Perché le vostre tracce da 4 mil tornano a 3,5 mil mentre gli strati si spostano di 2 mil?

Perché le vostre tracce da 4 mil tornano a 3,5 mil mentre gli strati si spostano di 2 mil?

La deriva dimensionale che nessuno possiede

I dati di layout indicavano 4 mil. La scheda finita misurava 3,5 mil. E questa è stata una fortuna. La notizia peggiore si nascondeva nella registrazione strato per strato: gli strati interni si erano spostati di 2 mil l'uno rispetto all'altro durante laminazione , il che implicava che i fori di perforazione non fossero più centrati sul loro anelli Anulari  su due dei sei strati. Le schede hanno superato il test funzionale. Hanno superato la valutazione iniziale del cliente. Dopodiché, una dimensione di insuscettibilità su una coppia ad alta velocità è risultata di 7 ohm fuori dal valore previsto e il gruppo di analisi dei guasti ha iniziato a smontare la struttura a strati.

entrambi i problemi erano visibili nel lotto di produzione iniziale, se qualcuno avesse guardato. dimensione della pista  era entro la banda di resistenza del produttore, a malapena. La deriva di registrazione era entro l'intervallo analitico che il processo della fabbrica aveva sempre generato. Assolutamente nulla è risultato al di sotto della valutazione. Nulla è andato contro le specifiche. Le schede presentavano semplicemente la quantità di errori bidimensionali che ogni produttore considerava "normali", e la combinazione ha reso irraggiungibili gli obiettivi di efficienza del prodotto.

Questo breve articolo tratta dei due processi silenziosi che hanno consumato il margine: perdita di immagine  e restringimento dello strato interno nessuno dei due è esotico. Entrambi sono misurabili, controllabili e sistematicamente trascurati, finché l'oscilloscopio del cliente non afferma il contrario.

I 0,5 mil scomparsi: da dove proviene la perdita di immagine

Una traccia da 4 mil opera attualmente al limite della capacità standard del FR-4. È il punto in cui le procedure più economiche e consolidate del settore – la deposizione a secco della pellicola, l'esposizione ai raggi UV e l'incisione a umido – iniziano a mostrare i loro limiti dimensionali. La differenza tra i 4 mil disegnati e i 3,5 mil ottenuti non è dovuta a un singolo errore. È un insieme di piccoli errori, ognuno dei quali significativo di per sé, che si sommano fino a causare una perdita di larghezza del 12,5%.  

Deriva di potenza dell'esposizione diretta. La resina viene polimerizzata dalla luce UV. Una potenza inadeguata e i bordi non esposti del disegno non si induriscono completamente, vengono eliminati nel programmatore, lasciando linee più sottili dell'opera d'arte. La potenza di esposizione varia con l'età della luce, il livello di temperatura e la velocità del nastro trasportatore. Su un basato sul film  linea di esposizione diretta, una luce che è il 10% al di sotto delle specifiche riduce silenziosamente di 0,1-0,2 mil ogni funzione su ogni pannello.  

Parametri di sviluppo.  La chimica dello sviluppatore ha un livello di temperatura e una finestra di concentrazione. Se si esegue a temperature elevate o si lascia che la chimica diventi ricca, il programmatore inizia a consumare il resist parzialmente polimerizzato, un problema chiamato sovrasviluppo il risultato coincide con il marchio registrato: le grandi funzionalità diminuiscono, le caratteristiche di robustezza no. Se le tue linee da 4 mil perdono larghezza ma i tuoi piani da 10 mil no, il primo sospettato è la sovra-progettazione.  

Resistenza alla variazione di densità.  La pellicola di riserva secca è disponibile in piccole densità, ma un rotolo di 3 settimane, conservato in modo improprio, può variare. Più sottile resiste a modi meno protezione durante l'incisione, il che indica un attacco laterale più grande. sottosquadro di incisione  storia da precedenti brevi articoli sostanze la perdita di imaging al passo successivo.  

L'obbligo fiscale relativo al fattore di incisione.  Qualunque sia la larghezza che resiste all'incisione, l'agente di incisione successivo effettua il suo taglio, normalmente di 20-30 micron in totale su entrambi i lati di una traccia da 1 oz, di più su rame più spesso. Il modello da 4 mil che perde 0,4 mil per l'incisione e altri 0,3 mil per il sottosquadro arriva alla porta del cliente con uno spessore di 3,3-3,5 mil. Nessuna singola operazione è fallita. Il piano di budget è semplicemente andato fuori.

I 2 mil che si sono spostati: perché gli strati interni si rifiutano di aderire perfettamente

Iscrizione strato per strato  nella produzione di un circuito stampato multistrato, la sfida consiste nel contrastare la variazione dimensionale di materiali che cambiano letteralmente durante la lavorazione. Il laminato rivestito di rame, che entra nella linea di produzione come pannello uniforme, non mantiene le stesse dimensioni dopo i processi di incisione, ossidazione e laminazione. Si riduce. Il problema non è se si riduce, ma quanto, in quale direzione e se la variazione è sufficiente a compensare.  

La fisica del ridotto è dominata da 2 elementi:

La trama del vetro . Il del laminato  il tessuto di vetro ha un'istruzione di tessitura: ordito (lunghezza) e trama (dimensione), e la resina e il vetro reagiscono in modo diverso al calore e alla pressione della laminazione. I pannelli si restringono in modo diverso lungo i due assi, generalmente con un rapporto di 2:1. Un pannello che si restringe dello 0,02% nell'ordine dell'ordito potrebbe restringersi dello 0,04% nella trama. Su un pannello da 18 pollici, ciò corrisponde a una differenza di circa 1,5 mil tra le due direzioni, prima ancora di considerare eventuali altri errori.  

Flusso di resina e rimedio durante la laminazione, il materiale preimpregnato si fonde, fluisce e si reticola. La quantità di flusso dipende dalla pressione, dalla rampa di temperatura e dal contenuto di resina del preimpregnato. Una circolazione ancora maggiore implica un movimento maggiore, e il movimento non è uniforme su tutta la superficie del pannello: i bordi fluiscono in modo diverso dal centro e i pannelli spessi si comportano in modo diverso da quelli sottili. Gli strati interni, già incisi, vengono trascinati dall'attività della resina. La loro posizione finale dipende dal materiale, dal processo e da un pizzico di fortuna.

La soluzione del mercato è ridurre il pagamento :Cam il software applica un elemento di modifica statistica che amplia la struttura interna degli strati, in modo che questi si riducano alla dimensione ottimale durante la laminazione. Funziona bene quando il materiale è uniforme, il processo è sicuro e la contrazione è prevedibile. Smette di funzionare correttamente in presenza di una qualsiasi di queste modifiche, come un nuovo lotto di preimpregnati, una diversa trama di fibra di vetro o una variazione stagionale dell'umidità, poiché l'elemento di adattamento si basa sui dati storici e non sul materiale esistente.

Ecco esattamente come appare una deriva di 2 mil. L'immagine è stata compensata per una riduzione dello 0,03%. Il materiale reale si è ridotto dello 0,045%. La differenza – 2 mil su un pannello da 24 pollici – si manifesta con strati disallineati, punti di foratura decentrati e anelli anulari che non sono più anulari.

Quando i due errori si incontrano

Singolarmente, nessuno dei due errori è disastroso. Una traccia da 3,5 mil è attualmente accettabile per la maggior parte delle applicazioni. Una deriva di registro da 2 mil è impercettibile in molti layout.

Insieme, formano un animale domestico diverso:

Il controllo dell'insuscettibilità crolla le tracce di resistenza controllata vengono calcolate in base a dimensioni precise, spessore dielettrico preciso e peso del rame accurato. Una perdita di larghezza di 0,5 mil, unita alla variazione dello spessore del dielettrico dovuta a una laminazione non uniforme, può portare una coppia differenziale da 100 ohm a 93 o 107 ohm. Il silicio continua a funzionare. Il margine di affidabilità del segnale è perso e il layout che ha superato la simulazione elettrica ora smette di funzionare nell'adattatore.

I margini dell'anello anulare scompaiono.  Aattraverso  richiede rame attorno al foro praticato, ovvero l'anello anulare. Una punta da trapano che si posiziona a 2 mil di distanza dal punto di fissaggio di un pad con un anello di 3 mil lascia 1 mil di rame su un lato. Questo rientra in molti requisiti di approvazione ed è anche a un solo ciclo termico di distanza da un collegamento danneggiato. Il foro non si è ancora rotto. È un infarto in agguato.

Il percorso di escape non funziona a livello del BGA.  Il fitto instradamento sotto un BGA a passo fine sfrutta ogni micron disponibile. Una perdita di dimensioni di 0,5 mil più un cambio di strato di 2 mil trasforma ciò che è "instradabile" in "circuiti aperti sullo strato 3 che appaiono solo ai raggi X".

Cosa mantiene davvero oneste le capacità

Il lato positivo è che ciascuno di questi sistemi di deriva è misurabile e la dimensione determina il controllo:  

Calibrare la linea di imaging, non solo la scheda finale.  Monitorare l'energia di esposizione e la chimica del programmatore in un periodo specificato. Eseguire un codice promozionale risoluzione -- un modello di prova con linee da 5 mil a 2 mil-- attraverso la linea quotidianamente e registrare le larghezze determinate. Il voucher cattura la deriva mentre è ancora una tendenza, non dopo che è diventata un problema di resa. Questo è un controllo di procedura standard ed è l'unica azione di maggior valore per salvaguardare la capacità di linea fine.

Utilizzo LDI dove si riscontrano problemi di linee di grandi dimensioni. Imaging diretto laser (LDI)  elimina completamente l'azione cinematografica, il che elimina la distorsione della pellicola, l'errore di allineamento dell'esposizione diretta e l'irregolarità dimensionale dell'opera d'arte stessa. I sistemi LDI mantengono una risoluzione dei dettagli di 10-25 micron, facilmente entro l'intervallo di 4 mil, e, cosa ancora più importante, molti produttori di LDI possono scalare l'immagine alla dimensione reale misurata di ciascun pannello, correggendo la deriva di allineamento strato per strato anziché statisticamente. Questa è la differenza tra compensare la deriva normale e compensare la deriva sulla scheda che si ha di fronte.

La procedura si riduce sul materiale, non sul presupposto.  Assaggiate il nucleo e i lotti di preimpregnato sulla fattura e convalidate gli elementi di pagamento rispetto alle effettive abitudini di utilizzo del prodotto. Quando il fattore di compensazione non corrisponde più alla riduzione misurata, è il momento di aggiornare le specifiche della webcam, non di continuare a desiderare.

Perforare fino agli strati, non fino al pannello. Esplorazione a raggi X. l'utilizzo di target a raggi X stampati sugli strati interni per individuare il programma di foratura è il metodo standard per allineare le punte di foratura alla posizione effettiva degli strati. Trasforma il concetto di "gli strati devono essere qui" in "gli strati sono sotto, forare di conseguenza". Per i circuiti stampati con requisiti stringenti per gli anelli anulari, il puntamento a raggi X per la foratura, unito alla valutazione per pannello, fa la differenza tra un problema di resa e un processo senza intoppi.

Domande frequenti

D: Qual è la perdita di larghezza di traccia "standard" dal layout al circuito stampato finito?

A: Per rame da 1 oz tipico e controllo completo della procedura di crescita, prevedere un errore di 0,2-0,4 mil (imaging + incisione). Perdite di 0,5 mil o più su un progetto da 4 mil indicano che la finestra di procedura viene superata: o i criteri di imaging si sono discostati o l'elemento di incisione è troppo aggressivo per il peso del rame.

D: Perché i miei strati continuano a disallinearsi nonostante l'utilizzo della riduzione dell'assestamento?

A: La compensazione è statistica, ovvero viene calcolata a partire da medie storiche. Si basa sul prodotto standard, non sul prodotto specifico. Nuovi lotti di preimpregnati, diverse trame di fibra di vetro, variazioni di umidità e varianti di stampaggio possono far sì che il valore reale si discosti notevolmente dal valore compensato. La soluzione consiste nel valutare il materiale attuale e aggiornare il fattore di compensazione, oltre a utilizzare la puntatura a raggi X per la foratura al fine di correggere gli errori ricorrenti durante l'operazione.  

D: LDI è in grado di gestire la deriva di registro o semplicemente la larghezza della traccia?

A: Entrambe. LDI elimina l'errore indotto dalla pellicola (una delle principali cause sia di perdita di larghezza che di distorsione del pattern), e molti sistemi LDI di produzione possono utilizzare il ridimensionamento per pannello basato sulla riduzione misurata, fissando l'allineamento strato per strato sul pannello effettivo anziché su una media analitica.  

D: A quale dimensione della scheda una deriva di 2 mil diventa un problema reale?

A: Non è la dimensione della scheda che conta, ma la dimensione degli attributi. Una deriva di 2 mil è innocua su un layout con tracce da 10 mil e pad di grandi dimensioni, ma disastrosa su un layout da 4 mil con BGA a passo di 0,4 mm. Se la dimensione minima degli attributi è vicina al limite di processo, l'errore di registro non ha spazio per nascondersi.  

D: Come faccio a capire se il mio stile da 4 mil è in pericolo prima che io lo ottenga?

A: Poni al produttore tre domande: qual è la tolleranza di larghezza delle tracce che applica agli attributi da 4 mil, qual è la specifica di registro tra gli strati e se utilizza la radiografia per la marcatura dei fori sui circuiti stampati multistrato. Se le soluzioni non sono chiare, o se la specifica di registro è inferiore a 3 mil, il tuo layout è a rischio, e il preventivo non te lo dirà.

Il margine che non vedi è il margine che non puoi permetterti di perdere

La traccia da 4 mil e lo strato interno irregolare condividono una causa principale: il controllo dimensionale trattato come una statistica anziché come una dimensione. Una perdita di dimensione di 0,5 mil e una deriva di registro di 2 mil non sono difetti di un singolo driver o apparecchiatura. Sono il costo cumulativo di finestre di processo mai ristrette, elementi di pagamento mai convalidati rispetto al prodotto reale e requisiti di accettazione che consentono a ogni errore di passare perché, da solo, è sempre stato così.

I circuiti stampati a linee sottili non smettono di funzionare a seguito di eventi drammatici. Smettono di funzionare perché il margine si erode silenziosamente, 0,1 mil alla volta, su ogni pannello, ad ogni modifica, fino al giorno in cui l'oscilloscopio del cliente segnala finalmente il problema.