, Канзас, представляет собой трехмерную печатную плату в форме куба.

Это не набор сложенных слоев. Это интегрированный дизайн, характерный для 3-D, где все важные процессы выполняются вертикально на нескольких уровнях процессоров.

Другие методы сосредоточены на ламинате. Манипуляция ламинатом может помочь уменьшить потерю сигнала, и очень тонкие пластины могут поддерживать более короткие и более короткие соединения. Некоторые ламинаты нового производства 2 тысячные доли дюйма толщиной и стать тоньше. По Богатину, Эти ламинаты могут позволить разработчикам уменьшить вдвое количество слоев на печатной плате, одновременно улучшая производительность..

Скорость работы печатных плат высокой плотности увеличилась с 10 к 20 МГц в 1980-х годах до гигабит в секунду в 21 веке.. В 80-е годы, Вы можете создать тарелку с закрытыми глазами. Now you have to open both eyes wide.”

Моделирование и обучение

Поскольку панели становятся более сложными, и их производители не хотят тратить впустую 1500-контактные микросхемы из-за плохой конструкции, симуляция и моделирование имеют решающее значение для печатных плат. Если что-то не работает, вам нужно предпринять квалифицированные действия, и вы не можете придерживаться проверенных практических правил. Диски все больше похожи на ASIC [Интегральные схемы для конкретных приложений], и теперь нам все больше требуется такой же тип моделирования, как для микросхем. Инструменты моделирования, которые обычно делают это, теперь доступны, но инструменты обеспечения целостности производительности все еще отсутствуют.

Печатная плата чрезвычайно высокой плотности

MOKO Technology демонстрирует технологическую платформу Dencitec, что обеспечивает чрезвычайно высокую плотность интегрированных функций для печатных плат с высокой пропускной способностью..

Эти варианты включают в себя проводник и ширину зазора до 25 мкм при толщине меди 20 ± 5 мкм на всех проводящих слоях, лазер через диаметр 35 мкм, остаточные кольца диаметром 30 мкм на внутренних слоях и 20 мкм на внешних слоях, глухие переходные отверстия с медным заполнением с возможностью наложения переходных отверстий и переходных отверстий в контактных площадках. Это оставляет больше места для интеграции дополнительных опций, таких как энергоснабжение. (батарейки, и т.п.). Кроме того, современные материалы позволяют изготавливать ультратонкие схемы, такие как четырехслойные гибкие схемы с общей толщиной менее 120 мкм. В отличие, обычно используемые стандартные процессы дают хорошие результаты только при ширине проводников и расстоянии до 50 мкм и классические полуаддитивные процессы, такие как тонкопленочная технология, обеспечивают ширину проводников и расстояние между ними менее 15 мкм, но обычно ограничиваются производственными форматами.

Моделирование гальванического осаждения меди при производстве печатных плат

Прежде чем мы произведем печатная плата высокой плотности, мы внимательно анализируем полученные данные. Вот как мы находим все потенциальные последствия для производства, что может снизить качество и долгосрочную надежность.

До сих пор, гальваника была областью, в которой вряд ли кто-то мог точно определить, как будет вести себя конкретная конструкция.. Толщина слоя меди, наносимого на печатную плату, зависит от плотности расположения.. Если плотность низкая, мы рискуем построить слишком много; если плотность высокая, мы рискуем слишком маленьким накоплением. Слишком прочная медная структура означает, что отверстия в отверстиях становятся слишком маленькими.. Слишком низкая медная структура означает, что стенки отверстия слишком слабые., так что металлические сквозные отверстия могут сломаться во время сборки и потерять долгосрочную надежность.

Цель - равномерная плотность меди и однородная структура по всей печатной плате.. Мы максимально учитываем это при размещении печатных плат на наших производственных льготах.. Можем разместить дополнительные медные узоры (так называемые компенсационные поверхности) между печатной платой и вокруг нее, чтобы компенсировать плотность. тем не менее, мы ограничены этими методами, потому что мы не можем изменить фактическую конструкцию печатной платы.. Только разработчик может это сделать.

Исторически, не было инструментов разработчика для определения плотности меди. Сегодня MOKO Technology предлагает решение с цветным изображением печатной платы., который показывает потенциальные области надстройки и подструктуры из меди..

Мы используем специальное программное обеспечение для гальвано-моделирования, которое делит плату на мелкие ячейки.. Плотность меди каждой ячейки сравнивается со средней плотностью меди на всей печатной плате, а затем этой ячейке назначается цвет.. Плотность меди ниже средней окрашивается по шкале из зеленого цвета. (средний), от желтого и оранжевого до красного. Более красный, чем ниже относительная плотность, тем выше риск чрезмерного накопления меди в этой области. Ячейки с более высокой плотностью меди окрашены по шкале от зеленого до темно-синего цвета.. Тем более синий, тем выше риск недостаточного накопления меди.

Вооруженный этими визуальными данными, проявитель может добавить медные участки в областях с низкой плотностью или уменьшить большие медные области..

Кроме того, мы предоставим гальваноиндекс, который измеряет однородность плотности меди на печатной плате. Полностью однородная печатная плата имеет индекс 1. Это означает, что проблем с гальваникой не ожидается.. Более низкие значения показывают меньшую однородность и выделяются на визуализированном изображении красной и синей областями.. Если индекс упадет до 0.8 или менее, требуется особое внимание. В приведенном выше примере, гальвано-индекс 0.65. Синяя область, что слишком мало, можно ясно увидеть.

Изображение гальвано создается при размещении нового заказа.. Это гальвано-изображение является частью изображения печатной платы., реалистичное представление ваших печатных плат, который мы отправим вам вместе с подтверждением заказа. В ближайшем будущем, это моделирование станет частью функции запроса цены. Проведем ряд проверок и сформируем по ним отчет.. На основе рисунка гальвано, который также был создан, дизайнер может увидеть, может ли он внести изменения, чтобы улучшить однородность своей печатной платы высокой плотности.

После модификации, гальвано-индекс 0.95. На картинке видно равномерное осаждение меди..

Galvano simulation – good galvano index layer pattern – good galvano index

Конечно, могут быть конструктивные ограничения, которые делают неизбежной менее однородную плотность меди. За это, готовим очередное решение по повышению качества и надежности готовой печатной платы. Проект анодной матрицы Elsyca Intellitool еще больше улучшит однородность конечной структуры меди..

Большая плотность упаковки для сложной электроники

Платы печатных плат высокой плотности должны идти в ногу с достижениями в области микрочипов.. Схемы с высокой плотностью упаковки представляют собой технологический скачок, что должно иметь такие же далеко идущие последствия, как переход к поверхностному монтажу в середине восьмидесятых..

Постепенная миниатюризация компонентов, чипсы, и системы означают резкий технологический скачок в производстве печатных плат в ближайшие годы, а также благодаря внедрению поверхностного монтажа. (SMT) в середине восьмидесятых. Наибольшие темпы роста в настоящее время можно ожидать в области высокотехнологичных схем, поскольку успешная интеграция микрочипов означает, что также требуется технология соединения.. Задача состоит в том, чтобы производить самые лучшие структуры для печатных плат с высокой плотностью интеграции. (High Density Interconnection – HDI) экономно.

До сих пор, проблемы с контактом с многополюсными компонентами были решены путем перемещения некоторых соединений на один или несколько дополнительных сигнальных уровней.. тем не мение, производство многослойных схем (многослойный) сравнительно сложный и поэтому дорогостоящий. тем не мение, количество слоев, как правило, можно уменьшить только за счет использования более тонких структур с рисунком проводников или за счет использования отверстий меньшего диаметра.. Для электронного соединения отдельных сигнальных слоев печатной платы друг с другом, проводящие дорожки - это так называемые переходные отверстия, я. ЧАС. просверленные, а затем металлизированные отверстия, ведет на следующий уровень или на нижнюю сторону пластины. Поскольку на печатной плате может быть несколько тысяч отверстий, существует огромный потенциал экономии за счет простого уменьшения диаметра отверстия. Механически, тем не мение, такие микроотверстия (микроволны) диаметром менее 0.1 мм может быть произведено только с помощью лазеров, тогда как традиционное бурение на 0.2 мм достигает своего предела.

тем не мение, микропереходы - это только первый шаг к еще более сложным схемам в тонкопроволочном структурировании.. К особо важным этапам работы здесь относится весь процесс фотосъемки., с помощью которых обычно структурируется медная оболочка основного материала печатной платы. Технология сверхтонких проводников предъявляет особенно высокие требования к экспонированию и последующему этапу травления.. Если конструкции с шириной и шагом менее 0.1 мм подлежат реализации в серийном производстве, выход продукции в некоторых случаях резко падает. Исправить это можно новыми методами производства, которые значительно упростят весь процесс фото.. Сюда входит прямое лазерное воздействие., который описывает фоторезист непосредственно с рисунком проводника. Полностью исключается традиционный этап экспонирования с использованием пленки..

Технически, прямое экспонирование превосходит предыдущее контактное экспонирование, поскольку оно обеспечивает большую гибкость в отношении размеров партии и более высокое разрешение структуры. Таким образом, количество этапов процесса может быть значительно сокращено.. Текущие расходы на чистую комнату, фильмы и маски, фоторезисты, а также связанные с этим затраты на утилизацию экологически вредных материалов и остатков также снижаются с помощью этой процедуры. Более высокий выход может быть достигнут, особенно с очень тонкими проводниками, поскольку высокая когерентность лазерного луча позволяет надежно получать изображения мельчайших структур с минимальным недоизлучением.. А благодаря более высокой глубине резкости прямого фотонабора, даже разница в высоте может быть в определенной степени компенсирована. Автоматическое измерение оптических панелей и индивидуальные индикаторы использования также можно рассматривать как дополнительные функции.. Лазерное прямое структурирование стало еще проще, в котором лазер фрезерует рисунок проводника непосредственно в медной оболочке, что означает, что резист больше не требуется.

Китайские компании также являются лидерами в разработке новых технологий связи.. “MOV” from the Karlsruhe company Inboard is a new concept and stands for multi-layer surface wiring. This new type of high density PCB circuit board is also called an “integral circuit board” because electronic components such as resistors and capacitors are integrated into the circuit board.

Интегральная печатная плата предлагает не только более тонкую структуру токопроводящих дорожек и просверленные лазером глухие отверстия размером менее 80 µm в диаметре для контакта с токопроводящими дорожками, но электрические данные также впечатляют. По сравнению с обычной многослойной разводкой, длина кабеля с той же функцией уменьшается на 35%. Количество переходных отверстий во всех слоях даже уменьшается на 80%, количество сигнальных слоев в эталонном примере от шести до всего двух.

Но важно, чтобы можно было снова обойтись технологией односторонней сборки.. Resistors and capacitors can be included as “printed” components. Эта новая разработка была вызвана растущими требованиями к рабочей частоте., количество соединений компонентов и все меньшие конструкции, такие как решетка шариков и упаковка размера кристалла. Например, с участием 50 печатные резисторы на печатной плате, есть преимущество в стоимости перед сборкой SMD, согласно внутреннему.

Мы работаем над экономичными решениями для оптической передачи данных.. Полосковое оптическое волокно из пластика., который прикреплен к так называемой объединительной плате, соединяет аппаратные компоненты в компьютере через очень плоский, светопроводящие пластиковые ленты толщиной до 50 см в длину. Новый процесс изготовления ленточного волновода подходит для любых несущих материалов., в частности, для материала печатной платы. Мы используем другой подход и интегрируем оптические проводники, полученные методом горячей штамповки, в специальные слои печатной платы.. Это позволяет реализовать пассивные оптические компоненты, такие как ответвления., которые позволяют проводить оптическую проводку аналогично технологии электрических плат. Печатная плата превращается из простого соединительного элемента в сложную сборку..