Встроенные пассивные компоненты. Варианты исполнения и

Технологические процессы и
оборудование для
производства печатных плат
со встроенными
компонентами
Типы встраиваемых компонентов
Встраиваемые компоненты.
Стандарты в помощь технологу.
● IPC 7092 – Design and Assembly Process
Implementation for Embedded Components . (в
разработке)
● JPCA-EB01-06. Standard on Device Embedded
Substrate. Terminology / Reliability test / Design
Guide. Японский стандарт. Первая редакция
выпущена в 2011 г. Шестая редакция – 2013 г.
Формируемые встроенные компоненты
● Резисторы. 1) наносимые резистивные материалы ;
2) фольгированные диэлектрики с резистивным
подслоем.
● Конденсаторы. Медные плоские обкладки
разделяются диэлектриком из органической
полимерной плёнки или керамического
тонкоплёночного композита.
● Индуктивности — проводники в форме спирали друг
над другом на слоях, соединение через
металлизированные отверстия.
Формируемые встроенные резисторы
Изготовители резистивных паст и резистивной фольги
Способ формирования
Тип материала
Изготовитель
Трафаретная печать
Полимерная толстая плёнка
Acheson
Трафаретная печать
Полимерная толстая плёнка
Asahi
Трафаретная печать
Полимерная толстая плёнка
Electra
Трафаретная печать
Полимерная толстая плёнка
Metech
Трафаретная печать
Полимерная толстая плёнка
MIE
Травление
Резистивная фольга
(керамика)
Травление
Резистивная фольга (NiCr)
Ticer
Травление
Резистивная фольга (NiP)
Ohmega
Травление
Резистивная фольга (Pt)
DuPont
Dow
Формируемые встроенные резисторы
Резистивные пасты. Процесс.
• Полимерные толстоплёночные резисторы
формируются
непосредственно
на
поверхности поверх медных контактных
площадок
• Метод нанесения - полимер в пастообразном
виде наносится ракелем через трафарет на
станке трафаретной печати с последующей
термосушкой и отверждением.
• Требуется лазерная подгонка
номинала резистора на
специальном лазерном станке
Формируемые встроенные резисторы
Резистивные пасты. Процесс.
Внутренний слой фольгированного диэлектрика
Травление рисунка
Трафаретная печать резисторов.
Прессование внешних слоев
Трафаретная печать резисторов на фольгу
Прессование внешнего слоя
Травление рисунка
Прессование внешних слоев
Формируемые встроенные резисторы
Резистивная фольга.
OHMEGAPLY
1 кв = 1 кОм
2 кв = 2 кОм
3 кв = 3 кОм
Формируемые встроенные резисторы
Процесс формирования резисторов Ohmega Ply
Шаг 1: Нанесение
фоторезиста.
Шаг 2:
Экспонирование и
проявление
фоторезиста.
Шаг 3: Травление
меди (первое
травление).
Шаг 4: Травление
резистивного материала
раствором медного
купороса (второе
травление).
Шаг 5: Снятие
фоторезиста.
Шаг 6: Нанесение
фоторезиста,экспониро
вание и проявление
фоторезиста (второе
экспонирование).
Шаг 7: Травление
меди в окнах
фоторезиста (третье
травление).
Шаг 8: Снятие
фоторезиста.
Формируемые встроенные резисторы
Ohmega. Примеры.
Резисторы на гибких платах
Резисторы на слоях для BGA
Резисторы на слоях
Формируемые встроенные конденсаторы
Применяются 2 основные технологии формирования конденсаторов:
- Диэлектрический материал наносится непосредственно на медную
фольгу или внутренние слои печатной платы трафаретной печатью;
- Фольгированный с двух сторон диэлектрический слой. Травление
Фольгированные диэлектрики.
Изготовители
3M, DuPont, OAK-Mitsui, OHMEGA.
Формируемые встроенные индуктивности
Сформированные катушки индуктивности представляют собой витки
необходимого диаметра и ширины из медной фольги Кольцевые
сегменты на слоях, соединенные переходными отверстиями.
Устанавливаемые встроенные компоненты
Технологии. Производители. Особенности
Устанавливаемые встроенные компоненты
Технологии. Производители. Особенности
Корпусные встраиваемые пассивные компоненты
Варианты соединений.
Соединение под пайку
• Преимущества
- Использование серийных компонентов
- Традиционный процесс SMT
• Недостатки
- Риск плавления припоя при повторном цикле
пайки
- ЭМС хуже (длиннее соединение)
- Ограниченная плотность монтажа
Соединение металлизацией Cu
• Преимущества
- Выше надежность
- ЭМС лучше (кратчайшее соединение)
- Высокая плотность монтажа
• Недостатки
- Меднение контактов пассивных компонентов
- Новое оборудование и процессы
(лазерное сверление, металлизация)
AT&S. Технология ECP.
Исходный вейфер
Подготовка контактов
Утоньшение вейфера
Резка вейфера
Чип на ленту, в катушку
Чип
Пассивные компоненты
Поверхностный монтаж
Опрессовка
Тестирование
Шарики припоя
Корпусирование
AT&S. Технология ECP
Европейский проект HERMES. 2008-2010 гг.
AT&S. Технология ECP.
Требования к компонентам
Требования к вейферу
•
•
•
Финишное покрытие контактных
площадок – Cu. Для лучшего
контакта при металлизации microvia
Поле контактной площадки:
адаптация к проектным нормам
печатных плат
Толщина вейфера: 100-150 мкм
Требования к пассивным компонентам
•
Применение тонких компонентов с
медными контактами
•
Толщина компонентов : 100-220
мкм
•
Тип корпуса: 0201, 0402, и более
•
Используются резисторы и
конденсаторы, индуктивности в
опытной разработке
AT&S. Технология ECP.
Производственный процесс
Лазерное сверление
+ подложка
Печать клея
Подготовка
компонентов
Металлизация
Компонент
Монтаж
Фотопечать
Гальваника
Сборка пакета и
прессование
Механическое
сверление
Лазерное
сверление
Подготовка
отверстий. Desmear.
Снятие фоторезиста
Травление
АОИ
Процесс
изготовления
печатных плат
AT&S. Технология ECP.
Характеристики плат
Характеристика
Размер модуля
Стэк
Стэк
Толщина слоя с фольгой
Серия
Прототип
1 мм < X,Y < 25 мм
1 мм < X,Y < 30 мм
Один сердечник с последующим наращиванием
250-450 мкм
200-450 мкм
Количество слоев
2-6
2-8
Проводник \ зазор
50 / 50 мкм
25 / 25 мкм
мин. 200 мкм
мин. 150 мкм
КП для лазерного отверстия
Типы ВК
Металлизация контактов
Компонент
Размер активных ВК
<= 3 активных ВК + 200 пассивных ВК на модуль
Медь (мин. 4 мкм)
0,4 мм < X,Y < 4 мм
0,4 мм < X,Y < 8 мм
Перераспределение на слое
Дополнительные тестовые структуры по
требованию
КП для компонента / шаг
200 / 250 мкм
150 / 175 мкм
одностороннее
двухстороннее
Тип соединения
AT&S. Технология ECP.
Планировка цеха
Завод AT&S, Leoben-Hinterberg, Австрия
HDI PCB and ECP®, ~755 человек
AT&S. Технология ECP.
Участок монтажа встроенных компонентов
Монтаж, контроль, финальное тестирование
• Участок сборки (чистое помещение класса 100 000):





Печать клеевого слоя
Монтаж компонентов
Оптическая инспекция
Электрический контроль
Финальное тестирование
АОИ, верификация
100% электроконтроль
Монтаж компонентов
Печать клеевого слоя
Вакуумный сушильный шкаф
AT&S. Технология ECP.
Монтаж компонентов
Эквивалентен 80 установщикам кристаллов
AT&S. Технология ECP.
Монтаж компонентов
Станок может устанавливать керамические компоненты 2х2 мм
Головка с 20 насадками
макс. скорость:
точность
Сдвоенная головка
макс. скорость:
точность
20 000 комп/ч
±41 мкм, ±0,5º / (3σ)
3 700 комп/ч
±22 мкм, ±0,5º / (3σ)
AT&S. Технология ECP.
Ламинирование. Прямое экспонирование LDI.
Фотопечать
Проявление
Гальваника
Снятие фоторезиста
Травление
AT&S. Технология ECP.
Проявление фоторезиста.
Фотопечать
Проявление
Гальваника
Снятие фоторезиста
Травление
AT&S. Технология ECP.
Гальваническое осаждение меди.
Гальванической осаждение меди
• Линия на одну заготовку
- полностью автоматический процесс
- индивидуальный контроль параметров каждой
заготовки
- обработка тонких слоев (200 мкм)
- уникальная система циркуляции
- гальваническое осаждение на импульсном токе для
заполнения отверстий
- полное фиксирование данных процесса
- гибкость при переналадке и запуске новых процессов
Фотопечать
Проявление
Гальваника
Снятие фоторезиста
Травление
AT&S. Технология ECP.
Удаление фоторезиста. Травление
Фотопечать
Проявление
Травление
Гальваника
Удаление фоторезиста
Травление
Удаление
фоторезиста
AT&S. Технология ECP.
Статистика выхода годных.
Прототипы
AT&S
выход
Модулей / месяц
AT&S выход (данные
от потребителя):
Возврат НОЛЬ
Данные за последние 24 месяца
Данные за последние 26 недель
AT&S. Технология ECP.
Результаты испытаний на надежность.
Метод
Термоциклирование
Температура\Влажность
Изгиб
Случайная вибрация
Шок
Перепайка
HAST
Падение
Хранение при высокой
температуре
Условия
Результат
-55 ºС / + 150 ºС
1000 циклов пройден
85 ºС / 85%
1000 часов пройден
5 мм/сек
80 изгибов пройден
3G, (5-500 Гц)
30 мин на ось пройден
2 кг, 0,2мсек
3 на направление пройден
Профиль бессвинцового
припоя 255 ºС
30 циклов пройден
110 ºС / 85% / 5В DC
264 часа пройден
1500 г / 0,5 мсек
10 падений пройден
до 125 ºС
1000 часов пройден
Спасибо за внимание.
Ваши вопросы?