Quelle quantité de courant peut transporter un microvia ?

Un tout petit anneau

Un microvia est percé au laser et aveugle, reliant deux couches adjacentes. La norme IPC-2226 le définit par sa géométrie : 0,15 mm de diamètre ou moins, avec un rapport profondeur/diamètre de 1:1 ou mieux.

Comme tout via plaqué, son cuivre est un anneau à paroi mince et non un bouchon :

Un microvia de 100 µm avec un placage de 18 µm donne 0,00464 mm², soit environ un cinquième d'un trou traversant de 0,3 mm.

C'est pourquoi la question actuelle se pose. Et il contient une réponse vraiment surprenante.

Il a moins de résistance qu'un trou traversant

La résistance est de $\rho L / A$, et la durée l'emporte de manière décisive.

• Microvia 100 µm, profondeur 75 µm : 0,284 mΩ
• trou traversant de 0,3 mm, panneau de 1,6 mm : 1,30 mΩ

Un cinquième de la surface du cuivre, mais seulement environ 5 % de sa longueur, sa résistance est donc plus de quatre fois inférieure. Les microvias sont excellents pour fournir de l'énergie dans les piles HDI, et l'intuition selon laquelle un via plus petit doit être pire est tout simplement erronée pour le courant continu.

Deux réponses pour la capacité actuelle

La norme IPC-2221 donne la capacité de courant du conducteur comme suit :

avec $A$ en mils carrés. Les exposants proviennent d'un ajustement aux données trace mesurées. La constante $k$ indique la facilité avec laquelle la chaleur s'échappe : 0,024 pour les conducteurs internes enterrés dans un stratifié, 0,048 pour les conducteurs externes sur une surface extérieure, soit un facteur de deux pour les conducteurs enterrés.

Lequel s'applique à un microvia est vraiment ambigu.

Il est enterré, plaidant pour 0,024. Mais il ne mesure également que 50 à 100 µm de long et est lié aux deux extrémités à des pastilles de cuivre qui conduisent bien mieux la chaleur que le stratifié, plaidant pour 0,048.

Pour le microvia de 100 µm à une augmentation de 10 °C :

• Classe interne : 0,276 A
• Classe externe : 0,552 A

La plupart des règles de conception de l'IDH prévoient un budget de 0,5 à 1 A par microvia, ce qui se situe au niveau ou légèrement au-dessus de la limite supérieure. Ce n'est pas déraisonnable compte tenu de la dissipation thermique du coussin, mais il vaut la peine de savoir que vous vous situez dans la partie optimiste du modèle plutôt que confortablement dans le modèle conservateur.

Ce n'est pas le baril qui échoue

Voici la partie qui reformule l'ensemble de la question.

Modélisez le barillet comme un chemin de conduction :$\theta = L/(k_{Cu} A)$ donne environ 42 °C/W. À 0,25 A, la dissipation est de 0,018 mW, donc la hausse en régime permanent est de 0,0007 °C.

Sept dix millièmes de degré. Le chiffre de capacité IPC-2221 et l'augmentation réelle de la température du baril décrivent des choses complètement différentes, et ils diffèrent de plusieurs ordres de grandeur.

Ce qui échoue réellement, c'est l'interface Target-Pad. Lors d'un cycle thermique, l'expansion du diélectrique sur l'axe Z éloigne le barillet plaqué du tampon sur lequel il atterrit. La fiabilité de Microvia est qualifiée par des tests de choc thermique selon la norme IPC-TM-650 2.6.27, et non par une formule actuelle.

Traitez donc le numéro IPC-2221 comme un garde-corps de placage et d'électromigration, et non comme une prédiction de température. Le mécanisme sur lequel il a été installé, un long conducteur dégageant de la chaleur sur toute sa longueur, n'est pas le mécanisme qui fonctionne ici.

Contraintes géométriques qui lient réellement

Rapport hauteur/largeur. La norme IPC-2226 fixe la profondeur par rapport au diamètre à 1:1 et la plupart des fabricants préfèrent 0, 75:1. Au-delà de cela, le trou percé au laser se rétrécit trop brusquement pour que la chimie du placage atteigne le tampon cible avec une épaisseur uniforme, et le mince placage à la base devient le point de défaillance. Cette contrainte agit bien avant le courant. Placage minimum. La classe 2 de la norme IPC-6012 autorise un minimum de 18 µm contre une moyenne de 20 µm. La capacité varie en fonction de la surface jusqu'à la puissance 0,725, donc concevez par rapport au minimum. Densité de courant Au-delà d'environ 100 A/mm², les vides d'électromigration et de placage deviennent un problème qu'aucun calcul d'élévation de température ne révèle. Un seul microvia de 100 µm atteint cette valeur à environ 0,46 A.

Empilé ou échelonné

Les microvias empilés offrent un chemin plus court et moins résistant et économisent la zone de routage. Il s'agit également du mode de défaillance HDI le plus courant lors d'un cycle thermique, car les interfaces empilées accumulent des contraintes.

Échelonnez-les là où la disposition le permet, en plaçant un tampon solide entre les couches. La classe 3/A de la norme IPC-6012 ajoute des exigences spécifiques pour les structures empilées, précisément parce qu'elles constituent le point faible.

Si vous devez cumuler pour la densité de routage, il s'agit d'une décision de fiabilité, pas d'une décision de routage, et elle doit être prise avec le propriétaire du plan de qualification.

Dimensionnement d'un rail

Pour 2 A en utilisant la valeur conservatrice de 0,276 A par via : huit trous au minimum, dix avec une marge pour les variations de placage et un partage irrégulier du courant. Le courant ne se répartit pas uniformément sur un cluster : le via le plus proche du courant entrant prend plus que sa part.

Un cluster serré sous le tampon est une pratique courante, et cela vous apporte également l'avantage de la résistance : dix microvias en parallèle correspondent à 0,028 mΩ, ce qui est en fait un court-circuit.

Le calculateur de capacité de courant microvia indique à la fois les classes IPC, la surface du barillet, la résistance des vias individuels et des réseaux, la densité de courant, l'auto-échauffement et les contrôles du rapport hauteur/largeur IPC-2226.