Produkcja płytek PCB o ultracienkiej linii do trasowania o dużej gęstości

Produkcja płytek PCB o ultracienkiej linii zaczyna się od zasad projektowania

„Ultracienka linia” nie jest uniwersalną klasą wymiarową. Rzeczywista docelowa linia/przestrzeń, grubość miedzi, materiał, rodzaj warstwy i oczekiwana wydajność muszą być określone dla każdego projektu.

Określ minimalną szerokość i odstępy ścieżek dla każdej warstwy oraz określ, czy wartości obowiązują przed, czy po przetwarzaniu. Przeanalizuj cienkie ścieżki pod kątem grubości miedzi i metody wzorowania, a nie jako pojedyncze wartości. Jeśli utrata sygnału ma również krytyczne znaczenie, skoordynowaj projekt z wymaganiami dotyczącymi płytek PCB o wysokiej częstotliwości.

„Ultracienka linia” to opis względny, a nie uniwersalna specyfikacja produkcyjna. Istotne wymagania to minimalna szerokość gotowego przewodu i odstępy między warstwami, grubość miedzi, przewidywany przebieg procesu oraz dopuszczalne odchylenia. Cel możliwy do osiągnięcia na cienkiej warstwie wewnętrznej miedzi może nie być równoważny z tą samą nominalną linią/przestrzenią na warstwie zewnętrznej z dodatkowym miedziowaniem. Z tego powodu zasady projektowania powinny być określone dla każdej warstwy i warunków procesu.

Należy również odróżnić nominalną geometrię CAD od gotowego przewodu. Wzór może być zniekształcony przez definicję rezystora, trawienie, platerowanie i lokalną gęstość miedzi, przez co gotowa linia może różnić się od linii narysowanej. Jeśli obwód zawiera precyzyjne ścieżki ucieczki, gęste pola padów lub wąskie przewężenia, należy zaznaczyć te obszary podczas analizy DFM. Lepiej jest wcześnie rozwiązać niewielką liczbę krytycznych przejść, niż polegać na ogólnym stwierdzeniu, że cały projekt to „cienka linia”.

Grubość miedzi, wzory i geometria linii

Drobne detale stają się trudniejsze do kontrolowania wraz ze wzrostem grubości miedzi w stosunku do szerokości linii. Początkowa miedź, nagromadzenie powłoki, profil powłoki ochronnej, warunki trawienia lub trawienia na gorąco oraz lokalna gęstość wzoru mogą wpływać na ostateczną geometrię przewodu. Dostawca powinien sprawdzić okno procesu przed potwierdzeniem minimalnych wymiarów.

Jeśli wymagane jest zmodyfikowane przetwarzanie póładdytywne, należy to wyraźnie zaznaczyć, zamiast zakładać, że wszyscy dostawcy stosują tę samą metodę. Konwencjonalne wzorce subtraktywne i mSAP wykorzystują różne sekwencje procesów.

1. Dlaczego grubość miedzi zmienia możliwą do uzyskania geometrię linii

Zdolność do tworzenia cienkich linii nie jest opisana wyłącznie szerokością i odstępami między liniami. Początkowa folia miedziana, miedź dodawana podczas galwanizacji, grubość i profil powłoki ochronnej, kompensacja trawienia oraz końcowa obróbka powierzchni wpływają na kształt przewodnika. Wraz ze wzrostem grubości miedzi w stosunku do docelowej szerokości linii, profil ścianek bocznych staje się trudniejszy do kontrolowania, a odstępy między sąsiednimi przewodnikami mogą się zmniejszać lub zmieniać. Dlatego wartość linii/odstępu między liniami należy zawsze analizować z uwzględnieniem wagi miedzi i rodzaju warstwy.

Zapytaj, czy podane minimum odnosi się do danych projektowych, obrazu na warstwie ochronnej, czy gotowego elementu miedzianego. Niekoniecznie muszą być one identyczne. Wycena oparta na nominalnych wymiarach CAD może wymagać uwzględnienia naddatku technologicznego, aby gotowa płytka spełniała wymagania elektryczne i wymiarowe. Określ minimum dla każdej warstwy osobno, jeśli galwanizacja warstwy zewnętrznej i trawienie warstwy wewnętrznej wykorzystują różne konstrukcje miedzi.

2. Przetwarzanie subtraktywne, mSAP i SAP nie są wymiennymi etykietami

W konwencjonalnym przetwarzaniu subtraktywnym, miedziowana warstwa bazowa jest formowana, a niepożądana miedź jest usuwana. Zmodyfikowane przetwarzanie póładdatywne zazwyczaj wykorzystuje cienką przewodzącą warstwę zarodkową, wzorzysty rezyst, miedziowanie otworów, zdejmowanie rezystu i usuwanie odsłoniętej miedzi zarodkowej. Przetwarzanie póładdatywne również tworzy elementy przewodzące za pomocą warstwy zarodkowej i powłoki, ale szczegółowe informacje o podłożu i sekwencji procesu mogą się różnić. Dokładne nazwy procesów i dostępne okna procesowe należy potwierdzić z wybranym wykonawcą.

W przypadku zamówień nie należy określać mSAP tylko dlatego, że projekt jest określany jako „fine line”. Należy podać docelowe parametry geometrii gotowego produktu i miedzi, a następnie poprosić producenta o zalecenie odpowiedniej ścieżki technologicznej. Jeśli dany proces jest obowiązkowy dla danego projektu, należy to wyraźnie określić i potwierdzić, że fabryka jest w stanie obsłużyć wymagany materiał, konstrukcję warstwową, rozmiar panelu i objętość.

3. Szerokość linii, odstępy i rzeczywista geometria elektryczna

Szerokość ścieżki wpływa na rezystancję i wydajność prądową; odstępy między ścieżkami wpływają na odstęp elektryczny i sprzężenie; a profil przekroju poprzecznego wpływa na oba te czynniki. Aby kontrolować impedancję, ścieżka jest częścią struktury linii transmisyjnej, która obejmuje również grubość dielektryka, właściwości dielektryczne, geometrię płaszczyzny odniesienia i sąsiednie przewodniki. Wąska linia sama w sobie nie gwarantuje docelowej impedancji, a zmniejszenie odstępów może zwiększyć przesłuchy lub stwarzać ryzyko produkcyjne.

W przypadku sygnałów o dużej prędkości należy określić docelową impedancję i tolerancję, warstwę odniesienia, odpowiedni układ warstw oraz wszelkie odstępy między parami różnicowymi. Ostateczną geometrię należy porównać z rzeczywistą, gotową konstrukcją miedzi i dielektryka. W przypadku zmiany grubości laminatu lub warstwy, wymiary ścieżek mogą wymagać ponownego obliczenia, a nie kopiowania bez zmian z poprzedniej wersji.

4. Zasady układu chroniące przed ubytkiem linii

Sprawdź lokalne zwężenia, ostre narożniki, wąskie pasma miedzi, izolowane wyspy miedzi, gęste odejścia padów, dopasowanie maski lutowniczej, odstępy między miedzią a krawędzią oraz odstępy między płaszczyznami. Projekt może spełniać nominalną globalną regułę linii/przestrzeni, ale nadal zawierać izolowane obszary, w których geometria jest znacznie trudniejsza do odwzorowania lub wytrawienia. Zwróć szczególną uwagę na przejścia wokół padów BGA o drobnym rozstawie, przez pady przechwytujące i ślady złączy.

Istotne są również panelizacja i rozkład miedzi. Duże obszary miedzi obok bardzo rzadkich wzorów mogą powodować zróżnicowane lokalne warunki procesu. Należy uwzględnić ograniczenia dotyczące paneli, jeśli wpływają one na projekt, i umożliwić producentowi zalecenie kompensacji w razie potrzeby. Informacje zwrotne z DFM powinny określać dokładną lokalizację i wymiary, o których mowa, aby zespół projektowy mógł podjąć świadomą decyzję, zamiast stosować ogólne rozluźnienie dla całej płytki.

5. Kontrola i akceptacja drobnych cech

Uzgodnij, co będzie mierzone, gdzie będzie mierzone i jak będzie raportowany wynik. AOI może wykryć wiele defektów wzorca, ale nie zastępuje definicji akceptacji wymiarowej dla każdego krytycznego śladu. W zależności od projektu, plan może obejmować próbki, przegląd przekrojów, badania impedancji lub inne weryfikacje elektryczne. Określ, które elementy są wymagane dla każdej partii, a które tylko do kwalifikacji lub zatwierdzenia pierwszego artykułu.

Aby uzyskać wycenę płytki PCB o ultracienkiej linii, należy podać pakiet danych, układ warstw, grubość miedzi, docelowe parametry linii/odstępów dla poszczególnych warstw, materiał, wykończenie, tabelę impedancji, ilość oraz oczekiwane zapisy akceptacji. Przydatna odpowiedź inżynierska powinna uwzględniać proponowaną ścieżkę procesu i wskazywać wszelkie obszary projektu wymagające doprecyzowania przed udostępnieniem. Dzięki temu wycena jest bardziej wiarygodna niż wybór dostawcy na podstawie jednego, minimalnego parametru linii/odstępów.

Grubość miedzi i geometria linii muszą być oceniane łącznie, ponieważ formowanie wzoru usuwa lub dodaje miedź, w zależności od wybranego procesu. W procesie subtraktywnym początkowa miedź jest formowana i trawiona; profil trawienia może wpływać na szerokość przewodnika i kształt ścianek bocznych. W metodach addytywnych lub modyfikowanych semiaddytywnych, cienka warstwa zarodkowa i sekwencja platerowania z wzorem mogą zapewnić uzyskanie drobniejszych detali, ale rzeczywisty zakres procesu zależy od podłoża, konstrukcji zarodka, powłoki ochronnej, platerowania i etapów usuwania zarodka. Sama nazwa procesu nie gwarantuje uzyskania gotowej linii/przestrzeni.

Prosząc o wycenę, należy podać zarówno minimalną linię/przestrzeń projektową, jak i wymagania dotyczące miedzi. Należy określić, czy wartość ta jest wartością docelową projektu, czy też dopuszczalną wartością graniczną dla gotowej płytki. Należy również wskazać, czy warstwy zewnętrzne wymagają dodatkowej miedzi platerowanej oraz czy projekt zawiera obszary o dużej gęstości miedzi sąsiadujące z drobnymi elementami. Nagłe zmiany szerokości ścieżek, gęste obszary miedzi i wąskie szczeliny mogą utrudniać lokalną kontrolę procesu, dlatego reprezentatywna próbka produkcyjna lub kupon mogą być przydatne w uzasadnionych przypadkach.

Impedancja, przesłuchy i integralność sygnału

Mniejsze ścieżki nie poprawiają automatycznie integralności sygnału. Impedancja zależy od geometrii ścieżki, grubości miedzi, właściwości dielektrycznych, odstępu między płaszczyznami odniesienia i otaczającego stosu. Drobne odstępy mogą również zwiększyć sprzężenie i przesłuchy, jeśli trasowanie i płaszczyzny odniesienia nie są odpowiednio zaprojektowane.

Określ docelową impedancję, tolerancję, warstwy odniesienia oraz odpowiedni kontekst częstotliwości lub szybkości krawędziowej. Wykorzystaj kontrolowaną analizę impedancji PCB , aby wspólnie rozważyć geometrię i układ warstw.

Trasowanie cienkich linii powinno być projektowane w kontekście pełnej geometrii linii transmisyjnej. Impedancja charakterystyczna zależy od szerokości i grubości ścieżki, stałej dielektrycznej, wysokości dielektryka oraz konfiguracji płaszczyzny odniesienia. Jeśli którakolwiek z tych zmiennych ulegnie zmianie podczas produkcji lub optymalizacji stosu, impedancja wynikowa może ulec zmianie, nawet jeśli szerokość ścieżki CAD pozostaje taka sama. Należy podać docelową impedancję i tolerancję wraz z warstwą odniesienia i systemem materiałowym.

Odstępy są również zmienną w projektowaniu elektrycznym. Ściśle sprzężone ścieżki mogą zwiększać przesłuchy, a nieciągłości wokół padów, przewężeń, przelotek i podziałów płaszczyzny odniesienia mogą wpływać na zachowanie sygnału. W przypadku par różnicowych należy określić geometrię par i wymaganą relację impedancji; w przypadku szybkich sieci jednostronnych należy zidentyfikować sieci krytyczne i ich warunki odniesienia. Wymagania te należy omówić z serwisem PCB o kontrolowanej impedancji jako skoordynowany problem układania stosu i trasowania, a nie rozwiązywać go wyłącznie poprzez zmianę szerokości linii.

Kontrole DFM chroniące wydajność na cienkich liniach

Precyzyjna kontrola DFM powinna obejmować sprawdzenie minimalnych odstępów, przewężeń, ostrych narożników, izolowanych warstw miedzi, dopasowania maski lutowniczej, przejść między padami a ścieżkami oraz możliwości produkcji dla poszczególnych warstw. Równoważenie miedzi i układ paneli mogą również wpływać na stabilność procesu.

Nie opieraj się na ogólnym stwierdzeniu „zdolności do precyzyjnego wykonania” bez zdefiniowanego stosu i zestawu danych. Udostępniaj wyniki produkcji i korzystaj z przeglądu DFM , aby identyfikować konflikty z zasadami projektowania przed udostępnieniem narzędzi.

Przydatna analiza metodą DFM sprawdza więcej niż minimalną szerokość ścieżki. Powinna ona zidentyfikować odizolowane pasma miedzi, wąskie szyjki, ostre narożniki, niewystarczające odstępy, przejścia między padami a ścieżkami, elementy miedziane w pobliżu krawędzi płytki, ryzyko rejestracji maski lutowniczej oraz potencjalne zwarcia po naniesieniu wzoru. Recenzent powinien również zwrócić uwagę na interakcję między obszarem cienkich linii a szerszym rozkładem miedzi w innych miejscach tej samej warstwy. Lokalna gęstość i gwałtowne przejścia mogą wpływać na spójność procesu.

Przejrzyj wymagania dotyczące gotowej płytki, a także projekt graficzny: wykończenie powierzchni, otwory w masce lutowniczej, dostęp do pól testowych i geometria pól montażowych mogą nakładać ograniczenia na bardzo drobne elementy. Jeśli projekt wykorzystuje wiele grubości miedzi, sprawdź, czy zasady projektowania są odpowiednie dla każdej warstwy, zamiast kopiować jedną minimalną wartość w całym stosie. Przegląd DFM powinien zakończyć się konkretnymi pytaniami lub zmianami, które właściciel projektu może zaakceptować, odrzucić lub wyjaśnić.

Kryteria kontroli i akceptacji

Uzgodnij sposób weryfikacji szerokości i odstępów między liniami oraz to, co stanowi akceptację. AOI może wykryć wiele widocznych defektów wzoru, ale plan inspekcji powinien być dostosowany do konstrukcji płytki, rozmiaru elementów i wymagań klienta.

W przypadku krytycznych projektów zdefiniuj wymagania dotyczące kuponów, lokalizacje pomiarów, raportowanie i testy elektryczne. Jeśli płytka będzie wypełniona, skoordynowaj geometrię padów z montażem PCB.

Metody inspekcji należy dobierać w zależności od rozmiaru elementu i rodzaju defektu, który ma znaczenie. AOI może zidentyfikować wiele defektów wzorcowych, ale plan odbioru powinien określać odpowiednie minimalne wymiary przewodników, odstępy i kryteria defektów. W przypadku krytycznych geometrii, klient i producent mogą musieć uzgodnić miejsca pomiarów, projekt próbki, format raportowania oraz sposób traktowania pomiarów granicznych.

Zdefiniuj wymagany test elektryczny oddzielnie od wizualnej kontroli wzoru. Testy ciągłości i izolacji elektrycznej mogą identyfikować przerwy lub zwarcia, ale niekoniecznie charakteryzują każdą zmianę szerokości linii. Jeśli impedancja jest wymogiem kontrolowanym, określ próbkę lub metodę testowania oraz oczekiwany sposób raportowania. W przypadku płytek zmontowanych upewnij się, że konstrukcja cienkich linii obsługuje również rejestrację maski lutowniczej, wzory połączeń elementów oraz strategię kontroli montażu.

Poproś o wycenę płytki PCB Ultra Fine Line

Prześlij dane Gerber lub ODB++, dane dotyczące stosu, grubości miedzi, minimalną liczbę linii/odstępów między warstwami, materiał, wykończenie powierzchni, tabelę impedancji, wymiary płytki, ilość i datę docelową. Jeśli projekt jest na wczesnym etapie, podaj docelowe wymiary i wymagania elektryczne, aby można było omówić wykonalność przed zamrożeniem trasowania.

W przypadku produkcji i montażu należy uwzględnić zestawienie materiałów (BOM) oraz dane dotyczące pobierania i umieszczania. Zacznij od strony z wyceną PCB i zapoznaj się z usługami produkcji PCB.

Aby uzyskać użyteczną wycenę, należy podać dane Gerber lub ODB++, pełny stack-up, grubość miedzi dla każdej warstwy, minimalną linię/odstęp dla każdej warstwy, materiał, grubość gotowego produktu, wykończenie powierzchni, wymagania dotyczące impedancji, obrys płytki, ilość oraz cel dostawy. Należy wskazać najważniejsze cechy i wyjaśnić, czy podane wartości linii/odstępów są nominalnymi zasadami projektowania, czy gwarantowanymi limitami akceptacji gotowej płytki. Jeśli istnieje specyfikacja klienta lub standard rysunkowy, należy uwzględnić jego wersję.

Jeśli projekt jest jeszcze w fazie rozwoju, należy podać planowane funkcje, odstępy między komponentami, krytyczne wymagania netto oraz ewentualną elastyczność w zakresie linii/przestrzeni lub materiału. Ułatwi to inżynierom odróżnienie wymagań koniecznych od preferencji, które można dostosować w celu poprawy możliwości produkcyjnych lub obniżenia kosztów. Jeśli uwzględniono montaż, należy dodać zestawienie materiałów (BOM), dane dotyczące rozmieszczenia, rysunek złożeniowy i wymagania testowe, aby można było wycenić pełny zakres projektu, zamiast traktować gołą płytkę jako jedyny element.

Najczęściej zadawane pytania

Jaką linię i przestrzeń możesz wyprodukować?

Minimalna możliwa do wykonania wartość zależy od grubości miedzi, warstwy, materiału, ścieżki technologicznej, układu paneli i kryteriów akceptacji. Prześlij zestawienie i dane do oceny inżynierskiej.

Czy linia ultracienka zawsze wymaga mSAP?

Nie. Odpowiedni proces zależy od żądanej geometrii i konstrukcji. Producent powinien sprawdzić, czy odpowiedni jest proces ubytkowy, mSAP lub inny kwalifikowany proces.

Jakie informacje są najważniejsze przy sporządzaniu oferty?

Minimalna liczba linii/odstępów między warstwami, gramatura miedzi, stos, materiał, wymagania dotyczące impedancji, rozmiar płytki, ilość, wykończenie i cel dostawy.