Защо вашите 4 mil проводници се връщат с ширина 3,5 mil, докато слоевете се изместват с 2 mil?

Защо вашите 4 mil проводници се връщат с ширина 3,5 mil, докато слоевете се изместват с 2 mil?

Отклонението в размерите, което никой не притежава

Данните за оформлението посочваха 4 мила. Измерената дебелина на крайния печатен платка беше 3,5 мила. И това беше късмет. По-лошата новина се криеше в регистрацията между слоевете: вътрешните слоеве се бяха изместили с 2 мила един спрямо друг по време на ламиниране , което означаваше, че дупките за свредел са вече центрирани върху своите кръгове  на два от шестте слоя. Платките издържаха функционалния тест. Те издържаха първоначалната оценка на клиента. След това едно устойчиво измерване на високоскоростна двойка се оказа с отклонение от целевата стойност с 7 ома и групата за анализ на отказите започна да разглобява структурата.

и двете проблема бяха видими в първоначалната производствена партия, ако някой беше погледнал. размер на следата  беше в рамките на съпротивителната лента на производителя — едва ли. Отклонението при вписването беше в аналитичния диапазон, който процесът на фабриката винаги беше генерирал. Нищо не беше под оценката. Нищо не нарушаваше спецификацията. Платките просто имаха толкова двуизмерни грешки, колкото всеки производител смяташе за „типични“, а комбинацията от тях правеше целите за ефективност на продукта недостижими.

Тази статия се отнася до двата тихи процеса, които поглъщаха маржина: загуба при образуване на изображение  и свиване на вътрешните слоеве . Нито един от тях не е екзотичен. И двата са измерими, контролируеми и последователно пренебрегвани — докато осцилоскопът на клиента не покаже друго.

0,5 мила, която изчезна: откъде идва загубата при образуване на изображение

Линия с ширина 4 мила в момента работи на границата на обичайната вместимост на FR-4. Това е факторът, при който най-евтините и най-зрели производствени процеси в отрасъла – напълно суха филмова маска, директно UV-облъчване и мокро травиране – започват да показват своите размерни ограничения. Разликата между начертаните 4 мила и получените 3,5 мила не е резултат от една-единствена грешка. Тя представлява натрупване от множество дребни грешки, всяка от които поотделно е допустима, но които заедно водят до загуба на ширина от 12,5%:  

Промяна в мощността на облъчването. Резистът се полимеризира чрез UV-светлина. При недостатъчна мощност неподложени на облъчване краища на шаблона не се затвърдяват напълно – те се отстраняват по време на развиването, оставяйки линии по-тънки от чертежа. Мощността на облъчването варира в зависимост от стареенето на източника на светлина, температурата и скоростта на конвейера. При филмова  линия за облъчване светлинен източник, чиято мощност е с 10% по-ниска от спецификацията, тихо намалява всеки размер на всяка платка с 0,1–0,2 мила.  

Параметри на развиването.  Химията на разработчика има температурен диапазон и концентрационен интервал. Ако работи топла или ако химията се отклони към по-висока концентрация, програматорът започва да „яде“ частично полимеризиран резист – проблем, известен като надразработка . Резултатът съвпада с търговската марка: добрите функции намаляват, а грубите характеристики не. Ако линиите ви с ширина 4 mil губят ширина, но плоскостите с ширина 10 mil не губят, надразработката е първоначалният подозрян.  

Променлива плътност на устойчивост.  Сухият филмов резист е достъпен в малки плътности, но ролка, която е на три седмици и е съхранявана неправилно, може да варира. По-тънките слоеве осигуряват по-малка защита по време на травиране, което води до по-голямо странично изтравяне – така нареченото странично изтравяне  от по-ранните статии, които описват загубата на изображение при следващата стъпка.  

Данъчно задължение за коефициент на травиране.  Каквото и да е началната ширина, която издържа образуването на изображение, след това травиращият разтвор извършва своята резка — обикновено общо 20–30 микрона от двете страни на проводник с дебелина 1 унция, повече при по-дебела мед. Стила с дебелина 4 мила, който губи 0,4 мила при образуването на изображение и още 0,3 мила при подрязване, достига до клиента с дебелина 3,3–3,5 мила. Нито едно отделно действие не е провалило. Просто бюджетният план е излязъл от контрол.

Двете мили, които се преместиха: Защо вътрешните слоеве отказват да останат на мястото си

Регистрация между слоеве  в многослойна плоча е борба с материали, които буквално променят размерите си по време на обработка. Медно-ламинираната фолиева плоча, която влиза в производствената линия като равна панелна заготовка, не запазва същите размери след травене, оксидна обработка и ламинация. Тя се свива. Проблемът не е дали ще се свие — а колко, в коя посока и дали отклонението е достатъчно предсказуемо, за да може да се компенсира.  

Физиката на свиването се определя от два фактора:

Структурата на стъклото .ламината  стъклото и текстилът имат плетен инструкции — основа (дължина) и уток (ширина) — а смолата и стъклото реагират по различен начин на топлината и налягането по време на ламинирането. Плочите се свиват по-различно по двете оси, обикновено в съотношение 2:1. Плоча, която се свива с 0,02 % по основата, може да се свие с 0,04 % по утока. При плоча с дължина 18 инча това представлява разлика от около 1,5 мила между двете посоки — преди да се вземат предвид всички други грешки.  

Течност на смолата и коригиране по време на ламинирането прегизираните материали се стопяват, текат и образуват напречни връзки. Количеството течение зависи от налягането, температурния наклон и съдържанието на смола в прегизираните материали. По-голямото течение означава повече движение, а движението не е еднородно по цялата плоча — ръбовете текат по-различно от центъра, а дебелите плочи се държат по-различно от тънките. Вътрешните слоеве, вече гравирани, се изместват заедно с активността на смолата. Окончателните им позиции зависят от материала, технологичния процес и късмета.

Решението на пазара е намаляване на плащането :CAM софтуерното приложение разширява вътрешната художествена работа чрез статистически елемент за корекция, така че слоевете се свиват до оптималните размери по време на ламинирането. Това работи добре, когато материала е последователен, процесът е безопасен и свиването е предсказуемо. То спира да работи спокойно при всяка промяна — нова партида препрег, различна структура на стъклена мрежа, сезонна промяна във влажността — тъй като елементът за корекция се основава на историята, а не на текущия материал.

Точно така изглежда отклонение от 2 mil. Художествената работа е компенсирана за намаляване от 0,03 %. Реалният материал се е свил с 0,045 %. Разликата — 2 mil по цялата ширина на 24-инчов панел — се проявява като несъвпадащи слоеве, изместени дрелови цели и ангулярни пръстени, които вече не са ангулярни.

Когато двете грешки се срещнат

Поотделно нито една от грешките не е катастрофа. Проводник с ширина 3,5 mil осигурява достатъчен ток за повечето приложения. Отклонение в регистрацията от 2 mil е незабележимо в много оформления.

Заедно те представляват напълно различно животно:

Контролът върху неподатливостта спада контролираните резистивни следи се изчисляват въз основа на точна ширина, точно диелектрично разстояние и точна медна дебелина. Загуба от 0,5 мила в ширината плюс вариация в диелектричното разстояние поради неравномерно ламиниране може да отклони диференциалната двойка от 100 ома до 93 или 107 ома. Силиконовият чип продължава да функционира. Маржът за сигнален интегритет обаче е изгубен, а монтажната схема, която „успя“ в електрическата симулация, вече не работи в адаптора.

Маржовете за ангулярни пръстени изчезват.  Aчрез  изисква се мед около пробитото отверстие — ангулярният пръстен. Сверло, което се отклони с 2 мила от центъра на контактната площадка с 3-милен ангулярен пръстен, оставя само 1 мила мед от едната страна. Това отговаря на много одобрителни изисквания, но също така е само един термичен цикъл далеч от повредена връзка. Отверстието още не е пробито напълно. То е като сърдечен удар, който чака деня си.

Изходното трасиране при BGA не успява.  Плотното трасиране под BGA с малък разстояние между краката използва всеки наличен микрометър. Загуба от 0,5 мила плюс промяна на слоя с 2 мила превръща „трасиращ се“ в „отворени вериги на слой 3, които се появяват само при рентгеново изследване.“

Какво действително гарантира честността на капацитетите

Позитивният аспект е, че всяка от тези дрейфови системи може да се измери, а контролът се осъществява чрез измерване:  

Калибрирайте линията за образуване на изображение, а не само крайната плоча.  Наблюдавайте енергията на експозицията и химическия състав на програматора през определени интервали. Пуснете промоционален код за резолюция — тестов шаблон с линии от 5 до 2 мила — през линията всеки ден и регистрирайте измерените ширини. Този купон улавя дрейфа, докато той все още е тенденция, а не след като вече е станал проблем с добива. Това е стандартен процесен контрол и е единственото действие с най-висока стойност за защита на способността за фини линии.

Използвайте LDI там, където има проблеми с качеството на линиите. Лазерно директно образуване (LDI)  премахва напълно филмовото действие, което елиминира изкривяването на филма, грешката при директното подравняване и размерната неравномерност на самото произведение. Системите LDI поддържат разрешението на функциите на ниво 10–25 микрона — лесно в рамките на 4-милиметровата област — и, още по-важно, много производители на LDI могат да мащабират изображението според реално измереното свиване на всеки панел, коригирайки отклонението при регистрацията слой по слой, а не статистически. Това е разликата между компенсиране на обичайното отклонение и компенсиране на отклонението на конкретния панел пред вас.

Свиване по материала, а не по предположението.  Изпробвайте ядрото и прегъваемите слоеве по фактурата и проверете елементите за компенсация срещу действителното поведение на продукта. Когато коефициентът за компенсация вече не съответства на измереното свиване, е време да актуализирате спецификацията на уебкамерата — а не да продължавате да се надявате.

Сверлене до слоевете, а не до панела. Рентгеново проучване — използването на рентгенови цели, отпечатани върху вътрешните слоеве, за локализиране на програмата за свредене — е стандартното устройство за подравняване на свределите спрямо действителните позиции на слоевете. То превръща фразата „слоевете трябва да са тук“ направо в „слоевете са отдолу — свредете подходящо“. За платки със строги изисквания към ангулярните пръстени рентгеновото насочване при свредене плюс оценка за всяка отделна платка прави разликата между проблем с добива и стабилен процес.

Често задавани въпроси

В: Каква е „обичайната“ загуба на широчина на проводник от проекта до готовата платка?

О: При типична медна дебелина от 1 унция и напълно установен контрол на процеса очаквайте загуба от 0,2–0,4 мила (имиджинг + травиране). Загуби от 0,5 мила или повече при дизайн с 4 мила показват, че работното поле на процеса се надвишава — или критериите за имиджинг са се отклонили, или травиращият елемент е твърде агресивен за дадената медна дебелина.

В: Защо слоевете ми все още са неподравнени, въпреки използването на намалено усаждане?

A: Компенсацията е статистическа — извлича се от исторически средни стойности. Тя се прилага за обичайния продукт, а не за действителния продукт. Нови партиди прегърнати материали, различни стъклени плетива, промени във влажността и вариации в пресата изместват реалното отклонение значително далеч от компенсираната стойност. Решението е измерване на текущия материал и актуализиране на компенсиращия коефициент, както и използване на рентгеново насочване на свределите за коригиране на повтарящи се грешки по време на свреденето.  

П: Може ли LDI да компенсира дрейфа на регистрацията или само широчината на следите?

A: И двете. LDI елиминира грешките, предизвикани от филма (основен източник както на загуба на широчина, така и на деформация на шаблона), а много производствени LDI системи могат да прилагат мащабиране за всяка отделна платка въз основа на измерено отклонение — това коригира регистрацията между слоевете върху конкретната платка, а не върху аналитична средна стойност.  

П: При какви размери на платката 2-миловият дрейф става истинска проблема?

A: Важно не е размерът на платката, а размерът на атрибутите. Отклонение от 2 мила е безвредно при стил с трасета от 10 мила и големи площадки, но катастрофално при 4-милен дизайн с BGA с разстояние между контактите 0,4 мм. Ако минималният ви размер на атрибут е близо до технологичното ограничение, грешката в позиционирането няма къде да се скрие.  

В: Как точно мога да разбера дали моят 4-милен дизайн е в опасност, преди да поръчам?

А: Задайте на производителя три въпроса: каква толерантност за широчина на трасета прилагат за 4-милен атрибут, каква е тяхната спецификация за регистрация между слоевете и дали използват рентгеново насочване на свределите при многослойни платки. Ако отговорите са неясни или ако спецификацията за регистрация е по-голяма от 3 мила, вашият дизайн е в риск — а ценовото предложение няма да ви го покаже.

Маржът, който не виждате, е маржът, който не можете да си позволите да загубите

4-милиметровата следа и блуждаещият вътрешен слой имат обща причина: контрол на размерите, който се третира като статистическа величина, а не като реален размер. Загубата на 0,5 мила и отклонението в регистрацията с 2 мила не са провали на отделни оператори или оборудване. Те представляват натрупания разход от прозорци за процедури, които никога не са били стегнати, елементи на плащане, които никога не са били проверени спрямо реалния продукт, и изисквания за приемане, които позволяват всяка грешка да мине, защото поотделно тя винаги е била допустима.

Платките с фини линии не престават да работят поради драматични събития. Те престават да работят, защото толерансът тихо се износва — по 0,1 мила наведнъж, на всяка платка и при всяка промяна — докато един ден осцилоскопът на клиента най-сетне не забележи проблема.