چرا ردیاب‌های ۴ میلی‌متری شما ۳٫۵ میلی‌متر بر می‌گردند در حالی که لایه‌ها ۲ میلی‌متر جابه‌جا می‌شوند؟

چرا ردیاب‌های ۴ میلی‌متری شما ۳٫۵ میلی‌متر بر می‌گردند در حالی که لایه‌ها ۲ میلی‌متر جابه‌جا می‌شوند؟

انحراف ابعادی که هیچ‌کس آن را ندارد

داده‌های طرح‌بندی ۴ میل اعلام شده بود. در نهایت، مدار چاپی ساخته‌شده ۳٫۵ میل اندازه‌گیری شد. و خوشبختانه این بدترین حالت نبود. خبر بدتر در ثبت‌شدن لایه‌به‌لایه پنهان شده بود: لایه‌های داخلی در طول فرآیند تولید نسبت به یکدیگر ۲ میل جابه‌جا شده بودند. لامینیت که این امر نشان‌دهندهٔ عدم قرارگیری مرکزی سوراخ‌های مته روی حلقه‌های هلالی  در دو لایه از شش لایه بود. مدارهای چاپی از آزمون عملکردی عبور کردند. آن‌ها از ارزیابی اولیهٔ مشتری نیز عبور کردند. پس از آن، یک بعد حساسیت‌ناپذیر در جفت سیگنال‌های پرسرعت ۷ اهم از مقدار هدف فاصله داشت و گروه تحلیل خرابی شروع به بررسی دقیق ساختار لایه‌بندی کرد.

هر دو مشکل در نمونهٔ اولیهٔ تولید قابل مشاهده بود، اگر کسی به دنبال آن‌ها بود. اندازه ردیاب  در محدودهٔ نوار مقاومت تولیدکننده بود — به سختی. انحراف ثبت‌نام در محدودهٔ تحلیلی بود که فرآیند کارخانه همیشه تولید کرده بود. هیچ چیز از ارزیابی کمتر نبود. هیچ چیز در برابر مشخصات نقض نشد. بردها صرفاً تعداد خطاهای دو بعدی بودند که هر تولیدکننده «معمول» می‌دانست، و ترکیب این خطاها باعث شد اهداف عملکردی محصول غیرقابل‌دستیابی شوند.

این مقاله دربارهٔ دو فرآیند بی‌صداست که حاشیهٔ سود را مصرف کردند: از دست‌رفتن تصویر  و انقباض لایهٔ داخلی . هیچ‌کدام غریب نیستند. هر دو قابل اندازه‌گیری، قابل کنترل و به‌طور مداوم نادیده گرفته می‌شوند — تا زمانی که اسیلوسکوپ مشتری خلاف آن را اعلام کند.

۰٫۵ میلی‌متری که ناپدید شد: منشأ از دست‌رفتن تصویر

یک ردیف ۴ میلی‌متری در حال حاضر در لبهٔ ظرفیت رایج FR-4 کار می‌کند. این عاملی است که ارزان‌ترین و کامل‌ترین فرآیندهای segu صنعت — کاملاً خشک، نور مستقیم فرابنفش (UV) و اچینگ مرطوب — شروع به نشان دادن محدودیت‌های ابعادی خود می‌کنند. فاصلهٔ بین ۴ میلی‌متری که شما طراحی کرده‌اید و ۳٫۵ میلی‌متری که در نهایت به دست آورده‌اید، ناشی از یک اشتباه نیست. بلکه تجمعی از خطاهای ریز و جداگانه است که هر کدام به‌طور مستقل قابل قبول هستند و در مجموع منجر به کاهش ۱۲٫۵ درصدی عرض می‌شوند:  

تغییرات توان نوردهی. مقاومت با نور فرابنفش پلیمریزه می‌شود. در صورت کمبود توان، لبه‌های غیرنورده‌شده الگو به‌طور کامل سخت نمی‌شوند — بلکه در فرآیند توسعه از بین می‌روند و خطوطی نازک‌تر از طرح اولیه ایجاد می‌کنند. توان نوردهی تحت تأثیر عمر لامپ، دما و سرعت نقاله تغییر می‌کند. در یک خط نوردهی مبتنی بر فیلم  ، لامپی که ۱۰ درصد پایین‌تر از مشخصات تعیین‌شده کار می‌کند، به‌صورت نامحسوس ۰٫۱ تا ۰٫۲ میلی‌متر از عرض هر ویژگی روی هر پنل کم می‌کند.  

پارامترهای توسعه.  شیمی توسعه‌دهنده دارای سطح دمایی و پنجره غلظتی است. اگر شیمی گرم اجرا شود یا غلظت آن به‌صورت نامطلوب افزایش یابد، برنامه‌نویس شروع به مصرف مقاومت نیمه‌پلیمریزه می‌کند — این مسئله «توسعه‌ی بیش از حد» نامیده می‌شود. توسعه‌ی بیش از حد نتیجه با نشان تجاری هم‌خوانی دارد: عملکرد قابل توجه کاهش می‌یابد، اما ویژگی‌های مستحکم حفظ نمی‌شوند. اگر خطوط ۴ میلی‌متری شما عرض خود را از دست داده اما صفحات ۱۰ میلی‌متری بدون تغییر باقی مانده‌اند، توسعه‌ی بیش از حد اولین مشکوک است.  

تغییرات چگالی مقاومت.  مقاومت خشک فیلمی در چگالی‌های کم موجود است، اما یک رول سه‌هفته‌ای که به‌درستی نگهداری نشده باشد ممکن است تغییر کند. لایه‌های نازک‌تر در طول فرآیند اچینگ محافظت کمتری ارائه می‌کنند که منجر به افزایش حمله جانبی می‌شود — این همان «زیربریدگی اچ» است. زیربریدگی اچ  داستانی که در مقالات کوتاه‌تر قبلی به آن اشاره شده و از دست دادن تصویر را در مرحله بعد توضیح می‌دهد.  

مالیات عامل اچ.  هر عرضی که در فرآیند تصویربرداری حفظ شود، پس از آن توسط محلول حلال برداشته می‌شود — معمولاً ۲۰ تا ۳۰ میکرون در مجموع روی هر دو سطح ردیف مسی با ضخامت ۱ اونس، و بیشتر در مس‌های ضخیم‌تر. سبک ۴ میلی‌اینچی که ۰٫۴ میلی‌اینچ در فرآیند تصویربرداری و ۰٫۳ میلی‌اینچ دیگر در زیربریدگی (اندرکات) از دست می‌دهد، با عرضی بین ۳٫۳ تا ۳٫۵ میلی‌اینچ به درب مشتری می‌رسد. هیچ اقدام منفردی شکست نخورده است. بلکه صرفاً برنامهٔ بودجه‌بندی از محدودهٔ تعیین‌شده خارج شده است.

۲ میلی‌اینچ جابه‌جا شده: چرا لایه‌های داخلی نمی‌توانند به‌طور دقیق در جای خود ثابت بمانند

ثبت‌نام لایه‌به‌لایه  در یک برد چندلایه، این فرآیند نبردی علیه موادی است که واقعاً در طول پردازش ابعادشان تغییر می‌کند. صفحهٔ لامینات مس‌پوش که به‌صورت تخت وارد خط تولید می‌شود، پس از اچینگ، درمان اکسیدی و لاک‌زنی دیگر همان اندازه را نخواهد داشت. این صفحه کوچک‌تر می‌شود. مسئله این نیست که آیا کوچک‌تر می‌شود یا نه — بلکه این است که چقدر، در کدام جهت، و آیا این تغییرات به‌اندازه‌ای هماهنگ هستند که بتوان آنها را جبران کرد.  

فیزیک این کوچک‌شدن عمدتاً تحت تأثیر دو عامل قرار دارد:

بافت شیشه‌ای . در لامینات  پارچه‌ی شیشه‌ای دارای دستورالعمل بافت است — طولی (وارپ) و عرضی (وِفت) — و رزین و شیشه به‌صورت متفاوتی در برابر حرارت و فشار لامینه‌شدن واکنش نشان می‌دهند. تخته‌ها در امتداد دو محور به‌صورت نامساوی کوچک می‌شوند، معمولاً با نسبتی حدود ۲ به ۱. تخته‌ای که در جهت طولی ۰٫۰۲ درصد کوچک می‌شود، ممکن است در جهت عرضی ۰٫۰۴ درصد کوچک شود. در تخته‌ای به عرض ۱۸ اینچ، این تفاوت حدود ۱٫۵ میل بین دو جهت است — پیش از اینکه هرگونه خطای دیگری را در نظر بگیریم.  

جریان رزین و رفع عیب در حین لامینه‌شدن، ماده‌ی پرپرگ ذوب می‌شود، جریان پیدا می‌کند و پیوند متقابل ایجاد می‌کند. میزان جریان بستگی به فشار، نرخ افزایش دما و محتوای رزین در پرپرگ دارد. جریان بیشتر به معنای حرکت بیشتر است و این حرکت در سراسر تخته یکنواخت نیست — لبه‌ها به‌صورت متفاوتی نسبت به مرکز جریان می‌یابند و تخته‌های ضخیم رفتاری متفاوت از تخته‌های نازک دارند. لایه‌های داخلی که قبلاً حکاکی شده‌اند، توسط فعالیت رزین کشیده می‌شوند. موقعیت نهایی آن‌ها تابعی از جنس ماده، فرآیند تولید و شانس است.

راه‌حل بازار کاهش پرداخت :CAM برنامهٔ نرم‌افزاری با افزودن یک عنصر اصلاح آماری به لایه‌های داخلی، طرح را گسترش می‌دهد؛ بنابراین لایه‌ها در حین لامینیت به بهترین ابعاد خود کوچک می‌شوند. این روش زمانی به‌خوبی کار می‌کند که ماده یکنواخت باشد، فرآیند ایمن باشد و انقباض قابل پیش‌بینی باشد. اما هرگاه تغییری رخ دهد — مانند استفاده از دسته‌ای جدید از پرپرگ، توری شیشه‌ای متفاوت یا تغییر فصلی رطوبت — عملکرد آن به‌صورت آرام متوقف می‌شود، زیرا عنصر اصلاح بر اساس داده‌های تاریخی و نه بر اساس ویژگی‌های فعلی ماده ساخته شده است.

همین‌طور است که انحراف ۲ میلی‌اینچی به نظر می‌رسد. طرح با در نظر گرفتن کاهش ۰٫۰۳ درصدی اصلاح شده بود. اما مادهٔ واقعی ۰٫۰۴۵ درصد کوچک‌تر شده است. این تفاوت — ۲ میلی‌اینچ در عرض یک صفحهٔ ۲۴ اینچی — در قالب نامنظم‌بودن لایه‌ها، عدم مرکزیت هدف‌های مته‌زنی و حلقه‌های حاشیه‌ای غیرحلقه‌ای ظاهر می‌شود.

هنگامی که دو اشتباه با هم مواجه می‌شوند

به‌تنهایی، هیچ‌یک از این دو خطا فاجعه‌آمیز نیستند. یک ردیاب ۳٫۵ میلی‌اینچی برای بیشتر کاربردها جریان مناسبی را تأمین می‌کند. انحراف ثبت ۲ میلی‌اینچی در بسیاری از طرح‌ها قابل تشخیص نیست.

اما هنگامی که با هم ترکیب می‌شوند، موجودی متفاوتی ایجاد می‌کنند:

کنترل مقاومت در برابر نوسانات کاهش می‌یابد ردیابی‌های مقاومت کنترل‌شده بر اساس اندازه‌ای دقیق، ضخامت دی‌الکتریکی دقیق و وزن مس دقیق محاسبه می‌شوند. از دست دادن عرض ۰٫۵ میل به همراه تغییرات ضخامت دی‌الکتریک ناشی از لامینیت نامتعادل می‌تواند یک جفت دیفرانسیلی ۱۰۰ اهمی را به ۹۳ یا ۱۰۷ اهم برساند. سیلیکون همچنان عمل می‌کند. اما حاشیه اطمینان صحت سیگنال از بین رفته است و طرحی که در شبیه‌سازی الکتریکی «قبول شده» بود، اکنون در آداپتور کار نمی‌کند.

حاشیه‌های حلقه‌ای از بین می‌روند.  ا از طریق  در اطراف سوراخ‌های متراشیده مس مورد نیاز است — یعنی حلقه‌ی حاشیه‌ای. اگر مته ۲ میل از مرکز پد منحرف شود، در حالتی که حلقه‌ی حاشیه‌ای ۳ میلی‌متری داشته باشیم، تنها ۱ میل مس در یک طرف باقی می‌ماند. این مقدار در بسیاری از الزامات تأیید قرار دارد، اما همچنین تنها یک چرخه حرارتی با اتصال آسیب‌دیده فاصله دارد. سوراخ هنوز منفجر نشده است؛ بلکه یک حمله قلبی در انتظار روزی است.

مسیریابی فرار در BGA شکست می‌خورد.  مسیریابی متراکم زیر BGA با گام ریز از هر میکرون در دسترس استفاده می‌کند. از دست دادن اندازه‌ای به میزان ۰٫۵ میل به علاوه تغییر لایه‌ای به میزان ۲ میل، عبارت «قابل مسیریابی» را به «مدارهای باز در لایهٔ سوم که تنها در زیر اشعهٔ ایکس آشکار می‌شوند» تبدیل می‌کند.

چه چیزی واقعاً ظرفیت‌ها را صادق نگه می‌دارد؟

سوی روشن این است که هر یک از این سیستم‌های انحراف قابل اندازه‌گیری هستند و کنترل ابعاد را امکان‌پذیر می‌سازند:  

خط تصویربرداری را تنظیم کنید، نه فقط برد نهایی.  انرژی نوردهی و شیمی برنامه‌ریز را در فواصل مشخصی پایش کنید. یک کد تخفیف وضوح — الگویی آزمایشی با خطوطی از ۵ میل تا ۲ میل — را روزانه از طریق خط عبور دهید و عرض‌های تعیین‌شده را ثبت کنید. این کوپن انحراف را در زمانی ثبت می‌کند که هنوز یک روند است، نه پس از اینکه به مسئله‌ای در بازده تبدیل شده است. این کنترل رویه‌ای استاندارد است و تنها اقدام با ارزش‌ترین برای حفاظت از توانایی خطوط بسیار نازک محسوب می‌شود.

در جاهایی که خطوط بسیار دقیق مورد نیاز است از LDI استفاده کنید. تصویربرداری مستقیم لیزری (LDI)  کلیهٔ اقدامات مربوط به فیلم را کاملاً حذف می‌کند که منجر به از بین رفتن اعوجاج فیلم، خطای ترازبندی نور مستقیم و نامنظمی ابعادی خود اثر هنری می‌شود. سیستم‌های LDI وضوح ویژگی‌ها را در محدودهٔ ۱۰ تا ۲۵ میکرون نگه می‌دارند — که به‌راحتی درون ناحیهٔ ۴ میل قرار می‌گیرد — و مهم‌تر از آن، تعداد زیادی از سازندگان LDI قادرند تصویر را بر اساس کاهش واقعی اندازه‌گیری‌شدهٔ هر پنل تنظیم کنند و به‌جای جبران آماری، جابه‌جایی ثبت را لایه‌به‌لایه اصلاح نمایند. این تفاوت اصلی بین جبران کردن جابه‌جایی معمولی و جبران کردن جابه‌جایی موجود روی صفحه‌ای است که دقیقاً در مقابل شما قرار دارد.

کاهش فرآیند روی ماده، نه بر اساس حدس و گمان.  هسته و لایه‌های پرکننده را بر اساس فاکتور صورتحساب بررسی کنید و عناصر پرداخت را با رفتار واقعی محصول تطبیق دهید. هنگامی‌که ضریب جبران دیگر با کاهش اندازه‌گیری‌شده مطابقت ندارد، زمان آن رسیده است که مشخصات دوربین را به‌روزرسانی کنید — نه اینکه ادامه دهید و امیدوار باشید.

در حین مته‌زنی، به لایه‌ها توجه کنید، نه به پنل. بررسی با اشعهٔ ایکس — استفاده از اهداف اشعه ایکس که روی لایه‌های درونی چاپ شده‌اند تا برنامه مته‌کاری را تعیین کنند— دستگاه استانداردی برای هم‌تراز کردن مته‌ها با موقعیت واقعی لایه‌هاست. این روش جملهٔ «لایه‌ها باید در اینجا باشند» را مستقیماً به «لایه‌ها در زیر هستند، بنابراین مته‌کاری را به‌درستی انجام دهید» تبدیل می‌کند. برای برد‌هایی که نیازمند حلقه‌های حلقوی بسیار دقیق هستند، ترکیب هدف‌گیری مته با اشعه ایکس و ارزیابی جداگانه هر برد، تفاوت میان مشکل بازده و یک فرآیند پایدار است.

پرسش‌های رایج

سوال: از طراحی تا ساخت نهایی برد، کاهش معمول عرض ردیاب چقدر است؟

پاسخ: برای مس استاندارد ۱ اونس و کنترل کامل فرآیند، کاهش ۰٫۲ تا ۰٫۴ میل (تصویربرداری + اچ) قابل پیش‌بینی است. کاهش‌هایی برابر یا بیشتر از ۰٫۵ میل در یک طراحی ۴ میلی‌متری نشان‌دهنده خارج شدن از پنجره فرآیندی است— یعنی یا معیارهای تصویربرداری انحراف یافته‌اند یا محلول اچ بیش از حد تهاجمی برای ضخامت مس است.

سوال: چرا لایه‌های من با وجود استفاده از نشست کاهش‌یافته همچنان نامتعادل می‌مانند؟

الف: جبران خسارت از نوع آماری است — یعنی از میانگین‌های تاریخی به دست می‌آید. این روش برای محصول معمولی تنظیم شده، نه برای محصول واقعی. دفعات جدید پرکننده‌های پیش‌آماده‌شده، بافتهای شیشه‌ای متفاوت، تغییرات رطوبتی و انواع مختلف فشاردهنده‌ها، همه این‌ها باعث می‌شوند کاهش واقعی بسیار دور از مقدار جبران‌شده شود. راه‌حل، اندازه‌گیری مواد فعلی و به‌روزرسانی بخش پرداخت است، علاوه بر استفاده از هدف‌گیری مته با اشعه ایکس برای مقابله با خطای تکراری در عملیات مته‌زنی.  

پ: آیا سیستم LDI می‌تواند جابجایی ثبت‌نام را جبران کند یا فقط عرض خطوط را؟

الف: هر دو. سیستم LDI خطاهای ناشی از فیلم را حذف می‌کند (که یکی از مهم‌ترین منابع کاهش عرض و اعوجاج الگو است)، و بسیاری از سیستم‌های تولیدی LDI قادرند از مقیاس‌دهی بر اساس هر تخته با استفاده از کاهش اندازه‌گیری‌شده بهره ببرند — یعنی ثبت‌نام لایه به لایه را روی تخته واقعی، نه بر اساس میانگین تحلیلی، اصلاح می‌کنند.  

پ: در چه ابعادی از تخته، جابجایی ۲ میل اینچی واقعاً مشکلی جدی محسوب می‌شود؟

الف: اندازهٔ برد اهمیت ندارد— بلکه اندازهٔ ویژگی‌ها اهمیت دارد. انحراف ۲ میلی‌اینچی در طرحی با خطوط ۱۰ میلی‌اینچی و پدهای بزرگ بی‌ضرر است، اما در طرحی با خطوط ۴ میلی‌اینچی و BGAهایی با فاصلهٔ ۰٫۴ میلی‌متری فاجعه‌بار خواهد بود. اگر کوچک‌ترین بعد ویژگی شما نزدیک محدودیت فرآیند تولید باشد، خطای ثبت‌گیری هیچ جایی برای پنهان‌شدن نخواهد داشت.  

پ: دقیقاً چگونه می‌توانم قبل از دریافت برد تشخیص دهم که طرح ۴ میلی‌اینچی من در معرض خطر است؟

الف: از سازنده سه سؤال بپرسید: تحمل عرض خطوط را برای ویژگی‌های ۴ میلی‌اینچی چقدر تعیین کرده‌اند، مشخصهٔ ثبت‌گیری لایه‌به‌لایه‌شان چیست، و آیا برای برد‌های چندلایه از هدف‌گیری مسیر حفاری با اشعهٔ ایکس استفاده می‌کنند یا خیر. اگر پاسخ‌ها مبهم باشند یا مشخصهٔ ثبت‌گیری از ۳ میلی‌اینچ شل‌تر باشد، طرح شما در معرض خطر است— و قیمت‌گذاری اعلام‌شده به شما این موضوع را نخواهد گفت.

حاشیه‌ای که نمی‌توانید ببینید، حاشیه‌ای است که نمی‌توانید از دست بدهید

علت ریشه‌ای خطوط ۴ میلی‌متری و لایه‌های درونی منحرف‌شده، کنترل ابعادی است که به‌جای توجه به آن به‌عنوان یک بعد، صرفاً به‌صورت یک آمار در نظر گرفته می‌شود. کاهش اندازهٔ ۰٫۵ میلی‌متری و انحراف ثبت‌شدهٔ ۲ میلی‌متری، شکست هیچ رانندهٔ جداگانه‌ای یا هیچ تجهیزاتی نیستند. این‌ها هزینه‌های تجمعی پنجره‌های رویه‌ای هستند که هرگز سفت‌تر نشده‌اند، عناصر پرداختی که هرگز در برابر محصول واقعی اعتبارسنجی نشده‌اند و الزامات پذیرشی که اجازه می‌دهند هر خطا عبور کند، چرا که به‌تنهایی همیشه بی‌ضرر بوده‌است.

بردهای خط‌بندی ظریف به‌دلیل رویدادهای طوفانی از کار نمی‌افتند. آن‌ها به‌دلیل این‌که حاشیهٔ اطمینان به‌آرامی و به میزان ۰٫۱ میلی‌متر در هر تخته و در هر تغییر، فرسوده می‌شود—تا آن‌روز که در نهایت اسیلوسکوپ مشتری اخطار می‌دهد—از کار می‌افتند.