Çfarë janë mikrovijat në pllakat PCB?

Vijat mikro dhe PCB me lidhje të lartë dendësi: Teknikat e formatit të PCB për pajisjet elektronike të besueshme

Çfarë janë mikrovijat në pllakat PCB?

Përmbledhje nga Meta:  Zbuloni sekretet e besueshmërisë së vijave mikro dhe PCB HDI stilin. Mësoni për vijat mikro të driluara me laser, strukturat e pileve kundrejt atyre të papritura, sistemet e dështimit të vijave mikro, standardet e tregut (IPC-2226, IPC-TM-650) dhe teknikat eksperte të prodhimit për panelet me lidhje të lartë dendësi që zgjasin gjatë.

Hyrja: Transformimi i formatit të PCB me zhvillimin e vijave mikro dhe HDI

Tavolinat e qarqeve të shtypura (PCB) janë rrugët e qeta, por të komplikuara të pajisjeve elektronike moderne—që lidhin, furnizojnë me energji dhe bëjnë të mundur çdo gjë, nga telefonat celularë deri te pajisjet mjekësore dhe satelitët. Me rritjen e kërkesës për pajisje elektronike më të vogla, më të shpejta dhe më të besueshme, dizajni i PCB-ve ka qenë i detyruar të zhvillohet në mënyrë të konsiderueshme. Rritja e vijave mikro dhe lidhjeve me dendësi të lartë (HDI) PCB inovacion Modëror  ka vërtetë vënë re një zhvendosje të rëndësishme në mënyrën se si prodhohen, miniaturizohen dhe përdoren qarqet moderne për zbatime me shpejtësi të lartë dhe besueshmëri të lartë.

Microvias — ato interkonektimet e vogla, të driluara me laser dhe të mbushura me bakër — mund të jenë thjesht qindra e milimetrit në madhësi, por kanë bërë të mundur rritjen e fuqisë dhe efikasitetit në elektronikën ultra-kompakte të sotme. Duke mbajtur vendosjen më të dendur të komponentëve, matricat sferike me gryka të holla (BGA) dhe rrugëzimin e shpejtë dhe me humbje të ulëta të sinjalit, mikrovijat janë heronjtë e vërtetë të miniaturizimit të PCB-ve. Më tepër, kuptimi i mikrovijave është tashmë i domosdoshëm për të siguruar qëndrueshmërinë kundër cikleve termike, dëmtimeve nga procesi i rifuzionimit dhe besueshmërisë së gjatëgjatë  në mjedise të ashpra ose kritike për misionin.

Megjithatë, kjo teknologji sjell me vete detaje dhe vështirësi. Besueshmëria e mikrovijave  varet nga njohja e produkteve inovative, duke përfshirë strategjitë e mbushjes, platingun dhe kriteret e testimit. Problemet si prerjet e cilindrit, zbrazësitë në bakër dhe ndarja e pllakave -dalje e përdorimit nëse nuk i përputheni stivimit ideale, nuk ruani përqindjen e duhur të elementeve ose nuk zgjidhni procedurat optimale dhe kodet e kuponëve të vlerësimit sipas IPC-2226, IPC-T-50M dhe IPC-TM-650  kriterieve.

Çfarë janë Vias në PCB-të?

Në botën e dizajnit të PCB-ve, një via është një strukturë themelore që lejon lidhjen elektrike midis shtresave të bordit të mbështjellës. Edhe pse e thjeshtë në koncept, viat mund të gjenden në shumë lloje — secila e përsosur për kërkesa specifike në qarqet me dendësi të lartë ose shpejtësi të lartë.

Struktura Bazë e Via-s në PCB

Një via e zakonshme përbëhet nga një vrimë rrethore  e driluar në një stivim të laminuar të PCB-së, e fshirë brenda me bakër elektrikisht të përçueshëm për të lidhur gjurmët midis shtresave të ndryshme. Viat e zakonshme me vrimë të plotë shkojnë nga sipërfaqja e sipërme deri në fund të bordit, duke lidhur të gjitha shtresat. Megjithatë, me rritjen e miniaturizimit të veglave, u zhvilluan lloje të avancuara të viave — të verbëra, të varrosura dhe mikrovia — për paketim më të ngushtë dhe integritet më të mirë të sinjalit.

Pse shkaktojnë problemet e vias?

Nevojat moderne digjitale — trashësia më e lartë e hyrjeve/daljeve, BGAt me hapësirë të ngushtë dhe shtresat më të afërta — detyrojnë zhvilluesit të kalojnë nga vijat e thjeshta të kalimit përmes vrimave. Kërkimi i pajisjeve më të vogla, më të holla dhe më të shpejta çoi në kalimin te vrimat mikro dhe konfigurimet HDI, ku çdo milimetër katror ka rëndësi, dhe çdo lidhje ndikon në menaxhimin e nxehtësisë, stabilitetin e sinjalit dhe besueshmërinë e qëndrueshme.

Llojet e vrimave mikro në PCB

Vrima të verbëra në PCB

Vias të verbër  drillohen nga një shtresë e jashtme deri në disa shtresa të brendshme, por jo plotësisht përmes PCB-së. Ato janë të rëndësishme në HDI PCB  për të lidhur pjesët e dendura të sipërfaqes me udhëzimet e brendshme pa zënë hapësirë të vlefshme të panelit.

Përfitimet e vrimave të verbëra:

Performanca e hapësirës: Sigurojnë hapësirë në shtresat e brendshme për udhëzime me dendësi të lartë.

Siguria RF/Sinjal: Minimizojnë gjatësinë e 'stub' (pjesëve të papërdorura të vrimave), duke rezultuar në performancë shumë më të mirë në frekuenca të larta.

Kthimi i prodhimit: Rreziku i ulët i përkuljes dhe zhvendosjes së shtresave gjatë laminimit.

Zbatime:  Viatë të verbëra përdoren kryesisht në telefonat celularë, kompjuterat tablete, kompjuterat portativë dhe çdo lloj pajisjeje që përdor komponentë me hapësirë të ngushtë dhe elemente të holla.

Viatë të fshehura në PCB

Viatë të papritura  lidhin shtresat e brendshme të PCB-së por jo  nuk arrijnë sipërfaqet e jashtme. Ato janë plotësisht të integruara brenda tabelës.

Përparësitë & Rastet e Përdorimit:

Lejojnë lidhje komplekse midis shtresave pa ndikuar në sipërfaqen e jashtme.

Lejojnë më shumë kanale transmetimi për BGAs me numër të lartë pikash lidhëse.

Udhëzime për Ndërtim:  Viatët e fshehura kërkojnë veprime të shumta laminimi, duke rritur kompleksitetin dhe koston e prodhimit. Kërkohet regjistrim i saktë për të parandaluar defekte të papërshtatshmërisë.

Microvias: Struktura e HDI

Microvias  janë vija të vogla, të perforuara me laser, me një madhësi të zakonshme prej 80–100 μ μm (0.003–0.006" ose ≤ 6 mil). Ata lidhin rregullisht vetëm shtresat e afërta—të përshtatshme për proceset e ndërtimit në pllakat HDI.

Të vërteta teknike:

Raporti i aspektit: ≤ 0.75:1 (thellësia: madhësia); sipas kritereve IPC-T-50M, ≤ 1:1 nëse përdoren ≤ 6 mil.

Perforimi me laser: E bën të mundur pozicionimin, krijimin dhe ngarkimin ose mbivendosjen e mikrovias.

Vijat e mbushura dhe të mbyllura: Zakonisht ngarkohen me bakër për qëndrueshmëri; "të mbuluar" nëse përdoren si pllakë soldimi (Via-in-Pad).

Vijat mikro të pileve kundrejt atyre të shpërndara

Vijat mikro të pileve  janë të rreshtuara vertikalisht, duke lidhur shtresat e akumulimit drejtpërdrejt. Mikrovija të staggered  janë të balancuara në çdo shtresë, me lidhje të shkurtra midis tyre.

IPC-2226  përcakton llojet e stivizimeve, standardet e mbushura/të mbyllura dhe gjeometrinë e mikrovias për të dy stilët.

Lloje të tjera të shquara të vias.

Mikrovias të mbushura dhe të mbyllura: Për stilin via-in-pad, kujdesuni për qëndrueshmërinë/coplanaritetin.

Viastë të humbura: Lidhin shtresat jo ngjitur, duke anashkaluar disa shtresa të tjera.

Vija e përmesme (PTH): Për konektorët dhe efikasitetin mekanik.

Funksioni i mikrovias në stilin HDI PCB

Interlidhje me dendësi të lartë (HDI)  teknologjia është përmirësuar ideja që çdo përdorim dhe çdo gjurmë duhet të ofrojnë karakteristikën optimale në hapësirën sa më të vogël. Microvias  janë kryesore për këtë, duke bërë të mundur për zhvilluesit të thyjne kufijtë e viastave tipike të përmesme dhe të sigurojnë dendësi të jashtëzakonshme të qarkut.

Llojet e stivizimeve HDI (IPC-2226)

Pse janë të rëndësishme mikrovias për HDI

Miniaturizimi: Shpërndajnë sinjalet nga komponentët me pikësim shumë të hollë (pikësimi < 0,8 mm) në formate të vogla.

Integriteti i Sinjalit: Mikrovias më të shkurtra, të driluara me laser, kanë induktancë më të ulët dhe kapacitet parazitar më të ulët, gjë që është e rëndësishme për dizajnet DDR, RF dhe me shpejtësi të lartë.

Menaxhimi i Nxehtësisë:  Mikrovijat e përcjellin nxehtësinë vertikalisht, duke lejuar strategji të zgjuara për shpërndarjen e nxehtësisë —përdoren shpesh si vija termike nën IC-të që gjenerojnë nxehtësi.

Zvogëlimi i kros-talk-ut:  Mikrovijat me bakër të mbushura dhe të përshtatura mirë zvogëlojnë lidhjen e papritur midis sinjaleve fqinje.

në HDI, mikrovija është vegla jushike juaj —e saktë, e besueshme dhe e domosdoshme për daljen e sinjaleve me shpejtësi të lartë dhe dendësi të lartë", thotë një specialist i dizajnit HDI.

Si bëhen mikrovijat? Fabrikimi dhe prodhimi

Hapat e fabrikimit

• Përgatitja e nëngrëndësës: Përgatitet material dielektrik i lartë cilësor, i përshtatshëm për drilimin me laser (si Isola FR408HR, FR370HR, Nelco N7000-2HT ose filmat e ndërtimit ABF) me qelq të shpërndarë/të sheshtë (stilet 1035, 1067).
• Procesi i drilimit me laser:

Përpilimi paraprak: Verifikoni laminimin, shënoni pëllakat e synuara/të marrjes, sigurohuni për regjistrimin.

Përpilimi me laser: Përdorni laser UV ose CO2 për ≤vrima 6 mil; kontroll i saktë për pjerrësinë dhe ekspozimin e pëllakave të marrjes.

Pas përpilimit: Pastrojmë me ablatim, vlerësojmë cilësinë e vrimave, kontrollojmë për mbetje/copa qelqi.

• Shlyerja e smear-it: Largon rezinën/qelqin që mbeten akoma në tubin e via-s pas ablatimit me laser, duke siguruar ngjitjen e duhur të bakrit.
• Metalizimi (platingu i bakrit):

Bakri pa elektricitet si shtresë fillestare

Platingu elektrolitik i bakrit (konformal/me pulsat) për mbushje të plotë —veçanërisht për mikrovia-t e vendosura në pëllakë. Shtesat zvogëlojnë formimin e boshllëqeve.

Mikrovia-t e mbushura dhe të mbyllura platen deri në nivelin e sipërfaqes (ndonjëherë me kapak bakri për aftësinë e ngjitjes me soldim).

• Kontrolli i kalitetit:

Prerja e prerjes së drejtë, testimi mikro-etch për boshllëqe, probleme adhezioni dhe uniformitet të trashësisë së bakrit.

Prodhimi i kuponit D sipas Aneksit B të IPC-2221 për testime besnikësie.

Variablat kryesore të prodhimit

Raporti i aspektit të mikrovias:  Sipas IPC-T-50M , raporti i aspektit (thellësia në lidhje me diametrin) nuk duhet të tejkalojë 0.75:1 —ose 1:1 për vias ≤6 mil —për të siguruar plazhimin e besnikshëm të bakrit dhe për të shmangur muret e holla ose boshllëqet në fund. Raportet e larta të aspektit rrisin rrezikun e mbushjes së paplotë të bakrit, zvogëlimin e besnikësisë ose të boshllëqeve të bakrit, veçanërisht gjatë ekspozimit termik në fazën e montimit.  

Toleranca e regjistrimit:  Rregullimi i saktë ( ±2–4 mils) midis vrimës së perforuar me laser dhe pllakës së kapjes/së qëllimit është i thelbësishëm. Regjistrimi i gabuar mund të çojë në ndarje të ndërfaqes, qarku të hapur, defekte të fshehura ose rritje të rrezikut të dëmtimeve të shkaktuara nga rifuzioni.  

Diametri i pllakës së kapjes: Pllaka e kapjes duhet të jetë ≥80% e diametrit të mikrovias, sipas udhëzimeve më të mira për projektimin e mikrovias . Ky raport siguron ngjitjen e fortë të bakrit dhe zvogëlon rrezikun e çarjeve në kënd ose të nxjerrjes së pllakës gjatë cikleve termike ose stresit mekanik.

Hapësira e maskës së soldimit: Nuk rekomandohet zgjerim i maskës së soldimit  rreth mikrovias, veçanërisht në bordet HDI, duke minimizuar rrezikun e mbulimit të maskës ose të regjistrimit të gabuar, që mund të komprometojë rezistencën dhe prodhimin.

Laminim i përsëritur cikle të shumta laminimi —të rëndësishme për viat e ngulitura, mikroviat e stivuara ose të zhvendosura —sjellin rrezik shtesë për papërputhjen e zgjerimit në boshtin Z (CTE) dhe për përqendrimin e tensionit. Përparësi jepet prepreg-ut me qëndrueshmëri dimensionale dhe të përshtatshëm për drilim me laser ose filmave ABF (Ajinomoto Build-up Film) për menaxhimin e kësaj situate.  

Mbushja e mikroviave me bakër kontra mikroviave të pavula

Microvia të mbushura me bakër dhe të mbyllura  janë të domosdoshme për panelet me besueshmëri të lartë, veçanërisht kur përdoren si microvia në-padh për BGAs ose CSP me hapje të hollë, ose kur mikrovias janë të ngjitur për dendësi vertikale maksimale.

Dizajnimi i besueshmërisë së mikrovias: Udhëzime, defekte dhe testime

Besueshmëria e mikrovias  është kryesore për elektronikën kritike për misionin. Përplasja e dizajnit, materialeve, prodhimit dhe inspektimit përcakton suksesin. Ja çfarë duhet të dijë çdo dizajner dhe prodhues:

Mekanizmat kryesorë të dështimit të mikrovijave

Therjet e barrilit: Zakonisht fillojnë në kalimet me kënd të rrumbullakosur të thehta ose kur raporti aspektual është shumë i lartë.

Therjet këndore (ndërfaqja e padës së kapjes me padën e synuar) : i lidhur me zgjerimin në boshtin Z (përputhja e keqe e CTE) gjatë rifullos.

Tërheqja e padës së synuar : ndodh nëse pada është shumë e vogël ose adhensioni është i dobët.

Regjistrim i gabuar : Ose nga vrima në pada ose nga shtresë në shtresë, kritike në mikrovijat e ngjitura.

Zbrazëtirat e bakrit : Plating e dobët, shtesat e pasakta ose gazet e bllokuara gjatë mbushjes.

Microvia latente ("të hapura") : Mbi Tg, kalimet e qelqit mund të lejojnë që mikroçarjet të shërbejnë vetë, duke fshehur dëmtimet gjatë testimit në temperaturën e dhomës, por duke u shfaqur në kushte të përdorimit në fushë.

Gjashtë sugjerime për një dizajn të fortë microvia

• Zgjidhni një dielektrik të përshtatshëm për drilimin me laser: Qelqi i shpërndarë/i sheshtë (p.sh., 1035, 1067, 1086); sisteme rezinash si Isola FR408HR, filmat e ndërtimit ABF.
• Ndiqni raportin e aspektit dhe kërkesat për pad-et sipas IPC-T-50M: ≤0,75:1 është i preferuar; diametri i pad-it ≥80% i diametrit të microvias.
• Përdorni microvia të stafetuar në vend të atyre të ngulitura kur është e mundur: Zvogëlon stresin dhe rrezikun e boshllëqeve ose çarjeve; offset-i i stafetimit > <0,8 mm (në aspekte të vogla).
• Zgjidhni një strukturë IPC-2226 të përshtatshme: Lloji I: të verbëra + me. Lloji II: të verbëra, të varrosura, me. Lloji III: disa shtresa + të ngulitura/të stafetuar.
• Përmirësimi i maskës së ngjitjes: Objektivi është pa hapje (0 mil).
• Ruajeni vendosjen/rrugëtimin e voucher D në nivel paneli: E nevojshme për ekzaminimin pas prodhimit.

Një format i qëndrueshëm integron pikëpamjen 'ekzaminimi gjatë krijimit' – mikrovias të besueshme fillojnë me një stivim të përshtatshëm të produktit dhe përfundojnë me testime të kuponit D që mund të gjurmohen.

Teknikat e ekzaminimit të mikrovias (IPC-TM-650)

Faqet negative dhe përparësitë e PCB-ve me mikrovija.

Benefite të konsiderueshme.

Miniaturizim i papërsëritur: Lejon ngarkesa HDI me shumë shtresa me numër shumë më të madh I/O në hapësira të vogla.

Përmirësim i besnikërisë së sinjalit: Mikrovijat e driluara me laser zvogëlojnë stub-ët dhe parasitë, të domosdoshme për rrugëzimin me shpejtësi të lartë dhe humbje të ulëta (DDR, RF, SerDes).

Menaxhimi termik: Trajnimet vertikale të besueshme të nxehtësisë; të rëndësishme në strategjitë me dendësi të lartë nxehtësie (fuqi, CPU, FPGA).

Lirim i dizajnit: Mbështetje për vija të pilezuara, të zhvendosura dhe të shpërqëndruara, si dhe për rrjetat komplekse BGA.

Mik u lehtësojnë montimin (kur janë të mbushura/të kapuara): Besnikëri e ngjitjes për BGA-të dhe CSP-të me hapa të vegjël, duke përdorur vijat brenda pad-it.

Aspektet negative sekrete

Çmimi: Ekspedita me laser, mbushje/kapak prej bakri, laminim i njëpasnjëshëm dhe cikle vlerësimi akumulohen. Kompleksiteti i prodhimit: Disa veprime laminimi, drejtimi i kuponit D, procedura të vështira vlerësimi. Rreziku i humbjes së kthimit: Bakri i hollë, viat e papozicionuara mirë, probleme të papara nëse kontrolli i procedurës është i dobët. Besueshmëria termo-mekanike: Sa më shumë ndërfaqe përdoruesi = sa më shumë vende rreziku (ndarje të shkaktuara nga mospërputhja e CTE).

Studime rasti: Ku mikroviat e mundësojnë stilet e ardhmes

Rasti 1: Tavolina e sistemit të telefonave celularë dhe tabletave

Problemi: Për të programuar paketat e SoC me numër të lartë pinash (p.sh., BGAs me hapësirë 0,4 mm), viat e zakonshme të kalimit do të zinin një sipërfaqe të madhe të tavolinës; kjo nuk është e mundur për telefonat e holla të sotme.

Zgjidhja: Metodat e PCB-së HDI me mikrovija  (Konfigurimet e llojit II/III, kryesisht mikrovija të mbushura/të kapakuara dhe të shpërndara) e bënë të mundur fshirjen direkt të rrathëve BGA — duke përmirësuar efikasitetin elektrik, duke zvogëluar EMI-n dhe duke lejuar PCB-të multifunksionale < 1 mm të trashësisë.

Situata 2: ECU e automjeteve (Pajisje Elektronike Kontrolli).

Nevoja: Integritet i lartë në kushte të rënda, nga -40 ° C deri në 125 ° C.

Alternativë:

Mikrovija të mbushura dhe të mbyllura në një strukturë HDI (Lloji III) me ramë të stivuara dyfish, të papritura.

Testime të gjera të kuponit D dhe të shokut termik (sipas IPC-TM-650).

Rezultati përfundimtar:  shkalla e humbjes së sipërfaqes < 0.5 %; qëndrueshme gjatë ciklave të rënda termike dhe rezonancës.

Situata 3: Pajisje Rrjeti Me Shpejtësi Të Lartë.

Histori: FPGA me BGA me hapsirë të ngushtë, SerDes me shpejtësi të lartë.

Avantazh i fshehur:

Mikrovija të shpërndara, të mbushura/të mbyllura në vijën e kontaktit; lejojnë diagrama sysh të besueshme me shpejtësi mbi 30 Gbps me humbje kthimi minimale (VSWR < 1.2:1).

Rritja e përshtatshmërisë së rrugëzimit, ulja e krosstalk-ut dhe përmirësimi i konsiderueshëm i shpërndarjes së nxehtësisë.

Shembuj të strukturave të PCB-ve HDI dhe mikrovija.

Për të kuptuar se si strukturat HDI dhe framework-et e mikrovijave lejojnë format e reja të PCB-ve, konsideroni këto konfigurime praktike të shtresave:

Pyetjet më të shpeshta

Më poshtë janë disa pyetje të shpeshta rreth besueshmërisë së mikrovrimave dhe PCB-kut HDI:

Pyetje: Çfarë shkakton dëmtimet më të zakonshme të mikrovias gjatë procesit të rifuzionimit?  

Përgjigje: Sistemet kryesore janë zhvillimi i boshtit Z (mosbarazimi i koeficientit të zgjerimit termik), lidhja e dobët në ndërfaqen e pllakës së kapjes/së qëllimit dhe zonat e bakrit ose mbushja e papërshtatshme. Mikroviat e ngarkuara, nëse kanë raport të lartë lartësi-gjerësie ose nuk janë mbushur mirë, janë veçanërisht të ekspozuara rrezikut.

Pyetje: A përmirëson besueshmërinë përdorimi i mikrovias të mbushura dhe të mbyllura?  

Përgjigje: Po. Mikroviat e mbushura dhe të mbyllura janë të domosdoshme për konfigurimet me vias brenda pllakës, montimet e ngarkuara dhe daljet e BGA-së. Ata parandalojnë thithjen e soldimit, rrëzimin e pllakës dhe rezistojnë çarjet që shkaktohen nga ciklet termike.

Pyetje: Cili është raporti i përshtatshëm i aspektit për mikroviat në PCB-të HDI?  PCB-të?  

Përgjigje: Ndiqni IPC-2226 dhe IPC-T-50M: ≤ 0,75:1 për besueshmëri optimale, 1:1 vetëm për ≤ mikroviat 6 mil. Raportet më të larta të aspektit rrisin rrezikun e boshllëqeve dhe të përqendrimit të tensionit dhe stresit.

Pyetje: Si vlerësohet besueshmëria e mikrovias?

A: Përdorini gjurmimin e rezistencës së kuponit D gjatë reflovimit të simuluar (IPC-TM-650 2.6.27), ciklizimin e shokut termik (-55 ° C deri në +210 ° C, sipas IPC-TM-650 2.6.7.2), analizën mikroseksionale ose HATS (Shoku Termik Shumë i Shpejtëzuar).

Q: Si ndikojnë specifikisht udhëzimet për dizajnimin e pileve të mikrovias në efikasitetin e qëndrueshëm?  

A: Pilet e zhvendosura shpërndajnë nxehtësinë dhe tensionin shumë më mirë; viat e pilezuara duhet të mbushen/kapen gjithmonë. Largësia dhe përqindja e padit dhe e vias janë të rëndësishme për të parandaluar ndarjen e ndërfaqes së përdoruesit ose defekte të fshehura.

Q: Cilat janë kriteret e IPC për PCB-të me mikrovia?

A: Kryesisht IPC-2226 (pilë HDI/stili i vias), IPC-2221 (kupon/test), IPC-T-50M (kuptimi), IPC-TM-650 2.6.27 dhe 2.6.7.2 (testimi/shoku termik).

Q: A janë mikrovias të përshtatshme për menaxhimin e energjisë/nxehtësisë?  

A: Po, mikrovias me bakër të mbushur përdoren zakonisht si via termike vertikale nën QFN-të, BGA-të dhe pajisjet e energjisë për të përmirësuar shpërndarjen.