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如何進(jìn)行微型PCB設(shè)計和制造

PCB線路板打樣 ? 來源:上海韜放電子 ? 作者:上海韜放電子 ? 2021-02-04 13:59 ? 次閱讀

這里有一些技巧,可以幫助您了解如何進(jìn)行微型PCB設(shè)計和制造。

如今,基本電路板的尺寸減小將使設(shè)計人員將其PCB的尺寸減小一半,或減小到原始尺寸的四分之一。設(shè)計師以前無法使用的非常細(xì)的線現(xiàn)在將成為主流,而原來的最小線寬75微米(3mils)逐漸減小到30微米(1.2mils)或更小。

對于較小的走線和過孔,需要新的設(shè)計規(guī)則,因為PCB電路板的制造方法完全不同且先進(jìn)。微電子PCB電路制造商無法使用標(biāo)準(zhǔn)的舊干膜,平板和蝕刻工藝來可靠地制造75微米以下的線。光刻是產(chǎn)生這些非常細(xì)的線條和空間的一種選擇方法。轉(zhuǎn)向較小的線寬可能會使相當(dāng)多的“卡在泥里”的老式印刷電路制造商措手不及,這些制造商現(xiàn)在甚至不提供3mils的電阻。為了在不久的將來保持競爭力,PCB車間將需要提供至少50微米的線和空間,甚至低至30微米。

微型PCB制造商群體

精細(xì)微電路的制造商分為四組。第一組主要是亞洲地區(qū),為手機或iPod開發(fā)了獨特的細(xì)線工藝,可布置40-50微米的走線。第二組是數(shù)量有限的研發(fā)公司,僅在Kapton上制造少量的非常專業(yè)的電路,這些電路具有40微米以下的細(xì)線,而Kapton的成本很高,交貨時間長達(dá)三個月,并且產(chǎn)量很小。

第三集團(tuán)正在以最快的速度擴(kuò)大中型PCB電路公司的業(yè)務(wù),它們提供較小的生產(chǎn)數(shù)量,線寬為75至40微米,幾周之內(nèi)即可生產(chǎn)數(shù)千個。最后,第四組是正常的細(xì)線印刷電路板生產(chǎn),尺寸為125至75微米,具有大批量生產(chǎn)和眾多參與者。我們將自己置于第五集團(tuán)。我們開發(fā)了一種新的制造技術(shù),能夠在FR4或Kapton上形成30微米的線和間距。

隨著微電子業(yè)務(wù)的擴(kuò)展以及越來越多的PCB電路公司發(fā)現(xiàn)制造40微米及以下的非常細(xì)的線所必需的技術(shù),電路設(shè)計人員將需要熟悉新的設(shè)計規(guī)則以及微電路制造的優(yōu)點和缺點。

如何設(shè)計微型PCB

出于顯而易見的原因,非常細(xì)的30微米線不能使用普通的1盎司銅。當(dāng)我們減小線寬時,我們必須減小厚度。在Sierra Circuits,我們使用18微米厚的銅制造了25微米的生產(chǎn)線,但這大約是上限。除非您的設(shè)計使用較高的電流,否則較細(xì)的銅走線應(yīng)該不是問題,在這種情況下,可以將特定的走線做得更寬以應(yīng)對較高的電流。30微米的生產(chǎn)線堅固而可靠,但是,它不會遭受太多的物理限制,而通過使用典型的阻焊膜可以幾乎消除這種物理缺陷。

細(xì)線可能會使許多設(shè)計人員擔(dān)心,但是,他們需要實現(xiàn)目前開始使用的200微米寬的線跡,并將其減少到將芯片連接到芯片載體的25至13微米的鋁或金圓線。細(xì)線被封裝在多層的內(nèi)層中或通過阻焊劑封裝,這意味著它們實際上被鎖定了。已經(jīng)開發(fā)了將銅附著到電路板表面的新方法,這些新方法用于改善微跡線的整體附著力到表面。

最初的一些微型設(shè)計從30微米跡線到焊盤都有很大的圓角。隨著時間的流逝,事實證明它是不必要的。將走線直接布線到焊盤非常牢固可靠。額外的魚片剛剛被證明會增加圖像寫入時間和成本。

小通孔:微型通孔的尺寸存在物理限制。低于50微米(2mils)時,電鍍液將無法正確電鍍孔壁,從而導(dǎo)致過孔質(zhì)量變差。我們的激光器可以鉆出小至20微米的孔,但我們不能電鍍它們。層壓板的厚度控制通孔的最小直徑,對于電鍍微通孔,上限為2:1。

例如,就電鍍而言,3mils的微通孔限于6mils厚的層壓板。我們的Yag激光器可以鉆通孔的深度也有一個限制。隨著直徑減小,穿透層壓材料以形成干凈孔的能力也隨之降低。3mils的通孔在FR4中的深度限制為4到5mils,而在HDI應(yīng)用中使用的無玻璃層壓板中則為6到7mils。關(guān)于微孔的一切并不一定是壞的。微孔可能無法像走線一樣小,但是我們可以向鍋中添加甜味劑,因為微孔周圍的環(huán)形圈會明顯變小。

當(dāng)我們生產(chǎn)第一個微型PCB時,我們注意到的第一件事是通孔在焊盤中居中。該設(shè)計使用了9mils的焊盤和3mils的通孔,對于傳統(tǒng)的印刷電路工程來說,該通孔是緊的。新的更精確的激光制造方法將允許小至5mils的焊盤和3mils的通孔,從而節(jié)省了大量的電路板面積。

( 9mils焊盤和3mils通孔,帶40微米線))

使用新的微電路設(shè)計技術(shù)代替常規(guī)的印刷電路技術(shù)可節(jié)省大量的空間。如今,典型的75微米線寬的最佳間距約為.5mm,通過75微米線和250微米(10mils)的焊盤可得到75微米(3mils)。墊片之間的間距為225微米(9mils),墊片之間僅允許一條75微米的線,對于大多數(shù)商店來說,這種最小規(guī)格是很難的。

微型PCB設(shè)計準(zhǔn)則

利用3mils過孔,5mils,30微米線和30微米空間的微電路技術(shù)可產(chǎn)生0.2mm的間距布局。與標(biāo)準(zhǔn)的3mils印刷電路板布局相比,微電路技術(shù)可將使用的面積減少五倍。在以后的文章中,我們將討論減少所需組件面積的想法。但是,即使使用相同的組件,僅切換到30微米線和更小的焊盤也將顯著減小電路板面積。布線時,請使用相同的技術(shù),但是在轉(zhuǎn)彎時嘗試使線傾斜,而不要使用90度的轉(zhuǎn)彎。拐角處的斜線將拐角應(yīng)力分布在更大的區(qū)域。

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1. 微通孔

當(dāng)利用添加在多層板頂部或作為所有HDI多層的HDI技術(shù)層時,微通孔可用于連接薄層之間。可以鉆出直徑為5.9mils(最大60mils)的通孔,也可以是直徑為2-3mils的激光鉆孔,但只能在2-4mils厚的HDI層壓板上。請記住,與激光創(chuàng)建的孔相比,鉆孔的漂移很大,這限制了焊盤到孔的大小。對于鉆孔,請使用12 mil的焊盤和6 mil的孔,而對于激光鉆孔的微孔,可以將5 mil的焊盤與3 mil的通孔一起使用。

2.孔尺寸

盡管看起來很明顯,但值得重申:傳統(tǒng)PCB設(shè)計的每個元素都需要進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)更小的微型尺寸。對于熟悉傳統(tǒng)PCB設(shè)計的PCB布局工程師而言,這可能是一個挑戰(zhàn)。我們在該區(qū)域最常見的錯誤是過大的孔。實際上,微型PCB設(shè)計應(yīng)具有激光微型通孔,以在基板層之間互連。如果設(shè)計中的孔過大(通常如此),將導(dǎo)致微型PCB不夠理想甚至失效。

這再次回到了與合適的微型PCB制造商合作的重要性。當(dāng)PCB公司作為合作伙伴時,您將有一位專家可以在PCB工藝的每個步驟中尋求幫助,以確保您的微型PCB設(shè)計滿足所有必需的要求。

3.銅厚度

正常的3mils細(xì)線電路是1盎司銅,微電路每30微米寬度使用oz。普通圖案電鍍用于制造微電路,這意味著跡線不必從電路引出到電鍍總線,圖案電鍍連接到整個電路,而引線鍵合電鍍是化學(xué)的或電氣的。

4.可靠性

大多數(shù)普通的印刷電路板都可以用于HDI或微電路,但都有局限性。微型單面和雙面電路可以由剛性FR4型層壓板制成,但它們必須很薄才能留出微型通孔。

5.電氣測試

目前,飛行探針或什至是剛性探針(釘床)技術(shù)的下限為2-3mils。我們預(yù)計隨著時間的推移,它會降低,因為必要時需要更小的平臺。如果您的微電路具有較小的點(例如邊緣條連接器),則將電路以外的線路延伸到3-4 mil焊盤是明智的。

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6.阻焊膜

不幸的是,允許我們制造30微米線的成像技術(shù)還沒有轉(zhuǎn)移到阻焊膜上。75微米的位置精度以及圖像分辨率仍然是極限。

7.識別標(biāo)記

典型的絲網(wǎng)印刷圖像精度對于微電路而言太大。Sierra Proto使用非常精細(xì)的噴墨打印機,這會導(dǎo)致很小的識別標(biāo)記分辨率。

8.安全標(biāo)記

可以將非常小的單個條形碼成像到阻焊膜中,以正確識別印刷電路板。條形碼是如此之小,以至于人眼幾乎看不見。

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8微米安全條形碼

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研發(fā)15微米生產(chǎn)線

9.最終完成

可以使用普通印刷電路板。大多數(shù)微電路使用可焊線的軟金,浸錫或銀。

10.了解制造商的能力

到目前為止,無論您要開發(fā)微電子的具體應(yīng)用或類型如何,這都是進(jìn)行微型PCB設(shè)計時最重要的步驟。PCB設(shè)計在任何時候,基本技巧都非常重要。但是,了解它們的功能和服務(wù)對于微型PCB尤其重要。對于一家從未從事過微型PCB設(shè)計的公司,或者從未與指定的PCB制造公司合作開發(fā)此類產(chǎn)品的公司,這是至關(guān)重要的。原因很簡單:微型PCB的制造能力在一家PCB制造商與另一家PCB制造商之間差異很大。實際上,微型PCB仍相當(dāng)新,并且足夠復(fù)雜,以至于許多PCB制造商將提供有限的微電子功能或支持。為了證明微型PCB設(shè)計成功,您需要確保制造商能夠滿足您的基本要求。請記住,您的設(shè)計需要符合其準(zhǔn)則。如果您將制造商無法滿足的元素納入設(shè)計中,則需要進(jìn)行返工。這將導(dǎo)致延誤,減慢周轉(zhuǎn)時間和上市速度。
編輯:hfy

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