ITEQ IT-150GS -piirilevy korkean tason luotettavuutta varten

ITEQ IT-150GS:ää voidaan parhaiten pitää luotettavuutta korostavana, halogeenittomana ja keskihäviöisenä FR-4-materiaalina. Se ei ole ratkaisu äärimmäiseen pitkän kanavan häviöongelmaan. Se on ratkaisu tilanteisiin, joissa monikerroslevyltä edellytetään parempaa sähköistä käyttäytymistä kuin standardihäviöiseltä FR-4:ltä, mutta samalla se kohtaa lyijyttömän lämpöaltistuksen, tiheät pinnoitetut reiät, CAF-riskin, mittahallinnan sekä kustannus- tai saatavuusrajoitukset.

ITEQin nykyisessä tuotevertailussa tyypilliset Dk-arvot ovat 3.9 ja Df-arvot 0.012 10 GHz:n taajuudella ilmoitetulle 50 %:n hartsipitoisuudelle. Tämä sijoittaa IT-150GS:n keskihäviöiseen luokkaan, selvästi erittäin pienihäviöisten IT-968G- ja IT-988GSE-tasojen yläpuolelle. Oikea tekninen kysymys ei siis ole "Onko Df pieni?", vaan "Kestäkö tämä materiaali ja kokoonpano levyn lämpö-, kosteus-, jännite-, reikä- ja käyttörasitukset samalla, kun ne täyttävät todellisen kanavabudjetin?"

Miksi luotettavuus voi olla tärkeämpää kuin lisäysvaimennus

Monet tuotantohäiriöt tapahtuvat vasta signaalin eheyssimulaation jälkeen. Tynnyrihalkeama voi avautua useiden uudelleenjuotusjaksojen jälkeen. Johtavan anodisen langan kasvu voi aiheuttaa vuotoa esijännitettyjen johtimien välille kosteassa ympäristössä. Piirilevyn delaminaatiota voi esiintyä kuparin tai läpivientikentän lähellä. Epäsymmetrinen, korkeakerroslevy voi vääntyä niin paljon, että se häiritsee kokoonpanoa. Nämä ovat materiaalin ja geometrian välisiä vuorovaikutuksia, eivät pelkästään laminaatin ominaisuuksiin liittyviä vikoja.

Keskihäviöinen materiaali voi olla oikea valinta, kun reittien pituudet ovat kohtuullisia ja järjestelmässä on riittävä sähköinen marginaali. Tällaisessa tilanteessa reiän geometriaan, kuparipinnoitukseen, kosteudenhallintaan, lämpöprofilointiin, tarkastukseen ja materiaalin kestävyyteen tähtäävä laskenta tuottaa usein paremman kenttäluotettavuuden kuin siirtyminen erittäin matalan Df-arvon omaavaan hartsiin, jota kanava ei tarvitse.

Kartoita vikaantumistyypit ennen materiaalin valintaa

Materiaalivalinnan tulisi alkaa vikakartalla. Listaa piirilevyn ominaisuudet ja käyttöolosuhteet, jotka voivat laukaista kunkin vian, ja määritä sitten ehkäisy ja todentaminen. Näin vältetään yleinen käytäntö käyttää "korkeaa Tg:tä" jokaisen luotettavuusvaatimuksen sijaisarvona.

Korkea Tg ei ole suora luotettavuuden tae

Tg merkitsee muutosta polymeerin käyttäytymisessä; se ei sinänsä määritä Tg:tä edeltävää ja sen jälkeistä CTE:tä, kokonaislaajenemista, hartsin sitkeyttä, kosteuden imeytymistä, tarttumista, hajoamiskäyttäytymistä tai kestävyyttä toistuvalle rasitukselle. Korkean Tg:n omaava materiaali aggressiivisella paksulevygeometrialla voi silti pettää, kun taas hyvin suunniteltu levy alhaisemman Tg:n mutta vähemmän laajenevalla järjestelmällä voi toimia hyvin. Levytason jännitys on sovitettava yhteen koko ominaisuusjoukon ja valmistusprosessin kanssa.

IT-150GS-malliin sopivat ja sopimattomat kortit

IT-150GS on uskottavin teollisuuden ohjausjärjestelmissä, televiestintälaitteissa, tallennusjärjestelmissä, palvelimissa, autoelektroniikassa, instrumentoinnissa ja korkean kerroksen piirilevykokoonpanot joissa tiedonsiirtonopeudet ja kantamat ovat kohtuullisia ja joissa halogeenittomille tai parannetuille luotettavuudelle asetetut vaatimukset ovat tärkeitä. Sitä ei pitäisi esittää yleispätevänä vastauksena kaikille näiden luokkien tuotteille.

Valinnan tulee yksilöidä syy IT-150GS:n käyttöön piirustuksessa. Jos syynä on halogeenittomuusvaatimustenmukaisuus, määritä sovellettava raja ja sertifikaatti. Jos syynä on PTH-luotettavuus, määrittele reiän geometria ja lämpötesti. Jos syynä on keskihävikkikäyttäytyminen, julkaise rakennekohtaiset SI-arvot ja reittirajoitukset. Materiaalin nimeä, jossa ei ole ohjaavaa vaatimusta, on vaikea korvata tai auditoida.

Paksut, korkeakerroksiset pinoamiset: reikien ja laminoitumisen riski

Suuri kerrosmäärä lisää lämpö- ja mekaanisia riskejä. Useampi kerrosmäärä luo enemmän kohdistusrajapintoja, enemmän kuparin epätasapainon mahdollisuuksia, paksumpia viimeisteltyjä levyjä, pidempiä pinnoitettuja hylsyjä ja suurempia hartsivirtauksen vaihteluita. Pieniä reikiä ja syviä vastareikiä voidaan lisätä samanaikaisesti, mikä lisää sekä valmistuksen vaikeutta että jännityskeskittymistä.

Kuvasuhde on stressin kerroin

Läpireiän runko rajoittaa laajenevaa hartsia. Kun levy paksuuntuu ja valmiin reiän koko pienenee, kuparin on kestettävä enemmän rasitusta pidemmällä tukemattomalla matkalla. Suunnittelussa tulisi välttää pienimmän käytettävissä olevan reiän valitsemista pelkästään jyrsintätilan säästämiseksi. Valmiin reiän toleranssi, poran halkaisija, pinnoitusvara, sivusuhde, rengasmainen rakenne ja seinämän vähimmäiskuparimäärä tulisi tarkastella yhdessä.

Hartsitäyttö ja kuparin tasapaino

IT-150GS-esivalmisteen on tarjottava riittävästi hartsia sisäkerroksen kuparipinnan ja läpivirtaustiheyden täyttämiseksi jättämättä tyhjiä kohtia tai hartsivajaita rajapintoja. Paksut tasot harvojen signaalikerrosten vieressä voivat aiheuttaa paikallisia paksuus- ja virtauseroja. Valmistajan tulee suorittaa hartsintarpeen laskelma tai vastaava tarkastelu käyttäen todellisia kupariprosenttiosuuksia, ei pelkästään nimellistä lasityyppistä paksuutta.

• Käytä tasapainotettua kuparijohtimia, jos sähkösuunnittelu sen sallii.
• Määrittele kuparin varastamista tai tasapainottamista koskevat säännöt matalan asukastiheyden alueilla.
• Tarkista hartsin kysyntä tiheiden läpivientikenttien, raskaan kuparin, upotettujen kolikoiden ja suurten raivausten ympäristössä.
• Käytä peräkkäistä laminointia vain tarvittaessa ja arvioi kumulatiiviset lämpö- ja rekisteröintivaikutukset.
• Mittaa valmiin dielektrisen kerroksen paksuus ensimmäisen artikkelin edustavilla tiheillä ja harvoilla alueilla.
• Sisällytä reuna- ja keskipaneelien sijainnit rekisteröintiin ja paksuusnäytteenottoon.

Poraus ja tahranpoisto

Poran laatu vaikuttaa sekä PTH-väsymiseen että CAF-arvoon. Levymä, lasikuituvauriot, karkeat reiän seinämät, naulanpään vetäytyminen ja liiallinen hartsin vetäytyminen voivat vaarantaa kuparirajapinnan. Terän kestoikää, lastukuormaa, sisäänmeno-/tukimateriaaleja, iskujen määrää, pinon korkeutta ja reiän kokoon liittyviä parametreja on valvottava. Levymänpoiston on poistettava hartsi vahingoittamatta liikaa lasia tai luomatta karheaa rajapintaa, joka vangitsee epäpuhtauksia.

Käännä lyijytön yhteensopivuus todelliseksi lämpöhistoriaksi

"Lyijytön yhteensopiva” ei määrittele piirilevyn todellista lämpöhistoriaa. Tuotteelle voi tehdä kaksi SMT-uudelleensulatusjuotosta, selektiivistä juottamista, aaltojuotosta, liittimien puristussovitusta, manuaalista korjausta, komponenttien vaihtoa, pinnoitteen kovettumista ja kenttätyöstöä. Laminaatti on arvioitava kumulatiivisen historian perusteella, ja kokoonpanoprofiilin on pysyttävä komponenttien ja piirilevyn rajojen sisällä.

Luotettavuussuunnitelman tulisi määritellä edustava esikäsittelyjärjestys. Kupongit tai piirilevyt tulisi sitten poikkileikata tai sähköisesti testata järjestyksen jälkeen, ei vain ennen sitä. Jos riski sitä edellyttää, todellisen geometrian varmistamiseksi tulisi käyttää yhteenliitäntöjen rasituskokeita, lämpösyklejä, juotoskeloitusta tai muuta asiakkaan/IPC:n kelpuutusta.

CAF on suunnittelu- ja prosessiongelma, ei datataulukon tarkistusruutu

CAF on johtavan reitin kasvu lasi/hartsi-rajapintoja pitkin kosteuden ja sähköisen esijännitteen alaisena. Anti-CAF-materiaalina mainostettu laminaatti vähentää materiaalin alttiutta vaurioille, mutta suunnittelussa huomioon otettavat välit, jännite, reiän seinämän vauriot, ionipuhtaus, kosteuden pääsy ja käsittely ovat edelleen ratkaisevia tekijöitä.

Kuinka arvioida 370HR:ää, TU-768:aa ja muita korkean Tg:n vaihtoehtoja

IT-150GS-materiaalia voidaan verrata Isola 370HR:ään, TUC TU-768 -luokan tuotteisiin, Shengyin korkean TG-arvon FR-4-tuoteperheisiin tai muihin luotettavuutta painottaviin materiaaleihin. Korvaavaa materiaalia ei tule päättää TG-arvon tai tuotemerkin tunnettuuden perusteella. Piirilevyn hallitsevia vikaantumistapoja ja kanavavaatimuksia on verrattava ehdotetussa rakenteessa.

Alennus on hyväksyttävä, kun halvempi materiaali täyttää kaikki säädösten vaatimukset marginaalilla ja asiakas sallii sen. Päivitys on perusteltua, kun olemassa olevan piirilevyn geometria tai lämpötilaympäristö ylittää IT-150GS-kyvyn, kun pisin reitti vaatii pienempää häviötä tai kun tiettyä vaatimustenmukaisuus-/hyväksyntätavoitetta ei ole saatavilla. Muutos tulee dokumentoida uutena materiaalijärjestelmän hyväksyntänä, ei epävirallisena ostoksen korvaavana tekijänä.

Tehdasjulkaisusuunnitelma ja ensimmäisen artikkelin todisteet

Ensimmäisessä artikkelissa tulisi todistaa alkuperäisessä kartassa tunnistetut viankorjaukset. Todistepaketti tulisi räätälöidä: korkean kerroksen liitinlevy tarvitsee reikä- ja rekisteröintitiedot; kostea korkeajännitteinen teollisuuslevy tarvitsee CAF- ja puhtaustiedot; kohtalaisen nopea palvelinohjain tarvitsee myös impedanssin ja häviöiden korrelaation.

• Materiaalitiedot: tarkka IT-150GS-laminaatti/prepreg, erä, hyllykunto, sertifikaatti, vaatimustenmukaisuusasiakirjat.
• Rakennekohtainen pinoaminen: dielektristen/kuparin paksuudet, lasityypit, hartsipitoisuudet, kokonaispaksuus, kuparin tasapaino.
• Laminointia koskevat todisteet: puristusresepti, materiaalin lämpötila, tyhjiö, kovetus, kohdistus, hartsitäytteen poikkileikkaukset.
• Reiän todisteet: porausparametrit, terän kestoikä, tahranpoisto, pienin/keskimääräinen seinämän kuparipitoisuus, rengasmainen rengas, edustavien reikien mikroleikkaukset.
• Terminen esikäsittely: todellinen tai konservatiivinen uudelleenjuotus-/uudelleentyöstösekvenssi, jota seuraa poikkileikkaus- tai sähköinen tarkastus.
• CAF/puhtaus: prosessinohjaukset ja asiakkaan edellyttämät kosteuspoikkeamat tai puhtaustiedot.
• Sähkö: impedanssikuponkeja ja, jos reitin pituus sitä edellyttää, tarkan rakenteen väliinkytkentähäviötietoja.
• Väännys: kaarevuus/kiertyminen ennen ja jälkeen edustavan kokoonpanon valotuksen epäsymmetrisille tai suurille levyille.

Hyväksymiskriteerien tulee olla mitattavissa. Korvaa ”hyvä PTH-luotettavuus” vähimmäisseinäkuparin määrällä, enimmäissivusuhteella, hyväksytyllä uudelleensulatusjärjestyksellä, halkeamattomalla poikkileikkausvaatimuksella ja mahdollisella vaaditulla syklituloksella. Korvaa ”anti-CAF” soveltuvalla testiolosuhteella tai asiakasstandardilla. Tämä muuntaa markkinointikielen tuotannonohjaukseksi.

Luotettavuuteen keskittyvä tarjouspyyntö

Luotettavuuteen keskittyvän tarjouspyynnön tulisi kertoa toimittajalle, miksi IT-150GS:ää käytetään ja mitkä korvaukset ovat kiellettyjä ilman tarkistusta.

Tarjouspyynnössä tulee myös mainita, mitä parametreja valmistaja voi optimoida. Esimerkiksi toimittaja voi ehdottaa erilaista lasityyppiyhdistelmää paksuus- ja hartsitäytetarpeiden täyttämiseksi, mutta ehdotus tulee hyväksyä ennen impedanssin kuvitusten ja kelpuutuksen jäädyttämistä.

Käytännön kysymyksiä suunnittelusta, laadusta ja hankinnasta

Voiko IT-150GS korvata 370HR:n tai TU-768:n?

Mahdollisesti, mutta ei automaattisesti. Vertaa tarkkaa laatua, halogeenitonta tilaa, vinolevy-/UL-rakennetta, lämpölaajenemista, T260/T288-luokitusta, kosteutta/CAF-luokitusta, prepreg-käyttäytymistä, Dk/Df-luokitusta, saatavuutta ja piirilevytason kelpoisuutta. Pelkkä vastaava Tg ei riitä.

Kuinka monta uudelleenjuoksutussykliä se kestää?

Levyn geometriasta ja profiilista riippumatonta yleistä laskentatapaa ei ole. Käytä suunniteltua lämpöhistoriaa, reikien geometriaa, kosteusolosuhteita, pinnoitusta ja hyväksyntätestiä. Materiaali voi olla lyijytöntä, mutta aggressiivisella paksulla levyrakenteella ei ole vieläkään riittävästi liikkumavaraa.

Mikä on tärkein ylätason ohjausobjekti?

Yhtä ainoaa säätöä ei ole, mutta konservatiivisen reikägeometrian, tasaisen pinnoituksen, kontrolloidun hartsitäytön, kuparitasapainon ja mitatun lämpöhistorian yhdistelmä on yleensä tärkeämpää kuin korkeimman Tg-luvun valitseminen.

Voidaanko sitä käyttää nopeisiin yhteyksiin?

Kyllä reiteille, joiden mallinnettu häviöbudjetti sopii keskihäviöiseen Df-rakenteeseen. Sitä ei pitäisi olettaa sopivaksi pitkille 56G/112G PAM4-kanaville ilman simulointia ja kuponkikorrelaatiota.

Milloin suunnittelua tulisi päivittää?

Päivitä, kun koko kanava on häviörajoitettu topologian optimoinnin jälkeen, kun lämpö-/yhteenliitäntärasitus ylittää hyväksytyn IT-150GS-rakenteen tai kun tietty vaatimustenmukaisuus- tai asiakashyväksyntä vaatii toisen luokan.

Puolustavin IT-150GS-artikkeli on siis luotettavuuspäätösasiakirja: se nimeää todennäköisen vian, osoittaa, miten pinoaminen ja prosessi estävät sen, yksilöi ensimmäisessä artikkelissa vaadittavat todisteet ja määrittelee, milloin alemman tai korkeamman tason korvaava vaihtoehto on hyväksyttävä.

Valmistajan viitteet ja julkaisutiedot

Alla olevat julkiset ITEQ-viitteet tukevat tässä oppaassa mainittua materiaaliperheiden sijoittelua ja vertailuarvoja. Koska yksityiskohtaiset lämpötiedot, rakenteet ja alueellinen toimitus voivat riippua versiosta, tarjouspaketin tulee sisältää ajantasainen valvottu IT-150GS-tietolomake ja vastaava prepreg-vahvistus.

• ITEQin nykyisten materiaaliperheiden vertailu, mukaan lukien IT-150GS
• ITEQ-sovelluksen yleiskatsaus