Tecnología de PCB - Desafíos y avances en la tecnología HDI en la producción a gran escala de placas de circuito

A medida que productos como teléfonos inteligentes, tabletas y dispositivos portátiles se desarrollan hacia la miniaturización y la versatilidad, la tecnología de placas de circuito impreso de interconexión de alta densidad continúa mejorando, el ancho y la distancia de los cables de pcb, el diámetro de los discos microporos y el Centro de los agujeros, Y el espesor de las capas conductoras y aislantes se reduce constantemente, lo que permite aumentar el número de capas del PCB para acomodar más componentes sin aumentar el tamaño, el peso y el volumen del pcb. Además, con la mejora del ancho de banda y la velocidad de procesamiento de la transmisión inalámbrica de datos, el rendimiento eléctrico de los PCB se ha vuelto extremadamente importante.

Al igual que la industria de circuitos integrados ha encontrado obstáculos en la expansión del rendimiento y el cumplimiento de la Ley de moore, la industria de PCB también se enfrenta a desafíos en términos de capacidad de proceso y rendimiento de materiales para mejorar continuamente la densidad de interconexión y el rendimiento eléctrico. Incluso si el PCB adopta el diseño de alta densidad de interconexión de cualquier capa (alv hdi), todavía hay limitaciones en la expansión y mejora del rendimiento, los costos de fabricación han aumentado y hay problemas de costo - beneficio. La industria de PCB se enfrenta al desafío de aumentar el número de capas y reducir el espesor. El espesor de la capa aislante ha caído por debajo del valor crítico de 50 micras, y la estabilidad dimensional y las propiedades eléctricas del PCB (especialmente la resistencia a la señal y la resistencia al aislamiento) han disminuido.

Al mismo tiempo, la densidad del rastro de señal sigue aumentando y el ancho del rastro es inferior a 40 micras. Es muy difícil hacer tal trayectoria utilizando métodos tradicionales de resta. Aunque la tecnología de adición puede lograr una producción de circuitos más fina, tiene problemas de alto costo y pequeña escala de producción. El uso de equipos adecuados complejos y automatizados ha aumentado, como los equipos de imágenes directas láser (ldi) y la tecnología de agujeros láser de 100 micras de perforación directa láser (ldd) pueden mejorar los problemas anteriores, pero el costo aumentará y las propiedades del material también serán limitadas. Esto también significa que necesitamos centrarnos en las bases para que nuestro sistema sea más fuerte y rentable. Este artículo presenta los últimos desafíos y avances de la tecnología alv HDI en la producción a gran escala para satisfacer su demanda de volumen, fiabilidad y precios competitivos en el campo de los envases electrónicos.

1. visión general de la tecnología alv HDI con la popularización de las redes sociales, cada vez más comunicaciones se logran a través de teléfonos inteligentes o tabletas. Las redes sociales son ahora una parte importante de cualquier plan de marketing corporativo exitoso. Nos proporciona una plataforma para comunicarnos con clientes existentes y potenciales, y a menudo puede proporcionarnos comentarios e ideas nuevas. Esto significa que la cantidad de datos utilizados para la transmisión de información ha aumentado considerablemente en los últimos años y seguirá aumentando. El aumento de las funciones posteriores y la reducción del tamaño de los componentes serán los principales impulsores del desarrollo de los pcb. La velocidad de desarrollo de la tecnología de semiconductores es casi exponencial, duplicándose cada dos años, y esta velocidad de desarrollo continuará en los últimos años. Cuando comparamos la estructura clásica de PCB rígidos utilizados por los teléfonos móviles de primera generación con los últimos PCB utilizados por los teléfonos inteligentes actuales, podemos ver una gran diferencia. Se puede decir que la miniaturización es la tendencia principal en los últimos años. Aunque el tamaño del teléfono no ha cambiado mucho, está claro que los componentes y los PCB se están reduciendo constantemente para adaptarse a funciones más fuertes. En los teléfonos inteligentes o tabletas típicos, la mayor parte del espacio está ocupado por pantallas y baterías, y los dispositivos electrónicos restantes se reducen en tamaño e integran en una comunidad. Con la disminución del espaciamiento de los componentes y el aumento del número de I / o, uno de los cambios más significativos puede ser el adelgazamiento de la placa y el aumento del número de capas. Hace diez años, los PCB rígidos típicos tenían más de un milímetro de espesor. ahora, el espesor de los PCB de teléfonos inteligentes típicos es de unos 0,5 a 0,7 milímetros. sin embargo, hay una clara tendencia a mostrar que el número de capas está aumentando, mientras que el espesor de las placas está disminuyendo. Según la hoja de ruta del sector, se espera que en los próximos años aparezcan en los dispositivos portátiles PCB de menos de 0,4 mm de espesor. Dependiendo de la complejidad del producto, el número de capas que contienen microporos aumentará a 10 o incluso 12 capas. Obviamente, esto provocará el uso de capas delgadas de dieléctrico y conductor. Hace unos años, la tecnología de espaciamiento de 0,6 mm a 0,8 mm se utilizó en los dispositivos portátiles de la época. Los teléfonos inteligentes de hoy en día, debido al número de componentes I / o y la miniaturización de los productos, hacen que los PCB utilicen ampliamente la tecnología de distancia de 0,4 mm. Como era de esperar, esta tendencia se está moviendo hacia 0,3 mm. de hecho, el desarrollo de la tecnología de espaciamiento de 0,3 mm para terminales móviles ya comenzó hace unos años. Al mismo tiempo, el tamaño de los microporos y el diámetro de la placa de conexión se redujeron a 75 mm y 200 mm, respectivamente. El objetivo del sector es reducir los microporos y los discos a 50 y 150 milímetros, respectivamente, en los próximos años. La miniaturización de las especificaciones de diseño de espaciamiento de 0,3 mm de la figura 2 ha impulsado la reducción del ancho de línea media, el espaciamiento y el tamaño de la placa de montaje de superficie del PCB alv hdi. Al utilizar cualquier tecnología de capa, la miniaturización es posible. Debido a que la interconexión se puede formar entre cualquier capa, esto da más libertad al diseñador. La mejora de la capacidad del proceso de fabricación de hilos finos es obvia. Las nuevas soluciones de fabricación y procesamiento son necesarias para cumplir con estos nuevos requisitos de diseño.

2. los pasos clave de producción para la miniaturización de los PCB alv HDI son los procesos de laminación multicapa, perforación láser, imágenes, grabado y galvanoplastia, y cómo optimizar los procesos para satisfacer procesos de producción de alta capacidad, robustos, confiables y de bajo costo. Costos de producción. 1. el desarrollo de la tecnología láser microporosa a mediados de la década de 1990, la distancia entre los pines de los componentes se redujo. La dificultad técnica es conectar componentes de E / s altos con PCB PTH multicapa. Para hacer frente a este desafío, la industria de PCB no solo ha reducido los agujeros a través de los taladros mecánicos a menos de 150 mm, sino que también ha desarrollado tecnologías microporosas como capas aislantes de imagen, agujeros de grabado de plasma y métodos de perforación láser. Sin embargo, las técnicas para formar agujeros a través de imágenes ópticas requieren materiales fotosensibles especiales, mientras que el plasma no tiene ningún efecto en el FR - 4. Debido a su flexibilidad, la perforación láser se ha convertido ahora en el principal método de producción. Inicialmente, los láseres disponibles eran Tea CO2 y UV nd: yag. Hay varias deficiencias que limitan su practicidad y precisión.

El láser Tea CO2 tiene una longitud de onda de 10.600 nanómetros, no puede perforar cobre, la velocidad es lenta y el pulso se pierde fácilmente, por lo que hay ciertas dificultades en la Aplicación. Cuando se utiliza esta máquina de perforación láser, es necesario hacer una ventana (máscara de forma) en la superficie de cobre del mismo tamaño o ligeramente mayor que el agujero láser final. Además, después de esta ablación láser de larga longitud de onda, se formará una capa de carbonización en el pcb, que debe eliminarse mediante parámetros de eliminación de escoria relativamente fuertes. El primer láser de perforación láser ultravioleta lanzado en 1997 fue nd: YAG con una longitud de onda de 355 nanómetros. Utilizando el método de perforación y cerco, el láser puede enfocarse bien a través de pequeños diámetros de manchas. Estos taladros láser ultravioleta son muy efectivos al perforar cobre y resina. Sin embargo, hay un problema al perforar el FR - 4. Esto se debe a que el FR - 4 contiene fibra de vidrio, que tiene una absorción muy débil de los rayos ultravioleta y no es fácil de romper. Por lo tanto, los productos de PCB perforados con láser ultravioleta requieren el uso de láminas de cobre recubiertas de resina (rcc) en lugar de FR - 4 como material de construcción. La eficiencia de la perforadora láser ultravioleta es muy baja y la estabilidad de potencia también es problemática. Después del aumento de la estabilidad y el fuerte aumento de la Potencia nominal, la ablación de fibra de vidrio sigue siendo un problema, y la capacidad de producción de las plataformas de perforación láser ultravioleta es mucho menor que la de las plataformas de perforación láser de dióxido de carbono, por lo que las plataformas de perforación láser ultravioleta actualmente solo son adecuadas Para algunas ocasiones especiales. Más tarde, algunas compañías comenzaron a combinar láseres de CO2 con láseres ultravioleta, pero esta solución solo se aplica a prototipos de PCB y producción en pequeños lotes. Para el tablero de lotes, este método combinado no es económico ni asequible.

1998 fue un año en el que la demanda de microbuses para ciegos aumentó considerablemente. Por lo tanto, los principales fabricantes de PCB han estandarizado el proceso de grabado + láser de dióxido de carbono, y las nuevas plataformas de perforación láser de dióxido de carbono han comenzado a lanzarse al mercado, que no tienen pérdida de pulso y son más rápidas. El aumento sustancial de la capacidad de producción de la nueva plataforma de perforación de dióxido de carbono eventualmente la hará rentable en la producción a gran escala. El proceso de perforación también es muy estable. A mediados de la década de 2000, los principales fabricantes de PCB de la industria comenzaron a desarrollar perforación directa a través de láminas de cobre. Reducir el cobre a 5 mm a 12 mm de espesor y hacer que la superficie del cobre sea áspera y oscura antes de perforar. La ventaja técnica de este láser para formar agujeros directamente es que reduce los pasos para grabar ventanas de cobre y reduce significativamente los costos. Este es el principal método de producción actual de microporos ciegos para cualquier interconexión de capas. Sin embargo, la desventaja de este método es que la ventana de procesamiento es relativamente estrecha y no se puede retrabajar. Desde el punto de vista de la calidad, este es un gran desafío para estabilizar la producción a gran escala de microporos ciegos de menos de 100 micras. Debido a que defectos como el cobre colgante en la boca del agujero, la fibra de vidrio sobresaliente y los residuos de resina pueden causar problemas de calidad durante el proceso posterior de eliminación de suciedad y galvanoplastia, estos agujeros micro - ciegos de menos de 100 micras deben optimizarse para eliminar el cobre colgante en la boca del agujero y eliminarlos. Defectos como resaltado de fibra de vidrio y residuos de resina. La perforación láser de CO2 seguirá dominando en el futuro. Sin embargo, entrarán en el mercado nuevas plataformas de perforación láser picosegundos y femtosegundos. Estas plataformas de perforación tienen ventajas en términos de velocidad de procesamiento, calidad de perforación y eficiencia de producción. Cuando la industria se enfrenta al desafío de los agujeros ciegos láser de pequeño calibre, estas plataformas de perforación láser pueden convertirse en una dirección de desarrollo. Además, el daño térmico de estos taladros láser al material es menor que el de los taladros láser de pulso largo (como los taladros láser co2). Estos nuevos taladros láser pueden perforar en láminas de cobre sin ningún procesamiento. 2. la elección del proceso de galvanoplastia de PCB para el proceso de galvanoplastia e imagen depende del ancho / espaciamiento de la línea, el espesor de la capa aislante y el espesor final del cobre. En un diseño bga con una distancia de 0,3 mm, la almohadilla tiene un diámetro de 150 micras y un agujero ciego de 75 micras, y hay dos líneas finas con una distancia de 0,3 mm / 30 mm entre las dos almohadillas. la fabricación de este circuito fino a través de los métodos de resta existentes es desafiante. En el método de resta, la capacidad de grabado es uno de los factores clave, y es necesario optimizar el proceso de transferencia de patrones y la uniformidad de la galvanoplastia. Es por eso que la industria de PCB utiliza el proceso msap para hacer hilos finos. En comparación con la resta, el ancho superior e inferior de los hilos finos hechos por el proceso msap es casi el mismo, es decir, es más fácil controlar los hilos en cuadrados. Otra de las ventajas de msap es que utiliza procesos estándar de pcb, como perforación y galvanoplastia, además de otras tecnologías existentes, y el uso de materiales tradicionales puede proporcionar una buena adherencia entre cobre y capa dieléctrica para garantizar la fiabilidad del producto final. En comparación con la resta, la mayor ventaja del proceso msap es que el tipo de línea es fácil de controlar, y el ancho superior e inferior de toda la placa de producción es casi el mismo. Se reduce el grosor de la línea, se puede controlar el tipo de línea, la conversación cruzada es baja, la relación señal - ruido es alta y se mejora la integridad de la señal. De hecho, esta fina línea y la capa dieléctrica más delgada deben tener un nivel de Resistencia característica.

En la actualidad, los circuitos de los productos de PCB son cada vez más delgados y el espesor de la capa dieléctrica continúa disminuyendo. Por lo tanto, es necesario elegir el proceso de fabricación de PCB adecuado. Este proceso debe ser capaz de cumplir con los requisitos de galvanoplastia y llenado de agujeros, al tiempo que puede producir líneas finas. Líneas más finas, intervalos más pequeños y agujeros circulares requieren un control más estricto del proceso de transferencia del patrón. Para los hilos finos, no se pueden utilizar métodos como reparación, retrabajo o reparación. Si quieres obtener una mayor tasa de aprobación, debes prestar atención a la calidad de la herramienta de producción gráfica, los parámetros del prepreg laminado y los parámetros de transmisión gráfica. Para esta tecnología, el uso de imágenes directas láser (ldi) en lugar de la exposición al contacto parece cada vez más atractivo. Sin embargo, la producción de LDI es ineficiente y costosa, por lo que más del 90% de los productos de PCB utilizan la exposición al contacto para la transmisión gráfica. El uso de LDI solo es más rentable si puede mejorar considerablemente la tasa de rendimiento. Ahora es muy importante mejorar el rendimiento de los PCB con interconexiones complejas de cualquier capa, por lo que tendemos a usar ldi. Sin un Instituto de diseño local, es imposible producir placas de circuito impreso para teléfonos inteligentes de alta gama. La ventaja del LDI es que permite que cada placa de PCB utilice diferentes expansiones y contracciones, lo que reducirá los residuos generados por alineaciones inexactas. Para aprovechar al máximo las ventajas de ldi, es necesario emparejar la película seca o húmeda con la tecnología de transferencia gráfica para obtener la mejor capacidad de producción. En los últimos años, la capacidad de procesamiento y producción de películas secas / húmedas ha mejorado considerablemente. Esto puede ayudarle a comprar un Instituto de diseño local (ldi) para la transmisión gráfica. Porque cuando te enfrentas a otras opciones, siempre quieres usar tecnologías probadas. Además, hay una máquina di que también se puede utilizar en la producción de pcb. Alrededor del 25% de las máquinas di recién vendidas se utilizan para producir patrones de máscaras de soldadura. El uso de di en los procesos de soldadura por resistencia puede aumentar considerablemente la producción, pero la desventaja es que su capacidad de producción es demasiado baja.

3. Resumen de la tecnología alv HDI este artículo presenta principalmente los procesos clave de fabricación de placas de PCB interconectadas de cualquier capa en el proceso de producción y su impacto en los costos. Al seleccionar el proceso, se debe considerar que la tecnología debe satisfacer las necesidades actuales y futuras de los productos de embalaje electrónico. Los desafíos a los que se enfrentan los PCB HDI son el aumento de las funciones y la reducción del tamaño de los pcb, así como las estructuras ultrafinas que aparecen con frecuencia en los productos terminales recientes. Para preparar los materiales y métodos de producción a tiempo, es necesario gestionar eficazmente la cadena de suministro, acortar el ciclo de producción del prototipo y llevar sus productos al mercado más rápido. La fabricación de hilos finos por resta (lámina de cobre o galvanoplastia) se enfrentará a restricciones en el grosor del cobre y la desviación del grosor del cobre, que son sensibles a la distancia entre líneas, la desviación del grosor y la rugosidad del cobre base. La adición tiene una mayor resolución y el tipo de línea es bueno al hacer líneas finas, pero para los ingenieros el control es más complejo y puede requerir una gran inversión. Los hilos finos del proceso msap tienen paredes laterales más rectas, por lo que la pérdida de transmisión y la conversación cruzada son relativamente bajas y mejoran la integridad de la señal de pcb. No hay una respuesta simple a la elección del proceso de producción de placas de circuito impreso, porque la elección del proceso de fabricación de placas de circuito impreso depende principalmente de las características del diseño del producto. Si los ingenieros participan en el proceso de diseño del producto lo antes posible, ayudará a encontrar la solución más económica.