שימוש במיקרו-הוויה כדי לשפר את אות המהירות הגבוהה של הכחשה

מבוא

הביקוש לאלקטרוניקה במהירות גבוהה דורש אי פעם הגדלת צפיפות אות תוך שמירה על שלמות אותות לא מפופשרת. כמו מכשירים מתכווץ ושיעורי נתונים מטפסים לתוך עשרות ג'יגה-בייט לשנייה, מסורתי דרך חור דרך ואפילו עיוור רגיל / קבור באמצעות מצעים בקבוק לתוך מחזורי שבבים קטנים יותר ותפקוד חשמלי.

מה זה Microvias?

מיקרוביות הן קטנות דרך, בדרך כלל מוגדרות על ידי תקן IPC כמו קוטר של 150 מיקרומטר או פחות. הם נוצרים באמצעות תרגיל לייזר (בדרך כלל CO2 או UV), אשר יוצר נקי, בדיוק ממוקם חורים באמצעות שכבות דיאלקטריות דקות.בניגוד למקדח מכני באמצעות קוטרים, אשר מוגבלים לקוטרים גדולים יותר ויכולים לייצר בוררים או smear, תרגיל לייזר, מייצר, בצורה חלקה, מוגדר היטב באמצעות קירות אחידים, אשר הם בעלי עוצמה אחידה, ומגבירים באמצעות קיבולת אחידה.

מיקרוביות מגיעות במספר תצורה בשימוש בעיצובים של חיבור גומלין בעלות ברית גבוהה (HDI):

• (FLT:0) מיקרו-viasFLT:1 - יישר על אחד אחר באמצעות שכבות מרובות, יצירת נתיב חיבור אנכי הדומה עמודה רציפה. Stacked microvias מציעים את ה routing הדחוס ביותר אבל דורש הערכה קפדנית של אמינות עקב ריכוז מכני.
• (ב) ⁇ :0) ממיקרו-החלים (FLT:1) – משכבה אחרת לשכבה, בדרך כלל מעומקים בנפרד אופקית.מבנה זה מקטין את הלחץ וקל יותר לייצר, אם כי הוא צורב מעט יותר שטח.
• (FLT:0)Skip דרך אנדריאס (FLT:1) - רק לחבר שכבות שאינן מזדמנות על ידי לדלג על שכבות ביניים (למשל, משכבה 1 עד שכבה 3).אלה משמשים לעתים רחוקות בעיצובים מהירים בשל עלייה דרך אורך העוקץ המשפיע על שלמות האות.

במודרני (FLT:0)HDI PCBsFLT:1, microvias משולבים לעתים קרובות עם קבורים דרך ובורות דרך כדי להשיג ספירות שכבה גבוהה תוך שמירה על גורמים דקים, קומפקטיים.הם בדרך כלל מוטבעים במחזורי החישה, עם כל זוג בעל שכבת לייזר נוסף לערומה הולכת וגוברת.

יתרונות מיקרווויה עבור אות מהירות גבוהה

הגדלת הכחשה

היתרון הברורה ביותר של מיקרוביות הוא הגודל הקטן שלהם, אשר משחרר נדל"ן על הלוח עבור עקבות נוספים ודרךs. A 100 מיקרומטר microvia תופסת פחות ממחצית השטח של 250 מיקרומטר מכני דרך, ואת הטבעת annular יכול להיות מופחת באופן יחסי.זה מאפשר מעצבים כדי לנתב זוגות שונים במהירות גבוהה דרך אזור מאוורר BGA צפוף אפילו אחד מסורתי דרך ערוצים מורכבים (מפרקים) כגון micropropertives) או סטנדרטית שטח (מב) סגסוגת מורכבות יותר מ- 50.

שיפור אותות

מיקרווויאס משפר את שלמות האות באמצעות מספר מנגנונים:

• (FLT:0) , 000 reduced parasitic capacitance ו inductanceFLT:1 - הקטן יותר באמצעות חבית ואורך קצר יותר נמוך יותר טעינה רפיון, שמירה על זמני עלייה וצמצום ההשתקפות. מעל 5 Gbps, ההשפעות הטפיליות של אפילו קצר דרך stub להיות משמעותי; microvia ממזער אלה.
• (FLT:0) קיצור יותר ודרכי אות ישיר יותר:1) עם microvias, אותות יכולים לעבור בין שכבות עם פחות detouring. A ישיר, קיצור דרך מורידה את אובדן ההחדרה ומפחיתה את הסיכון של המרה במצב בזוגות שונים.
• (FLT:0) עדיף לשלוט על שליטה (FLT:1) - הקטן באמצעות גיאומטריה מקל על להתאים את המבנה באמצעות המבנה למניעה האופיינית של קו השידור (בדרך כלל 50 ⁇ יחיד או 100 ⁇ שונה), צמצום הפסקות שגורמות להפרעות ג'ייטר והתערבות בין- 2.
• (FLT:0) מיומנים באמצעות גמגמים FLT:1 - ⁇ microvias לחסל מגמגמות ארוכות שיכולים לחדש וליצור לאנים בתגובה לתדירות.בעיצובים מהירים (למשל, 28 Gbps ומעלה), אפילו כמה פיקו השניות של עיכוב גור יכול להפיג את תרשים העין.

יעילות מוגברת

מיקרוביות לייזר-דורות מספקות איכות קיר החור העליון בהשוואה למקדח מכני.יש פחות רזים וסיבים סיבי זכוכית פרוצים, אשר משפר את החידה הממושכת של נחושת ומפחיתה את הריקים.בנוסף, כי מיקרוביאנס הם לעתים קרובות חלק מתהליך הפחתת שומן (Centleveal lamination Process), עוביים בשימוש בשכבות טרום-G יכול להיות מותאם עבור מחקרים תרמיים (CTE) , אשר נועדו כראוי.

היתרונות של ניהול הרחם

למרות שלעתים קרובות להתעלם, מיקרוביות גם לתרום לביצועים תרמיים.על ידי כך שהן מאפשרות נתיבי חום אנכיים ישירים ממרכיבים חמים (כגון מעבדים ומגברי חשמל) למטוסים פנימיים של נחושת ושקעי חום, מיקרו-vias יכולים להפחית התנגדות תרמית. צפיפות גבוהה שלהם מאפשרת יותר דרך שטח ליחידה כדי לבצע חום הרחק ממקומות חמים מקומיים, שיפור הניתוק הכולל בעיצובים גבוהים.

השפעה על אות מהירות גבוהה

חזרה Path and Discontinuity Management

בתדרים גבוהים, שמירה על נתיב החזרה מוצק מתחת לסימן סימן היא קריטית.כאשר מעבר אות בין שכבות, זרם ההחזר חייב גם להשתנות, וכל הפסקת - כגון פער במטוס ההתייחסות - יוצר רעש משותף ומגביר קרינה.מיקרו-הפניות, כי הם קטנים וניתן להציב קרוב מאוד לסימן דרך, לאפשר למעצבים להציב מיקרו-לשוניות ליד אותות באמצעות אותות קצרים, כלומר, כלומר, לעתים קרובות, לצמצום של מיקרו-ג'יגה-ג'יגה-ג'יגה-בייט, יש צורך, להפחתה דרמטית, לאפקטים.

Pair רוסטינג

קישורים סדרתיים מהירים (למשל, PCIe Gen 5/6, USB4, 100G Ethernet) מסתמכים על זוגות שונים יחסית יחד. Microvias לאפשר לשני שורות של זוג לשכבות מעבר יחד עם אורכו תואמים, minimizing skew.הקטן באמצעות המרה גם מאפשר לשמור את זה באמצעות סימולציה משותפת כמו עקבות שונים, שמירה על פרופיל זהה עכשיו עם הרבה יותר מנבאת, באמצעות מחסנים של תאים.

אפשרויות חומריות ואפקט שלהם על ביצועי מיקרווויה

החומר הדיאלקטרי המקיף מיקרווויה משפיע מאוד על המאפיינים החשמליים שלה.חומרי אובדן נמוך (כגון רוג'רס 3000/4000 סדרה, Panasonic Megtron, או ITEQ IT-968) מועדפים ללוח גבוה כי הם מציעים גורם ניתוק נמוך (Df) וקבוע דיואלקטרי יציב (Dk) על פני תדירות.

המונחים: Microvia Implementation

תכנון שכבת

עיצוב מיקרווויה מוצלח מתחיל עם ערימה של חשיבה היטב.מספר שכבות מיקרו-via, המיקום שלהם ביחס לשכבות ליבה ו preprepreg, ואת דרך אסטרטגיית ערימה (מקודש לעומת staggered) חייב להיות מוגדר מוקדם.עבור צפיפות גבוהה מאוד, מיקרו-vias ערימה ניתן להשתמש במגוון רחב של משקעים (למשל, שלוש או יותר במהירות מיקרו-כל אחד של שכבות, עם עלייה משמעותית של כוח).

גודל וגודל, פאפא ותבניות קרקע

IPC-6012 מגדיר את גודל ה-microvia המינימלי כמו דרך קוטר + 75 μm טבעת nular (קוטר סיפון תא המטען t = דרך קוטר + 150 מיקרומטר) עבור 100 מיקרומטרה מיקרו-מטרה, המפלט יהיה 250 מיקרומטר.עם זאת, עם אימוני לייזר מתקדמים ממוקם ו plating, כמה ממריצים יכולים להשיג טבעות nular כמו 50 מיקרומטר, אפילו קשקשים הדוקים יותר עם ה-GA רגיל יותר (ב) עם ה-CM רגיל פחות מתאים ל-PTL (אומטר) עם ה-CVoloxy) עם ה-PTLOL (בדרך כלל פחות מתאים פחות קיבולת (מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ) עם ה-cotra"מ"מ"מ"מ) עם ה-cotra"מ) עם ה-coxin"מ) עם ה-cox"מ) עם ה-cotexit"מ) עם ה-cotra-cotra-cooker (בדרך כלל פחות רגיל על ידי ה-cox"מ) הוא צורך ב-cotra"מ"מ) הוא צורך ב-cotra"מ) הוא צורך ב-cotra

Via Filling and Planarization

כדי לתמוך בשכבות של הדגה, מיקרו-vias בדרך כלל מלאים חומר מבוסס epoxy (לא מוליכים) או נחושת plating (מוליכים) מילוי דרךs לספק משטח שטוח עבור כריות השכבה הבאה ולמנוע איסוף אוויר. copper-מלא מיקרווויה מציעים את ההתנגדות החשמלית הנמוכה ביותר ואת מוליכות תרמית הטובה ביותר, אבל תהליך מילוי הוא מאתגר יותר ולא מהיר מתאים לתצורה נאותה במיוחד עבור אותות תגובה טובה במיוחד.

אותות אינטגרליות סימציה ואימות

בהתחשב המורכבות של מבני מיקרו-via, סימולציה לפני עיכוב באמצעות 3D אלקטרו-מגנטיים פותרים (למשל, Ansys HFSS, CST, או Keysight EMPro) חיוני עבור עיצובים מעל 10 Gbps.הסימולציה חייבת לכלול את דרך חבית, כרית, אותות אנטי-pad, ואת החומר הדיאלקטרי שמסביב. Sparameter תוצאות, TDR (זמן-domainometry), לשקף ניתוח עיניים יהיה מוגבל ל-S-i-i-i סימולציה מ-iOS, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, סימולציה של כל אחד מ-microfunctiond, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, אם כן, סימולציה של כל אחד מ-Firelip-pial בדיקות של כל אחד מ-microial בדיקות מיקרוסקופית, כלומר, הוא עשוי להיות מ-p.

תהליכי ייצור ו Capabilities

לייזר קידוח

אבן הפינה של ייצור מיקרו-via היא תרגיל לייזר. CO2 לייזרים שימשה באופן מסורתי עבור קידוח microvias בחומרים epoxy מחזק (למשל, FR-4), אבל עבור קוטרים קטנים מאוד (below 75 מיקרומטר) או עבור מערכות רזין מסוימות, לייזרים UV מציעים דיוק טוב יותר.

מטבוליזם ו- Metallization

לאחר קידוח, חורים נקיים כדי להסיר פסולת ו resined (צעד עמוק), ולאחר מכן שכבת זרע דקה של נחושת ללא אלקטרו-less מופקדת.זה ואחריו אלקטרו-plating כדי לבנות עובי נחושת.עבור מיקרו-vias, אפילו בחורים קטנים, ציפוי אלקטרוליטי חייב להיות מבוקר כדי למנוע עובי או ריקות בחבית באמצעות ההתפלגות הנוכחית על פני פאנל מיקרוסקופי הוא כמה מיקרו-אוויריטראלי הוא מסוגלות עקבית (p) כדי להשיג הפחתה קבועה של 15 ליטרים).

בדיקה ובדיקה

איכות מיקרוביה מאומתת על ידי ניתוח צלב (הרסני) ועל ידי בדיקות אמינות חשמליות כגון ההזדקנות השלילית ורכיבה תרמית (למשל, IPC-TM-650 2.6.8) אוטומטית בדיקה אופטית (AOI) יכול לאשר באמצעות נוכחות והיערכות, אך לא יכול לזהות סדקים נסתרים נסתרים. X-ray-ray laminography משמש לעתים כדי לבדוק שרשראות מיקרו-via עבור ייצור גבוה.

אתגרים ומייגים

Challenge	Mitigation
Reliability under thermal cycling Stacked microvias can develop barrel cracking if the plating is too thin or if the CTE mismatch is high.	Use copper‑filled vias with aspect ratio ≤ 1:1; select low‑CTE dielectric materials; limit stack count to 3–4 microvias; consider staggered stacking for high‑reliability designs.
Cost Each lamination cycle adds cost; laser drilling is more expensive than mechanical drilling.	Optimize the number of microvia layers to meet routing density needs without over‑engineering; combine microvias with conventional vias for non‑critical nets; use panel‑sized layouts to maximize utilization.
Testability Fine‑pitch microvias make bed‑of‑nails testing difficult; flying probe testing becomes slow.	Design for testability by incorporating test points on surface layers; use built‑in self‑test (BIST) for high‑speed nets; consider JTAG boundary scan for digital circuits.
Noise Coupling Dense via arrays can create unintended electromagnetic coupling between nets.	Use via guards (ground vias) around sensitive signals; maintain sufficient clearance between via pads on same layer; simulate crosstalk using 3D EM tools.

יישומים בתעשיות

5G ו-WiFial Infrastructure

תחנות בסיס 5G פועלות בתדרים מ-3.5 GHz עד 39 GHz, בדרישה PCB עם אובדן נמוך, בידוד גבוה, ו routing צפוף מאוד עבור מערך MIMO מסיבי. Microvias משמשים במודולים הקדמיים RF ומטוס אחורי דיגיטלי, לעתים קרובות בשילוב עם חומרים דלים כמו מגטרון 6 או רוג'רס 4350B.היכולת לערמי מיקרווויה מתחת ל- 0.5 מ"מ עבור בסיס של זוגות ללא אות רבים.

מחשוב גבוה (HPC) ו- AI Accelerators

שבבי AI מודרניים (GPUs, TPUs) משתמשים בין-כוכבי עם צפיפות מיקרו-via מעל 100 דרך אינץ 'ריבועי מכשירים אלה דורשים מאות קשרים מהירים לזיכרון (HBM2/3) וממשקי רשת. Microvias מאפשרים את הפנטזה של מערך ה-pitch הדק הזה תוך שמירה על אות בשיעורי נתונים של 28 Gbps ומעבר ל-HPC רבים גם משתמשים ב-microvia למיקרו- CPU כדי ל- PC.

אוויר והגנת

מערכות רדאר, לוחמה אלקטרונית ותקשורת לווינית מסתמכות על לוחות HDI עם מיקרו-vias בגודל, משקל וכוח (SWAP) הפחתת האמינות של מיקרו-vias תחת רטט וטמפרטורות קיצוניות מבוססת היטב, עם סטנדרטים צבאיים כמו MIL-PRF-31032 מתן הנחיות. Copper-מלאי מיקרו-vias הם מועדפים לביצועים תרמיים וחשמליים שלהם ב-RF ובתחומים דיגיטליים.

אלקטרוניקה רפואית

מערכות הדמיה גבוהות של רזולוציה (ultrasound, MRI) משתמשות ב- PCBs צפופים כדי לעבד אותות אנלוגיים מאלפי אלמנטים טרנסנפורמטיביים.מיקרווויאס מאפשרות הפריסה להתאים בתוך גורמי צורה הדוקים תוך שמירה על נאמנות האות.התמריץ ה parasitic הנמוך של מיקרווויאס חשוב במיוחד עבור מעגלים אנלוגיים הקדמיים הקדמיים הפועלים בעשרות מגהץ.

השוואה עם טכנולוגיות מסורתיות

• (FLT:0 Through-hole throughciosFLT:1 - גדול ( ⁇ 300 מיקרומטר), קידוח מכני, המשמש לחשמל ולחלוקה קרקעית או אותות מהירים נמוכים.הם תופסים שטח לוח משמעותי וליצור מגמים ארוכים שאינם מקובלים במהירויות גבוהות.
• (FLT:0)Blind באמצעות אנדרטים (FLT:1) - קידוח מכני ממשטח אחד לשכבה פנימית, בדרך כלל עם קוטרים גדולים יותר ( ⁇ 200 מיקרומטר) הם מספקים שיפור צפיפות אבל לא את המגרש העדין של microvias.עיוור באמצעות לעתים קרובות דורש מילוי כדי להימנע ממכשולים בהפליאה מאוחרת יותר.
• (FLT:0) שרוף באמצעות sFLT:1 - חיבור שכבות פנימיות, בדרך כלל קידוח מכני. להציע שיפורים צפיפות בינונית אבל עדיין גדול יותר מאשר microvias. עבור עיצובים מהירים, קבורים באמצעותם משמשים עבור רשתות לא קריטיות בעוד מיקרווויה מטפלות אותות במהירות גבוהה.

מיקרווויה הם חיוניים כאשר באמצעות המגרש צריך ליפול מתחת 0.8 מ"מ, במיוחד עבור BGAs עם 0.5 מ"מ מגרש או קטן יותר. במקרים אלה, דרכים מסורתיות לא ניתן להציב בין כריות, מה שהופך מעצבים להשתמש מיקרו-vias בתוך המשטח עצמם (VIP).

מגמות עתידיות

התפתחות הטכנולוגיה המיקרוביה ממשיכה במספר כיוונים:

• (FLT:0)Ultra-קטן דרך (FreaLT:1) - ניתן להשיג עם תרגילי לייזר UV ודיאלקטריקים מתקדמים, המאפשר אפילו צפיפות גבוהה יותר עבור אריזה 3D בעתיד ו substrates שבבים.
• (FLT:0) מיקרווויה מלאה מחסנים עבור 3D IC substratesFLT:1 - כמו אינטגרציה heterogeneous התקדמות (אדריכלות צ'לט), מיקרווויה interposers יתחברו מספר מתים עם נטיות נמוכה מאוד רוחב פס גבוה.
• (FLT:0) מרכיבים של Embeddrated רכיבים 1FLT: Microvias בשילוב עם רכיבים פסיביים ופעילים בתוך ה- PCB יפחיתו עוד יותר את גובה ההרכבה ולשפר את שלמות האות.
• (FLT:0) ייצור אדרטיבי (FLT:1) - Inkjet או Aerosol Jet הדפסה עשוי להחליף קידוח לייזר עבור עלות נמוכה מאוד, מיקרווויה גמישה במכשירים לבישים ו-IoT, אם כי הביצועים הנוכחיים עדיין מתחת לזה של מיקרווויה מחוספס לייזר.

בעוד ששיעורי הנתונים דוחפים לעבר 112 Gbps ומעבר לכך, המיקרובים יישארו כלי קריטי עבור קידוד מחיקה, אך הם ישמשו יותר ויותר בשילוב עם טכנולוגיות מתקדמות אחרות של חיבורי גל מוטבעים וחיבורים אופטיים עבור רוחב פס אולטרה גבוה.

סיכום

מיקרווויה שינתה את עיצוב PCB במהירות גבוהה על ידי מתן שיטה קומפקטית, גבוהה מבחינה חשמלית עבור מעברי שכבתית.היכולת שלהם להגדיל את צפיפות routing, להפחית את הטפילטיקה, ולשמור על שלמות האות הופכת אותם הכרחיים עבור אלקטרוניקה מודרנית החל מ 5G תשתיות ל AI מאיצים ומערכות הגנה. בעוד מורכבות ייצור ועלויות קודמות גבוהות יותר מאשר קונבנציונאליות באמצעות קונבנציונאליות, תכנון זהיר, ניתוח חומרים, ושיתוף פעולה הדוק עם ביצועים גבוהים יותר, עם ביצועים גבוהים יותר, עם ביצועים גבוהים יותר, ואסטרטגיות מיקרו-ידי ביצועים גבוהים יותר, כמו גם סימולציה גבוהה יותר, כמו גם סימולציה גבוהה יותר, כמו גם סימולציה גבוהה יותר, כמו גם סימולציה גבוהה יותר, כמו גם סימולציה של ביצועים גבוהים יותר, כמו גם סימולציה גבוהה יותר, עם ביצועים גבוהים יותר, עם ביצועים גבוהים יותר, כמו ביצועים גבוהים יותר, תוכניות מסחר.

(ב) [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]]] [ה]]]] [ה]]]]][ה]]]] [ה]]], ראה את סטנדרטי ה-IPC (ה-iPC] ב-[[ה[[ה[[המאה ה-20]], ו[[1924]],]], ב[[1924]],]],]], ב[[1924]], [[ה[[1924]],]], [[1924]], [[1924]], [[1924]],]],]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]