Dlaczego ścieżki o szerokości 4 mil są wykonywane z odchyłką do 3,5 mil, podczas gdy warstwy przesuwają się o 2 mil?

Dlaczego ścieżki o szerokości 4 mil są wykonywane z odchyłką do 3,5 mil, podczas gdy warstwy przesuwają się o 2 mil?

Wymiarowa dewiacja, której nikt nie posiada

Dane układu wskazywały 4 mil. Ostateczna płytka miała grubość 3,5 mil. I to było jeszcze szczęśliwe. Gorszą wiadomością była niedoskonałość rejestracji warstw: wewnętrzne warstwy przesunęły się względem siebie o 2 mil podczas laminowanie , co oznaczało, że otwory wiertnicze nie były już wyśrodkowane na swoich pierścienie okalające  na dwóch z sześciu warstw. Płytki przeszły test funkcjonalny. Przeszły początkową ocenę klienta. Następnie jedna z wymiarów odpornościowych w parze wysokoprędkościowej odchyliła się o 7 omów od wartości docelowej, a grupa analizy awarii zaczęła rozdzielać stos warstw.

obie sprawy były widoczne w początkowej partii produkcyjnej, gdyby ktoś je sprawdzał. The rozmiaru ścieżki  znajdował się w pasie oporu producenta — ledwo. Dryf rejestracji mieścił się w zakresie analitycznym, który proces fabryki zawsze generował. Nic nie było poniżej poziomu akceptacji. Nic nie przekraczało specyfikacji. Płytki zawierały jedynie taką ilość dwuwymiarowych błędów, jaką każdy producent uznawał za „typową”, a ich skumulowany wpływ sprawił, że osiągnięcie celów wydajnościowych produktu stało się niemożliwe.

Ten artykuł dotyczy dwóch cichych procesów, które pochłonęły marżę: strat obrazowania  i kurczenia się warstw wewnętrznych . Żadna z tych kwestii nie jest nietypowa. Oba zjawiska są mierzalne, kontrolowalne i systematycznie pomijane — dopóki oscyloskop klienta nie wskaże inaczej.

0,5 mils, które zniknęły: skąd biorą się straty obrazowania

Ślad o szerokości 4 mil działa obecnie na granicy typowych możliwości materiału FR-4. Jest to czynnik, przy którym najtańsze i najbardziej dojrzałe w przemyśle procedury — całkowicie suche naświetlanie przez folię, bezpośrednie naświetlanie UV oraz trawienie mokre — zaczynają ujawniać swoje ograniczenia wymiarowe. Przerwa pomiędzy narysowanymi 4 mil a uzyskanymi 3,5 mil nie jest jednym błędem. Jest to suma drobnych błędów, z których każdy z osobna jest uzasadniony, ale które razem powodują utratę szerokości o 12,5%:  

Wahań mocy naświetlania. Opór fotochemiczny polimeryzuje się pod wpływem światła UV. Niewystarczająca moc powoduje, że niezasłonięte krawędzie wzoru nie utwardzają się w pełni — są usuwane w procesie rozwijania, co daje linie cieńsze niż projekt. Moc naświetlania ulega wahaniom wraz z wiekiem źródła światła, temperaturą oraz prędkością taśmy transportowej. W linii opartej na folii  do naświetlania źródło światła o mocy o 10% niższej od specyfikacji cicho zmniejsza każdy element na każdej płytce o 0,1–0,2 mil.  

Parametrów rozwijania.  Chemia developera ma określony zakres temperatury i stężenia. Praca w wysokiej temperaturze lub dopuszczenie przesunięcia stężenia w kierunku wyższego powoduje, że programista zaczyna „spożywać” częściowo polimeryzowany rezyst – zjawisko to nazywane jest nadrozwojem . Wynik jest charakterystyczny: drobne elementy tracą rozdzielczość, natomiast grube cechy pozostają nietknięte. Jeśli linie o szerokości 4 mil tracą grubość, a płaszczyzny o szerokości 10 mil pozostają bez zmian, nadrozwój jest pierwszym podejrzanym czynnikiem.  

Wariant gęstości odporności.  Suchy rezyst fotograficzny jest dostępny w różnych gęstościach, ale rolka starsza o 3 tygodnie i nieprawidłowo przechowywana może ulec zmianie. Cieńszy rezyst zapewnia mniejszą ochronę podczas trawienia, co prowadzi do większego podcięcia bocznego – czyli do zjawiska podcięcia trawionego  opisanego wcześniej w krótkich artykułach, które wyjaśniają utratę obrazu na kolejnym etapie procesu.  

Współczynnik trawienia.  Nie zależnie od szerokości, która przetrwa proces tworzenia obrazu, trawienie następujące po nim usuwa materiał – zazwyczaj 20–30 mikronów łącznie z obu stron śladu miedzianego o gramaturze 1 uncja na stopę kwadratową, a więcej przy grubszej miedzi. Styl 4 mil, który traci 0,4 mil podczas tworzenia obrazu i kolejne 0,3 mil w wyniku podtrawienia, dociera do klienta o grubości 3,3–3,5 mil. Żadna pojedyncza czynność nie zawiodła. Po prostu plan budżetowy został porzucony.

2 Mil, które się przesunęły: Dlaczego warstwy wewnętrzne odmawiają pozostania na swoim miejscu

Dopasowanie warstw do siebie  na wielowarstwowej płytce PCB to walka z materiałami, które dosłownie zmieniają swoje wymiary w trakcie obróbki. Laminat pokryty miedzią, który wchodzi do linii produkcyjnej jako płaska płyta, nie zachowuje tych samych rozmiarów po trawieniu, utlenianiu i laminowaniu. Skraca się. Kluczowe nie jest to, czy się skraca – lecz ile, w którym kierunku oraz czy zmiana ta jest wystarczająco spójna, aby można było ją skompensować.  

Fizykę tego skracania dominują dwa czynniki:

Tkanina szklana . The laminatu  tkanina szklana ma instrukcje tkania – osie wzdłużna (długość) i poprzeczna (szerokość) – a żywica oraz szkło reagują różnie na ciepło i ciśnienie stosowane podczas laminowania. Płyty kurczą się w różnym stopniu wzdłuż obu osi, najczęściej w proporcji 2:1. Płyta, która kurczy się o 0,02 % wzdłuż osi wzdłużnej, może skurczyć się o 0,04 % wzdłuż osi poprzecznej. Na płycie o długości 18 cali różnica ta wynosi około 1,5 mila między oboma kierunkami – zanim uwzględni się jakiejkolwiek innej niepewności.  

Przepływ żywicy i korekta podczas laminowania materiał prepreg topi się, przepływa i utworzy sieci krzyżowe. Ilość przepływu zależy od ciśnienia, tempa wzrostu temperatury oraz zawartości żywicy w materiale prepreg. Większy przepływ oznacza większe przemieszczenia, które jednak nie są jednorodne na całej powierzchni płyty – krawędzie przesuwają się inaczej niż środki, a grube płyty zachowują się inaczej niż cienkie. Warstwy wewnętrzne, już wytrawione, są unoszone przez ruch żywicy. Ich końcowe położenie zależy od materiału, parametrów procesu oraz przypadku.

Rozwiązaniem rynku jest zmniejszenie płatności :CAM aplikacja oprogramowania rozszerza grafikę warstw wewnętrznych za pomocą elementu statystycznej korekty, dzięki czemu warstwy kurczą się do optymalnych wymiarów podczas laminacji. Działa dobrze, gdy materiał jest jednorodny, proces jest bezpieczny, a skurcz przewidywalny. Przestaje działać poprawnie, gdy wystąpi któraś z tych zmian — nowa partia prepregu, inny rodzaj siatki szklanej lub sezonowa zmiana wilgotności — ponieważ element korekcyjny opiera się na danych historycznych, a nie na aktualnym materiale.

Dokładnie tak wygląda przesunięcie o 2 mil. Grafika została skorygowana o zmniejszenie o 0,03 %. Rzeczywisty materiał skurczył się o 0,045 %. Różnica — 2 mil na płycie o szerokości 24 cali — objawia się niezgodnością warstw, przesunięciem celów wiercenia względem środka oraz pierścieniami otoczeniowymi, które przestają być okrągłe.

Gdy dwa błędy się spotykają

Osobno żaden z tych błędów nie stanowi katastrofy. Ścieżka o grubości 3,5 mil nadal zapewnia odpowiedni przepływ prądu w większości zastosowań. Przesunięcie rejestracji o 2 mil jest niezauważalne w wielu układach.

Razem stają się zupełnie innym zwierzęciem:

Kontrola odporności staje się niewystarczająca obliczane są kontrolowane ścieżki oporowe przy precyzyjnej szerokości, precyzyjnej grubości dielektryka oraz dokładnej gramaturze miedzi. Strata szerokości o 0,5 mila wraz z odchyleniem grubości dielektryka wynikającym z nieregularnej laminacji może przesunąć różnicowy układ 100-omowy do 93 lub 107 omów. Układ scalony nadal działa. Jednak zapas wierności sygnału znika, a projekt, który "przeszedł" symulację elektryczną, teraz przestaje działać w adapterze.

Marginesy pierścieni otworowych zanikają.  Aprzez  wymagana jest obecność miedzi wokół otworu wiertniczego – tzw. pierścień otworowy. Wiertło, które trafi o 2 mila obok środka padu z 3-milowym pierścieniem, pozostawi tylko 1 mil miedzi po jednej stronie. Jest to zgodne z wieloma wymaganiami akceptacyjnymi, ale także o jeden cykl termiczny bliżej uszkodzonego połączenia. Otwór jeszcze się nie rozpadł. To atak serca czekający na swój dzień.

Trasy ucieczkowe zawodzą przy BGA.  Gęsta trasa pod BGA o małej odległości styków wykorzystuje każdy łatwo dostępny mikrometr. Strata rozmiaru o 0,5 mila oraz zmiana warstwy o 2 mila przekształca „możliwą do trasowania” konstrukcję w „obwody otwarte na warstwie 3, które pojawiają się jedynie pod promieniowaniem rentgenowskim.”

Co naprawdę zapewnia rzetelność pojemności

Pozytywną stroną jest to, że każdy z tych systemów dryfu można zmierzyć, a kontrola wymiarów zależy od pomiaru:  

Kalibruj linię obrazowania, nie tylko gotową płytkę.  Monitoruj energię ekspozycji oraz skład chemiczny programatora w ustalonych odstępach czasu. Przeprowadzaj codziennie kod promocyjny rozdzielczości — wzór testowy zawierający linie o szerokości od 5 mil do 2 mil — przez całą linię i rejestruj zmierzone szerokości. Ten kupon uchwytuje dryf w fazie jego powstawania, zanim stanie się problemem wydajności. Jest to standardowa procedura kontroli procesu i jedyna najważniejsza czynność chroniąca zdolność do tworzenia cienkich ścieżek.

Używaj LDI tam, gdzie występują problemy z jakością cienkich ścieżek. Laserowe bezpośrednie obrazowanie (LDI)  całkowicie usuwa czynność z filmu, eliminując zniekształcenia filmu, błąd wyrównania bezpośredniego naświetlania oraz nieregularności wymiarowe samego dzieła sztuki. Systemy LDI utrzymują rozdzielczość cech na poziomie 10–25 mikronów – łatwo w obrębie obszaru 4 mil – a, co znacznie ważniejsze, wiele producentów LDI potrafi skalować obraz do rzeczywistego, zmierzonego skurczu każdej płytki, korygując przesunięcie rejestracji warstwa po warstwie, a nie statystycznie. To właśnie różnica między korektą zwykłego przesunięcia a korektą przesunięcia na konkretnej płytce przed tobą.

Skurcz procedury dotyczy materiału, a nie założenia.  Przetestuj rdzeń i warstwy prepreg na fakturze oraz zweryfikuj elementy rozliczeniowe w oparciu o rzeczywiste zachowanie produktu. Gdy współczynnik kompensacji przestaje odpowiadać zmierzonemu skurczowi, nadszedł czas zaktualizować specyfikację kamery – a nie dalej marzyć.

Wierć do warstw, a nie do płytki. Badanie rentgenowskie – używanie celów rentgenowskich wydrukowanych na warstwach wewnętrznych do lokalizowania programu wiercenia to standardowe urządzenie do wyrównywania wiertaków względem rzeczywistych pozycji warstw. Przekształca ono stwierdzenie «warstwy muszą się znajdować tutaj» w konkretne polecenie «warstwy znajdują się poniżej, wykonaj wiercenie zgodnie z tym faktem». Dla płytek o ścisłych wymaganiach dotyczących pierścieni otworów montażowych zastosowanie celów rentgenowskich do wiercenia w połączeniu z oceną na poziomie każdej pojedynczej płytki stanowi różnicę między problemem wydajności a prawidłowym procesem.

Często zadawane pytania

Pytanie: Jaka jest «typowa» utrata szerokości śladu pomiędzy projektem a gotową płytką?

Odpowiedź: Dla typowej miedzi 1 uncja oraz pełnej kontroli procesu należy przewidywać utratę 0,2–0,4 mil (tworzenie obrazu + trawienie). Utrata 0,5 mil lub większa przy konstrukcji o szerokości 4 mil wskazuje na przekroczenie dopuszczalnego zakresu procesu — albo parametry tworzenia obrazu uległy odchyleniu, albo proces trawienia jest zbyt agresywny dla danej grubości miedzi.

Pytanie: Dlaczego moje warstwy nadal są niezsynchronizowane, mimo zastosowania zmniejszonego osiadania?

A: Kompensacja ma charakter statystyczny – oparta jest na historycznych średnich. Dostosowuje się do typowego produktu, a nie do konkretnego produktu. Nowe partie prepregu, różne tkaniny szklane, zmiany wilgotności oraz różnice w procesie prasowania powodują znaczne odchylenia rzeczywistej redukcji od wartości skompensowanej. Rozwiązaniem jest pomiar aktualnego materiału i aktualizacja współczynnika kompensacji, a także zastosowanie celowania wierteł rentgenowskich w celu skorygowania powtarzających się błędów na etapie wiercenia.  

Q: Czy system LDI potrafi korygować dryf rejestracji, czy jedynie szerokość śladu?

A: Oba przypadki. LDI eliminuje błędy wynikające z użycia folii (główny źródło zarówno utraty szerokości, jak i zniekształcenia wzoru), a wiele przemysłowych systemów LDI potrafi stosować skalowanie na poziomie pojedynczej płytki na podstawie zmierzonej redukcji – co zapewnia dokładne dopasowanie warstw względem siebie na konkretnej płytce, a nie na podstawie średniej analitycznej.  

Q: Przy jakich wymiarach płytki dryf o wartości 2 mil staje się rzeczywistym problemem?

A: Nie rozmiar płytki decyduje – liczy się rozmiar elementów. Dryf o 2 mil jest nieszkodliwy przy układzie z śladami o szerokości 10 mil i dużymi polami lutowniczymi, ale katastrofalny przy układzie 4-milowym z BGAmi o rozstawie 0.4 mm. Jeśli minimalny wymiar elementu zbliża się do ograniczeń procesowych, błąd rejestracji nie ma miejsca, w którym mógłby się ukryć.  

Q: Jak dokładnie ustalić, czy mój układ 4-milowy jest zagrożony, zanim otrzymam go od producenta?

A: Zadaj producentowi trzy pytania: jaka jest ich tolerancja szerokości śladów dla elementów 4-milowych, jaka jest ich specyfikacja rejestracji warstw względem siebie oraz czy stosują celowanie wiertła rentgenowskiego na płytach wielowarstwowych. Jeśli odpowiedzi są niejasne lub specyfikacja rejestracji jest luźniejsza niż 3 mil, Twój układ jest zagrożony – a oferta cenowa tego nie ujawni.

Margines, którego nie widać, to margines, którego nie da się kontrolować

Cienka ścieżka o grubości 4 mil i dryfująca warstwa wewnętrzna mają wspólną przyczynę: kontrolę wymiarów traktowaną jako wartość statystyczna zamiast jako rzeczywisty wymiar. Strata 0,5 mil i dryf rejestracji o 2 mil nie wynikają z błędów pojedynczego operatora ani sprzętu. Są to skumulowane koszty okien procedur, które nigdy nie zostały dopasowane, elementów płatności, które nigdy nie zostały zweryfikowane na rzeczywistym produkcie, oraz wymagań akceptacyjnych, które pozwalają na przekazanie każdego błędu, ponieważ – samodzielnie – zawsze pozostawał w granicach dopuszczalnych.

Płytki o cienkich ścieżkach przestają działać nie z powodu nagłych, dramatycznych zdarzeń. Przestają działać, ponieważ margines pracy cicho się kurczy – o 0,1 mil za każdym razem, na każdej płytce, przy każdej zmianie – aż do dnia, w którym oscyloskop klienta wreszcie wykryje awarię.