Technologie PCB - Défis et progrès de la technologie HDI dans la production de masse de cartes

Avec le développement de produits tels que les smartphones, les tablettes et les wearables vers la miniaturisation et la multifonctionnalisation, la technologie de carte de circuit imprimé interconnectée à haute densité continue d'améliorer, la largeur et l'espacement des fils de PCB, le diamètre du disque microporeux et le Centre du trou, Et la diminution constante de l'épaisseur des couches conductrices et isolantes, ce qui permet d'augmenter le nombre de couches du PCB pour accueillir plus de composants sans augmenter la taille, le poids et le volume du PCB. De plus, avec l'augmentation de la bande passante de transmission de données sans fil et de la vitesse de traitement, les performances électriques des PCB deviennent extrêmement importantes.

Tout comme l'industrie des circuits intégrés a rencontré des obstacles à l'expansion des performances et à la conformité à la loi de Moore, l'industrie des PCB a été confrontée à des défis en termes de capacités de processus et de performances des matériaux pour améliorer constamment la densité d'interconnexion et les performances électriques. Même si les PCB sont conçus avec n'importe quelle couche d'interconnexion haute densité (alv HDI), il y a encore des limites à l'expansion et à l'amélioration des performances, des coûts de fabrication accrus et des problèmes de rentabilité. L'industrie des PCB est confrontée au défi d'augmenter le nombre de couches et de réduire l'épaisseur. L'épaisseur de la couche isolante est tombée en dessous de la valeur critique de 50 µm et la stabilité dimensionnelle et les propriétés électriques du PCB (notamment l'impédance du signal et la résistance d'isolation) ont diminué.

Simultanément, la densité des traces de signal continue d'augmenter et la largeur des traces est inférieure à 40 µm. Il est très difficile d'utiliser les méthodes traditionnelles de soustraction pour faire une telle piste. La technologie Additive, bien qu'elle permette une production de circuits plus fine, pose le problème d'un coût élevé et d'une production à petite échelle. L'utilisation accrue d'équipements appropriés sophistiqués et automatisés, tels que les équipements d'imagerie directe par laser (LDI) et la technologie de perçage direct par laser (LDD) de 100 μm, peut améliorer les problèmes mentionnés ci - dessus, mais le coût augmente et les propriétés des matériaux sont limitées. Cela signifie également que nous devons nous concentrer sur les bases pour rendre nos systèmes plus puissants et plus rentables. Cet article présente les derniers défis et avancées de la technologie alv HDI dans la production de masse pour répondre à ses besoins en volume, fiabilité et prix compétitifs dans le domaine de l'emballage électronique.

1. Aperçu de la technologie alv HDI avec la popularité des médias sociaux, de plus en plus de communications sont effectuées via des smartphones ou des tablettes. Les médias sociaux sont maintenant une partie essentielle de tout plan de marketing d'entreprise réussi. Il nous fournit une plate - forme pour communiquer avec nos clients existants et potentiels et peut souvent nous fournir des commentaires et de nouvelles idées. Cela signifie que le volume de données utilisées pour la transmission d'informations a considérablement augmenté ces dernières années et continuera d'augmenter. L'augmentation des fonctionnalités ultérieures et la réduction de la taille des composants seront les principaux moteurs du développement des PCB. Le rythme de développement de la technologie des semi - conducteurs est presque exponentiel, doublant tous les deux ans et se poursuivra ces dernières années. Lorsque nous comparons la structure rigide classique de PCB utilisée par les téléphones de première génération avec les derniers PCB utilisés par les smartphones actuels, nous pouvons voir une énorme différence. On peut dire que la miniaturisation est la principale tendance de ces dernières années. Bien que la taille du téléphone n'ait pas beaucoup changé, il est clair que les composants et les PCB se rétrécissent pour s'adapter à des fonctionnalités plus fortes. Dans un smartphone ou une tablette typique, la majeure partie de l'espace est occupée par l'écran et la batterie, et l'électronique restante est réduite et intégrée dans une petite zone. À mesure que l'espacement des composants diminue et que le nombre d'E / s augmente, l'un des changements les plus significatifs est probablement l'amincissement des plaques et l'augmentation du nombre de couches. Il y a dix ans, l'épaisseur d'un PCB rigide typique était supérieure à 1 mm. Aujourd'hui, l'épaisseur d'un PCB de Smartphone typique est d'environ 0,5 à 0,7 MM. Cependant, il y a une tendance claire à l'augmentation du nombre de couches, tandis que l'épaisseur des plaques diminue. Selon la Feuille de route de l'industrie, les BPC de moins de 0,4 mm d'épaisseur devraient apparaître dans les appareils portatifs au cours des prochaines années. Selon la complexité du produit, le nombre de couches contenant des micropores passera à 10 voire 12 couches. Il va de soi que cela conduira à l'utilisation d'une couche mince diélectrique et d'une couche conductrice. Il y a quelques années, la technologie d'espacement de 0,6 mm à 0,8 mm a été utilisée dans les appareils portables de l'époque. Les smartphones d'aujourd'hui, en raison du nombre d'E / s de composants et de la miniaturisation du produit, ont permis aux PCB d'utiliser largement la technologie de pas de 0,4 mm. Sans surprise, la tendance se dirige vers 0,3 mm. En effet, le développement de la technologie de pas de 0,3 mm pour les terminaux mobiles a déjà commencé il y a quelques années. Dans le même temps, la taille des micropores et le diamètre de la plaque de liaison sont réduits respectivement à 75 mm et 200 mm. L'objectif de l'industrie est de réduire les micropores et les disques à 50 et 150 mm, respectivement, au cours des prochaines années. Figure 2 la miniaturisation de la spécification de conception d'espacement de 0,3 mm a entraîné une réduction de la largeur des lignes, de l'espacement et de la taille des plaques de montage en surface dans les circuits imprimés alv HDI. La miniaturisation est rendue possible par l'utilisation de toute technologie de couche. Comme les interconnexions peuvent être formées entre n'importe quelle couche, cela donne plus de liberté au concepteur. L'amélioration de la capacité du processus de fabrication de fils fins est évidente. De nouvelles solutions de fabrication et de traitement sont nécessaires pour répondre à ces nouvelles exigences de conception.

Les principales étapes de production de la miniaturisation des circuits imprimés alv HDI sont les processus de laminage multicouche, de perçage laser, d'imagerie, de gravure et de placage, ainsi que la façon d'optimiser les processus pour répondre aux processus de production à haute capacité, robustes, fiables et à faible coût. Coûts de production. 1. Développement de la technologie laser microporeux au milieu des années 1990, l'espacement des broches des éléments a été réduit. La difficulté technique réside dans la connexion de composants E / s élevés avec des PCB PTH multicouches. Pour relever ce défi, l'industrie des circuits imprimés a non seulement réduit les Vias de forage mécanique à moins de 150 mm, mais a également développé des technologies de microporosité telles que des couches diélectriques imageables, des trous gravés par plasma et des méthodes de perçage laser. Cependant, la technique de formation de trous par photoimagerie nécessite des matériaux photosensibles spéciaux, alors que le plasma n'a aucun effet sur fr - 4. Grâce à sa flexibilité, le perçage laser est devenu la principale méthode de production. Initialement, les lasers disponibles étaient TEA CO2 et UV Nd: YAG. Plusieurs inconvénients limitent leur utilité et leur précision.

Avec une longueur d'onde de 10 600 nanomètres, le laser TEA CO2 ne peut pas forer le cuivre, il est lent et les impulsions sont faciles à manquer, d'où certaines difficultés dans l'application. Lors de l'utilisation d'une telle machine de perçage laser, il est nécessaire de réaliser une fenêtre (masque conforme) aussi grande ou légèrement plus grande que l'ouverture laser finale sur la surface du cuivre. De plus, après une telle ablation laser longue longueur d'onde, une couche carbonisée sera formée dans le PCB et cette couche carbonisée devra être éliminée par des paramètres d'élimination des scories relativement forts. Le laser de la première perceuse laser UV lancée en 1997 était Nd: YAG avec une longueur d'onde de 355 nanomètres. En utilisant la méthode de poinçonnage et d'enroulement, le laser peut très bien se concentrer à travers un petit diamètre de SPOT. Ces forets laser UV sont très efficaces pour forer le cuivre et la résine. Cependant, il y avait un problème lors du forage du fr - 4. En effet, fr - 4 contient des fibres de verre qui absorbent très faiblement les rayons UV et ne sont pas facilement interrompues. Par conséquent, les produits de PCB qui utilisent le perçage laser UV nécessitent l'utilisation d'une feuille de cuivre enduite de résine (RCC) au lieu de fr - 4 comme matériau de construction. L'efficacité de la perceuse laser UV est très faible et la stabilité de la puissance est également problématique. Après une stabilité accrue et une forte augmentation de la puissance nominale, l'ablation de la fibre de verre reste un problème et la capacité de production de la foreuse laser UV est bien inférieure à celle de la foreuse laser CO2, de sorte que la foreuse UV ne convient actuellement qu'à certaines occasions spéciales. Plus tard, certaines entreprises ont commencé à combiner des lasers CO2 avec des lasers UV, mais cette solution n’était disponible que pour le prototypage de PCB et la production en petites séries. Cette méthode combinée n'est ni économique ni abordable pour les plaques de traitement par lots.

1998 a été une année de forte augmentation de la demande de microplaques pour les aveugles. Par conséquent, les principaux fabricants de PCB ont normalisé le processus etch + CO2 laser, et de nouvelles foreuses laser CO2 ont également commencé à être mises sur le marché, qui n'ont pas de perte d'impulsion et sont plus rapides. L'augmentation substantielle de la capacité de production des nouvelles foreuses au CO2 les rendra finalement rentables pour la production de masse. Le processus de forage est également très stable. Au milieu des années 2000, les principaux fabricants de PCB de l'industrie ont commencé à développer le perçage direct à travers la Feuille de cuivre. Réduire le cuivre à 5 mm ~ 12 mm d'épaisseur et rendre la surface du cuivre rugueuse et sombre avant le forage. L'avantage technique d'un tel perçage direct au laser est de réduire l'étape de gravure de la fenêtre en cuivre et de réduire considérablement le coût. Il s'agit actuellement de la principale méthode de réalisation de micropores aveugles pour toute interconnexion de couche. Cependant, cette méthode présente l'inconvénient que la fenêtre de traitement est relativement étroite et ne peut pas être retravaillée. D'un point de vue qualitatif, il s'agit d'un grand défi pour la production en série stable de micropores aveugles de moins de 100 µm. Comme des défauts tels que le cuivre en surplomb, les fibres de verre saillantes et les résidus de résine dans les orifices peuvent poser des problèmes de qualité lors des processus ultérieurs de décapage et de placage, il est essentiel d'optimiser ces micro - trous borgnes de moins de 100 µm pour éliminer le cuivre en surplomb dans les orifices et les éliminer. Défauts tels que saillie de fibre de verre, résidus de résine, etc. Le forage laser CO2 restera dominant pendant un certain temps. Cependant, de nouvelles perceuses laser picoseconde et femtoseconde arriveront sur le marché. Ces foreuses offrent des avantages en termes de vitesse de traitement, de qualité de forage et d'efficacité de production. Lorsque l'industrie est confrontée au défi du trou borgne laser à petite ouverture, ces foreuses laser peuvent devenir une direction de développement. De plus, ces forets laser causent moins de dommages thermiques aux matériaux que les forets laser à impulsion longue (tels que les forets laser CO2). Ces nouveaux forets laser peuvent percer des trous dans une feuille de cuivre non traitée. 2. Processus de placage et d'imagerie le choix du processus de placage de PCB dépend de la largeur / de l'espacement des lignes, de l'épaisseur de la couche isolante et de l'épaisseur finale du cuivre. Dans une conception BGA avec un pas de 0,3 mm, les Plots ont un diamètre de 150 µm, les trous borgnes sont de 75 µm et il y a deux lignes fines espacées de 0,3 mm / 30 mm entre les deux Plots. La réalisation de tels circuits fins par les méthodes de soustraction existantes est difficile. En soustraction, la capacité de gravure est l'un des facteurs clés qui nécessitent l'optimisation du processus de transfert de motif et de l'uniformité du placage. C'est pourquoi l'industrie des PCB utilise le processus msap pour fabriquer des fils fins. Par rapport à la soustraction, les largeurs supérieures et inférieures des lignes minces fabriquées par le procédé msap sont presque identiques, c'est - à - dire qu'il est plus facile de contrôler les lignes en carrés. Un autre avantage de msap est qu'il utilise des procédés PCB standard tels que le perçage et le placage, ainsi que d'autres techniques existantes, et que l'utilisation de matériaux traditionnels peut fournir une bonne adhérence entre le cuivre et la couche diélectrique pour assurer la fiabilité du produit final. Le plus grand avantage du processus msap par rapport à la soustraction est que le type de ligne est facile à contrôler et que les largeurs supérieure et inférieure de l'ensemble de la plaque de production sont presque identiques. L'épaisseur de la ligne est réduite, le type de ligne peut être contrôlé, la diaphonie est faible, le rapport signal sur bruit est élevé et l'intégrité du signal est améliorée. En effet, de tels fils fins et une couche diélectrique plus mince doivent présenter un niveau d'impédance caractéristique.

Actuellement, les circuits des produits PCB sont de plus en plus minces et l'épaisseur de la couche diélectrique diminue constamment. Il est donc nécessaire de choisir le processus de fabrication de PCB approprié. Un tel procédé doit pouvoir répondre aux exigences de placage et de remplissage des trous tout en étant capable de produire des fines ridules. Des lignes plus fines, des espacements plus petits et des trous annulaires nécessitent un contrôle plus strict du processus de transfert de motif. Pour les fils fins, des méthodes telles que la réparation, le retouche ou la réparation ne peuvent pas être utilisées. Si vous voulez obtenir un taux de passage plus élevé, vous devez faire attention à la qualité de l'outil de production graphique, aux paramètres du préimprégné laminé et aux paramètres de la transmission graphique. Pour cette technique, l'utilisation de l'imagerie directe par laser (LDI) au lieu de l'exposition au contact semble de plus en plus attrayante. Cependant, LDI est peu productif et coûteux, de sorte que plus de 90% des produits PCB utilisent l'exposition au contact pour la transmission graphique. L'utilisation de LDI n'est plus rentable que si elle permet d'améliorer considérablement le bon rapport qualité - prix. Il est maintenant très important d'augmenter le taux de finition des PCB pour les interconnexions de couches arbitraires complexes et, par conséquent, nous avons tendance à utiliser LDI. Sans une école de design locale, il serait impossible de produire des cartes de circuits imprimés pour les smartphones haut de gamme. L'avantage du LDI est qu'il permet à chaque carte PCB d'utiliser des dilatations et des contractions différentes, ce qui réduira les déchets dus à un alignement inexact. Pour tirer pleinement parti des avantages de LDI, il est nécessaire d'adapter le film sec ou humide à la technologie de transfert graphique pour une capacité de production optimale. Ces dernières années, la capacité de traitement et la capacité de production des films secs / humides ont considérablement augmenté. Cela peut vous aider à acheter une école de design locale (LDI) pour la transmission graphique. Parce que vous voulez toujours utiliser des techniques éprouvées lorsque vous êtes confronté à d'autres options. En outre, il existe une machine di qui peut également être utilisée pour la production de PCB. Environ 25% des machines di nouvellement vendues sont utilisées pour produire des motifs de masque de soudure. L'utilisation de di dans un procédé de soudage par résistance peut augmenter considérablement le rendement, mais l'inconvénient est que sa capacité de production est trop faible.

3. Aperçu de la technologie alv HDI cet article décrit principalement les processus de fabrication clés des cartes PCB interconnectées à couche arbitraire dans le processus de production et leur impact sur les coûts. Lors du choix d'un procédé, il convient de tenir compte du fait que cette technologie doit répondre aux besoins actuels et futurs des produits d'emballage électronique. Les défis auxquels sont confrontés les circuits imprimés HDI sont: l'augmentation des capacités et la réduction de la taille des circuits imprimés, ainsi que la présence fréquente de structures ultra - minces dans les produits finis ces derniers temps. Pour préparer les matériaux et les méthodes de production en temps opportun, il est nécessaire de gérer efficacement la chaîne d'approvisionnement, de raccourcir les cycles de production des prototypes et de commercialiser plus rapidement leurs produits. La fabrication soustractive (feuille de cuivre ou placage) de fils fins sera confrontée à des limites d'épaisseur de cuivre et de déviations d'épaisseur de cuivre sensibles à l'espacement des fils, aux déviations d'épaisseur et à la rugosité du cuivre de base. L'addition a une résolution plus élevée et le type de ligne est bon lors de la fabrication de lignes fines, mais pour les ingénieurs, le contrôle est plus complexe et peut nécessiter un investissement important. Les lignes fines du processus msap ont des parois latérales plus droites, de sorte que les pertes de transmission et la diaphonie sont relativement faibles, et l'intégrité du signal PCB est améliorée. Il n'y a pas de réponse facile au choix du processus de fabrication de circuits imprimés, car le choix du processus de fabrication de circuits imprimés dépend principalement des caractéristiques de la conception du produit. Si les ingénieurs sont impliqués dans le processus de conception du produit le plus tôt possible, cela aidera à trouver la solution la plus économique.