Introduzione: Il ruolo critico di Via Fan-Out in alta densità PCB Design

I moderni dispositivi elettronici richiedono una funzionalità sempre maggiore in fattori di forma più piccoli, guidando l'adozione di pacchetti di chip ad alta densità come array di reti a sfera (BGA), pacchetti di simulazione quadrata (QFN) e moduli di system-in-package (SiP).

Fondamenti di Via Fan-Out in disegni ad alta densità

(Senza di resistenza)[Scorrere] (Senza di resistenza)[Scorrere] (Senza di resistenza)[Scorrere] [Scorrere] [Scorrere] [Scorrere] [Scorrere] [Scorrere] [Scorrere] [Scorrere]] [Scorrere]] [Scorrere] in modo uniforme [LT]

Comprendere Via Parassitics in Fan-Out

Ogni via introduce capacità parassita, induttanza e resistenza che degradano i segnali ad alta velocità. L'effetto acrobatico - la porzione inutilizzata di un foro attraverso oltre lo strato di destinazione - crea nulls risonanti a determinate frequenze. Nei progetti di fan-out, minimizzando la lunghezza del tubo attraverso un'attenta assegnazione dello strato o back-drilling è essenziale per mantenere l'integrità del segnale sopra 10 Gbps.

Tipi di Via e loro ruoli in Fan-Out

La scelta della corretta via tecnologia è la base di un design efficiente del fan-out, che offre un diverso scambio tra densità di routing, costi e prestazioni elettriche.

Viali attraverso-Hole

Le vie attraverso fori sono l'opzione più semplice e conveniente, ma consumano spazio su tutti gli strati e creano delle stube lunghe. Sono accettabili per i pacchetti a bassa densità con altezze superiori a 1 mm. Per i pacchetti ad alta densità, le vie attraverso fori sono tipicamente utilizzate solo per i collegamenti a terra o come parte di una disposizione via-in-pad con riempimento e tappatura in resina.

Microvias

Le microvia sono fori a laser con diametri tipicamente da 0,1 mm a 0,2 mm e proporzioni fino a 1:1. Sono formati da laminazione a strati per strato nei processi di accumulo sequenziale (SBU). Le microvia sono i cavalletti di lavoro di HDI per consentire la posa di via direttamente all'interno del campo di pad BGA. Possono essere impilati o pugnalati per creare canali di interconnessione.

Via ciechi e birruffati

Le vie di comunicazione connettono uno strato esterno ad uno o più strati interni senza passare attraverso l'intera scheda. Le vie di comunicazione incorniciate collegano solo strati interni e sono invisibili dalla superficie. Questi attraverso i tipi consentono di realizzare modelli di ventilazione complessi in cui gli strati esterni sono riservati per la fuga di BGA fine-pitch e gli strati interni gestiscono tracce più lunghe. Combinando cieche, sepolte e microvia consente un design di ventilatore-out per raggiungere alta densità di componenti senza compromettere i percorsi di segnalazione.

Tecnologia Via-in-Pad

La posa di un'unità di collegamento direttamente all'interno di un cuscinetto di componenti, noto come via-in-pad, consente di disporre di uno spazio di routing aggiuntivo ma richiede un controllo accurato del processo. La via deve essere riempita con un'epossia non conduttiva (o con chiusura arrotondata) e poi placcata per creare una superficie piana e saldabile.

Linee guida per il design di base per l'ottimizzazione tramite Fan-Out

Le seguenti linee guida sono derivate dalle migliori pratiche del settore, dagli standard IPC e dai risultati empirici dei progetti PCB ad alta velocità, e l'applicazione sistematica garantisce prestazioni elettriche robuste e elevate rese produttive.

1. Minimizza Via Dimensioni e Piazzola

Per i disegni HDI, sono comuni microvia con diametro di tampone di 0,1 mm (4 mil) e diametro di acquisizione di 0.3 mm (12 mil). Tuttavia, le piccole vie aumentano il rapporto di aspetto e possono richiedere una perforazione laser più avanzata.

2. Posizionamento strategico per l'integrità del segnale

Per coppie differenziali ad alta velocità, mantenere via uscite simmetriche e corrispondere alla lunghezza di ogni percorso di segnale. Ritorno tramites] (chiamato anche viale di cucitura) deve accompagnare il segnale via via ogni volta che il segnale cambia piani di riferimento; questi terreni forniscono un percorso di bassa impedenza per ridurre le correnti di ritorno.

3. Gestire Via Capacità e Induttanza

Per ridurlo, aumentare la clearance dell'antipad, ma non oltre il punto in cui il piano è eccessivamente perforato. L'induttanza può essere abbassata utilizzando più vie parallele per connessioni di simulazione di potenza/terra. Per le reti ad alta velocità critiche, considerare back-drilling 2.5]

4. Utilizzare Via-in-Pad Sparingly ma efficacemente

La prenotazione per i pacchetti con pitch <0.65 mm where dog-bone patterns are impossible. When used, ensure the via is completely filled with a low-CTE epoxy and plated flat to prevent solder voids and tombstoning. Some manufacturers recommend ] riempiti e tappati via[] con finitura nichel/oro per saldatura diretta. Evitare di posizionare componenti termosensibili direttamente sopra i pad non riempiti, come il saldatore può trattenere durante il riflusso.

5. Ottimizzare il livello di livello Stackup e Via Assegnazione

Un tipico HDI BGA accatastamento potrebbe assomigliare a uno strato superiore (L1) con microvia a L2, L2 piano/potenza, L3 segnale, L4 piano, L5 segnale, L6 piano, L7 segnale, L8 microvia inferiore (per simmetric HDI).

6. Account per la gestione termica

Per i pacchetti QFN con un pad esposto, posizionare una griglia di piccole vie termiche (0,3 mm di diametro con un campo da 1,0 mm) direttamente sotto il pad. Collegare queste tramites a grandi flussi di rame su strati interni. Utilizzare una combinazione di fori attraverso e sepolti tramite array per le regioni IC che dissipano più di 2 W. Assicurare che le tracce termiche non siano poste in centri critici.

Simulazione e verifica dei progetti tramite Fan-Out

Prima di impegnarsi per la fabbricazione, verificare il vostro disegno di espansione del ventilatore utilizzando strumenti di simulazione elettromagnetica.

Constrati di fabbricazione e progettazione per la fabbricazione (DFM)

Ottimizzazione non significa nulla se il design non può essere costruito in modo affidabile. Seguire le seguenti linee guida DFM, arbitrando [[IPC-6012C[[] (specificazione e prestazioni per PCB rigidi) e IPC-2315[]] (guida di progettazione HDI).

Parametri DFM chiave per via Fan-Out

  • Diametro foro minimo:[] Per via tramite foro, 0.2 mm; per microvia, 0,075 mm (3 mil) con rapporto di aspetto ≤1:1.
  • Anello anulare minimo:[ Classe 2: 0.05 mm; Classe 3: 0,1 mm.
  • Via-to-via spaziatura:[ Almeno 0,2 mm per foro passante, 0,1 mm per microvia (a seconda del produttore).
  • La tolleranza di registrazione:[] I passi di laminazione sequenziali introducono errore di allineamento di ±0,05 mm; impilare microvia con cura.
  • Materiali di riempimento Via:[] Il riempimento epossidico non conduttivo deve essere privo di vuoto e planare a ±0,13 mm.
  • Spessore di placcatura in rame:[ Minimo 20 μm (0.8 mil) in via a foro per la classe 2.

La maggior parte dei produttori di PCB forniscono analisi DFM gratuite (ad esempio ] Circuiti di Sterra DFM] o Eurocircuits DFM]]]) che evidenzia potenziali problemi come la creazione di sliver, insufficiente violazione di annullamento anello,

Controlli regola di progettazione (DRC) per Fan-Out

Impostare i DRC nel vostro strumento EDA specificatamente per la regione del ventilatore: minimo via-to-pad, minimo traccia-to-via di clearance (0.08 mm per standard, 0,06 mm per HDI), e tramite anello anulare basato su dimensioni del trapano. Utilizzare una classe di costrizione per ogni tipo di rete (segnale, alimentazione, terra) per assegnare diversi valori tramite taglie e antipad.

Tecniche avanzate di Fan-Out per la densità estrema

Per i campi di pacchetto inferiori a 0,4 mm o i conteggi I/O molto elevati (sopra 1000), il ventilatore HDI standard può essere insufficiente.

Pacchetto di supporto per wafer-level (FOWLP)

FOWLP ridistribuisce i pads su una zona più grande utilizzando un processo di wafer stampato, quindi selettivamente faned out ai pilastri di rame. Questa tecnica non è strettamente un fan-out PCB ma è sempre più integrato in substrati a livello di modulo. Per i progettisti PCB, la comprensione dello strato di ridistribuzione (RDL) aiuta ad allineare il routing di fuga.

Skip Vias e condensatori birruffati

Skip vias (chiamato anche attraverso gli strati di skip) permettono di passare diversi strati e terminare a uno strato più profondo, riducendo la lunghezza del manubrio senza back-drilling. Alcuni disegni HDI utilizzano componenti passivi incorporati (capacitori, resistenze) all'interno del PCB vicino alla regione di fan-out per migliorare l'impedenza PDN. Questi componenti sono posizionati durante il processo di laminazione e collegati tramite microvia.

Via Staggering per canali di trasmissione aumentati

Invece di allineare le vie in una griglia, schiacciarle in un modello di esagonale (circa) che aumenta il numero di tracce che possono essere trattate tra le vie del 15-20% rispetto ad una griglia rettangolare.

Conclusione: Bilanciamento Densità, Prestazioni e Costo

Ottimizzato tramite fan-out è un problema di ottimizzazione multi-oggettiva che richiede una profonda comprensione di fisica, capacità di produzione e requisiti di sistema. Seguire le linee guida delineate in questo articolo -minimizzare attraverso dimensioni, posizionarle strategicamente per l'integrità del segnale e della potenza, utilizzando la simulazione precoce e e l'esecuzione di rigorosi controlli DFM - gli ingegneri possono sfuggire in modo affidabile i pacchetti chip ad alta densità, mantenendo la qualità del segnale e i rendimenti di produzione più piccoli.