Teknik PCB - Challenges and progress faced by HDI technology in mass production of circuit boards

Dengan pembangunan produk seperti telefon pintar, komputer tablet dan peranti yang boleh dipakai dalam arah miniaturisasi dan multi-fungsi, teknologi papan sirkuit cetak yang berkaitan densiti tinggi telah terus-menerus diperbaiki, lebar dan ruang wayar PCB, diameter dan pusat lubang cakera micro-hole Jarak, Sekalipun tebal lapisan konduktor dan lapisan pengisihan terus menurun, sehingga bilangan lapisan PCB boleh ditambah untuk mengakomodasi lebih komponen tanpa meningkatkan saiz, berat badan, dan volum PCB. Selain itu, dengan meningkat lebar banding pemindahan data tanpa wayar dan kelajuan pemprosesan, prestasi elektrik PCB menjadi sangat penting.

Sama seperti industri sirkuit terintegrasi telah menghadapi halangan untuk pengembangan prestasi dan mematuhi undang-undang Moore, industri PCB juga menghadapi cabaran dalam kemampuan proses dan prestasi bahan untuk terus-menerus meningkatkan ketepatan antara sambungan dan prestasi elektrik. Walaupun PCB mengadopsi rancangan mana-mana lapisan sambungan densiti tinggi (ALV HDI), masih ada keterangan dalam pengembangan prestasi dan peningkatan, dan biaya penghasilan juga meningkat, dan terdapat masalah yang berkesan. Industri PCB menghadapi cabaran untuk meningkatkan bilangan lapisan dan menurun tebal. Ketempatan lapisan pengisihan telah jatuh di bawah nilai kritik 50 μm, dan kestabilan dimensi dan prestasi elektrik PCB (terutama penghalang isyarat dan perlahan pengisihan) telah menurun.

Pada masa yang sama, ketepatan jejak isyarat terus meningkat, dan lebar jejak adalah kurang dari 40 μm. Sangat sukar untuk membuat jejak seperti ini menggunakan kaedah tolak tradisional. Walaupun teknologi kaedah aditif boleh menyadari produksi sirkuit yang lebih baik, ia mempunyai masalah dengan biaya tinggi dan skala produksi kecil. Penggunaan peralatan kompleks dan automatik yang sesuai meningkat, seperti peralatan imej langsung laser (LDI) dan pengeboran langsung laser (LDD) 100 μm teknologi lubang laser boleh meningkat masalah di atas, tetapi biaya akan meningkat, dan prestasi bahan juga agak terbatas. Ini juga bermakna bahawa kita perlu fokus pada dasar untuk membuat sistem kita lebih kuat dan berkesan pada biaya. Artikel ini memperkenalkan cabaran dan kemajuan teknologi HDI ALV dalam produksi massa untuk memenuhi permintaan volum, kepercayaan, dan harga kompetitif dalam bidang pakej elektronik.

1. Pandangan ringkasan teknologi HDI ALV Dengan popularitas media sosial, semakin banyak komunikasi diketahui melalui telefon pintar atau tablet. Media sosial sekarang merupakan bahagian penting dari rancangan pemasaran syarikat yang berjaya. Ia memberikan kita platform untuk berkomunikasi dengan pelanggan yang ada dan berpotensi, dan ia juga boleh memberikan kita balas balik dan idea baru sering. Ini bermakna jumlah data untuk penghantaran maklumat telah meningkat dalam bertahun-tahun terakhir, dan akan terus meningkat. Peningkatan fungsi berikutnya dan pengurangan saiz komponen akan menjadi kekuatan pemandu utama untuk pembangunan PCB. Kelajuan pembangunan teknologi semikonduktor hampir eksponensial, menggandakan setiap dua tahun, dan kelajuan pembangunan ini akan terus dalam tahun-tahun terakhir. Apabila kita membandingkan struktur PCB yang kasar klasik yang digunakan dalam generasi pertama telefon bimbit dengan PCB terbaru yang digunakan dalam telefon pintar semasa, kita boleh melihat perbezaan besar. Ia boleh dikatakan bahawa miniaturisasi adalah trend utama dalam tahun-tahun terakhir. Walaupun saiz telefon bimbit tidak berubah banyak, jelas bahawa komponen dan PCB berkurang terus-menerus untuk menyesuaikan kepada fungsi yang lebih kuat. Dalam telefon pintar atau komputer tablet biasa, sebahagian besar ruang dipenuhi oleh skrin paparan dan bateri, dan peranti elektronik yang tersisa telah dikurangi dalam saiz dan diintegrasikan ke kawasan kecil. Sebagai ruang komponen menurun dan bilangan I/O meningkat, mungkin salah satu perubahan yang paling signifikan adalah penapisan papan dan meningkat bilangan lapisan. Sepuluh tahun yang lalu, tebal PCB biasa yang ketat lebih dari 1 mm. Sekarang, tebal PCB biasa telefon cerdas adalah kira-kira 0.5 hingga 0.7 mm. Namun, terdapat trend yang jelas menunjukkan bahawa bilangan lapisan meningkat semasa tebal papan berkurang. Menurut peta laluan industri, ia boleh dijangka bahawa PCB kurang dari 0.4 mm tebal akan muncul dalam peranti komputer tangan dalam beberapa tahun berikutnya. Bergantung pada kompleksiti produk, bilangan lapisan yang mengandungi mikropore akan meningkat kepada 10 atau bahkan 12. Jelas ini akan membawa kepada penggunaan lapisan dielektrik tipis dan konduktor. Beberapa tahun yang lalu, 0.6 mm ~ 0.8 mm teknologi pitch digunakan dalam peranti komputer tangan pada masa itu. Telefon pintar hari ini, disebabkan bilangan komponen I/O dan pengurangan produk, membuat PCB yang banyak digunakan teknologi pitch 0.4 mm. Seperti yang dijangka, perkembangan ini bergerak ke arah 0.3 mm. Sebenarnya, pembangunan teknologi 0.3 mm pitch untuk terminal bimbit telah bermula beberapa tahun yang lalu. Pada masa yang sama, saiz lubang mikro dan diameter plat sambungan telah dikurangkan kepada 75 mm dan 200 mm, berdasarkan. Tujuan industri adalah untuk mengurangi lubang mikro dan cakera kepada 50 mm dan 150 mm, sesuai dengan, dalam beberapa tahun ke depan. Figure 2 Miniaturisasi spesifikasi desain pitch 0.3 mm memandu pengurangan lebar baris, pitch dan saiz papan lekapan permukaan dalam PCB HDI ALV. Dengan menggunakan sebarang teknologi lapisan, miniaturisasi menjadi mungkin. Oleh kerana sambungan boleh membentuk antara mana-mana lapisan, ini memberikan perancang lebih kebebasan. Perbaikan kapasitas proses pembuatan wayar tipis adalah jelas. Dan pembuatan dan prosesan penyelesaian baru diperlukan untuk memenuhi keperluan rancangan baru ini.

2. cabaran yang dihadapkan oleh penghasilan PCB HDI ALV Langkah-langkah produksi utama miniaturisasi PCB HDI ALV adalah laminasi berbilang lapisan, pengeboran laser, imej, etching dan proses elektroplating, dan bagaimana untuk optimumkan proses untuk memenuhi proses produksi volum tinggi, kuat, boleh dipercayai dan harga rendah. Biaya produksi. 1. Evolusi teknologi laser lubang mikro pada pertengahan 1990-an, titik pin komponen berkurang. Kesukaran teknik adalah menyambung komponen I/O tinggi dengan PCB PTH berbilang lapisan. Untuk memenuhi cabaran ini, industri PCB tidak hanya mengurangkan lubang-lubang latihan mekanik ke kurang dari 150 mm, tetapi juga mengembangkan teknologi lubang-mikro, seperti lapisan dielektrik yang boleh dipotong foto, lubang pencetak plasma, dan kaedah pengeboran laser. Namun, teknologi membentuk lubang dengan fotoimajinasi memerlukan bahan fotosensitif istimewa, dan plasma tidak mempunyai kesan pada FR-4. Kerana fleksibilitinya, pengeboran laser kini menjadi kaedah produksi dominan. Pada awalnya, laser tersedia adalah TEA CO2 dan UV Nd: YAG. Terdapat beberapa kekurangan yang membatasi praktikal dan ketepatan mereka.

Laser TEA CO2 mempunyai panjang gelombang 10600 nanometer, ia tidak boleh menggali tembaga, kelajuannya adalah lambat, dan denyutan itu mudah terlepas. Oleh itu, ada kesulitan tertentu dalam aplikasi. Apabila menggunakan mesin pengeboran laser jenis ini, perlu membuat tetingkap (Topeng Konfigural) yang sebesar atau sedikit lebih besar daripada terbuka laser akhir di permukaan tembaga. Selain itu, selepas ablasi laser panjang gelombang panjang ini, lapisan karbonisasi akan membentuk dalam PCB, dan lapisan karbonisasi ini mesti dibuang melalui parameter pembuangan dross relatif kuat. Laser latihan laser UV pertama dilancarkan pada 1997 adalah Nd: YAG dengan panjang gelombang 355 nm. Laser boleh fokus dengan baik melalui diameter titik kecil, menggunakan lubang dan kaedah mengelilingi. Latihan laser UV ini berkesan bila menggali tembaga dan resin. Namun, ada masalah bila menggali FR-4. Ini kerana FR-4 mengandungi serat kaca, yang menyerap cahaya UV sangat lemah dan tidak mudah diganggu. Oleh itu, produk PCB yang menggunakan pengeboran laser UV perlu menggunakan foil tembaga yang dikelilingi resin (RCC) selain dari FR-4 sebagai bahan pembangunan. Efisiensi mesin pengeboran laser UV sangat rendah, dan kestabilan kuasa juga problematik. Selepas kestabilan telah meningkat dan kuasa nominal telah meningkat dengan tajam, pembuluhan serat kaca masih masalah, dan kapasitas produksi rig pengeboran laser UV jauh lebih rendah daripada rig pengeboran laser dioksida karbon, jadi rig pengeboran UV sekarang hanya sesuai untuk beberapa kesempatan istimewa. Kemudian, beberapa syarikat mula menggabungkan laser CO2 dengan laser UV, tetapi penyelesaian ini hanya sesuai untuk prototip PCB dan produksi batch kecil. Untuk papan batch, kaedah kombinasi ini tidak ekonomi dan boleh diterima.

1998 adalah setahun ketika permintaan mikro-plat buta meningkat secara konsisten. Oleh itu, penghasil PCB bersifat utama telah mencatat proses laser etching + karbon dioksida, dan peralatan pengeboran laser CO2 baru telah mula diletakkan ke pasar, yang tidak mempunyai kerugian denyut nadi dan lebih cepat. Peningkatan yang besar dalam kapasitas produksi mesin pengeboran CO2 baru akan akhirnya membuatnya berkesan dalam produksi massa. Proses pengeboran juga sangat stabil. Pada tengah-2000-an, penghasil PCB yang memimpin industri mula mengembangkan pengeboran langsung melalui foil tembaga. Lembut tembaga kepada 5 mm ~ 12 mm tebal, dan keras dan gelap permukaan tembaga sebelum pengeboran. Keuntungan teknikal bagi bentuk lubang langsung laser ini ialah langkah pencetakan tetingkap tembaga dikurangkan, dan biaya dikurangkan secara signifikan. Ini adalah hari ini kaedah utama untuk produksi mikrovia buta untuk setiap sambungan lapisan. Namun, kesukaran kaedah ini ialah tetingkap pemprosesan relatif sempit dan tidak dapat diubahsuai. Dari sudut pandangan kualiti, ia adalah cabaran besar untuk produksi mass a stabil mikrovia buta yang lebih kecil daripada 100 μm. Kerana cacat seperti tembaga overhang di lubang, serat kaca yang meletup, dan sisa resin akan menyebabkan masalah kualiti dalam proses desmear dan elektroplating berikutnya, lubang buta mikro ini lebih kecil dari 100 μm mesti optimum untuk membuang tembaga overhang di lubang dan membuangnya. Kesalahan seperti protrusion serat kaca dan sisa resin. Penggeledahan laser CO2 masih akan mendominasi untuk beberapa masa yang akan datang. Namun, alat pengeboran laser pikosekund dan femtosekond baru akan masuk ke pasar. Pemacu pengeboran ini mempunyai keuntungan dalam kelajuan pemprosesan, kualiti pengeboran dan efisiensi produksi. Apabila industri menghadapi cabaran lubang buta laser terbuka kecil, alat pengeboran laser ini mungkin menjadi arah pembangunan. Selain itu, kerosakan panas latihan laser ini kepada bahan-bahan adalah kurang daripada latihan laser puls panjang (seperti latihan laser CO2). Latihan laser baru ini boleh menggali lubang dalam foil tembaga yang belum diproses dalam mana-mana cara. 2. Proses elektroplating dan imej Pilihan proses elektroplating PCB ditentukan oleh lebar/jarak garis, tebal lapisan isolasi, dan tebal tembaga akhir. Dalam rancangan BGA 0.3 m m, diameter pad ialah 150 μm, lubang buta ialah 75 μm, dan dua garis halus 30 mm/30 mm dijalankan antara kedua-dua pads dengan pitch 0.3 mm. Ia mencabar untuk membuat sirkuit halus semacam ini melalui kaedah penanggalan yang ada. Dalam kaedah tolak, kemampuan pencetak adalah salah satu faktor kunci, dan kedua-dua proses pemindahan corak dan keseluruhan pencetak perlu optimum. Inilah sebabnya industri PCB menggunakan proses mSAP untuk membuat garis yang baik. Berbanding dengan kaedah tolak, lebar atas dan lebar bawah garis halus yang dibuat oleh proses mSAP hampir sama, iaitu, lebih mudah mengawal garis ke dalam bentuk kuasa dua. Keuntungan lain mSAP ialah ia menggunakan proses PCB piawai, seperti pengeboran dan elektroplating, dan teknologi lain yang ada, dan penggunaan bahan tradisional boleh menyediakan perlindungan yang baik antara tembaga dan lapisan dielektrik untuk memastikan kepercayaan produk akhir. Berbanding dengan kaedah tolak, keuntungan terbesar proses mSAP ialah jenis baris mudah dikawal, dan lebar atas dan lebar bawah seluruh papan produksi hampir sama. Ketempatan garis dikurangkan, jenis garis boleh dikawal, perbualan salib rendah, nisbah isyarat-bunyi tinggi, dan integriti isyarat diperbaiki. Sebenarnya, wayar tipis dan lapisan dielektrik yang lebih tipis mesti mempunyai tahap impedance yang berkarateristik.

Pada masa ini, litar produk PCB semakin kurus dan kurus, dan tebal lapisan dielektrik terus-menerus dikurangi. Oleh itu, perlu memilih proses penghasilan PCB yang sesuai. Proses ini mesti mampu memenuhi keperluan elektroplating dan mengisi lubang, dan pada masa yang sama mampu menghasilkan garis halus. Baris Finer, pitches yang lebih kecil, dan lubang cincin memerlukan kawalan yang lebih ketat atas proses pemindahan corak. Untuk garis halus, kaedah seperti perbaikan, kerja semula atau perbaikan tidak dapat digunakan. Jika and a ingin mendapatkan kadar lulus yang lebih tinggi, anda mesti perhatikan kualiti alat produksi grafik, parameter prepreg laminasi dan parameter pemindahan grafik. Untuk teknologi ini, penggunaan imej langsung laser (LDI) selain daripada eksposisi kenalan kelihatan semakin menarik. Namun, LDI mempunyai efisiensi produksi rendah dan kos tinggi, jadi lebih dari 90% produk PCB menggunakan eksposisi kenalan untuk pemindahan grafik. Hanya apabila LDI boleh meningkatkan kadar keuntungan yang jauh, ia lebih berkesan untuk menggunakan LDI. Sekarang, PCB memberikan peningkatan bagi sambungan lapisan arbitrari kompleks adalah sangat penting, oleh itu, kita cenderung untuk menggunakan LDI. Tanpa LDI, ia akan menjadi mustahil untuk menghasilkan PCB untuk telefon pintar berakhir tinggi. Keuntungan LDI ialah ia membolehkan setiap papan PCB menggunakan pengembangan dan kontraksi yang berbeza, yang akan mengurangi sampah disebabkan penyesuaian yang tidak tepat. Untuk memberikan permainan penuh kepada ketinggian LDI, filem kering atau filem basah perlu sepadan dengan teknologi pemindahan grafik untuk mendapatkan kapasitas produksi terbaik. Baru-baru ini, kemampuan proses dan kemampuan produksi filem kering/basah telah meningkat jauh. Ini mungkin membantu anda membeli LDI untuk membuat pemindahan grafik. Kerana apabila anda menghadapi beberapa pilihan lain, anda sentiasa mahu menggunakan teknologi yang diuji. Selain itu, terdapat juga mesin DI yang juga boleh digunakan dalam produksi PCB. Sekitar 25% mesin DI yang baru dijual digunakan untuk produksi corak topeng askar. Penggunaan DI dalam proses topeng askar mungkin meningkatkan hasil, tetapi kelemahan ialah kapasitas produksinya terlalu rendah.

3. Ringkasan teknologi HDI ALV Artikel ini terutamanya memperkenalkan proses penghasilan kunci bagi setiap papan PCB sambungan lapisan dalam proses produksi dan kesannya pada kos. Apabila memilih proses, ia patut dianggap bahawa teknologi ini mesti memenuhi keperluan semasa dan masa depan produk pakej elektronik. cabaran yang dihadapi oleh PCB HDI ialah: peningkatan fungsi PCB dan peningkatan saiz, serta struktur ultra-tipis yang sering muncul dalam produk terminal baru-baru ini. Untuk menyediakan bahan dan kaedah produksi secara tepat waktu, perlu mengendalikan rantai bekalan secara efektif, memperpendek siklus produksi prototip, dan membawa produk mereka ke pasar lebih cepat. Kaedah subtraktif (foil tembaga atau elektroplating) untuk membuat garis-garis halus akan menghadapi keterbatasan tebal dan penyebaran tebal tembaga, yang sensitif kepada ruang wayar, penyebaran tebal dan kasar tembaga asas. Kaedah aditif mempunyai resolusi yang lebih tinggi, dan jenis garis adalah baik apabila membuat garis halus, tetapi untuk jurutera, kawalan lebih rumit dan mungkin memerlukan banyak pelaburan. Garis-garis halus proses mSAP mempunyai dinding sisi yang lebih lurus, jadi kerugian pemindahan dan perbualan salib relatif rendah, dan integriti isyarat PCB diperbaiki. Tiada jawapan mudah untuk pilihan proses produksi PCB, kerana pilihan proses produksi PCB bergantung pada ciri-ciri desain produk. Jika jurutera terlibat dalam proses desain produk awal, ia akan membantu mencari penyelesaian paling ekonomi.