Leiterplattentechnisch - Herausforderungen und Fortschritte der HDI-Technologie in der Massenproduktion von Leiterplatten

Mit der Entwicklung von Produkten wie Smartphones, Tablet-Computer und Wearable-Geräte in Richtung Miniaturisierung und Multifunktion, die Technologie von Verbundene Leiterplatten mit hoher Dichte wurde kontinuierlich verbessert, Breite und Abstand der Leiterplattendrähte, Durchmesser und Lochzentrum der Mikrolochscheibe Der Abstand, sowie die Dicke der Leiterschicht und der Isolierschicht nehmen ständig ab, so dass die Anzahl der Schichten der Leiterplatte erhöht werden kann, um mehr Komponenten aufzunehmen, ohne die Größe zu erhöhen, Gewicht, und Volumen der Leiterplatte. Darüber hinaus, mit der Erhöhung der Bandbreite der drahtlosen Datenübertragung und Verarbeitungsgeschwindigkeit, Die elektrische Leistung der Leiterplatte wird extrem wichtig.

So wie die integrierte Schaltungsindustrie auf Hindernisse für Leistungssteigerung und Einhaltung des Moore's Law gestoßen ist, Die Leiterplattenindustrie steht auch vor Herausforderungen in der Prozessfähigkeit und Materialleistung, um die Verbindungsdichte und elektrische Leistung kontinuierlich zu verbessern. Even if the PCB adopts any-layer interconnection high-density (ALV HDI) design, Es gibt immer noch Einschränkungen in der Leistungserweiterung und -verbesserung, und die Herstellungskosten werden auch erhöht, und es gibt ein kosteneffektives Problem. Die Leiterplattenindustrie steht vor der Herausforderung, die Anzahl der Schichten zu erhöhen und die Dicke zu verringern. Die Dicke der Isolierschicht ist unter den kritischen Wert von 50 μm gefallen, and the dimensional stability and electrical performance of the PCB (especially signal impedance and insulation resistance) have declined.

Zur gleichen Zeit, die Dichte der Signalspuren nimmt weiter zu, und die Breite der Spur ist weniger als 40 μm. Es ist sehr schwierig, eine solche Spur mit der traditionellen subtraktiven Methode herzustellen. Obwohl die additive Methodentechnologie die Produktion von raffinierteren Schaltungen realisieren kann, Es hat die Probleme der hohen Kosten und des kleinen Produktionsmaßstabs. Der Einsatz komplexer und automatisierter geeigneter Anlagen steigt, such as laser direct Bildgebung (LDI) equipment and laser direct drilling (LDD) 100 μm laser hole technology can improve the above problems, aber die Kosten werden steigen, und die Materialleistung ist auch etwas eingeschränkt. Dies bedeutet auch, dass wir uns auf die Grundlagen konzentrieren müssen, um unser System leistungsfähiger und kostengünstiger zu machen. Dieser Artikel stellt die jüngsten Herausforderungen und Fortschritte der ALV HDI-Technologie in der Massenproduktion vor, um die Nachfrage nach Volumen zu decken, Zuverlässigkeit, und konkurrenzfähiger Preis auf dem Gebiet der elektronischen Verpackung.

1. Übersicht über ALV HDI Technologie Mit der Popularität der sozialen Medien, Immer mehr Kommunikation wird über Smartphones oder Tablets realisiert. Social Media ist jetzt ein wichtiger Bestandteil eines erfolgreichen Corporate Marketing Plans. Es bietet uns eine Plattform, um mit bestehenden und potenziellen Kunden zu kommunizieren, und es kann uns auch häufig Feedback und neue Ideen geben. Dies bedeutet, dass die Datenmenge für die Informationsübertragung in den letzten Jahren stark zugenommen hat, und wird weiter zunehmen. Die Zunahme der nachfolgenden Funktionen und die Verringerung der Bauteilgröße werden die Haupttreiber für die Entwicklung von Leiterplatten sein. Die Entwicklungsgeschwindigkeit der Halbleitertechnologie ist fast exponentiell, Verdoppelung alle zwei Jahre, und diese Entwicklungsgeschwindigkeit wird sich in den letzten Jahren fortsetzen. Wenn wir die klassische starre Leiterplattenstruktur vergleichen, die in der ersten Generation von Mobiltelefonen verwendet wird, mit der neuesten Leiterplatte, die in aktuellen Smartphones verwendet wird, wir sehen einen großen Unterschied. Es kann gesagt werden, dass Miniaturisierung der Haupttrend der letzten Jahre ist. Obwohl sich die Größe des Mobiltelefons nicht viel geändert hat, Es ist offensichtlich, dass die Komponenten und PCB kontinuierlich schrumpfen, um sich an stärkere Funktionen anzupassen. In einem typischen Smartphone oder Tablet Computer, Der größte Teil des Platzes wird durch den Bildschirm und die Batterie belegt, und die restlichen elektronischen Geräte wurden verkleinert und in einen kleinen Bereich integriert. Da der Bauteilabstand abnimmt und die Anzahl der I/Os steigt, vielleicht eine der wichtigsten Veränderungen ist die Ausdünnung der Platte und die Zunahme der Anzahl der Schichten. Vor zehn Jahren, Die Dicke einer typischen starren Leiterplatte war mehr als 1 mm. Jetzt, Die Dicke einer typischen Smartphone-Leiterplatte beträgt ca. 0.5 bis 0.7 mm. Allerdings, Es gibt einen klaren Trend, der zeigt, dass die Anzahl der Schichten steigt, während die Dicke der Platte abnimmt. Gemäß dem Branchenplan, Es ist zu erwarten, dass Leiterplatten weniger als 0.4 mm dick wird in Handheld-Geräten in den nächsten Jahren erscheinen. Je nach Komplexität des Produkts, die Anzahl der Schichten, die Mikroporen enthalten, wird auf 10 oder sogar 12 zunehmen. Offensichtlich führt dies zur Verwendung dünner Dielektrik- und Leiterschichten. Vor ein paar Jahren, 0.6 mm.8-mm-Pitch-Technologie wurde damals in Handheld-Geräten verwendet. Smartphones von heute, aufgrund der Anzahl der Komponente I/O- und Produktminiaturisierung, Machen Sie die Leiterplatte weit verbreitet 0.4-mm-Pitch-Technologie. Wie erwartet, dieser Trend bewegt sich in Richtung 0.3 mm. In der Tat, die Entwicklung von 0.3-mm-Pitch-Technologie für mobile Endgeräte hat vor einigen Jahren begonnen. Zur gleichen Zeit, Die Größe des Mikrolochs und der Durchmesser der Verbindungsplatte wurden auf 75 mm und 200 mm reduziert, jeweils. Ziel der Industrie ist es, die Mikrolöcher und Scheiben auf 50 mm und 150 mm zu reduzieren, jeweils, in den nächsten Jahren. Abbildung 2 Die Miniaturisierung der 0.3mm Pitch Design Spezifikation treibt die Reduzierung der Linienbreite, Pitch und Surface Mount Board Größe im ALV HDI-Leiterplatte. Mit dem Einsatz jeder Schichttechnologie, Miniaturisierung wird möglich. Da die Verbindung zwischen jeder Schicht gebildet werden kann, das gibt Designern mehr Freiheit. Die Verbesserung der Kapazität des Dünndrahtfertigungsprozesses ist offensichtlich. Und neue Fertigungs- und Verarbeitungslösungen sind notwendig, um die Anforderungen dieser neuen Designs zu erfüllen.

2. Herausforderungen für ALV HDI-Leiterplatte Fertigung Die wichtigsten Produktionsschritte von ALV HDI-Leiterplatte Miniaturisierung sind mehrschichtige Laminierung, Laserbohren, imaging, Ätz- und Galvanikprozesse, und wie man den Prozess optimiert, um hohe Volumen zu erfüllen, robust, zuverlässige und kostengünstige Produktionsprozesse. Produktionskosten. 1. Die Entwicklung der Mikrolochlasertechnologie Mitte der 1990er Jahre, die Neigung des Bauteilstifts verringert sich. Die technische Schwierigkeit liegt in der Verbindung von High-I/O-Komponenten mit mehrschichtigen PTH-Leiterplatten. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, Die Leiterplattenindustrie hat nicht nur die Durchgangsbohrungen von mechanischen Bohrern auf weniger als 150 mm reduziert, aber auch entwickelte Mikrolochtechnologien, wie photoabbildbare dielektrische Schichten, Plasmaätzlöcher, und Laserbohrverfahren. Allerdings, Die Technologie des Bildens von Löchern durch Photoimaging erfordert spezielle lichtempfindliche Materialien, und Plasma hat keinen Einfluss auf FR-4. Wegen seiner Flexibilität, Laserbohren ist mittlerweile das dominierende Produktionsverfahren geworden. Anfangs, Die verfügbaren Laser waren TEA CO2 und UV Nd: YAG. Es gab mehrere Mängel, die ihre Praktikabilität und Genauigkeit einschränkten.

Der TEA CO2 Laser hat eine Wellenlänge von 10600 Nanometer, es kann Kupfer nicht bohren, seine Geschwindigkeit ist langsam, und der Puls ist leicht zu übersehen. Daher, es gibt gewisse Schwierigkeiten bei der Anwendung. Bei Verwendung dieser Art von Laserbohrmaschine, it is necessary to make a window (Conformal Mask) das ist as large as or slightly larger than the final laser aperture on the copper surface. Darüber hinaus, nach dieser langwelligen Laserablation, Eine karbonisierte Schicht wird in der Leiterplatte gebildet, und diese kohlensäurehaltige Schicht muss durch relativ starke Schlackenentfernungsparameter entfernt werden. Der Laser des ersten UV-Laserbohrers, der in 1997 gestartet wurde, war Nd: YAG mit einer Wellenlänge von 355 nm. Der Laser kann durch einen kleinen Punktdurchmesser gut fokussiert werden, mit dem Loch- und Kreisverfahren. Diese UV-Laserbohrer sind effektiv beim Bohren von Kupfer und Harz. Allerdings, Es gibt ein Problem beim Bohren FR-4. Dies liegt daran, dass FR-4 Glasfasern enthält, die UV-Licht sehr schwach absorbieren und nicht leicht unterbrochen werden. Daher, PCB products using UV laser drilling need to use resin-coated copper foil (RCC) instead of FR-4 as a build-up material. Die Effizienz der UV-Laserbohrmaschine ist sehr niedrig, und die Leistungsstabilität ist auch problematisch. Nachdem sich die Stabilität verbessert hat und die Nennleistung stark zugenommen hat, Glasfaserablation ist immer noch ein Problem, und die Produktionskapazität von UV-Laserbohrgeräten ist viel niedriger als die von Kohlendioxid-Laserbohrgeräten, So sind UV-Bohrgeräte derzeit nur für besondere Anlässe geeignet. Später, Einige Unternehmen begannen, CO2-Laser mit UV-Lasern zu kombinieren, aber diese Lösung ist nur für Leiterplattenprototypen und Kleinserienfertigung geeignet. Für Stapelplatten, Diese kombinierte Methode ist nicht wirtschaftlich und erschwinglich.

1998 war ein Jahr, in dem die Nachfrage nach blinden Mikroplatten deutlich gestiegen ist. Daher, mainstream PCB manufacturers have standardized the etching + carbon dioxide laser process, und neue CO2-Laserbohrgeräte werden auf den Markt gebracht, die keinen Pulsverlust haben und schneller sind. Die deutliche Steigerung der Produktionskapazität der neuen CO2-Bohranlage wird sie letztlich kostengünstig in der Massenproduktion machen. Der Bohrprozess ist auch sehr stabil. Mitte der 2000er Jahre, Branchenführende Leiterplattenhersteller begannen, direkte Bohrungen durch Kupferfolie zu entwickeln. Dünnen Sie das Kupfer auf 5 mm,12 mm dick, und die Kupferoberfläche vor dem Bohren aufrauen und verdunkeln. Der technische Vorteil dieser Laser-Direktlochbildung ist, dass der Ätzschritt des Kupferfensters reduziert wird, und die Kosten werden deutlich reduziert. Dies ist heute die wichtigste Methode zur Herstellung von blinden Mikrovias für beliebige Schichtverbindungen. Allerdings, Nachteil dieses Verfahrens ist, dass das Bearbeitungsfenster relativ schmal ist und nicht nachbearbeitet werden kann. Aus Qualitätssicht, Es ist eine große Herausforderung für die stabile Massenproduktion blinder Mikrovias kleiner als 100 μm. Denn Defekte wie Überhang Kupfer in der Öffnung, hervorstehende Glasfaser, Harzreste und Harzreste verursachen Qualitätsprobleme beim anschließenden Entstau- und Galvanikprozess, Diese Mikroblindlöcher kleiner als 100 μm müssen optimiert werden, um das Überhang Kupfer in der Öffnung zu entfernen und zu beseitigen. Defekte wie Glasfaservorsprung und Harzreste. CO2-Laserbohren wird noch einige Zeit dominieren. Allerdings, Neue Pikosekunden- und Femtosekunden-Laserbohrgeräte kommen auf den Markt. Diese Bohrgeräte haben Vorteile in der Verarbeitungsgeschwindigkeit, Bohrqualität und Produktionseffizienz. Wenn die Industrie vor der Herausforderung der Laser-Blindlöcher mit kleiner Öffnung steht, Diese Laser-Bohrgeräte können eine Entwicklungsrichtung werden. Darüber hinaus, the thermal damage of these laser drills to materials is less than that of long-pulse laser drills (such as CO2 laser drills). Diese neuen Laserbohrer können Löcher in Kupferfolie bohren, die in keiner Weise bearbeitet wurde. 2. Galvanik- und Imaging-Prozess Die Wahl des PCB-Galvanikprozesses wird durch die Linienbreite bestimmt/Abstand, Dicke der Isolierschicht, und die endgültige Kupferdicke. In der 0.3 mm Neigung BGA Design, der Durchmesser des Pads ist 150 μm, das tote Loch ist 75 μm, und zwei 30 mm/30 mm dünne Linien werden zwischen den beiden Pads mit einer Neigung von 0 verlaufen.3 mm. Es ist eine Herausforderung, diese Art von Feinschaltung durch die bestehende subtraktive Methode zu machen. In der subtraktiven Methode, Die Ätzfähigkeit ist einer der Schlüsselfaktoren, und sowohl der Musterübertragungsprozess als auch die Plattierungsuniformität müssen optimiert werden. Deshalb nutzt die Leiterplattenindustrie den mSAP-Prozess, um feine Linien zu machen. Im Vergleich zur subtraktiven Methode, Die obere und untere Breite der feinen Linie durch mSAP Prozess sind fast gleich, that is, Es ist einfacher, die Linie in eine quadratische Form zu steuern. Ein weiterer Vorteil von mSAP ist, dass es Standard-PCB-Prozesse verwendet, wie Bohren und Galvanisieren, und andere bestehende Technologien, und die Verwendung traditioneller Materialien kann eine gute Haftung zwischen dem Kupfer und der dielektrischen Schicht zur Verfügung stellen, um die Zuverlässigkeit des Endprodukts sicherzustellen. Im Vergleich zur subtraktiven Methode, Der größte Vorteil des mSAP Prozesses ist, dass der Linientyp einfach zu steuern ist, und die obere und untere Breite der gesamten Produktionsplatte sind fast gleich. Die Strichstärke wird reduziert, der Leitungstyp kann gesteuert werden, das Übersprechen ist niedrig, das Signal-Rausch-Verhältnis ist hoch, und die Signalintegrität wird verbessert. In der Tat, solche dünnen Drähte und dünneren dielektrischen Schichten müssen charakteristische Impedanzstufen aufweisen.

Zur Zeit, Die Schaltung von Leiterplattenprodukten wird immer dünner, und die Dicke der dielektrischen Schicht wird kontinuierlich reduziert. Daher, Es ist notwendig, ein geeignetes PCB-Herstellungsverfahren zu wählen. Dieses Verfahren muss in der Lage sein, die Anforderungen der Galvanik und des Füllens von Löchern zu erfüllen, und gleichzeitig feine Linien erzeugen können. Feinere Linien, kleinere Stellplätze, und Ringlöcher erfordern eine strengere Kontrolle des Musterübertragungsprozesses. Für feine Linien, Methoden wie Reparatur, Nacharbeit oder Reparatur kann nicht verwendet werden. Wenn Sie eine höhere Passrate erhalten möchten, Sie müssen auf die Qualität der Grafikproduktionswerkzeuge achten, die Parameter des laminierten Prepregs und die Parameter der Grafikübertragung. Für diese Technologie, the use of laser direct imaging (LDI) instead of contact exposure seems increasingly attractive. Allerdings, LDI hat niedrige Produktionseffizienz und hohe Kosten, So verwenden mehr als 90% der PCB-Produkte Kontaktbelichtung für grafische Übertragung. Nur wenn LDI die Ertragsrate stark verbessern kann, Es ist kostengünstiger, LDI zu verwenden. Jetzt, Die Verbesserung der PCB-Ausbeute bei komplexen Verbindungen beliebiger Schichten ist sehr wichtig, deshalb, wir neigen dazu, LDI zu verwenden. Ohne LDI, Es wäre unmöglich, Leiterplatten für High-End-Smartphones zu produzieren. Der Vorteil von LDI ist, dass es jede Leiterplatte verschiedene Expansion und Kontraktion zu verwenden, was den Ausschuss aufgrund ungenauer Ausrichtung reduziert. Um der Überlegenheit von LDI das volle Spiel zu geben, Trockenfilm oder Nassfilm muss mit der Grafikübertragungstechnologie abgestimmt werden, um die beste Produktionskapazität zu erhalten. Kürzlich, die Prozessfähigkeit und Produktionskapazität von trockenen/Nassfilm wurde stark verbessert. Dies kann Ihnen helfen, LDI zu kaufen, um Grafikübertragungen durchzuführen. Denn wenn Sie mit einigen anderen Entscheidungen konfrontiert sind, Sie wollen immer auf bewährte Technik zurückgreifen. Darüber hinaus, Es gibt auch eine DI-Maschine, die auch in der Leiterplattenproduktion verwendet werden kann. Etwa 25% der neu verkauften DI-Maschinen werden zur Herstellung von Lötmaskenmustern eingesetzt. Die Verwendung von DI im Lötmaskenprozess kann die Ausbeute erheblich erhöhen, aber der Nachteil ist, dass seine Produktionskapazität zu niedrig ist.

3. Zusammenfassung der ALV HDI-Technologie Dieser Artikel stellt hauptsächlich den wichtigsten Herstellungsprozess jeder Schichtverbindung vor Leiterplatte im Produktionsprozess und seine Auswirkungen auf die Kosten. Bei der Auswahl eines Prozesses, Es sollte berücksichtigt werden, dass diese Technologie den aktuellen und zukünftigen Anforderungen elektronischer Verpackungsprodukte gerecht werden muss. Die Herausforderungen HDI-Leiterplatte sind: die Zunahme der PCB-Funktionen und die Verringerung der Größe, sowie die ultradünne Struktur, die häufig in neueren Endprodukten vorkommt. Um Materialien und Produktionsmethoden zeitnah vorzubereiten, es ist notwendig, die Lieferkette effektiv zu steuern, den Produktionszyklus des Prototyps verkürzen, und ihre Produkte schneller auf den Markt bringen. Subtractive methods (copper foil or electroplating) to make fine lines will face the limitations of copper thickness and copper thickness deviation, die empfindlich auf Drahtabstände reagieren, Dickenabweichung und Rauheit des Basiskupfers. Das additive Verfahren hat eine höhere Auflösung, und der Linientyp ist gut, wenn feine Linien gemacht werden, aber für Ingenieure, Die Steuerung ist komplizierter und kann viel Investition erfordern. Die feinen Linien des mSAP Prozesses haben geradlinigere Seitenwände, so sind Übertragungsverluste und Übersprechen relativ gering, und die PCB-Signalintegrität wird verbessert. Es gibt keine einfache Antwort auf die Wahl des PCB-Produktionsprozesses, weil die Wahl des PCB-Produktionsprozesses hauptsächlich von den Eigenschaften des Produktdesigns abhängt. Wenn der Ingenieur frühzeitig in den Produktdesignprozess eingebunden ist, es wird helfen, die wirtschaftlichste Lösung zu finden.