PCB Tecnico - Sfide e progressi affrontati dalla tecnologia HDI nella produzione di massa di circuiti stampati

Con lo sviluppo di prodotti quali smartphone, tablet computer e dispositivi indossabili nella direzione della miniaturizzazione e multifunzionalità, la tecnologia dei circuiti stampati interconnessi ad alta densità è stata continuamente migliorata, la larghezza e la spaziatura dei cavi PCB, il diametro e il centro del foro del disco micro-foro La distanza, Così come lo spessore dello strato conduttore e dello strato isolante stanno costantemente diminuendo, in modo che il numero di strati del PCB possa essere aumentato per ospitare più componenti senza aumentare le dimensioni, il peso e il volume del PCB. Inoltre, con l'aumento della larghezza di banda wireless di trasmissione dei dati e della velocità di elaborazione, le prestazioni elettriche del PCB diventano estremamente importanti.

Proprio come l'industria dei circuiti integrati ha incontrato ostacoli per l'espansione delle prestazioni e la conformità alla legge di Moore, l'industria dei PCB sta anche affrontando sfide in termini di capacità di processo e prestazioni dei materiali al fine di migliorare continuamente la densità di interconnessione e le prestazioni elettriche. Anche se il PCB adotta un design ad alta densità (ALV HDI) di interconnessione a qualsiasi livello, ci sono ancora limitazioni nell'espansione e nel miglioramento delle prestazioni e anche il costo di produzione è aumentato e c'è un problema economico. L'industria dei PCB deve affrontare la sfida di aumentare il numero di strati e diminuire lo spessore. Lo spessore dello strato isolante è sceso al di sotto del valore critico di 50 μm e la stabilità dimensionale e le prestazioni elettriche del PCB (in particolare impedenza del segnale e resistenza dell'isolamento) sono diminuite.

Allo stesso tempo, la densità delle tracce di segnale continua ad aumentare e la larghezza della traccia è inferiore a 40 μm. È molto difficile fabbricare una tale traccia utilizzando il metodo sottrattivo tradizionale. Sebbene la tecnologia del metodo additivo possa realizzare la produzione di circuiti più raffinati, ha i problemi di alto costo e piccola scala di produzione. L'uso di apparecchiature adatte complesse e automatizzate aumenta, come le apparecchiature di imaging diretto laser (LDI) e la tecnologia del foro laser diretto laser (LDD) 100 μm possono migliorare i problemi di cui sopra, ma il costo aumenterà e le prestazioni del materiale sono anche un po 'limitate. Ciò significa anche che dobbiamo concentrarci sulle basi per rendere il nostro sistema più potente ed economico. Questo articolo presenta le recenti sfide e i progressi della tecnologia ALV HDI nella produzione di massa per soddisfare la sua domanda di volume, affidabilità e prezzo competitivo nel campo dell'imballaggio elettronico.

Con la popolarità dei social media, sempre più comunicazione viene realizzata attraverso smartphone o tablet. I social media sono ora una parte importante di qualsiasi piano di marketing aziendale di successo. Ci fornisce una piattaforma per comunicare con clienti esistenti e potenziali, e può anche fornirci feedback e nuove idee frequentemente. Ciò significa che la quantità di dati per la trasmissione delle informazioni è notevolmente aumentata negli ultimi anni e continuerà ad aumentare. L'aumento delle funzioni successive e la riduzione delle dimensioni dei componenti saranno la principale forza trainante per lo sviluppo del PCB. La velocità di sviluppo della tecnologia a semiconduttore è quasi esponenziale, raddoppiando ogni due anni, e questa velocità di sviluppo continuerà negli ultimi anni. Quando confrontiamo la classica struttura PCB rigida utilizzata nella prima generazione di telefoni cellulari con l'ultimo PCB utilizzato negli smartphone attuali, possiamo vedere una differenza enorme. Si può dire che la miniaturizzazione è la tendenza principale negli ultimi anni. Anche se le dimensioni del telefono cellulare non sono cambiate molto, è ovvio che i componenti e PCB si stanno restringendo continuamente per adattarsi a funzioni più forti. In un tipico smartphone o tablet computer, la maggior parte dello spazio è occupato dallo schermo del display e dalla batteria, e i restanti dispositivi elettronici sono stati ridotti di dimensioni e integrati in una piccola area. Mentre la spaziatura dei componenti diminuisce e il numero di I/O aumenta, forse uno dei cambiamenti più significativi è il diradamento della scheda e l'aumento del numero di strati. Dieci anni fa, lo spessore di un PCB rigido tipico era di oltre 1 mm. Ora, lo spessore di un PCB tipico smartphone è di circa 0,5 a 0,7 mm. Tuttavia, c'è una chiara tendenza che mostra che il numero di strati sta aumentando mentre lo spessore della scheda sta diminuendo. Secondo la tabella di marcia del settore, ci si può aspettare che PCB di spessore inferiore a 0,4 mm appariranno nei dispositivi portatili nei prossimi anni. A seconda della complessità del prodotto, il numero di strati contenenti micropori aumenterà a 10 o addirittura a 12. Ovviamente questo porterà all'uso di sottili strati dielettrici e conduttori. Alcuni anni fa, la tecnologia del passo di 0,6 mm ~ 0,8 mm era utilizzata in dispositivi portatili in quel momento. Gli smartphone di oggi, a causa del numero di componenti I/O e miniaturizzazione del prodotto, rendono il PCB ampiamente utilizzato la tecnologia passo 0,4 mm. Come previsto, questa tendenza si sta muovendo verso 0,3 mm. Infatti, lo sviluppo della tecnologia di passo 0,3 mm per i terminali mobili è iniziato diversi anni fa. Allo stesso tempo, la dimensione del micro-foro e il diametro della piastra di collegamento sono stati ridotti rispettivamente a 75 mm e 200 mm. L'obiettivo dell'industria è quello di ridurre i micro-fori e dischi a 50 mm e 150 mm, rispettivamente, nei prossimi anni. Figura 2 La miniaturizzazione delle specifiche di progettazione del passo da 0,3 mm determina la riduzione della larghezza della linea, del passo e delle dimensioni della scheda di montaggio superficiale nel PCB ALV HDI. Con l'uso di qualsiasi tecnologia a strati, la miniaturizzazione diventa possibile. Poiché l'interconnessione può essere formata tra qualsiasi strato, questo dà ai progettisti più libertà. Il miglioramento della capacità del processo di produzione del filo sottile è evidente. E nuove soluzioni di produzione e lavorazione sono necessarie per soddisfare i requisiti di questi nuovi progetti.

Le fasi chiave di produzione della miniaturizzazione del PCB ALV HDI sono la laminazione multistrato, la perforazione laser, l'imaging, l'incisione e i processi di galvanizzazione e come ottimizzare il processo per soddisfare processi di produzione ad alto volume, robusti, affidabili e a basso costo. Costo di produzione. 1. L'evoluzione della tecnologia laser micro-foro Nella metà degli anni '90, il passo del perno del componente è diminuito. La difficoltà tecnica risiede nel collegare componenti ad alto I/O con PCB PTH multistrato. Per far fronte a questa sfida, l'industria dei PCB non solo ha ridotto i fori passanti dei trapani meccanici a meno di 150 mm, ma ha anche sviluppato tecnologie di micro-fori, come strati dielettrici fotoimagebili, fori di incisione al plasma e metodi di perforazione laser. Tuttavia, la tecnologia di formare fori mediante fotoimaging richiede materiali fotosensibili speciali e il plasma non ha alcun effetto su FR-4. Grazie alla sua flessibilità, la perforazione laser è diventata ora il metodo di produzione dominante. Inizialmente, i laser disponibili erano TEA CO2 e UV Nd: YAG. Ci sono state diverse carenze che hanno limitato la loro praticità e accuratezza.

Il laser TEA CO2 ha una lunghezza d'onda di 10600 nanometri, non può perforare rame, la sua velocità è lenta e l'impulso è facile da perdere. Pertanto, ci sono alcune difficoltà nell'applicazione. Quando si utilizza questo tipo di perforatrice laser, è necessario fare una finestra (Maschera Conformale) che è grande quanto o leggermente più grande dell'apertura laser finale sulla superficie di rame. Inoltre, dopo questa ablazione laser a lunga lunghezza d'onda, nel PCB si formerà uno strato carbonizzato e questo strato carbonizzato deve essere rimosso attraverso parametri di rimozione delle scorie relativamente forti. Il laser del primo trapano laser UV lanciato nel 1997 era Nd: YAG con una lunghezza d'onda di 355 nm. Il laser può essere messo a fuoco bene attraverso un piccolo diametro del punto, utilizzando il metodo del foro e del cerchio. Questi trapani laser UV sono efficaci quando perforano rame e resina. Tuttavia, c'è un problema durante la perforazione FR-4. Questo perché FR-4 contiene fibre di vetro, che assorbono la luce UV molto debolmente e non sono facilmente interrotte. Pertanto, i prodotti PCB che utilizzano la perforazione laser UV devono utilizzare fogli di rame rivestiti in resina (RCC) invece di FR-4 come materiale di accumulo. L'efficienza della perforatrice laser UV è molto bassa e anche la stabilità di potenza è problematica. Dopo che la stabilità è migliorata e la potenza nominale è aumentata bruscamente, l'ablazione in fibra di vetro è ancora un problema e la capacità di produzione delle piattaforme di perforazione laser UV è molto inferiore a quella delle piattaforme di perforazione laser a anidride carbonica, quindi le piattaforme di perforazione UV sono attualmente adatte solo per alcune occasioni speciali. Più tardi, alcune aziende hanno iniziato a combinare laser CO2 con laser UV, ma questa soluzione è adatta solo per prototipi PCB e produzione di piccoli lotti. Per le schede batch, questo metodo combinato non è economico e conveniente.

Il 1998 è stato un anno in cui la domanda di microlastre cieche è aumentata notevolmente. Pertanto, i principali produttori di PCB hanno standardizzato il processo laser di incisione + anidride carbonica e nuovi impianti di perforazione laser CO2 hanno iniziato ad essere immessi sul mercato, che non hanno perdita di impulso e sono più veloci. Il sostanziale aumento della capacità produttiva del nuovo impianto di perforazione CO2 lo renderà alla fine conveniente nella produzione di massa. Anche il processo di perforazione è molto stabile. Entro la metà degli anni 2000, i produttori leader del settore di PCB hanno iniziato a sviluppare la perforazione diretta attraverso fogli di rame. Sottilizzare il rame a 5 mm ~ 12 mm di spessore, e ruvidere e scurire la superficie di rame prima di forare. Il vantaggio tecnico di questa formazione diretta del foro laser è che la fase di incisione della finestra di rame è ridotta e il costo è significativamente ridotto. Questo è oggi il metodo principale per la produzione di microvie cieche per qualsiasi interconnessione a livello. Tuttavia, lo svantaggio di questo metodo è che la finestra di elaborazione è relativamente stretta e non può essere rielaborata. Dal punto di vista qualitativo, è una sfida enorme per la produzione di massa stabile di microvie cieche inferiori a 100 μm. Poiché difetti come il rame sporgente nell'orifizio, la fibra di vetro sporgente e i residui di resina causeranno problemi di qualità nel successivo processo di desmear e galvanizzazione, questi micro fori ciechi più piccoli di 100 μm devono essere ottimizzati per rimuovere il rame sporgente nell'orifizio ed eliminarli. Difetti come protrusione della fibra di vetro e residuo di resina. La perforazione laser CO2 dominerà ancora per qualche tempo a venire. Tuttavia, nuovi impianti di perforazione laser picosecondo e femtosesecondo entreranno nel mercato. Questi impianti di perforazione hanno vantaggi nella velocità di elaborazione, nella qualità di perforazione e nell'efficienza di produzione. Quando l'industria deve affrontare la sfida dei fori ciechi laser a piccola apertura, questi impianti di perforazione laser possono diventare una direzione di sviluppo. Inoltre, il danno termico di questi trapani laser ai materiali è inferiore a quello dei trapani laser a lungo impulso (come i trapani laser CO2). Questi nuovi trapani laser possono perforare fori in foglio di rame che non è stato lavorato in alcun modo. La scelta del processo di galvanizzazione del PCB è determinata dalla larghezza/spaziatura della linea, dallo spessore dello strato isolante e dallo spessore finale del rame. Nel disegno BGA passo 0,3 mm, il diametro del pad è di 150 μm, il foro cieco è di 75 μm e due linee sottili di 30 mm/30 mm sono eseguite tra i due pad con un passo di 0,3 mm. È difficile realizzare questo tipo di circuito sottile attraverso il metodo sottrattivo esistente. Nel metodo sottrattivo, la capacità di incisione è uno dei fattori chiave e sia il processo di trasferimento del modello che l'uniformità della placcatura devono essere ottimizzati. Questo è il motivo per cui l'industria PCB utilizza il processo mSAP per creare linee sottili. Rispetto al metodo sottrattivo, la larghezza superiore e la larghezza inferiore della linea sottile fatta dal processo mSAP sono quasi le stesse, cioè è più facile controllare la linea in una forma quadrata. Un altro vantaggio di mSAP è che utilizza processi PCB standard, come perforazione e galvanizzazione, e altre tecnologie esistenti, e l'uso di materiali tradizionali può fornire una buona adesione tra il rame e lo strato dielettrico per garantire l'affidabilità del prodotto finale. Rispetto al metodo sottrattivo, il più grande vantaggio del processo mSAP è che il tipo di linea è facile da controllare e la larghezza superiore e inferiore dell'intera scheda di produzione sono quasi le stesse. Lo spessore della linea è ridotto, il tipo di linea può essere controllato, il crosstalk è basso, il rapporto segnale-rumore è alto e l'integrità del segnale è migliorata. Infatti, tali fili sottili e strati dielettrici più sottili devono avere livelli di impedenza caratteristici.

Attualmente, il circuito dei prodotti PCB sta diventando sempre più sottile e lo spessore dello strato dielettrico viene continuamente ridotto. Pertanto, è necessario scegliere un processo di produzione PCB adatto. Questo processo deve essere in grado di soddisfare i requisiti di galvanizzazione e riempimento fori, e allo stesso tempo essere in grado di produrre linee sottili. Linee sottili, piazzole più piccole e fori ad anello richiedono un controllo più rigoroso sul processo di trasferimento del modello. Per le linee sottili, non è possibile utilizzare metodi come riparazione, rilavorazione o riparazione. Se si desidera ottenere un tasso di passaggio più alto, è necessario prestare attenzione alla qualità degli strumenti di produzione grafica, ai parametri del prepreg laminato e ai parametri del trasferimento grafico. Per questa tecnologia, l'uso dell'imaging diretto laser (LDI) invece dell'esposizione a contatto sembra sempre più attraente. Tuttavia, LDI ha bassa efficienza produttiva e alto costo, quindi più del 90% dei prodotti PCB utilizza l'esposizione a contatto per il trasferimento grafico. Solo quando LDI può migliorare notevolmente il tasso di rendimento, è più conveniente utilizzare LDI. Ora, il miglioramento della resa PCB dell'interconnessione a strati arbitrari complessa è molto importante, quindi tendiamo a utilizzare LDI. Senza LDI, sarebbe impossibile produrre PCB per smartphone di fascia alta. Il vantaggio di LDI è che consente ad ogni scheda PCB di utilizzare diverse espansioni e contrazione, che ridurranno gli scarti a causa di allineamento impreciso. Per dare pieno gioco alla superiorità di LDI, film secco o film bagnato deve essere abbinato alla tecnologia di trasferimento grafico per ottenere la migliore capacità produttiva. Recentemente, la capacità di processo e la capacità di produzione del film secco / bagnato sono stati notevolmente migliorati. Questo può aiutarti ad acquistare LDI per effettuare trasferimenti grafici. Perché quando ci si trova di fronte ad altre scelte, si vuole sempre utilizzare una tecnologia collaudata. Inoltre, c'è anche una macchina DI che può essere utilizzata anche nella produzione di PCB. Circa il 25% delle macchine DI appena vendute viene utilizzato per la produzione di modelli di maschere di saldatura. L'uso di DI nel processo di saldatura maschera può aumentare notevolmente la resa, ma lo svantaggio è che la sua capacità produttiva è troppo bassa.

Questo articolo presenta principalmente il processo di produzione chiave di qualsiasi scheda PCB di interconnessione a strati nel processo di produzione e il suo impatto sui costi. Quando si sceglie un processo, si dovrebbe considerare che questa tecnologia deve soddisfare le esigenze attuali e future dei prodotti per l'imballaggio elettronico. Le sfide affrontate da HDI PCB sono: l'aumento delle funzioni PCB e la riduzione delle dimensioni, così come la struttura ultrasottile che appare frequentemente nei recenti prodotti terminali. Al fine di preparare i materiali e i metodi di produzione in modo tempestivo, è necessario gestire efficacemente la catena di fornitura, accorciare il ciclo di produzione del prototipo e portare i loro prodotti sul mercato più velocemente. I metodi Sottrazione (foglio di rame o galvanizzazione) per realizzare linee sottili affronteranno i limiti dello spessore del rame e della deviazione dello spessore del rame, che sono sensibili alla spaziatura del filo, alla deviazione dello spessore e alla rugosità del rame base. Il metodo additivo ha una risoluzione più elevata e il tipo di linea è buono quando si realizzano linee sottili, ma per gli ingegneri, il controllo è più complicato e può richiedere molti investimenti. Le linee sottili del processo mSAP hanno pareti laterali più dritte, quindi la perdita di trasmissione e crosstalk sono relativamente basse e l'integrità del segnale PCB è migliorata. Non c'è una risposta semplice alla scelta del processo di produzione del PCB, perché la scelta del processo di produzione del PCB dipende principalmente dalle caratteristiche del design del prodotto. Se l'ingegnere è coinvolto nel processo di progettazione del prodotto in anticipo, aiuterà a trovare la soluzione più economica.