El impacto de los procesos de fabricación de pcb en las anchuras de traza alcanzables y el espaciamiento para diseños de alta densidad

Esta tecnología de control permite la máxima fiabilidad de los componentes, pero permite la fabricación de microprocesadores complejos. Como la demanda de los consumidores impulsa los dispositivos hacia factores de forma más pequeños, mayor rendimiento y mayor funcionalidad, la necesidad de interconexión de alta densidad (HDI) PCB se ha convertido en una medida de montaje.

El papel de la fotolitografía en la definición de las características finas

La fotolitografía es el primer paso crítico en definir patrones de conductor en un PCB. En este proceso, una capa de resistencia fotosensible se aplica al sustrato de cobre-clad, luego expuesta a luz ultravioleta a través de una fotomasca que contiene el patrón de circuito deseado. La resistencia expuesta sufre un cambio químico, permitiendo que se desarrolle selectivamente, dejando un plantilla de los trazos de circuito.

Limitaciones de la resolución

El tamaño mínimo de la característica que la fotolitografía puede producirse de forma fiable se determina por la longitud de onda de la fuente de luz y la abertura numérica del sistema óptico. Los sistemas de exposición UV tradicionales que utilizan lámparas de arco de mercurio (longitudes alrededor de 365–405 nm) pueden alcanzar anchos de traza hasta aproximadamente 100 μm (4 mimos) en condiciones ideales insuficientes.

Para superar estas limitaciones, las instalaciones avanzadas de fabricación adoptan יstrong prendaleser imagen directa (LDI) seleccionada/strong confianza. En lugar de una fotomasca, LDI utiliza un rayo láser enfocado para escribir el patrón de circuito directamente sobre la resistencia. Esto elimina los problemas de diffracción asociados con máscara óptica y permite tamaños de características tan pequeños como 25 μm (1 mil) con una calidad excepcional de borde.

Selección Fotoresist

El tipo de fotoresista —ya sea нертерителинентелиные filme (liquid) o нертрентеринирининининия película (liquid) o нерентеренитенитениенитениенитенининининининининиенининиенитенинининиенининининининининининининининининенинининыененыеныенининыеныеныеннниннныеныенининининыеныеныенинининененининенныен

Métodos de grabado y su impacto en la geometría de la traza

Después de que la litografía crea el plantilla de resistencia, el cobre no deseado debe ser eliminado por el grabado. Este proceso es una fuente importante de variabilidad en el ancho de trazo final y espaciamiento porque el grabado es inherentemente isotropic, lo que significa que ataca el cobre en todas las direcciones a tasas similares. Como resultado, los bordes de resistencia están bajo corte, haciendo que la sección de traza se vuelva más estrecha en la parte superior que en la base (el denominado "factor etch").

Química de lavado

El grabado húmedo mediante soluciones ácidas o alcalinas (por ejemplo, cloruro cúrico, cloruro fírico o etchants amoníaco) es el método más común. Para tablas estándar con anchos de traza superiores a 100 μm, el bajo corte es manejable. Pero para los diseños HDI con trazos de 50-75 μm, el grabado puede reducir el ancho de trazo efectivo por 10-20 μm

Plasma Etching (Dry Etching)

Para lograr geometrías más finas, algunos fabricantes de alta gama emplean técnicas de grabado seco, como el grabado de iones reactivas (RIE) o el accionamiento de rayos ion. Estos procesos utilizan un plasma de gases reactivas (por ejemplo, cloro o compuestos fluorinos) para eliminar el cobre de manera altamente direccional. El resultado es casi un limpiador lateral vertical con bordes mínimos de corte, permitiendo traza y espado de hasta 1015

Selección de materiales para la fiabilidad de la característica fina

El sustrato y el papel de cobre elegido para un PCB influencian directamente cómo se pueden formar bien los rastros y cómo se realizan bajo estrés térmico y mecánico.

Cobre de la lámina de espesor y estructura de la grano

El forro de cobre más liso (por ejemplo, 1⁄2 oz o 1⁄4 oz, correspondiente a 17,5 μm y 8,75 μm, respectivamente) es esencial para el grabado de trazas estrechas. Las láminas de espesor (1 oz y superior) requieren tiempos de grabado más largos, aumentando subcortado y haciendo características poco prácticas.

Substrate Properties

El material dieléctrico debe tener baja rugosidad de superficie para permitir la resistencia fina líneas y la adherencia uniforme de cobre. Standard FR-4 puede tener una rugosidad excesiva de vidrio que impide el grabado de línea fina. Para tableros de HDI, ⁇ strong de vidrio reforzado con laminados con vidrio extendidos realizados / acero inoxidable (por ejemplo, 2116 o 1067 estilos de vidrio) proporcionan una superficie de formulación más suave.

Fabricación de tolerancias y capacidad de equipo

Incluso con una fotolitografía perfecta y un grabado, las tolerancias de fabricación del mundo real imponen restricciones sobre el ancho mínimo de traza y el espaciado que pueden producirse de forma constante.

  • √strong]Concisión de registro: se realizó/fuertengilo La capacidad de alinear múltiples capas en una tabla multicapa. Para los diseños de HDI, el registro de capa a capa debe estar dentro de ±25 μm o mejor. Los errores de registro pueden causar desalimentación entre microvias y rejillas de captura, reduciendo el rendimiento.
  • нертенититининияния y mediante la formación: se realizaron las perforaciones mecánicas más pequeñas, normalmente alrededor de 200 μm (0.008") de diámetro. Para los vias más finos, se utiliza la perforación láser (UV o CO2) para crear microvias de hasta 50 μm. La exactitud de la colocación afecta el tamaño de la almohad y, en consecuencia, el espacio de enrutamiento.
  • нертенитенининиениенным uniforme: se realizó / se forzó con hilo En el agujero y mediante el relleno, el electroplating puede añadir espesor a las superficies de traza, reduciendo el espaciado.
  • ■ RepetibilidadMachine realizada / robustecido título de exposición, grabado y equipo de laminación. Los fabricantes de alta gama mantienen equipo con el control de proceso de ⁇ strong ohstadistical (SPC) seleccionado/fuertengilo para mantener variaciones dentro del 5-10% de los valores nominales.

Los estándares de la industria como יstrong confianzaIPC-6012 (Calificación y Especificación de rendimiento para PCBs Rigid) definen criterios de aceptación para las características finas. Para los productos de clase 3 (eje electrónico de alta fiabilidad), el ancho mínimo típico de traza y espaciado es de 75 μm (3 mil) para capas externas y 100 μm (4 mil) para capas internas, aunque los fabricantes avanzados pueden lograr el cumplimiento de 50μm de clase 3.

Tecnologías avanzadas de la fabricación HDI

Para satisfacer las exigencias de los dispositivos modernos —smartphones, wearables, implantes médicos y computación de alta velocidad— los fabricantes de PCB han pionero varias tecnologías avanzadas que empujan aún más los límites de traza y espaciamiento.

Procesamiento semiaditivo (PAS)

En el proceso semiadditivo, una capa fina de cobre de semilla se coloca sobre el sustrato, se aplica un fotoresist patrón, y el cobre adicional se electropla en las áreas expuestas. La resistencia se despoja, y la capa de semilla se encuentra enganchada, dejando detrás de los rastros finos con paredes laterales casi verticales. SAP puede producir strong confianza espacios de fabricación IC15–25 μm

Proceso semiaditivo modificado (mSAP)

Una evolución de SAP, mSAP utiliza una capa de semilla más gruesa y química de platamiento optimizada para lograr неstrong confianza10–15 μm activado/fuertes características de confianza manteniendo una adherencia robusta al dieléctrico. Este proceso se está convirtiendo en el estándar para tablas avanzadas de HDI con múltiples capas de acumulación y microvia de alta línea interconexiones.

Tecnología de traza embebida

En lugar de trazos de grabado en la superficie, algunos diseños incrustan líneas finas directamente en la capa dielectrica. El trazo se forma por ablación láser o dieléctrica fotodefinible, luego llenado de cobre plateado. Este enfoque proporciona una flatness excepcional y permite espaciados hasta неstrongни5 μm conectado/strongilo en algunos ajustes de investigación. Se utiliza en módulos de memoria de alta densidad y paquetes de procesador.

Laser A través de la Hole y la Formación de Ciegos

La perforación láser crea microvias que son significativamente más pequeñas que las perforaciones mecánicas. Cuando se combina con la metalización del eje iz-eje нерениениенитения / tring, estos vias permiten que los canales de enrutamiento sean mucho más densos porque las almohadillas pueden ser colocadas más cerca.

Diseño para la fabricación (DFM) Buenas prácticas

Comprender las limitaciones de fabricación es sólo la mitad de la batalla; los diseñadores deben incorporar activamente los principios de la DFM para asegurar que sus diseños de alta densidad sean producibles sin iteraciones costosas o pérdidas de rendimiento.

Consultoría con los Fabricadores Temprano

Cada fabricante de PCB tiene capacidades únicas y preferencias de proceso. Antes de finalizar un diseño, los ingenieros deben нерентрирениренири archivos y apilar detalles obtenidos / fuertes contactos con el fabricante para obtener una "revisión de viabilidad de la fábrica". Muchos fabricantes proporcionan listas de verificación DFM en línea y conjuntos de reglas (por ejemplo, mínimo rastro/espacio por peso de cobre, a través de tamaños de pad, requisitos de anillo anular).

Optimización de la rutina de traza para la compensación de etch

Para contabilizar los bajos, los diseñadores pueden неритериниениенниениеннияниранитититениенниенния, etch compensación de 0,5 a 2 μm por lado, haciendo trazas ligeramente más anchas en el fotón de la fotomasca para que después de la toma.

Consideraciones de impedancia controladas

Los rastros finos se utilizan a menudo para líneas de impedancia controlada (por ejemplo, 50 Ω RF, 100 Ω diferencial). El ancho de traza y el espaciado determinan directamente la impedancia. Un trazo estrecho por encima de un plano de tierra proporciona menor inductancia pero mayor resistencia. Los diseñadores deben comprobar que la impedancia deseada puede ser alcanzada con la geometría de traza alcanzable del fabricante.

Planeamiento de la capa

Para las tablas HDI multicapas, el apilamiento debe equilibrar el peso de cobre, el espesor prepreg y la disponibilidad de núcleos. Usando los núcleos de неstrong ohthin (por ejemplo, 0,002" o 0.003")Seguido/fuertengilo permite un espaciamiento más estrecho entre capas y soporta la formación de microvia.

Estudio de caso real-mundial: Smartphone Mainboard

Un nuevo smartphone insignia utiliza un apilador HDI de 10 capas con dos capas de microvias (vía-en-pad) y anchos de traza/aparcamientos de 40 μm (1.6 mil).El fabricante empleado יstrong confianzaLDI fotolithography, mSAP processing ended/strong confianza, y bajo perfil de aluminio de cobre tratados a corto plazo para lograr estas dimensiones constantemente a través de millones de unidades controladas.

Tendencias futuras en la anchura de la traza y el espaciamiento

La búsqueda incesante de la miniaturización continúa. Las tecnologías emergentes en el horizonte incluyen:

  • нереннитеннниенния fabricación aditiva: se realizaron / setront estrechos tintas conductivas impresas con inyección de tintas y la impresión de chorro de aerosol pueden producir características inferiores a 10 μm sin grabado.
  • √STRUIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE MEJORA-10 μm: Se realizaron trabajos de investigación y se han demostrado trazas de cobre tan estrechas como 2-5 μm utilizando litografía de haz de electrones y deposición de capas atómicas (ALD) de cobre. Sin embargo, estas técnicas siguen siendo demasiado lentas y costosas para la fabricación comercial de PCB.
  • ■ Se trata de una integración de embalajes/envases 3D y 2D: se realiza/fuertes confianzas En lugar de reducir las huellas en el PCB, las interconexiones de mayor densidad se están moviendo en el paquete mismo (por ejemplo, vias de videoconferencia, interposores). El recuento de capas PCB puede reducir, pero las huellas restantes todavía tendrán que soportar una routa extremadamente fina.

Para más información sobre los estándares de la industria IPC, consulte لе href="https://www.ipc.org/standards" target=" blank" rel="noopener"(Inglés) Normas relacionadas con el uso de datos personales.

Conclusión

Los anchos de traza alcanzables y el espaciamiento para diseños PCB de alta densidad no son valores arbitrarios; son la salida de una compleja interacción entre resolución fotolitografía, isotropía de grabado, propiedades materiales y tolerancias de fabricación. Mientras que las tecnologías modernas de fabricación como LDI, mSAP y grabado seco han empujado límites prácticos a muy inferiores a 50 μm, los diseñadores deben respetar eficientemente la física de cada proceso para asegurar la fiabilidad.