Kaksi vuotta sitten asiakkaan insinöörin esimies soitti minulle piirilevyn valmistusongelmasta. He olivat varmasti suunnitelleet teholähteen piirilevyn ohjausalueelle 2 milin levyisiä johdinkuvioita ja 2 milin välejä sekä määritelleet 2 unssin kuparikerroksen koko kerrosrakenteen läpi, jotta tehojohtimet voisivat kuljettaa virtaa. Raakapiirilevyt palasivat noin 40 %:n hyväksytyllä tuottosuhteella. Yhteyden testaus merkitsi kymmeniä kuolleita liitoksia paneelille. Mikroskoopin alla ohjausalueen johdinkuvioit eivät näyttäneet ohuilta – ne näyttivät kuin niitä olisi hiekattu. Joitakin oli kokonaan hävinnyt.
Tässä on epämukava osa: kyseinen piirilevy oli tuhottu heti, kun suunnittelusäännöt oli kirjoitettu. Valmistaja ei tehnyt virhettä. Kostean kemian lait yksinkertaisesti voittavat piirilevyn suunnittelun.
Katsotaan specifikaatioita yksiköissä, jotka tekevät ongelman ilmeiseksi.
2 milin johdin on 50,8 mikron suuruinen. 2 unssin kupari on 70 mikron paksu. Lue se uudelleen: kupari-alumiinifolio on 38 % paksuutta johdinta laajempi. Pyydät syövytysainetta muokkaamaan rakennetta, joka on korkeampi kuin leveä – eli 70 mikron seinä seisoo 50 mikron pohjalla. Sitten pyydät samaa toimintaa myös viereiselle alueelle, joka on 2 milin päässä.
Kostea syövytys on isotrooppista. Kemiallinen reaktio ei tunnista, mikä suunta on "alaspäin". Se vaikuttaa kupariin sivusuunnassa lähes samalla nopeudella kuin se etenee pystysuunnassa. Teollisuus arvioi tätä syövytyskerroinlukemalla – eli pystysuuntaisen syövytyksen syvyyden suhteena sivusuuntaiseen syövytykseen kummallakin puolella. Tuotannossa syövytyskerroin vaihtelee 2,5–4,0 välillä riippuen käytetystä kemiallisesta aineesta, laitteistoista ja prosessin säädöstä. Happamassa kupari(II)kloridissa sisäkerroksilla kerroin on yleensä 3,0–3,5. Emäksisissä järjestelmissä ulkokerroksilla kerroin on pienempi, noin 2,5–3,0.
Laske aritmetiikka syövytyskertoimella 3,0 ja 2 unssin kuparilla:
Vaadittu pystysuuntainen syövytys syvyys: 70 mikronia
Sivullinen alakärsäys kummaltakin puolelta: 70 ÷ 3.0 ≈ 23 mikronia
Kokonaismittainen leveysmenetys molemmilta puolilta: noin 46 mikronia
50,8 mikronin levyisestä johdinkuviosta syövyttäjä poistaa 46 mikronia. Jäljelle jää 4,8 mikronin ohut nauha – jos se edes säilyy kokonaan. Syövytyskerroin 3,5 antaa lopputulokseksi noin 10 mikronin levyisen johdinmuodon. Siitä huolimatta kyseessä on terävän reunan kaltaisuus, ei johtava rakenne. Se ei kykene kuljettamaan virtaa, se ei täytä vastustusvaatimuksia ja se ei kestä käsittelemistä ennen katkeamista.
Entäpä 2 milin väli? Sama 23 mikronin alakärsäys kummallakin johdinreunalla pienentää väliä 50 mikronista noin neljään mikroniin. Kuparin yhtymisen, mikrolyhytikäisten oikosulkujen ja ajan myötä kasvavan dendriittien vaara nousee merkittävästi.
Tämä ei ole tuottavuusongelma. Tämä on fysiikan ongelma, joka on pukeutunut palautusongelman vaatteisiin.
Tässä on komponentti, joka usein jää syyllisyyden pelin varjoon. Kaiverrusmaksu – CAM-prosessi, jossa piirikortin suunnittelua laajennetaan kompensoimaan kaventumista – on yleinen käytäntö kaikissa ammattimaisissa valmistuslaitoksissa. Hyvä valmistaja säätää esimerkiksi 5 milin suunnittelua 5,5 tai 6 milin kokoiseksi, jotta valmis johdin on tarkalleen 5 milin levyinen. Tämä toimii erinomaisesti, kun kompensaatio on vain pieni osa ominaisuuden kokoa.
Tämä ei toimi lainkaan, kun ominaisuus on jo juuri mahdollisuuksien rajalla.
Jotta saataisiin valmiiksi 2 mil:n levyinen johdinviiva noin 46 mikronin kokonaismittaisen alakäyrän jälkeen, kuvion leveys tulisi olla noin 97 mikronia eli lähes 4 mil. Tällä hetkellä välimatkojen laskentakaava ei toimi: kahden 4 mil:n levyisen kuvion viivan sijoittaminen suunnittelussa 2 mil:n etäisyydelle toisistaan tarkoittaa, että vastaavat eristysominaisuudet ovat levyllä vain noin 51 mikronin päässä toisistaan. Resistimateriaali ei kestä tätä. Syövytysaine puree sen alapuolelta ja nostaa sitä, minkä seurauksena koko kerrokselle syntyy ennakoimaton ja epätasainen syövytys. Ohut viivasyövytys paksulla kuparilla ei heikkenne sujuvasti – se epäonnistuu kaoottisesti.
Tästä syystä alan pienimmän johdinlevityksen taulukot tarkistavat käytettyjä menetelmiä. 1 unssin kuparille 3 milin johdin on epävarman alueen rajalla. 2 unssin kuparille toiminnallisesti pienin leveys nousee 5 miliin. 3 unssin kuparille se on 9 miliä. 4 unssin kuparille 12 miliä. Nämä eivät ole perinteisiä oletuksia – ne ovat juuri ne koot, joissa kaiverrusprosessin vakautuminen lopettaa olla arvauspeliä. Suunnittele 2 milin johdin 2 unssin kerrokselle, ja sinä pyydät prosessia, joka ei ole olemassa muualla kuin tutkimuslaboratorioissa.
Tuottotappio ei ole hienovarainen ilmiö. Kokemukseni noin 30:n raskaskuparisen piirilevyn projektin aikana viimeisen kolmen vuoden aikana vastaa seuraavaa mallia:
Johdinleveys alle noin 3-kertaisena kuparitiukkuutena: tuottosuhteet 35–55 % välillä, ja vikaantumiset johtuvat pääasiassa avoimista yhteyksistä ja lähes avoimista yhteyksistä
Johdinleveys noin 4-kertaisena kuparitiukkuutena: tuottosuhteet 70–85 % välillä, ja sähköinen epäherkkyys vaihtelee ajoittain
Johdinleveys 5-kertaisena kuparitiukkuutena tai suurempena: tuottosuhteet paraneevät yli 95 %:n.
Pelottavimmat vioittumiset eivät ole kuolleet oikosulut. Ne ovat vaihtelevaltiset avoimet yhteydet – johdinradat, jotka läpäisevät yhteyden testit tehtaassa, koska ne ovat lopulta 5 mikronin ohuita filamenteja, mutta särkyyvät lämpökyklen tai resonanssin vaikutuksesta ja epäonnistuvat kentällä kuuden kuukauden kuluttua. Olen jäljittänyt kenttäviat takaisin piirilevyihin, jotka läpäisivät sähköisen tarkastuksen valmistajalla loistavasti. Johdinradat näyttivät sääntöjen mukaisilta AOI-kuvissa. Kukaan ei röntgenkuvannut jokaista 2 milin verkkoyhteyttä, ja ne, joiden pinnat olivat kaiverrettu hiuksen paksuisiksi, olivat huomaamattomia kunnes ne rikkoutuivat.
On myös vastuskerroin. Vaikka ohut johdinrata pääsee läpi, sen poikkileikkaus ei enää ole suorakulmainen – se on puolisuunnikkaan muotoinen, leveä alaosassa ja ohut yläosassa. Säännelty lämpövastus lasketaan suorakulmaisen geometrian perusteella. A puolisuunnikkaan trace siirtää todellisen epäherkkyyden kohteesta ohjeella, joka perustuu kerrostumiseen ja alakiristyslaskelmaan. Erotuspari-asetuksissa virheelliset ainekset: johdot muuttuvat kapeammiksi ja niiden välinen etäisyys kasvaa, joten erotusparien epäherkkyys poikkeaa enemmän kuin yksittäisissä signaaleissa. Levyt, joiden piti olla 100 ohmia, mitattiin 96 ohmiksi. Levyt, joiden piti olla 90 ohmia, mitattiin 87 ohmiksi. Minimaaliset asettelut poikkesivat kokonaan määritellystä eritelmästä.
Haluan olla reilu suunnittelijoihin, jotka vaativat 2 mil/2 oz -yhdistelmää. Kukaan ei määrittele tätä yhdistelmää vaikeaksi. Perustelu on yleensä seuraavanlainen: "Tarvitsen 3 A virtaa tällä tehojohdolla, laskin kertoo, että 1 oz -johdin pitää olla X leveä tässä tapauksessa, joten käytän 2 oz -johdinta ja pidän johdinleveyden kapeana." Tai: "Tila on kapea, ja 2 oz mahdollistaa tehojohdinten pienentämisen."
Virhe on käsittää kuparin painoa säädintimekanismina, joka vaikuttaa vain virtakapasiteettiin. Se ei ole – se on säädin, joka vetää koko kerroksen mukanaan pienin mahdollinen johdinleveys ja etäisyys sen mukana. Paksu kupari parantaa suurten johdinten virtakäsittelykykyä, mutta samalla heikentää kykyä ohjata mitään monimutkaista samalla kerroksella. Molempia ei voida saavuttaa samalla kuparipaksuudella, koska kuumakäsittelyprosessi ei salli kompromisseja.
Olen nähnyt tiimejä pääsevän tästä ansasta, ja ratkaisut noudattavat johdonmukaisesti samaa mallia.
Jaa kuparipaksuudet eri kerrosten välille. Sijoita 2 unssin ja jopa 3 unssin kupari omalle teholähteelle tarkoitetulle kerrokselle leveiden johdinten ja laajojen polygonien kanssa. Sijoita hienopihtinen ohjauslogiikka 0,5 unssin tai 1 unssin kerrokseen. Kahden eri kuparipaksuuden käyttö yhdessä kerrosrakenteessa on täysin normaalia – useimmat monikerroksiset piirilevyvalmistajat käsittelevät eri unssipaksuuksisia kerrosrakenteita ilman dramaattisia vaikeuksia. Levy maksaa hieman enemmän. Tuottotasoero kattaa usein lisäkustannukset.
Pidä ohuiden kuparikerrosten johdinleveys 2 milin mittaisena, eikä muuten. Jos suunnittelu todella vaatii 2 mil:n johdinleveyden ja tilaa esimerkiksi BGA:n poistumisreittien ohjaamiseen, kyseinen osa kuuluu kerrokseen, joka on riittävän ohut luotettavan kaventamisen varmistamiseksi. 0,5 unssia kuparia hyvällä empiirisellä linjalla ja LDI-kuvantamisella voi pitää 2 mil:n ominaisuuksia. 2 unssia kuparia ei voi pitää millään valmistusmenetelmällä, millään kemiallisella koostumuksella eikä millään CAM-korjaustavalla. Kyse ei ole kyvykkyydestä; kyse on geometriasta.
Laajenna ennen kuin vaihdat kuparipaksuutta. 3 ampeerin virtarata 1 unssilla vaatii noin 50–60 mil:n johdinleveyden kohtalaisen lämpötilan nousun varmistamiseksi. 2 unssilla sama virtarata vaatii noin puolet siitä – edelleen kaukana 2 mil:stä. Jos reititysalue ei todella mahdu siihen, ratkaisu ei ole 2 unssin kupari ohuilla johdinoilla. Ratkaisu on erikoistettu virtataso tai paljon paksuampi kuparikerros ilman ohuita piirtoja.
Pyydä DFM-arviointia ennen kuin vahvistat kerroksiston, ei sen jälkeen. Jokainen vakava valmistaja tarjoaa ilmakustannuksellisen valmistettavuuden tarkistuksen suunnittelulle Gerber-tiedostojen latauksen yhteydessä. Ne, joita kannattaa käyttää, huomauttavat 2 milin / 2 unssin sekoituksesta ennen tilauksen tekemistä ja kertovat, mikä tuotteen palautusprosentti varmasti on. Jos valmistajasi lainaa 2 milin / 2 unssin piirilevyn ilman yhtään huomautusta, se on varoitusmerkki – joko he valmistavat sen huonolla palautusprosentilla ja siirtävät kustannukset sinulle, tai he valmistavat sen ja annat sinun havaita ongelman testausvaiheessa.
Paksu kupari ja rangaistuslinjat eivät ole suunnitteluvaihtoehtoja – ne ovat ristiriita itsessään. Kuparikerroksen syövyttävä aine, joka tekee 2 unssin kuparista hyödyllisen, on sama aine, joka poistaa 2 milin johdinradat, eikä mikään prosessitekninen taikuus muuta tätä suhdetta. Syövytyssuhde voidaan laskea julkisesti, se on vakaa, eikä sillä ole merkitystä mihinkään toimituspäivämääriin.
Ryhmät, jotka toimittavat suurivirtaisia piirikortteja aikataulussa, ovat keksineet tämän käsin: sijoita kupari sinne, missä virta kulkee, sijoita resoluutio sinne, missä signaalit kulkevat, ja älä koskaan vaadi yhtä kuparikerrosta hoitamaan molempia tehtäviä. Jokainen 2 mil/2 oz -piirikortti, jonka olen koskaan nähnyt valmistettavan, on ollut joko alhainen tuottoprosentti saavuttanut prototyyppi, vian tutkinta kentällä odottamassa tapahtumaa tai erinomaisen kallis opetus kaiverrus-kemiassa. Mitään ei ole toimitettu kahdesti.
Uutiset2026-09-07
2026-09-04
2026-09-03
2026-09-01
2026-08-31
2026-08-27
2026-08-26
2026-08-24
EN
