Quanta corrente uma microvia pode transportar?

Um anel muito pequeno

Uma microvia é perfurada a laser e cega, conectando duas camadas adjacentes. O IPC-2226 o define por geometria: 0,15 mm de diâmetro ou menos, com uma relação profundidade/diâmetro de 1:1 ou melhor.

Como qualquer via revestida, seu cobre é um anel de parede fina, não um plugue:

Uma microvia de 100 µm com revestimento de 18 µm fornece 0,00464 mm² — cerca de um quinto de uma via de furo passante de 0,3 mm.

É por isso que a pergunta atual surge. E tem uma resposta genuinamente surpreendente.

Tem menos resistência do que uma via de orifício

A resistência é $\rho L / A$, e o longo prazo vence decisivamente.

• Microvia de 100 µm, 75 µm de profundidade: 0,284 mΩ
• Via de orifício passante de 0,3 mm, placa de 1,6 mm: 1,30 mΩ

Um quinto da área de cobre, mas apenas cerca de 5% do comprimento, então ele acaba tendo uma resistência mais de quatro vezes menor. As microvias são excelentes para fornecimento de energia em acumuladores de HDI, e a intuição de que uma via menor deve ser pior é simplesmente errada para DC.

Duas respostas para a capacidade atual

O IPC-2221 fornece capacidade de corrente condutora como:

com $A$ em mils quadrados. Os expoentes vêm de um ajuste aos dados de traço medidos. A constante $k$ codifica a facilidade com que o calor escapa: 0,024 para condutores internos enterrados no laminado, 0,048 para condutores externos em uma superfície externa — um fator de dois na redução de serem enterrados.

Qual delas se aplica a uma microvia é genuinamente ambígua.

Está enterrado, argumentando por 0,024. Mas também tem apenas 50 a 100 µm de comprimento e está ligado em ambas as extremidades a almofadas de cobre que conduzem o calor muito melhor do que o laminado, argumentando por 0,048.

Para a microvia de 100 µm a um aumento de 10 °C:

• Classe interna: 0.276 A
• Classe externa: 0,552 A

A maioria das regras de projeto de IDH tem um orçamento de 0,5 a 1 A por microvia, que fica no limite superior ou ligeiramente acima. Isso não é irracional, dado o dissipador de calor da almofada, mas vale a pena saber que você está perto da extremidade otimista do modelo, em vez de confortavelmente dentro do modelo conservador.

O barril não é o que falha

Aqui está a parte que reformula toda a questão.

Modele o barril como um caminho de condução:$\theta = L/(k_{Cu} A)$ dá cerca de 42 °C/W. Em 0,25 A, a dissipação é de 0,018 mW, então o aumento em estado estacionário é 0,0007 °C.

Sete dez milésimos de um grau. O valor da capacidade do IPC-2221 e o aumento real da temperatura do barril estão descrevendo coisas totalmente diferentes e discordam em ordens de magnitude.

O que realmente falha é a interface do teclado de destino. Durante o ciclo térmico, a expansão do eixo z do dielétrico puxa o cilindro revestido para longe da almofada em que ele pousa. A confiabilidade da Microvia é qualificada pelo teste de choque térmico de acordo com o IPC-TM-650 2.6.27, não por uma fórmula atual.

Portanto, trate o número IPC-2221 como uma grade de proteção de galvanização e eletromigração, não como uma previsão de temperatura. O mecanismo em que foi instalado — um longo condutor que libera calor ao longo de seu comprimento — não é o mecanismo que opera aqui.

Restrições de geometria que realmente se vinculam

Proporção de aspecto. O IPC-2226 limita a profundidade ao diâmetro em 1:1, e a maioria dos fabricantes prefere 0, 75:1. Além disso, o orifício perfurado a laser se afunila muito para que a química do revestimento alcance a almofada alvo com espessura uniforme, e o revestimento fino na base se torna o ponto de falha. Essa restrição morde muito antes da atual. Mínimo de galvanização. O IPC-6012 Classe 2 permite um mínimo de 18 µm contra uma média de 20 µm. A capacidade é dimensionada como área até a potência de 0,725, portanto, projete com base no mínimo. Densidade de corrente. Acima de aproximadamente 100 A/mm², a eletromigração e os vazios de revestimento se tornam uma preocupação que nenhum cálculo de aumento de temperatura revela. Uma única microvia de 100 µm atinge isso em cerca de 0,46 A.

Empilhado versus escalonado

As microvias empilhadas oferecem um caminho mais curto e de menor resistência e economizam área de roteamento. Eles também são o modo de falha de HDI mais comum em ciclos térmicos, porque as interfaces empilhadas acumulam estresse.

Escalone-os onde o layout permitir, com um bloco sólido entre as camadas. O IPC-6012 Classe 3/A adiciona requisitos específicos para estruturas empilhadas precisamente porque elas são o ponto fraco.

Se você precisar empilhar para obter densidade de roteamento, essa é uma decisão de confiabilidade, não uma decisão de roteamento, e deve ser tomada com quem possui o plano de qualificação.

Dimensionando um trilho

Para 2 A usando o conservador 0,276 A por via: mínimo de oito vias, dez com margem para variação de revestimento e compartilhamento irregular de corrente. A corrente não se distribui uniformemente em um cluster — a via mais próxima da corrente de entrada consome mais do que sua parcela.

Um aglomerado apertado sob a almofada é uma prática padrão e também oferece o benefício de resistência: dez microvias em paralelo equivalem a 0,028 mΩ, o que é efetivamente curto.

A calculadora de capacidade de corrente de microvia relata as duas classes de IPC, área do barril, resistência para vias e matrizes únicas, densidade de corrente, autoaquecimento e verificações de proporção IPC-2226.