任意层通孔的技术特点和设计挑战

近年来,为了满足一些高端消费电子产品小型化的需求,芯片集成度越来越高,BGA引脚间距越来越近(小于等于0.4pitch), PCB布局越来越紧凑,布线密度越来越大。 Anylayer(任意顺序)技术的应用是为了在不影响信号完整性等性能的情况下提高设计吞吐量,这就是ALIVH any layer IVH结构多层印刷线路板。
任意层通孔技术特点
与HDI技术的特点相比,ALIVH的优势在于设计自由度大大增加,层间可以自由打孔,这是HDI技术无法实现的。 一般国内厂商实现的结构比较复杂,即HDI的设计极限是三阶HDI板。 由于HDI并未完全采用激光打孔,内层埋孔采用机械孔,孔盘的要求远大于激光孔,机械孔占据了通过层的空间。 因此,一般来说,与ALIVH技术的任意钻孔相比,内芯板的孔径也可以使用0.2mm的微孔,这仍然是一个很大的差距。 因此,ALIVH板的布线空间可能比HDI高很多。 同时,ALIVH的成本和加工难度也高于HDI工艺。 如图3所示,是ALIVH的示意图。
任何层中过孔的设计挑战
任意层通孔技术彻底颠覆了传统的通孔设计方法。 如果还需要在不同层设置过孔,会增加管理难度。 设计工具需要具备智能钻孔的能力,可以随意组合拆分。
Cadence在传统的基于换线层的布线方式中增加了基于工作层的换线方式,如图4:可以在工作层面板中勾选可以进行环线的层,然后双击孔以选择任何层进行导线替换。
ALIVH设计和制版示例:
10层ELIC设计
OMAP4平台
埋地电阻、埋地电容和嵌入式元件
高速接入互联网和社交网络需要手持设备的高度集成和小型化。 目前依赖4-n-4 HDI技术。 但是,为了为下一代新技术实现更高的互连密度,在该领域中,将无源甚至有源部件嵌入到 PCB 和基板中即可满足上述要求。 在设计手机、数码相机等消费电子产品时,考虑如何将无源和有源部件嵌入到PCB和基板中是当前的设计选择。 此方法可能略有不同,因为您使用不同的供应商。 嵌入式部件的另一个优点是该技术提供了针对所谓逆向设计的知识产权保护。 Allegro PCB 编辑器可以提供工业解决方案。 Allegro PCB 编辑器还可以与 HDI 板、柔性板和嵌入式部件更紧密地工作。 您可以获得正确的参数和约束来完成嵌入式零件的设计。 嵌入式设备的设计不仅可以简化SMT的工艺流程,还可以大大提高产品的清洁度。
埋地电阻和容量设计
埋电阻又称埋电阻或膜电阻,是将特殊的电阻材料压在绝缘基板上,然后通过印刷、蚀刻等工艺得到所需的电阻值,然后与PCB其他层一起压合形成一个平面电阻层。 聚四氟乙烯埋电阻多层印制板常用的制造工艺可以达到要求的电阻。
埋地电容采用电容密度高的材料,减少层间距离,形成足够大的板间电容,起到电源系统的去耦和滤波作用,从而减少板上所需的分立电容和实现更好的高频滤波特性。 由于埋地电容的寄生电感很小,其谐振频率点会优于普通电容或低ESL电容。
由于工艺技术的成熟以及供电系统高速设计的需要,埋地电容技术得到越来越多的应用。 使用埋容技术,我们首先要计算平板电容的大小 图6平板电容计算公式
其中:
C为埋地电容的电容(板电容)
A 是平板的面积。 在大多数设计中,当结构确定时,很难增加平板之间的面积
D_K为板间介质的介电常数,板间电容与介电常数成正比
K为真空介电常数,又称真空介电常数。 它是一个物理常数,其值为 8.854 187 818 × 10-12 法拉 / M (F / M);
H是平面之间的厚度,板间电容与厚度成反比。 因此,如果要获得大电容,就需要减小层间厚度。 3M c-ply埋置电容材料可以实现0.56mil的层间介电厚度,16的介电常数大大增加了板间电容。
经计算,3M c-ply埋置电容材料可实现每平方英寸6.42nf的板间电容。
同时,还需要使用PI仿真工具对PDN的目标阻抗进行仿真,从而确定单板电容设计方案,避免埋地电容和分立电容的冗余设计。 图 7 显示了埋入式电容设计的 PI 仿真结果,只考虑了板间电容的影响,没有加入离散电容的影响。 可以看出,仅通过增加埋地电容,整个功率阻抗曲线的性能得到了很大的提升,尤其是500MHz以上,这是板级分立滤波电容难以工作的频段。 板载电容可以有效降低电源阻抗。