¿Cuánta corriente puede transportar una Microvia?

Un anillo muy pequeño

Una microvía está perforada con láser y es ciega, conectando dos capas adyacentes. El IPC-2226 la define por su geometría: 0,15 mm de diámetro o menos, con una relación entre profundidad y diámetro de 1:1 o mejor.

Como cualquier vía chapada, su cobre es un anillo de pared delgada, no un tapón:

Una microvía de 100 µm con un revestimiento de 18 µm produce 0,00464 mm², aproximadamente una quinta parte de una vía pasante de 0,3 mm.

Esa es la razón por la que se plantea la pregunta actual. Y tiene una respuesta realmente sorprendente.

Tiene menor resistencia que una vía pasante

La resistencia es $\rho L / A$, y el largo plazo gana de manera decisiva.

• Microvía de 100 µm, 75 µm de profundidad: 0,284 mΩ
• Orificio pasante de 0,3 mm, placa de 1,6 mm: 1,30 mΩ

Una quinta parte del área de cobre, pero solo alrededor del 5% de la longitud, por lo que su resistencia termina siendo más de cuatro veces menor. Las microvías son excelentes para suministrar energía en pilas HDI, y la intuición de que una vía más pequeña debe ser peor es simplemente errónea para la corriente continua.

Dos respuestas para la capacidad actual

El IPC-2221 otorga al conductor la capacidad de corriente de la siguiente manera:

con $A$ en milésimas cuadradas. Los exponentes provienen de un ajuste a datos de trazo medidos. La constante $k$ codifica la facilidad con la que se escapa el calor: 0,024 para los conductores internos enterrados en un laminado, 0,048 para los conductores externos que se encuentran en una superficie exterior, lo que representa un factor de reducción de dos para los conductores enterrados.

Cuál se aplica a una microvía es realmente ambiguo.

Está enterrada, defendiendo el 0,024. Pero también mide entre 50 y 100 µm de largo y está adherido por ambos extremos a láminas de cobre que conducen el calor mucho mejor que el laminado, lo que sugiere 0,048.

En el caso de la microvía de 100 µm con un aumento de 10 °C:

• Clase interna: 0,276 A
• Clase externa: 0.552 A

La mayoría de las normas de diseño del HDI establecen un presupuesto de 0,5 a 1 A por microvía, que se sitúa en el límite superior o ligeramente por encima de él. Esto no es descabellado teniendo en cuenta la capacidad de disipación térmica de la almohadilla, pero vale la pena saber que estás cerca de la parte más optimista del modelo en lugar de estar cómodamente dentro de la versión conservadora.

El cañón no es lo que falla

Esta es la parte que replantea toda la cuestión.

Modele el cañón como una trayectoria de conducción:$\theta = L/(k_{Cu} A)$ arroja unos 42 °C/W. A 0,25 A, la disipación es de 0,018 mW, por lo que el aumento en estado estacionario es de 0,0007 °C.

Siete diezmilésimas de grado. La cifra de capacidad del IPC-2221 y el aumento real de la temperatura del barril describen cosas completamente diferentes y discrepan en varios órdenes de magnitud.

Lo que realmente falla es la interfaz Target-Pad. En el ciclo térmico, la expansión del dieléctrico en el eje Z aleja el cañón chapado de la almohadilla en la que cae. La fiabilidad de Microvia se certifica mediante pruebas de choque térmico según la norma IPC-TM-650 2.6.27, no mediante una fórmula actual.

Por lo tanto, trate el número IPC-2221 como una barrera de protección contra la electromigración y el revestimiento, no como una predicción de temperatura. El mecanismo en el que se instaló (un conductor largo que expulsa calor a lo largo de toda su longitud) no es el mecanismo que funciona aquí.

Restricciones geométricas que realmente vinculan

Relación de aspecto El IPC-2226 limita la relación entre la profundidad y el diámetro a una relación de 1:1 y la mayoría de los fabricantes prefieren el valor de 0. 75:1. Más allá de eso, el orificio perforado con láser se estrecha demasiado para que la composición química del revestimiento alcance la almohadilla deseada con un grosor uniforme, y el delgado revestimiento de la base se convierte en el punto de fallo. Esta restricción llega mucho antes que la corriente. Enchapado mínimo. La clase 2 del IPC-6012 permite un mínimo de 18 µm frente a un promedio de 20 µm. La capacidad se amplía según el área hasta la potencia de 0,725, por lo que debe diseñarse teniendo en cuenta el mínimo. Densidad de corriente. Por encima de aproximadamente 100 A/mm², la electromigración y los huecos en el revestimiento se convierten en un problema que ningún cálculo del aumento de temperatura revela. Una sola microvía de 100 µm lo alcanza a aproximadamente 0,46 A.

Apilados contra escalonados

Las microvías apiladas proporcionan una ruta más corta y de menor resistencia y ahorran área de enrutamiento. También son el modo de fallo del HDI más común durante los ciclos térmicos, ya que las interfaces apiladas acumulan tensión.

Colóquelas de forma escalonada donde el diseño lo permita, con una almohadilla sólida entre las capas. La clase 3/A del IPC-6012 añade requisitos específicos para las estructuras apiladas precisamente porque son el punto débil.

Si debe apilar en función de la densidad de enrutamiento, se trata de una decisión de confiabilidad, no de enrutamiento, y debe tomarla quien sea el propietario del plan de calificación.

Cómo dimensionar un raíl

Para 2 A usando el conservador 0.276 A por vía: ocho vías como mínimo, diez con margen de variación de chapado y distribución desigual de la corriente. La corriente no se distribuye de manera uniforme en un cúmulo: la vía más cercana a la corriente entrante consume más de lo que le corresponde.

Un grupo apretado debajo de la almohadilla es una práctica habitual, y también proporciona una ventaja de resistencia: diez microvías en paralelo equivalen a 0,028 mΩ, lo que en realidad es un cortocircuito.

La calculadora de capacidad de corriente de microvia informa sobre las dos clases de IPC, el área del cañón, la resistencia a las vías y matrices individuales, la densidad de corriente, el autocalentamiento y las comprobaciones de la relación de aspecto IPC-2226.