Usa l'HDI quando una costruzione PCB convenzionale non riesce a soddisfare i requisiti di escape del BGA, di numero di layer, elettrici e di assemblaggio nell'ambito di un processo approvato dal fornitore. Non decidere basandoti solo sul passo delle sfere: confronta soluzioni di instradamento praticabili a parità di mappa dei pin, vincoli di stackup ed esigenze di verifica.

La scelta influisce sia sui costi di produzione sia sulle connessioni disponibili tra i layer. Per questi aspetti, consulta costi dei PCB HDI e pianificazione dei via ciechi e interrati.

Perché il passo da solo non basta a decidere se usare l'HDI

Il passo delle sfere di un BGA determina in parte lo spazio disponibile per l'instradamento, ma non descrive l'intero problema dell'escape. Due package con lo stesso passo possono avere assegnazioni dei pin, percorsi di instradamento utilizzabili, esigenze di alimentazione e massa e vincoli elettrici diversi.

Esempio di layout di instradamento BGA. La sola immagine non permette di stabilire la struttura dei via o lo stackup.

Prima di scegliere una struttura dei via, considera:

Mappa delle sfere e funzioni dei pin. Le sfere di segnale, alimentazione, massa, non connesse e riservate determinano quali collegamenti devono uscire dall'area del package e dove possono essere instradati.
Geometria di instradamento. Pad, distanze di isolamento, larghezze delle piste ed eventuali restringimenti consentiti devono essere compatibili tra loro nel processo di fabbricazione previsto.
Funzioni dei layer. Un percorso non è utile se richiede di sacrificare il piano di riferimento o la distribuzione dell'alimentazione necessari al progetto.
Comportamento elettrico. Impedenza, percorsi di ritorno, diafonia e transizioni tramite via possono porre vincoli a un escape altrimenti possibile dal punto di vista geometrico.
Produzione e assemblaggio. Posizionamento dei via, costruzione delle piazzole, saldabilità ed esposizione termica devono essere compatibili con i processi proposti.

Le linee guida AM62Lx Escape Routing Guidelines, SPRADI2, di Texas Instruments mostrano che, per uno specifico dispositivo e una specifica disposizione dei pin, è possibile usare fori passanti metallizzati senza ricorrere ai microvia. È un'utile indicazione del fatto che vale la pena considerare un escape convenzionale; non dimostra che un BGA diverso si presti alla stessa soluzione.

Anche le indicazioni di AMD sul numero di layer contenute in UG1099 individuano package, passo, pinout, larghezza delle piste e tecnologia di fabbricazione come parametri da considerare. Se un progetto richiede restringimenti delle piste, esaminali sia con il fabbricante sia con il team di integrità del segnale, anziché considerarli un modo di risparmiare spazio privo di conseguenze.

Confrontare gli escape sulla base degli stessi requisiti

Mantieni invariati il componente, la mappa dei pin, i requisiti elettrici e le ipotesi di assemblaggio mentre confronti le diverse costruzioni PCB.

Confronto ipotetico

Supponiamo che un team di progettazione stia valutando un BGA su una scheda con contorno vincolato e con diversi segnali che richiedono percorsi di riferimento definiti. Il team non ha ancora stabilito se il breakout richieda l'HDI. Prepara quindi tre soluzioni candidate:

Soluzione convenzionale: fori passanti metallizzati e instradamento sui layer di segnale disponibili.
Soluzione HDI limitata: via ciechi con estensione più breve dove necessari per l'escape, mantenendo un approccio convenzionale altrove.
Soluzione HDI più complessa: ulteriori transizioni tra layer, eventualmente comprendenti microvia impilati o sfalsati, se le prime due soluzioni non riescono a soddisfare i requisiti.

Si tratta di soluzioni candidate, non di risultati previsti. Per ciascuna, documenta quanto segue:

Elemento da esaminare	Cosa stabilire
Completamento dell'instradamento	Ogni connessione richiesta può uscire dall'area del BGA e raggiungere la propria destinazione senza violare le regole geometriche o elettriche concordate?
Utilizzo dei layer	Quanti layer di segnale sono necessari e i layer previsti per alimentazione e riferimento restano utilizzabili?
Interruzioni dei piani	Le distanze di isolamento dei via, gli antipad e le transizioni interrompono i percorsi di ritorno o creano congestioni indesiderate?
Estensione dei via	Quali coppie di layer richiedono connessioni e tali estensioni sono compatibili con lo stackup e la sequenza di fabbricazione proposti?
Costruzione delle piazzole	Ci sono via all'interno di piazzole saldabili? In caso affermativo, quali requisiti si applicano a riempimento, chiusura, finitura e ispezione?
Verifica elettrica	Impedenza, percorsi delle correnti di ritorno, transizioni ed eventuali restringimenti soddisfano i requisiti di progetto?
Fattibilità ed evidenze	Il fornitore accetterà la costruzione e quali ispezioni o evidenze rappresentative di affidabilità sono necessarie?

Dopo che il fornitore ha verificato la fattibilità, scegli una soluzione che soddisfi i requisiti con la minima complessità necessaria. Il minor numero di layer non è sempre la scelta migliore: una costruzione può ridurre i layer, ma lasciare interruzioni inaccettabili dei piani di riferimento o rischi di assemblaggio irrisolti.

Dalla mappa delle sfere all'architettura dei layer

Una buona prima analisi distingue le connessioni in base alla funzione. Identifica quali sfere richiedono instradamento, quali sono collegate all'alimentazione o alla massa e quali sono riservate o soggette ad altri vincoli indicati nella documentazione del dispositivo. Prima di definire uno stackup, verifica se esistono indicazioni consigliate per il breakout o il posizionamento del package.

Definisci quindi un piano preliminare dei layer:

Assegna ai layer le probabili funzioni di segnale, riferimento e alimentazione.
Identifica i punti in cui i segnali importanti richiedono percorsi di riferimento continui.
Mappa le transizioni necessarie tra i layer.
Verifica se l'escape del BGA occupa spazio necessario ad altri componenti, piani o collegamenti.
Esamina l'architettura risultante con il fornitore di fabbricazione.

Uno stackup è più del semplice numero di layer. Disposizione di rame e dielettrici, materiali, spessori, obiettivi di impedenza ed estensioni dei via interagiscono tra loro. Una modifica apportata per creare un ulteriore percorso di escape può cambiare anche l'ambiente elettrico o la sequenza di produzione realizzabile. La guida alla progettazione dello stackup PCB offre un punto di partenza per documentare queste decisioni sui layer.

Non aspettare che l'instradamento sia completo per chiedere se lo stackup è realizzabile. Un fornitore potrebbe proporre una costruzione diversa o individuare un dettaglio che richiede una modifica del layout. Affronta queste domande quando soluzioni di escape alternative sono ancora praticabili.

Scegliere l'estensione dei via in base alla connessione, non all'etichetta

L'estensione di un via indica quali layer raggiunge una connessione. Questa informazione è più utile in una richiesta di preventivo (RFQ) che limitarsi a chiedere una «scheda HDI».

Fori passanti metallizzati

Un foro passante metallizzato realizza una connessione attraverso lo spessore della scheda. Può essere una soluzione pratica per l'escape di un BGA quando la disposizione dei pad, i canali di instradamento, il piano dei layer e i requisiti elettrici lo consentono.

La sua presenza lungo l'intero spessore ha però anche delle conseguenze. Le aree di isolamento dei fori passanti occupano spazio su layer che il segnale potrebbe non usare, e la transizione può lasciare una porzione inutilizzata del via rilevante per il progetto elettrico. Valuta questi effetti nel contesto del segnale e dello stackup effettivi; non presumere che ogni foro passante sia sempre innocuo oppure inadatto.

Via ciechi e interrati

Un via cieco collega un layer esterno a un layer interno. Un via interrato collega layer interni senza raggiungere una superficie esterna. Se usati in modo appropriato, possono liberare spazio sui layer che altrimenti sarebbe occupato da un foro passante.

Questo vantaggio comporta decisioni sulla costruzione. Le estensioni richieste devono essere compatibili con la sequenza dei layer e diverse combinazioni di estensioni possono influire sul modo in cui la scheda viene realizzata. Indica esplicitamente ogni coppia di layer richiesta. Se una soluzione si basa su più transizioni per completare una connessione, includi il percorso completo anziché elencare i fori separatamente.

Microvia impilati e sfalsati

Alcuni escape possono richiedere transizioni attraverso più di un intervallo tra layer. A seconda della costruzione, i microvia possono essere disposti in pila oppure sfalsati tra loro.

Nessuna delle due disposizioni è una risposta universale al problema dell'affidabilità. Geometria, materiali, processo di fabbricazione ed esposizione termica sono tutti fattori importanti. Chiedi al fornitore di esaminare la configurazione effettiva e fornire le evidenze concordate appropriate per l'applicazione. Se il layout consente più di una disposizione, confrontane gli effetti su instradamento, piani e costruzione prima di decidere.

Il documento Microvia Reliability Failure Modes, pubblicato da IPC, tratta i meccanismi di guasto dipendenti dalla costruzione e i coupon rappresentativi. È un utile riferimento per porre domande più mirate, ma il documento del 2009 non è di per sé una norma IPC attualmente obbligatoria.

Considerare il via-in-pad una decisione di fabbricazione e assemblaggio

Posizionare un via in una piazzola BGA può creare opzioni di instradamento dove lo spazio è limitato. Questo modifica però anche i requisiti della piazzola saldabile. Progettista, fabbricante e assemblatore devono condividere la stessa comprensione della superficie prevista e dei processi successivi.

Per ogni posizione con via-in-pad, documenta:

La geometria della piazzola e del via, compresa l'estensione tra i layer.
La costruzione richiesta per il riempimento e la chiusura del via, come concordata con il fornitore.
La finitura superficiale e i requisiti della piazzola saldabile.
I criteri di ispezione e accettazione della caratteristica finita.
L'esposizione termica prevista per il PCB durante l'assemblaggio.

Non presumere che una nota con la sola dicitura «via-in-pad» definisca completamente la costruzione. Allo stesso modo, non specificare un riempimento o una chiusura per abitudine senza verificare che siano adatti alla piazzola, allo stackup e al processo di assemblaggio. La guida alla pianificazione dei via può aiutare a tradurre queste scelte in informazioni esplicite per la fabbricazione.

Proteggere i percorsi dei segnali mentre si crea spazio per l'instradamento

Un escape può apparire completo su un layer di instradamento pur introducendo un problema elettrico altrove. Esamina insieme la pista, il suo riferimento, ogni transizione e la destinazione.

Presta particolare attenzione a:

Continuità del riferimento. Verifica cosa accade al percorso di ritorno quando il segnale esce dal package e cambia layer.
Interruzioni dei piani. Esamina le distanze di isolamento dei via e le aree di breakout dense per individuare tagli o percorsi ristretti nei piani di riferimento e di alimentazione.
Impedenza. Indica gli obiettivi e le tolleranze richiesti per le strutture pertinenti e verifica se lo stackup proposto li supporta.
Restringimenti. Identificane posizione e geometria, quindi richiedi, dove necessario, una verifica al fornitore e al team di integrità del segnale.
Transizioni. Considera l'effetto elettrico del percorso effettivo attraverso i via e di qualsiasi porzione inutilizzata di un foro passante.
Collegamenti accoppiati. Verifica che i segnali differenziali o altri segnali accoppiati possano mantenere la geometria richiesta durante l'escape e attraverso le transizioni.

Un coupon di impedenza o un rapporto TDR, se previsto dal piano di verifica concordato, deve essere interpretato rispetto allo stackup e alle condizioni di prova definiti. Non dimostra automaticamente che ogni collegamento o il prodotto finito soddisfino i rispettivi requisiti. Consulta come leggere un rapporto TDR di un coupon di impedenza.

Definire la verifica in funzione della costruzione effettiva

Un disegno tecnicamente plausibile non equivale a una prova che una determinata costruzione sia adatta all'uso previsto. Prima di rilasciare il progetto, concorda cosa sarà verificato e quali evidenze sono necessarie.

Per quanto riguarda la fabbricazione del PCB, chiedi al fornitore di confermare la fattibilità dello stackup, delle estensioni dei via, della costruzione delle piazzole e delle geometrie rilevanti proposti. Concorda i requisiti di ispezione e accettazione per le caratteristiche importanti per il progetto. Quando sono richieste evidenze di affidabilità, chiedi quanto siano rappresentative dello stack effettivo, della costruzione dei via, dei materiali e della storia termica prevista.

L'assemblaggio aggiunge un'ulteriore serie di condizioni. Comunica l'esposizione termica prevista e i requisiti delle piazzole saldabili, e coordina i dettagli di fabbricazione con il processo di assemblaggio. Il solo risultato di un'ispezione di fabbricazione non dimostra che l'assemblaggio avrà successo.

La qualifica del sistema finito è un'attività distinta. L'accettazione del PCB o dell'assemblaggio non dimostra di per sé le prestazioni nell'uso e nell'ambiente previsti per il prodotto. Il team di progetto deve definire l'eventuale qualifica a livello di sistema necessaria per quel caso d'uso.

Quando norme o documenti del dispositivo fanno parte dei criteri di accettazione, identifica il documento applicabile e la relativa revisione nei requisiti di progetto. Non sostituire una costruzione approvata dal fornitore e una validazione specifica del progetto con un presunto limite universale per i microvia, un numero di microvia impilati o un numero di cicli.

Preparare una RFQ che consenta al fornitore di valutare il progetto

Una RFQ HDI concretamente utilizzabile descrive sia la scheda sia le decisioni ancora aperte. Includi, ove applicabile:

Informazioni sul package: identificazione del dispositivo, disegno del package, mappa delle sfere e raccomandazioni pertinenti relative al dispositivo.
Dati di progetto: layout e file di fabbricazione aggiornati, con indicazione delle aree critiche e delle eventuali opzioni di breakout ancora da definire.
Architettura dei layer: stackup proposto, funzioni dei layer, requisiti di spessore della scheda e requisiti dei materiali.
Informazioni sui via: estensioni richieste tra i layer, posizioni dei via-in-pad, disposizioni impilate o sfalsate proposte e requisiti di riempimento e chiusura.
Requisiti elettrici: obiettivi e tolleranze di impedenza, strutture pertinenti ed eventuali aree che richiedono una verifica specifica delle transizioni o dei restringimenti.
Finitura e quantità: finitura, quantità e altri requisiti dell'ordine necessari per valutare la realizzazione.
Esposizione durante l'assemblaggio: storia termica prevista durante l'assemblaggio ed esigenze relative alle piazzole saldabili.
Accettazione: documenti e revisioni applicabili, requisiti di ispezione ed eventuali evidenze di affidabilità richieste per il caso d'uso.

Chiedi al fornitore di rispondere con un riscontro sulla fattibilità, la costruzione proposta, le eventuali modifiche progettuali necessarie e le ispezioni e le evidenze rappresentative che è possibile concordare per il progetto. Se un requisito è ancora da definire, segnalalo come questione aperta anziché lasciare che il fornitore lo deduca.

Quando il confronto tra le soluzioni di breakout e la documentazione per la RFQ sono pronti, puoi richiedere un preventivo ad APTPCB o contattare APTPCB presentando la costruzione proposta e le questioni aperte. Per una panoramica della categoria di schede, consulta PCB HDI.