Competencia para los interconectores de alta densidad o HDI: estructuras conductoras verticales o VeCS

SERIE ALTRIUM INDUSTRY EXPERT

COMPETENCIA PARA LOS INTERCONECTORES DE ALTA DENSIDAD: ESTRUCTURAS CONDUCTORAS VERTICALES O VECS

CREADO EN COLABORACIÓN CON

EL EXPERTO EN LA INDUSTRIA HAPPY HOLDEN

No hace mucho tiempo, un ingeniero muy creativo propuso en Europa un concepto novedoso para conexiones capa-a-capa que tiene una densidad más alta que la del convencional agujero pasante [through hole, o TH, por sus siglas en inglés]. El ingeniero es Joan Torne, de NEXTGin Technologies BV [1] y su tecnología se llama “Estructuras Conductoras Verticales [VeCS, por sus siglas en inglés]. VeCS emplea el equipo convencional de fabricación de  agujeros pasantes para placas de circuito impreso y aumenta las densidades a las de los interconectores de alta densidad [HDI, por sus siglas en inglés], con capacidades de BGA matriz de rejilla de bolas) hasta 0.4 mm de paso.

El concepto es taladrar  o encaminar una ranura o cavidad en la placa (para conexiones ciegas) o a través de la placa, luego metalizar y enchapar. En el paso final de la fabricación, se taladran agujeros ligeramente más grandes que crean una conexión vertical entre los estratos, como se puede ver en la Figura 1a. Como puede ver en la ilustración en la Figura 1b, las conexiones verticales más pequeñas ocupan menos espacio que un orificio de paso convencional, permitiendo así más espacio para la planificacion de la ruta. En el ejemplo que elaboré en la Figura 1c, comparé los orificios de paso, microvías y VeCS para un BGA de paso de 1.0 mm. Para el orificio de paso, se pueden comprimir 2 pistas debajo al estilo “hueso de perro”, mientras que utilizando micro-vías swing, se pueden lograr 7 pistas. Igual de densos son los desgloses VeCS con 7 pistas. Cuando se baja a 0.5 mm BGA para el orificio de paso, no hay espacio para enrutar más que una-pista si se utiliza una vía en pad; pero para los interconectores de alta densidad, puede enrutar  7 pistas entre las vías ciegas. VeCS tiene casi la misma densidad con la habilidad de pasar 5 pistas entre las conexiones verticales. Para los pasos más grandes, existe un poco de flexibilidad con el desglose de VeCS, como se ha visto en el de 1.0 mm con dos pasos distintos entrando a la cavidad.

FIGURA 1. a. T. La tecnología VeCS crea trazos verticales para conectar capas entre sí en vez de utilizar un agujero entero; b. Una vista 3D muestra la ventaja del espacio de enrutamiento adicional creado utilizando solo la pared vertical; c. Una comparación de las dos tecnologías comunes, orificio de paso e interconectores de alta densidad versus VeCS para dos desgloses de BGA de 1.0 y 0.5 mm.

Las pautas de enrutamiento para la Figura 1c se muestran en la Tabla 1:

PASO BGA

BGA 1.0 mm

BGA 0.5 mm

Tecnología

Orificio de paso

(TH)

Estructuras conductoras verticales (VeCS)

Interconectores de alta densidad

(HDI)

Orificio de paso

(TH)

Estructuras conductoras verticales (VeCS)

Interconectores de alta densidad

(HDI)

Tierra de tecnología de montaje superficial (SMT)

0.45 mm

0.45 mm

0.45 mm

0.30 mm

0.30 mm

0.30 mm

Vía TH

0.254 mm

 

- -

0.22 mm

 

- -

Tierra TH

0.450 mm

0.50 mm

- -

- -

0.40 mm

- -

Tierra uVía

- -

0.15 mm

0.35 mm

- -

0.15 mm

0.15 mm

Agujero uVía/ ranura VeCS

- -

Ranura ciega 1.5 mm

Vía ciega 0.2+0 mm

- -

Ranura ciega 0.18 mm

Vía ciega 0.10 mm

Canal de encaminamiento

0.50 mm 2 pistas

1.5 mm 7 pistas

1.5 mm 7 pistas

1.35 mm 1 pista

0.60 mm 5 pistas

0.75 mm 7 pistas

Trazo/Espacio

0.10 mm

0.10 mm

0.10 mm

0.05 mm

0.05 mm

0.05 mm

TABLA 1. Pautas de diseño y enrutamiento para los dos desgloses y enrutamientos BG para microvías de interconectores de alta densidad y la tecnología VeCS

El proceso de manufactura de VeCS no ha cambiado el proceso convencional de manufactura en capas múltiples, solo se han añadido algunos pasos adicionales:

1. Taladrar o enrutar una ranura entre tierras BGA

2. Metalizar como de costumbre

3. Imagen con rupturas de VeCS adyacentes a la ranura metalizada

4. Enchapar como de costumbre

5. Decapar y crear como de costumbre

6. Al momento de fabricación final, taladrar la metalización para realizar trazos verticales 

El proceso (mostrado en la Figura 2) no requiere el uso de un taladro láser y es compatible con un proceso de laminación de paneles.

 

FIGURA 2. TEl proceso de fabricación VeCS es muy convencional. La figura muestra los siguientes procesos: taladrar/rebajar; metalizar; realizar imagen; enchapar; decapar/atacar; fabricación final

El único artículo publicado sobre la tecnología, la revista PCB en febrero del 2017 [2] indicó que Joan había creado vehículos de prueba para analizar la confiabilidad y utilizó Altium Designer para crear el material gráfico. La fabricación y las pruebas fueron realizadas por WUS. Después de múltiples ciclos de reflujo sin plomo y ciclado térmico al punto de fallo- los resultados fueron comparables a los orificios de paso. La integridad de la señal parece ser ligeramente mejor, ya que el trazo vertical tiene menos inductancia que un agujero, pero las ranuras o cavidades podrían interferir con los vertidos del suelo.

En cuanto a las compensaciones de costos, se espera que el aumento de la densidad de enrutamiento permita menos señal y capas de referencia o una placa más pequeña con más placas por panel.

Por lo tanto, ahorrando dinero y pagando el proceso de perforación o enrutamiento de una sola vez para crear las cavidades o ranuras en la placa. 

Si este es un concepto que usted podría utilizar, comuníquese con su fabricante de placas de circuito impreso preferido para probar una placa de muestra. Si desea utilizarlo en un diseño, comuníquese con NEXTGin [1] para saber el estado de la patente de la tecnología. NEXTGin informa que dos fabricantes de placas de circuito impreso están actualmente utilizando esta tecnología.

 

REFERENCIAS

  1. https://www.nextgin-tech.com/

  2. Starkey, Pete, Interview of Joan Tourne’, “Vertical Conductive Structures–a New Dimension in High-Density Printed Circuit Interconnect”, The PCB magazine, February 2017, pp 16-20

 

Sobre el autor

 Happy Holden

Happy Holden es jubilado de GENTEX Corporation (una de las empresas fabricantes originales de equipos electrónicos para la industria automovilística). Fue el Director Técnico para el fabricante de placas de circuito impreso más grande del mundo, HonHai Precision Industries (Foxconn) en China. 

Antes de Foxconn, el Sr. Holden fue el Tecnico Principal de Placas de Circuito Impreso para Mentor Graphics; fue el Gerente de Tecnología Avanzada en NanYa/Westwood Associates y Merix Corporations. Se jubiló de Hewlett-Packard después de más de 28 años.

Sus tareas anteriores habían sido como director de Investigación y Desarrollo de PCB y Gerente de Ingeniería de Fabricación.  Mientras que estuvo en HP, administró el diseño de placas de circuito impreso y las colaboraciones de éstas, al igual que el software de automatización en Taiwán y Hong Kong. 

Happy ha estado involucrado en las  tecnologías avanzadas de placas de circuito impreso durante más de 47 años. Ha publicado capítulos sobre la tecnología de interconectores de alta densidad en 4 libros, así como en su propio libro “The HDI Handbook”, disponible como un libro electrónico gratuito en http://hdihandbook.com. Recientemente completó la 7ª edición del PC Handbook de McGraw-Hill, junto con Clyde Coombs.

About the Author

Happy Holden


Happy Holden is retired from GENTEX Corporation (one of the U.S.'s largest automotive electronics OEM. He was the Chief Technical Officer for the world’s biggest PCB Fabricator-HonHai Precision Industries (Foxconn) in China.

Prior to Foxconn, Mr. Holden was the Senior PCB Technologist for Mentor Graphics; he was the Advanced Technology Manager at NanYa/Westwood Associates and Merix Corporations. He retired from Hewlett-Packard after over 28 years.

His prior assignments had been as director of PCB R&D and Manufacturing Engineering Manager. While at HP, he managed PCB design, PCB partnerships, and automation software in Taiwan and Hong Kong.

Happy has been involved in advanced PCB technologies for over 47 years. He has published chapters on HDI technology in 4 books, as well as his own book, the HDI Handbook, available as a free e-Book at http://hdihandbook.com and de recently completed the 7th Edition of McGraw-Hill's PC Handbook with Clyde Coombs.

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