استخدم تقنية التوصيل عالي الكثافة (HDI) عندما يتعذر على بنية لوحة الدوائر المطبوعة التقليدية تلبية متطلبات إخراج توصيلات BGA والطبقات والأداء الكهربائي والتجميع ضمن عملية معتمدة من المورّد. لا تتخذ القرار بناءً على تباعد الكرات وحده؛ بل قارن خيارات التوجيه العملية وفق خريطة الأطراف نفسها وقيود تكديس الطبقات واحتياجات التحقق ذاتها.
يؤثر هذا الاختيار في تكلفة التصنيع وفي التوصيلات المتاحة بين الطبقات. لمعرفة التفاصيل، راجع تكلفة لوحات HDI وتخطيط الفتحات النافذة العمياء والمدفونة.
لماذا لا يكفي تباعد الكرات وحده لتحديد الحاجة إلى HDI؟
يحدد تباعد كرات BGA جزءًا من المساحة المتاحة للتوجيه، لكنه لا يصف تحدّي إخراج التوصيلات كاملًا. فقد تختلف حزمتان لهما التباعد نفسه في تخصيص الأطراف ومسارات التوجيه الممكنة واحتياجات التغذية والأرضي والقيود الكهربائية.
مثال على تخطيط مسارات BGA. لا تكفي الصورة وحدها لتحديد بنية الفتحات النافذة أو تكديس الطبقات.
قبل اختيار بنية الفتحات النافذة، ضع في اعتبارك ما يلي:
- خريطة الكرات ووظائف الأطراف. تؤثر كرات الإشارات والتغذية والأرضي والكرات غير الموصّلة والمحجوزة في تحديد المسارات التي يجب أن تخرج من منطقة الحزمة والوجهات الممكنة لها.
- هندسة التوجيه. يجب أن تتوافق الوسادات ومسافات الخلوص وعروض المسارات وأي تضييقات مسموح بها معًا ضمن عملية التصنيع المستهدفة.
- وظائف الطبقات. لا يفيد المسار إذا كان إنشاؤه يتطلب التضحية بمستوى مرجعي أو بتوزيع التغذية الذي يحتاجه التصميم.
- السلوك الكهربائي. قد تقيّد المعاوقة ومسارات العودة والتداخل المتبادل والانتقالات عبر الفتحات النافذة مسار خروج ممكنًا من الناحية الهندسية لولا ذلك.
- التصنيع والتجميع. يجب أن يتوافق موضع الفتحات النافذة وبنية الوسادات وقابلية اللحام والتعرّض الحراري مع العمليات المقترحة.
توضح إرشادات إخراج التوصيلات لجهاز AM62Lx من Texas Instruments، بالوثيقة SPRADI2، إمكانية استخدام الثقوب النافذة المطلية لجهاز معين ونمط أطراف محدد دون فتحات نافذة دقيقة. وهذا دليل مفيد على أن خيار إخراج التوصيلات التقليدي يستحق الدراسة، لكنه ليس دليلًا على أن حزمة BGA مختلفة ستعمل بالطريقة نفسها.
وبالمثل، تحدد إرشادات AMD بشأن عدد الطبقات في الوثيقة UG1099 الحزمة والتباعد وتوزيع الأطراف وعرض المسارات وتقنية التصنيع بوصفها مدخلات للقرار. وعندما يحتاج التصميم إلى تضييق المسارات، راجع ذلك مع كل من المصنّع وفريق سلامة الإشارة، بدلًا من اعتباره خيارًا مجانيًا لتوفير المساحة.
قارن خيارات إخراج التوصيلات وفق مجموعة متطلبات واحدة
أبقِ المكوّن وخريطة الأطراف والمتطلبات الكهربائية وافتراضات التجميع ثابتة عند مقارنة بُنى لوحات الدوائر المطبوعة.
مقارنة افتراضية
افترض أن فريق تصميم يقيّم حزمة BGA ضمن حدود لوحة ضيقة، مع وجود عدة إشارات تحتاج إلى مسارات مرجعية محددة. لم يحسم الفريق بعد ما إذا كان إخراج التوصيلات يتطلب HDI، ولذلك يعدّ ثلاثة خيارات:
- خيار تقليدي: ثقوب نافذة مطلية وتوجيه على طبقات الإشارة المتاحة.
- خيار HDI محدود: امتدادات أقصر للفتحات النافذة العمياء حيثما يتطلبها إخراج التوصيلات، مع الإبقاء على نهج تقليدي في بقية المواضع.
- خيار HDI أكثر تعقيدًا: انتقالات إضافية بين الطبقات، قد تشمل فتحات نافذة دقيقة متراصة أو متزاحة، إذا تعذر على الخيارين الأولين تلبية المتطلبات.
هذه خيارات قيد الدراسة وليست نتائج متوقعة. سجّل لكل خيار ما يلي:
| بند المراجعة | ما يجب التحقق منه |
|---|---|
| اكتمال التوجيه | هل يمكن لكل توصيلة مطلوبة الخروج من منطقة BGA والوصول إلى وجهتها دون مخالفة القواعد الهندسية أو الكهربائية المتفق عليها؟ |
| استخدام الطبقات | كم عدد طبقات الإشارة المطلوبة، وهل تظل طبقات التغذية والطبقات المرجعية المقصودة قابلة للاستخدام؟ |
| انقطاع المستويات | هل تؤدي مسافات خلوص الفتحات النافذة وفتحات الخلوص في المستويات والانتقالات إلى قطع مسارات العودة أو إحداث ازدحام غير مرغوب فيه؟ |
| امتدادات الفتحات النافذة | أي أزواج الطبقات تحتاج إلى توصيلات، وهل تتوافق تلك الامتدادات مع تكديس الطبقات وتسلسل التصنيع المقترحين؟ |
| بنية الوسادات | هل توجد فتحات نافذة داخل وسادات قابلة للحام؟ إذا كان الأمر كذلك، فما متطلبات الملء والتغطية والتشطيب والفحص التي تنطبق عليها؟ |
| المراجعة الكهربائية | هل تستوفي المعاوقة ومسارات تيار العودة والانتقالات وأي تضييقات للمسارات متطلبات التصميم؟ |
| الجدوى والأدلة | هل سيقبل المورّد هذه البنية، وما الفحوص أو أدلة الموثوقية الممثلة اللازمة؟ |
بعد مراجعة المورّد للجدوى، اختر خيارًا يلبي المتطلبات بأقل قدر ضروري من التعقيد. فالعدد الأقل من الطبقات ليس دائمًا الخيار الأفضل؛ إذ قد توفر بنية ما طبقات، لكنها تترك انقطاعات غير مقبولة في المستويات المرجعية أو مخاطر تجميع لم تُحسم.
انطلق من خريطة الكرات إلى معمارية الطبقات
تبدأ المراجعة الأولية الجيدة بتصنيف التوصيلات حسب الوظيفة. حدّد الكرات التي تحتاج إلى توجيه، وتلك المتصلة بالتغذية أو الأرضي، وتلك المحجوزة أو المقيّدة بطرق أخرى وفق وثائق الجهاز. وتحقق مما إذا كانت الحزمة تتضمن إرشادات موصى بها لإخراج التوصيلات أو لوضع المكونات قبل تحديد تكديس الطبقات.
بعد ذلك، ضع خطة مبدئية للطبقات:
- أسند وظائف الإشارة والمرجع والتغذية المحتملة إلى الطبقات.
- حدّد المواضع التي تحتاج فيها الإشارات المهمة إلى مسارات مرجعية متصلة.
- ارسم الانتقالات المطلوبة بين الطبقات.
- افحص ما إذا كان إخراج توصيلات BGA يستهلك مساحة تحتاجها مكونات أو مستويات أو مسارات أخرى.
- راجع المعمارية الناتجة مع مورّد التصنيع.
تكديس الطبقات أكثر من مجرد عدد طبقات. فترتيب النحاس والعوازل والمواد والسماكات وأهداف المعاوقة وامتدادات الفتحات النافذة تتفاعل جميعها معًا. وقد يؤدي التغيير الذي يُجرى لإنشاء مسار خروج إضافي إلى تغيير البيئة الكهربائية أو تسلسل التصنيع الممكن أيضًا. يوفّر دليل تصميم تكديس طبقات PCB نقطة انطلاق لتوثيق قرارات الطبقات هذه.
لا تنتظر حتى يكتمل التوجيه لتسأل عما إذا كان تكديس الطبقات قابلًا للتصنيع. فقد يقترح المورّد بنية مختلفة أو يحدد تفصيلًا يتطلب تغييرًا في التخطيط. اطرح هذه الأسئلة مبكرًا، بينما لا تزال بدائل إخراج التوصيلات عملية.
اختر امتدادات الفتحات النافذة وفق التوصيلة، لا وفق التسمية
يحدد امتداد الفتحة النافذة الطبقات التي تصل بينها التوصيلة. وهذه المعلومة أكثر فائدة في طلب عرض السعر (RFQ) من مجرد طلب «لوحة HDI».
الثقوب النافذة المطلية
يوصل الثقب النافذ المطلي عبر سماكة اللوحة. وقد يكون خيارًا عمليًا لإخراج توصيلات BGA عندما يسمح بذلك ترتيب الوسادات وقنوات التوجيه وخطة الطبقات والمتطلبات الكهربائية.
لكن امتداده عبر السماكة الكاملة له تبعات أيضًا. إذ تشغل مسافات خلوص الثقب النافذ حيزًا على طبقات قد لا تستخدمها الإشارة، وقد يترك الانتقال جزءًا غير مستخدم من الفتحة النافذة له أثر في التصميم الكهربائي. قيّم هذه الآثار في سياق الإشارة الفعلية وتكديس الطبقات؛ ولا تفترض أن كل ثقب نافذ إما غير ضار أو غير مناسب.
الفتحات النافذة العمياء والمدفونة
تصل الفتحة النافذة العمياء طبقة خارجية بطبقة داخلية. أما الفتحة النافذة المدفونة فتصل بين طبقات داخلية دون أن تبلغ سطحًا خارجيًا. وعند استخدامها على نحو مناسب، يمكنها إتاحة مساحة على الطبقات التي كان ثقب نافذ عبر السماكة الكاملة سيشغلها لولا ذلك.
تقترن هذه الفائدة بقرارات تتعلق بالبنية. فيجب أن تتوافق الامتدادات المطلوبة مع تسلسل الطبقات، وقد تؤثر مجموعات الامتدادات المختلفة في طريقة تصنيع اللوحة. وضّح كل زوج طبقات مطلوب صراحةً. وإذا كان أحد الخيارات يعتمد على انتقالات متعددة لإكمال توصيلة واحدة، فأدرج المسار الكامل بدلًا من سرد الثقوب كلٍّ على حدة.
الفتحات النافذة الدقيقة المتراصة والمتزاحة
قد تتطلب بعض مسارات الخروج انتقالات عبر أكثر من فاصل طبقي واحد. وبحسب البنية، يمكن ترتيب الفتحات النافذة الدقيقة فوق بعضها في رصة أو إزاحتها بعضها عن بعض.
لا يمثل أي من الترتيبين حلًا شاملًا للموثوقية. فالهندسة والمواد وعملية التصنيع والتعرّض الحراري كلها عوامل مؤثرة. اطلب من المورّد مراجعة التكوين الفعلي وتقديم الأدلة المتفق عليها والمناسبة للتطبيق. وإذا كان التخطيط يسمح باستخدام أكثر من ترتيب، فقارن آثارها على التوجيه والمستويات والبنية قبل اتخاذ القرار.
تتناول الورقة Microvia Reliability Failure Modes، المستضافة لدى IPC، آليات الإخفاق المعتمدة على البنية وقسائم الاختبار الممثلة. وهي خلفية مفيدة لطرح أسئلة أفضل، لكن ورقة عام 2009 ليست بحد ذاتها معيار IPC إلزاميًا حاليًا.
تعامل مع الفتحة النافذة داخل الوسادة بوصفها قرارًا تصنيعيًا وتجميعيًا
يمكن أن يتيح وضع فتحة نافذة داخل وسادة BGA خيارات للتوجيه عندما تكون المساحة محدودة. لكنه يغيّر أيضًا متطلبات الوسادة القابلة للحام. ويحتاج المصمم والمصنّع وجهة التجميع إلى فهم مشترك للسطح المستهدف والعمليات التي ستليه.
وثّق لكل موضع يحتوي على فتحة نافذة داخل الوسادة ما يلي:
- هندسة الوسادة والفتحة النافذة، بما في ذلك امتدادها بين الطبقات.
- بنية ملء الفتحة النافذة وتغطيتها المطلوبة، كما اتُّفق عليها مع المورّد.
- متطلبات تشطيب السطح والوسادة القابلة للحام.
- معايير الفحص والقبول للعنصر بعد اكتماله.
- التعرّض الحراري المتوقع أن تتعرض له اللوحة أثناء التجميع.
لا تفترض أن ملاحظة تنص على «فتحة نافذة داخل الوسادة» تعرّف البنية بالكامل. وبالمثل، لا تحدد الملء أو التغطية بدافع العادة دون التأكد من ملاءمتهما للوسادة وتكديس الطبقات وعملية التجميع. يمكن أن يساعد دليل تخطيط الفتحات النافذة في تحويل هذه الخيارات إلى معلومات تصنيع صريحة.
احمِ مسارات الإشارة أثناء توفير مساحة للتوجيه
قد يبدو مسار الخروج مكتملًا على طبقة توجيه، لكنه يسبب مشكلة كهربائية في موضع آخر. راجع المسار ومرجعه وكل انتقال والوجهة معًا.
انتبه خصوصًا إلى ما يلي:
- استمرارية المرجع. تحقق مما يحدث لمسار العودة عندما تغادر الإشارة الحزمة وتنتقل بين الطبقات.
- انقطاعات المستويات. راجع مسافات خلوص الفتحات النافذة ومناطق إخراج التوصيلات الكثيفة بحثًا عن قطوع أو مسارات ضيقة في المستويات المرجعية ومستويات التغذية.
- المعاوقة. حدّد القيم المستهدفة والتفاوتات المطلوبة للبُنى المعنية، وتحقق مما إذا كان تكديس الطبقات المقترح يدعمها.
- تضييقات المسارات. حدّد مواضعها وهندستها، ثم احصل على مراجعة المورّد وفريق سلامة الإشارة عند الحاجة.
- الانتقالات. راعِ الأثر الكهربائي للمسار الفعلي عبر الفتحات النافذة وأي جزء غير مستخدم من ثقب نافذ.
- المسارات المقترنة. تحقق من أن الإشارات التفاضلية أو غيرها من الإشارات المقترنة تستطيع الحفاظ على هندستها المطلوبة عبر مسار الخروج والانتقالات.
إذا كانت قسيمة اختبار المعاوقة أو تقرير قياس الانعكاس الزمني (TDR) جزءًا من خطة التحقق المتفق عليها، فيجب تفسيرهما بالرجوع إلى تكديس الطبقات وظروف الاختبار المحددة. ولا يثبت أي منهما تلقائيًا أن كل مسار أو أن المنتج النهائي يستوفي متطلباته. راجع كيفية قراءة تقرير TDR لقسيمة اختبار المعاوقة.
ابنِ خطة التحقق حول البنية الفعلية
الرسم الممكن تقنيًا ليس دليلًا بحد ذاته على أن بنية معينة مناسبة لاستخدامها. اتفق على ما سيُفحص والأدلة المطلوبة قبل اعتماد التصميم للتصنيع.
ضمن نطاق تصنيع اللوحة، اطلب من المورّد تأكيد جدوى تكديس الطبقات والامتدادات وبنية الوسادات والأبعاد الهندسية المعنية المقترحة. واتفق على متطلبات الفحص والقبول للعناصر المهمة للتصميم. وعندما تكون أدلة الموثوقية مطلوبة، اسأل عن مدى تمثيلها لتكديس الطبقات الفعلي وبنية الفتحات النافذة والمواد والسجل الحراري المتوقع.
يضيف التجميع مجموعة أخرى من الظروف. أبلغ الجهات المعنية بالتعرّض الحراري المتوقع ومتطلبات الوسادات القابلة للحام، ونسّق تفاصيل التصنيع مع عملية التجميع. ولا تثبت نتيجة فحص التصنيع وحدها نجاح عملية التجميع.
تأهيل النظام النهائي نشاط منفصل. فقبول اللوحة أو التجميع لا يثبت وحده الأداء خلال الاستخدام المقصود للمنتج وفي بيئته المستهدفة. وعلى فريق المشروع تحديد أي تأهيل على مستوى النظام يلزم لحالة الاستخدام هذه.
عندما تكون المعايير أو وثائق الجهاز جزءًا من معايير القبول، حدّد الوثيقة والمراجعة الساريتين في متطلبات المشروع. ولا تستعض بحد مفترض وشامل للفتحات النافذة الدقيقة أو بعدد مفترض للطبقات المتراصة أو لدورات الاختبار عن بنية معتمدة من المورّد وتحقق خاص بالمشروع.
أعدّ طلب عرض سعر يتيح للمورّد تقييم التصميم
يصف طلب عرض السعر القابل للتنفيذ للوحة HDI اللوحة والقرارات التي لا تزال مفتوحة معًا. أدرج ما يلي حيثما ينطبق:
- معلومات الحزمة: تعريف الجهاز ورسم الحزمة وخريطة الكرات وتوصيات الجهاز ذات الصلة.
- بيانات التصميم: ملفات التخطيط والتصنيع الحالية، مع تحديد المناطق الحرجة وأي خيارات لم تُحسم بعد لإخراج التوصيلات.
- معمارية الطبقات: تكديس الطبقات المقترح ووظائف الطبقات ومتطلبات سماكة اللوحة والمواد.
- معلومات الفتحات النافذة: امتدادات الطبقات المطلوبة ومواضع الفتحات النافذة داخل الوسادات والترتيبات المتراصة أو المتزاحة المقترحة ومتطلبات الملء والتغطية.
- المتطلبات الكهربائية: قيم المعاوقة المستهدفة وتفاوتاتها والبُنى المعنية وأي مناطق تتطلب مراجعة خاصة للانتقالات أو تضييقات المسارات.
- السطح والكمية: التشطيب والكمية ومتطلبات الطلب الأخرى اللازمة لتقييم التصنيع.
- التعرّض أثناء التجميع: السجل الحراري المتوقع أثناء التجميع واحتياجات الوسادات القابلة للحام.
- القبول: الوثائق والمراجعات السارية ومتطلبات الفحص وأي أدلة موثوقية مطلوبة لحالة الاستخدام.
اطلب من المورّد الرد بملاحظاته بشأن الجدوى والبنية التي يقترحها وأي تغييرات مطلوبة في التصميم، إلى جانب الفحوص والأدلة الممثلة التي يمكن الاتفاق عليها للمشروع. وإذا لم يُحسم أحد المتطلبات بعد، فضع علامة تشير إلى أنه سؤال مفتوح بدلًا من ترك المورّد ليستنتجه.
عندما تجهز مقارنة خيارات إخراج التوصيلات وحزمة طلب عرض السعر، يمكنك طلب عرض سعر من APTPCB أو التواصل مع APTPCB بشأن البنية المقترحة والأسئلة المفتوحة. وللاطلاع على نظرة عامة على هذه الفئة من اللوحات، راجع لوحات HDI.