Multilayersysteme. Voraussetzung für die schnelle Verarbeitung hoher Datenraten. Arnold Wiemers

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1 Multilayersysteme Voraussetzung für die schnelle Verarbeitung hoher Datenraten Arnold Wiemers Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 1

2 Die Kommunikationsart verändert sich über Text und Foto zum Video (Privat : Bild + Video, Kommerziell : Schulung und Dokumentation, Industriell : Qualitätsprüfung, Produkterkennung, Eigentumssicherung) Die Analyse der Information wechselt von der tabellarischen Auswertung zur logischen Auswertung bildlicher Strukturen und zur aktiven Reaktion von Maschinen auf ihr Umfeld (Autoelektronik : ABS, EPS, Abstandsradar, Motormanagement, Sensorik, Entertainment) Neue Produktfelder erfordern optimierte Organisationsstrukturen mit einem komplexen Datenhandling (Biomedizinische Kontrollsysteme) Diese künftigen Datenvolumina müssen erfaßt, verarbeitet, transportiert und gespeichert werden mit Datenraten > 10GBit/s Die heutige Bauteiltechnologie (Prozessortakte > 3 GHz und Signal- Schaltzeiten < 0.1ns) erfüllt diese Anforderungen bereits Aufgabe : Auch die Leiterplatte muß die veränderten geometrischen, strategischen und elektrophysikalischen Anforderungen ermöglichen Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 2

3 Die elektrophysikalischen Anforderungen an die Baugruppe bestimmen die technologischen Anforderungen an das Layout und die Leiterplatte ML-Lagenaufbau Aufgabe und mögliche Lösung Hohe Integration Impedanzen Signalintegrität EMV-Stabilität HDI, MFT, Microvias, Pluggen Multilayerbauvarianten, Funktionsmoduln Signal-/Powerverteilung, Lagenaufbau MPS, Abschirmung, Low Voltage Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 3

4 Aufgabe Lösung Geometrisch-mechanische Möglichkeiten in elektrophysikalische Funktionen umsetzen Einen geeigneten Multilayeraufbau konstruieren Die Mechanik und die Funktion eines Multilayers müssen ganzheitlich betrachtet werden Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 4

5 Aspekte von Multilayersystemen Kontaktierungsstrategien Pluggen Multilayerbauklassen Impedanz EMV Signalintegrität Stromversorgung Sondertechnologien Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 5

6 Eingeschränkte Freiräume bei komplexen Boards durch das erforderliche Fan-Out HDI und MFT als Layoutstrategien Kontaktierungsstrategien Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 6

7 Selektive Kontaktierungen : Blind Vias Querschnitt CAD Blind Vias in SMD-Pads Blind Vias sind Kontaktierungen zwischen einer Außenlage und einer oder mehreren Innenlagen. Aspect-ratio ist das Verhältnis von Bohrdurchmesser : Bohrtiefe Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 7

8 Selektive Kontaktierungen : Buried Vias A B CAD (A) Microvia als Blind Via (B) Buried Via Buried Vias sind Kontaktierungen zwischen mehreren Innenlagen eines Multilayers und haben keinen Kontakt zu einer Außenlage Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 8

9 Schliff durch ein Blind Via Gepluggte Pads und Vias im Detail Pluggen von Vias Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 9

10 Komplexe Aufbaustrategien für sequentielle Kontaktierungen Schliff A Layer 1-9 Plugged Blind Vias (A) Plugged Vias (B) B B Layer x 9 -Lagen- Multilayer mit gepluggten ybga-pads Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 10

11 Multilayerbauklassen : Innenliegende Kerne Multilayer- Bauklassen Cu-Folie Materialbedarf bei einem Standardaufbau F P P K P Laminatkern P K P P F Prepreg Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 11

12 Multilayerbauklasse : Aussenliegende Kerne Buried Via Chip in Board Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 12

13 Z = 0 L C L L C Quelle : H.Reischer / Polar Instruments Impedanz Signallaufzeit Impedanz Induktivität Kapazität Dielektrikum Laufzeitverzögerung Kritische Leiterbahnlänge Quelle : H.Rasmussen / DDE Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 13

14 Bestimmende Parameter für die Impedanz einer Leiterbahn Single Stripline - Impedanzmodul Schliffbild Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 14

15 Keramik FR4 Hybrid-Aufbau EMV EMV-Abschirmung durch kontaktierte Kanten Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 15

16 Signalintegrität Zuordnung des Signalrücklaufweges Beachten der Signalintegrität durch geeignete Zuordnung von Signalebenen und GND-Ebenen Signalintegrität des Multilayers Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 16

17 Nutzung kapazitiver Effekte für die Breitbandentkopplung Materialkenntnis Stromversorgung Flächige Powerplanes mit einem geringem Lagenabstand von 100ym, 75ym oder 50ym Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 17

18 Stromversorgung Auslegung als MultiPowerSystem Einbau eines Stromversorgungsmoduls in den Multilayer Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 18

19 Embedded Components / Chip in Board Sensor gebondeter Chip Elektronik Sondertechnologien 6-Lg-Starrflex-Multilayer mit 3 Niveauebenen Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 19

20 F+E : Aktive Vernichtung von Störenergie Schematischer ML-Aufbau Signal GND VCC Carbon GND Innenlage als VCC- Plane mit Carbondruck Signal EMV-stabile VCC-Planes Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 20

21 Aktives Wärmemanagement für Baugruppen A B Wärmeleitpaste nimmt die Wärme in den Vias (A) auf und leitet sie über die Außenlage (B) ab. Wärmeableitung über Metalle Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 21

22 Optische Wellenleiter F+E : Leiterplatten mit integrierten Glasfasern Vor dem Verpressen Schliff Embedded Components und Lichtleiter Bayern Innovativ Arnold Wiemers Multilayersysteme 22

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