Hvað eru mikrovíur á prentuðum raktaborðum?

Míkróvía og HDI: PCB-sniðtekník fyrir áreiðanlega raunbreytutæki

Hvað eru mikrovíur á prentuðum raktaborðum?

Meta yfirlit:  Opnið leynið að áreiðanleika míkróvía og Hdi pcb stíl. Lærðu um láserborin míkróvía, hrúgaðar vs. óváttar byggingar, mistök í míkróvía, markaðsstaðla (IPC-2226, IPC-TM-650) og sérfræðingaframleiðslutekníkur fyrir langvarandi hárþétt tengidplötur.

Inngangur: Umbreyting á PCB-sniði með míkróvía og HDI-þróun

Prentaðar raunbreytuplötur (PCB) eru þögnin, flókna götur nútímaraunbreytutækja – tengja, veita rafmagn og gera kleift allt frá neytendatækjum eins og farsíma til læknavéla og geimþátta. Á meðan eftirspurnin hefur stigið mjög mikið eftir minni, hraðari og áreiðanlegri raunbreytutækjum hefur PCB-sniðið verið nauðugt til að þróa sig miklu meira. Uppkomustigur míkróvía og háþéttar tengingar (HDI) PCB nútímaleg nýjung  hefur raunverulega tekið eftir mikilvægu breytingu á því hvernig nútíma rafmagnshringir eru framleiddar, minnkaðar og fengnar fyrir hárhraða, hátraustar forrit.

Microvias -- þessi litlu, með ljaseri gryfðu koparfullu tengingar -- geta verið aðeins hundraðshlutar millimeters í stærð, en þær hafa gerð kleift að hækka afl og árangur í nútíma mjög minnkuðum rafmagnshugbúnaði. Með því að halda þéttari staðsetningu á hlutum, fínri kúluráðstefnu (BGA) og hröðum, lág-tap rásargöngum fyrir táknið eru mikrovíur raunverulegar hjálparar PCB-minnkunar. En ekki bara það, er nú þegar nauðsynlegt að skilja mikrovíur til að tryggja varanleika gegn hitasyklum, mistökum vegna endurþeytunar og langtíma áreiðanleika  í ógnvekjandi eða misjafnfrægum umhverfi.

Þótt þessi tækni komi með smáatriði og erfiðleika. Áreiðanleiki mikrovía  er háður því að kanna nýjasta vörur, með fyllingaraðferðir, plötun og prófunarmálsátak. Vandræði eins og hringskruptur, koparskellur og festiskeljar -út í reikning ef þú fylgir ekki huglægu lagastöðunni, haldir áfram með viðeigandi hlutfalli efna eða velur bestu aðferðirnar og greiningar-kóðana samkvæmt IPC-2226, IPC-T-50M , og IPC-TM-650  skilyrðum.

Hvað eru viur í PCB?

Í heimi PCB-hönnunar er viu grundvallarbygging sem gerir raunhæfum rafstöðu milli laga móðurplátunnar. Þó að hugtakið sé einfalt í hugmyndinni, koma viur fyrir í mörgum gerðum – hver um sig hannaður fyrir ákveðnar þarfir í háþéttleikar- eða háhraða rásir.

Grundvallar-PCB-viu-bygging

Venjuleg viu inniheldur hringlaga holu  borin í gegnum lögða PCB-lagastöðu, innilínuduð með rafleiðandi kopri til að tengja rásir milli ýmissa laga. Venjulegar gegnholu-viur fara frá efri yfirborði til neðri yfirborðs plátunnar og tengja öll lög. En þegar tólsmíniskenning jókst, voru þróuðar nýjar viu-gerðir – blindar, faldnar og mikroviur – til þéttari pakka og betri merkjatryggðar.

Af hverju koma upp vandamál með gegnumholum?

Nútíma tölubrautir – hærri I/O þykkt, fínur píts BGAs og þéttari lagaskipan – ýta hönnuðum til þess að fara fram hjá einföldum gegnumholum. Leit að minni, þynnum og hrærrum tæki hefur valdið breytingu á mikrogegnumholum og HDI-lagaskipunum, þar sem sérhver fermetrar-millimetri telur og sérhvert tenging áhrifar hitastjórnunar, merkja-stöðugleika og langtíma áreiðanleika.

Tegundir mikrovíu á prentaðri kringluborði

Blindar víur á prentaðri kringluborði

Blinda viur  eru borðar frá ytri lagi til nokkurra innri laga, en ekki allt í gegnum prentaða kringluborðið. Þær eru mikilvægar í HDI PCB  að tengja þétt upphaflega hluti við innri leiðslu án þess að nota dýrlegra borðasvæði.

Ávinningur blindra víu:

Svæðisnotkun: Tryggir rúm á innri lögum fyrir háþéttar leiðslur.

RF-/skynjavegagerð: Lágmarkar lengd stutts enda sem gefur miklu betri afstaða við háar tíðnisgildi.

Framleiðsluávinnun: Lægri hætta á beygingu og skiftum á lögum í gegnum lamínun.

Notkun:  Blindar víur eru algengar í síma, tölvur með snjallskjá, farsíma, tölvum og öllum gerðum tækja sem nota fínar pökkunaraðferðir og þéttar gerðareiningar.

Faldnar víur á prentaðri kringluborði

Fyrirvari við viur  tengja innri PCB-lög þó svo að ekki  ná að ytri yfirborðsflatarmálum. Þeir eru fullkomlega innbyggðir í borðið.

Ávinningar og notkunarsvæði:

Gerir mögulegt flókna tengingu milli laga án áhrifa á yfirborðið.

Gerir mögulegt miklu fleiri sendingarfæri fyrir há-pinnatölu BGAs.

Vegleiðingar við framleiðslu:  Fjölnotandi viur krefjast ýmissa lagsmyndunarferla, sem aukar framleiðslukerfið og hraðann. Varað verður um nákvæma staðsetningu til að koma í veg fyrir villa vegna misstillingar.

Míkróviur: Bygging HDI

Microvias  eru litlir, með laser borðir viur með algengri stærð 80–100 μ m (0,003–0,006" eða ≤ 6 mil). Þeir tengja venjulega aðeins nærliggjandi lag – frábært fyrir uppbyggingarmeðferðir á HDI-kortum.

Tækniupplýsingar:

Hlutfall hliða: ≤ 0,75:1 (dýpt:stærð); samkvæmt IPC-T-50M skilyrðum, ≤ 1:1 ef notað er ≤ 6 mil.

Láserskúring: Gerir það mögulegt að setja mikrovíur nákvæmlega, framleiða þær og stafela eða skipta þeim.

Fylltir og lokaðir víur: Venjulega fylltir með kopri fyrir styrk; „lokaðir“ ef þeir eru notaðir sem sniðugrund (Via-in-Pad).

Stafelar vs. Skiptar mikrovíur

Hófðu mikrovíur  eru lóðrétt í línu, tengja saman um allar samrunslagir rétt. Stökkvandi smáopnur  eru jafnvægt dreifðar í hverju lagi, með stuttum tengingum á milli þeirra.

IPC-2226  skilgreinir tegundir af lagasetningum, staðlaða fyllingu/loku og myndfræði mikrovíu fyrir báðar tegundir.

Aðrar áberandi tegundir gegnskila.

Fylltir og lokaðir mikrogöngur: Fyrir gegnskilategundir í pöddum, athugaðu styrk/jafnvægi.

Gegnskilar sem hoppa yfir: Tengja ósammhengdar lag, en hoppa yfir ýmis önnur lag.

Gegnskili með gegnborið hol (PTH): Fyrir tengiforrit og mekaníska virkni.

Fall mikrogöngu í HDI prentaðra kringla hönnun

Háþétt bindi (HDI)  tækni hefur bætt hugmyndina um að hver notkun og hver leidarefni verði að veita bestu virkni á minnsta mögulega svæði. Microvias  eru lykilþættir í því, sem gerir mögulegt fyrir forritara að brjóta gegnum takmörk venjulegra gegnskila með gegnborið hol og veita útrýmmislega háa rásþéttleika.

HDI lagastökk (IPC-2226)

Af hverju eru mikrovíur mikilvægar fyrir HDI

Miniatúrization: Leiða táknsignal frá þátta með mjög smáum millibili (millibil <0,8 mm) í litlum formstærðum.

Taugagæði: Styttri, með ljaserboriðar mikrovíur hafa lægri inductance og ósköpulögu kapastitans, sem er mikilvægt fyrir DDR, RF og háhraða hönnun.

Hitastjórnun:  Mikrovíur leiða hita lóðrétt, sem gerir kleift að nota áskiljanlega hitaleiðsluferla —notaðar oft sem hitavíur undir hitagjafandi ICs.

Minnkaður áhrifamátt milli tákna:  Mikrovíur sem eru fylltar með kopri og vel jafnaðar minnka óæskilega tengingu milli aðliggjandi tákna.

„Í HDI er mikrovían þín hagkvæm leið til að vinna —nákvæm, áreiðanleg og nauðsynleg fyrir útgang hraðvirkra, háþéttu tákna,“ segir sérfræðingur í HDI-hönnun.

Hvernig eru mikrovíur gerðar? Framleiðsla og framleiðsluferlar

Framleiðsluferlar

• Undirlagsundirbúningur: Undirbúa háþrýstilíkan, láserboranlega dielektriska efni (t.d. Isola FR408HR, FR370HR, Nelco N7000-2HT eða ABF byggingarfilm) með dreifðum/flötum glasi (stíl 1035, 1067).
• Láserborunaraðferð:

Undirbúningur fyrir borun: Staðfesta lámínun, merkja mark-/fangspaddar, tryggja rétta staðsetningu.

Láserborun: Nota UV- eða CO2-láser til að ≤6 míl holur; nákvæm stjórn á þvermál og útsetningu á taka-plata.

Eftir borðun: Hreinsun með fráveldri efnahreyfingu (ablation), mat á gæðum holunnar, athuga hvort sé eitthvað af brotum eða glasþokkum eftir.

• Afþvottur: Fjarlægir plastr- og glasaukningu sem er enn í gegnumholum eftir fráveldri efnahreyfingu (laser ablation) til að tryggja góða festingu koparsins.
• Metallvinnsla (koparplötun):

Kopar án rafstraums sem frjóvöxtur

Koparplötun með rafstraumi (samræmd eða pulsuð) fyrir fulla uppfyllingu —sérstaklega fyrir mikro-gegnumhol í plötunni. Bætiefni minnka myndun á tómrum rýmum.

Uppfyllt og lokað mikro-gegnumhol er plötuð þar til það er jafnt við yfirborðið (stundum með koparlágu til að bæta viðleitni fyrir veldingar).

• Gæðakynning:

Þversnið, mikro-etúnarpróf fyrir tóma rým, festingarvandamál og jafnvægi í koparþykkt.

Framleiðsla D-prófunarplötunnar samkvæmt IPC-2221 Appendix B fyrir áreiðanleikapróf.

Lykilþættir í framleiðslu

Hlutfall mikrovíu:  Eftir því sem kveðið er á um IPC-T-50M , ætti hlutfallið (dýpt við þvermál) ekki að vera hærra en 0,75:1 —eða 1:1 fyrir víur ≤6 mil —til að tryggja áreiðanlega koparplötun og koma í veg fyrir þunnar veggja eða tómrum rými neðst. Hærra hlutföll aukast líkurnar á ófullkominni koparuppfyllingu, minni áreiðanleika eða kopartómum, sérstaklega við hitabreytingar í samsetningu.  

Samsamræmisviðmiðun:  Rétt samræming ( ±2–4 mils) milli holinu sem er borin með láser og viðtöku-/markspennunni er mikilvæg. Rangt samstillingu getur leitt til að viðskiptasviðinu skiljist, opinnar rásar, fólins villu eða hækkaðs áhættu á brjótsvilla vegna endurhitunar.  

Diameter viðtöku-spennunnar: Viðtöku-spennan ætti að vera ≥80% af diameter gegnsholsins, samkvæmt bestu hönnunarleiðbeiningum fyrir mikro-gagnshol . Þessi hlutfallsleg stærð tryggir sterka koparfestu og minnkar líkurnar á hornbrjótum eða að spennan dragist út við hitacyklun eða mekaníska álag.

Hreinsun ljósblokkunar: Engin útvíkking ljósblokkunar  er mælt með í kringum mikro-gagnshol, sérstaklega á HDI-kortum, til að lágmarka líkurnar á að ljósblokkunin hylji gagnsholið eða verði ranglega staðsett, sem gæti veikja viðnám og framleiðsluútkomu.

Röðullöggnun : Margfaldar lamineringarferðir —eru mikilvægar fyrir földuð gagnshol, hröðuð eða skrefuð mikro-gagnshol —kveikir auka hættu fyrir Z-ás (CTE) útvíkingarmissjá og áspennusamdrátt. Það er forgotin að nota fyrirfram samsettar efni sem eru víddarstöðug og hæfileg til að skera með ljósgeisla eða ABF (Ajinomoto Build-up Film) til að stýra þessu.  

Koparfylling vs. ófyllt mikrovía

Mikrovíur fylltar með kopri og lokaðar  eru nauðsynlegar fyrir borð með háa áreiðanleika, sérstaklega þegar notaðar eru sem víur innan pöddu fyrir BGAs eða fín-pitch CSPs, eða þegar mikrovíur eru settar í stafla til að ná hástaða lóðréttu þéttleika.

Hönnun áreiðanleika fyrir mikrovíur: Leiðbeiningar, skemmdir og prófun

Áreiðanleiki mikrovíu  er algjörlega nauðsynlegur fyrir rafraus tæki sem eru á lífs- og dauðamarki. Skurðpunktur hönnunar, efna, framleiðslu og inspekts skilgreinir hvernig vel gengur. Hér er það sem hver hönnuður og framleiðandi verður að vita:

Helstu mekanismar til mistaka mikrovíu

Rásarsprettur í veggjum: Byrja venjulega við skarpa fillet-yrðingar eða þar sem ásamtstæðan er of há.

Hornbrúnur (tenging milli upptökuskífu og markskífu) : Tengd við útvíkingu í Z-ásnum (CTE-mismun) á meðan reynd er að brjóta.

Dragning á markskífu : Gerist ef skífan er of lítil eða festingin slæm.

Rangt innlagt : Annar hola-til-skífu eða lag-til-lag, mikilvægt í hröðum mikrovíum.

Koparholum : Slæm plötun, villa í viðbótarefnum eða fönguð loftgufa á meðan fyllt er.

Latentar („opnar“) mikrovíur : Yfir Tg geta glasþýðingar leyft mikrobrúnunum að lækna sig sjálfar, sem felur villur við prófun við herbergis hitastig en birtast undir raunhagsaðstæðum.

Sex ráð til sterkra mikrovíu hönnunar

• Veldu dielektrík sem er samhæft við ljásborðun: Dreifður glas/flat glas (t.d. 1035, 1067, 1086); hrísgrjónskerfi eins og Isola FR408HR, ABF byggingarfilm.
• Fylgið IPC-T-50M hlutfalli og pödduskilyrðum: ≤0,75:1 er forgengt; pöddudurður ≥80 % af víudurði.
• Stikkuðu mikrovíur í staðinn fyrir hóðaðar þar sem mögulegt er: Minnkar áspennu og hættu við tómrum rýmum eða sprungum; stikkuð afvikun > <0,8 mm) í mjög litlum gerðum.
• Veldu viðeigandi IPC-2226 byggingu: Gerð I: blindar + með. Gerð II: blindar, grafaðar, með. Gerð III: margar byggingar + hóðaðar/stikkuðar.
• Lóðsveifluframleiðsla: Markmiðið er engin bil (0 mil).
• Viðhalda pönnusviðs D-vatnsskilyrðum/rásun: Þarf fyrir eftirframleiðslu skoðun. "

Varanleg sniðmát hefur „skoðun á meðan þú býrð“ sjónarhornið – trúverðug mikrovíur byrja með réttri vörubyggingu og enda með aðgreinanlegri D-kupongaprófun." – HDI Hámarksgæðastjóri, Global Circuits.

Aðferðir til að skoða mikrovíur (IPC-TM-650)

Neikvæðar hliðar og ávinningur mikrovíu-pöntunarplata.

Mikil ávinningur.

Ósérhverfa minnkvæðing: Leyfir marglaga HDI-stökkuppsetningar með miklu fleiri inntökum/úttökum á litlum svæðum.

Aukin tákntraust: Laserborin mikrovíur minnka stubba og ósköpulegar áhrif, sem er mikilvægt fyrir háhraða, lág-tap rásir (DDR, RF, SerDes).

Hitastýring: Áreiðanlegar lóðréttar hitakennslur; mikilvægt í hitþéttri hönnun (tölvumæli, örgjörva, FPGA).

Hönnunarfleksibilitet: Styður hrúgna, skifta og ófullkomnar gegnsgangshola og flókna BGA-línur.

Venslavinna-venjuleg (þegar fyllt/lokuð): Áreiðanleg lóðun fyrir fína BGA/CSP-greinagáttir með notkun á gegnsgangsholum í pökkunum.

Leynilegar neikvæðar hliðar

Verð: Láserskörung, koparafylling/loka, endurtekinn lágningaraðferð og prófunarferlar safnast saman. Framleiðsluflóknid: Margar lágningarferlar, D-kupóna stjórnun, strangar prófunarreglur. Hætta við endurhlaupatap: Þunn koparplata, órétt stilltar gegnsgangsholar, ósýnilegar vandamál ef framleiðslustjórnun er veik. Hitamekanísk áreiðanleiki: Fleiri viðskiptasvið = fleiri hættusvæði (CTE-mismun sem veldur rissum).

Dæmi um notkun: Þar sem mikrogegnsgangsholar gerðu næstu kynslóðar mögulegar

Dæmi 1: Móttakarborð fyrir farsíma og tölvutöflur

Vandamál: Til að forrita SoC-pakka með háum pinnatölu (t.d. BGAs með 0,4 mm bil), myndu staðlaðar gegnum-hola holur örugglega taka mikla borðsvæðisflatarmál; ekki framkvæmanlegt fyrir í dag á mjúkum síma.

Þjónusta: Microvia HDI PCB-aðferðir  (Tegund II/III uppbyggingar, aðallega fylltar/lokaðar og skiptar microvias) gerðu það mögulegt að fela BGA-hringa beint — bætir raunhæfni rafmagns, minnkar EMI og leyfir margfalla PCBs < 1 mm þykkt.

Staða 2: Bílrafa-ECU (rafræn stýrienhed).

Þörf: Há heildarráðstöfun í alvarlegum hitastigum frá -40 ° °C til 125 ° °C.

Biðlaga:

Fylltar og lokaðar microvias í HDI-uppbyggingu (tegund III) með óvenjulegum tvíteknum gegnum-holuruppbyggingum.

Almennt D-coupon og hitasjóndunarpróf (samkvæmt IPC-TM-650).

Endanleg niðurstaða:  < 0,5 % flatarmálsbrotuhlutfall; varanleg í gegnum alvarlega hitasveiflur og gáttarás.

Skenaríó 3: Háhraða netkerfisvél.

Sagnir: Fine-pitch BGA FPGAs, háhraða SerDes.

Leynifyrirhald:

Stagaðar mikrovíur, fylltar/lokuðar í við-hnapp-víum; leyfir treysta augndiagram með hraða yfir 30 Gbps og lágasta endurkasttapi (VSWR < 1,2:1).

Aukin fjölbreytileiki í rásleggingu, lægra krossáhrif og miklu betri hitaeining.

Dæmi um HDI- og mikrovíu PCB-lagagerð.

Til að skilja hvernig HDI-lagagerð og mikrovíu kerfi leyfa næsta kynslóð PCB-forma, skoðið eftirfarandi gagnlega lagasetningar:

Oftakrar spurningar

Hér fylgja nokkrar algengar spurningar um áreiðanleika mikrovía og HDI prentaðra kringla (PCB):

Sp.: Hvað veldur algengustu mistökum mikrovía við endurhitun?  

Fr.: Helstu ástæðurnar eru útvíkkun ásins Z (misjöfn CT), veik tenging við taka-/marksporabundinni yfirborði og ónógu mikið kopar eða ófullnægjandi uppfylling. Hróðin mikrovíur eru sérstaklega í hættu ef hlutfallið milli þykktar og þvermáls er of hátt eða ef þær eru ekki rétt uppfylltar.

Sp.: Eykur notkun hróðinna og lokaðra mikrovía áreiðanleika?  

Fr.: Já. Upplöðuð/lokuð mikrovíur eru nauðsynlegar fyrir víur í sporum, þéttar uppsetningar og BGA-útflæði. Þær koma í veg fyrir smeltisvöndun, samdrátt spora og standa á móti skilun vegna hitacykla.

Sp.: Hvað er viðeigandi hlutfall þykktar við þvermál fyrir mikrovíur í HDI  Prentuðum kringlum (PCB)?  

Fr.: Fylgið IPC-2226 og IPC-T-50M: ≤ 0,75:1 fyrir besta heimild, 1:1 aðeins fyrir ≤ 6 milljónir mikrovíu. Hærra hlutfall flakta veldur hærra líkum á bil og spennu og óttafókus.

Sp.: Hvernig er áreiðanleiki mikrovíu metinn?

Fr.: Nota D-kúpóns viðnámsskipti í gegnum ímynduð endurhitun (IPC-TM-650 2.6.27), hitaskipta prófun (-55 ° °C til +210 ° °C, samkvæmt IPC-TM-650 2.6.7.2), mikroþversniðsgreiningu eða HATS (mjög hröð hitaskiptaprófun).

Sp.: Hvernig áhrifar mikrovíu uppbyggingarleiðbeiningar á langvarandi árangri?  

Fr.: Skákaðar uppbyggingar dreifa hita og spennu betur; hröðuðar víur ættu alltaf að vera fylltar/eða lokaðar. Bil og hlutfall patta/víu eru mikilvæg til að koma í veg fyrir skilningsskil á viðmótinu eða fjartíða galla.

Sp.: Hverjar eru IPC-reglurnar fyrir mikrovíu prentstöðvum?

Fr.: Aðallega IPC-2226 (HDI uppbygging/víustíll), IPC-2221 (kúpón/test), IPC-T-50M (skýringar), IPC-TM-650 2.6.27 og 2.6.7.2 (prófun/hitaskiptaprófun).

Sp.: Eru mikrovíur viðeigandi fyrir afl-/hitastjórnun?  

A: Já, mikrovíur með kopar eru venjulega notaðar sem lóðréttar hitavíur undir QFN, BGA og afltæki til að bæta hitadreifingu.