Особенности производства специализированных печатных плат

Особенности проектирования и
производства специализированных
печатных плат
3 апреля 2014 г.
Александр Акулин
Технический директор PCB technology, WWW.PCBTECH.RU
Основано на информационных материалах фирм:
AT&S, Wurth, Альтоника, EPEC и др.открытых источниках 1
Высокочастотные печатные платы.
Особенности выбора материалов СВЧ
2
Гибридные структуры СВЧ МПП
Несимметричная
структура
Симметричная
структура (предпочтительно)
Ядро СВЧ
Препрег
Ядро FR4
3
Пример композитной структуры, 4 слоя
Layer 1
Core
Layer 2
Prepreg
Layer 3
Core
Layer 4
СВЧ-сигналы
High Frequency – 0.2 мм
Полигон Ground
FR4 – 0.2 мм
Полигон VCC
FR4 – 0.5 мм
Цифровые сигналы
4
Пример композитной структуры МПП8
5
Частично-гибридная структура
Обеспечивает существенную экономию
при серийных заказах.
Ядро FR4
Ядро СВЧ
Ядро FR4
Препрег
Ядро FR4
6
Пример применения частично-гибридной
платы
Монтаж на
общей плате
Питание, логика,
цифровые сигналы
СВЧ-компоненты
СВЧ ИС
Переход с волновода на
микрополосковую линию
7
Тестирование гибридных плат
Гибридные платы успешно проходят испытания:
Термостресс - 288°С, 10 сек, 3 цикла
Температура и влажность - 85°С, 85%, 168 ч
Термоциклирование – от -55 до 125°С, 100 циклов
Оплавление в печи – 5 циклов (бессвинцовый профиль)
8
Обратная сверловка
Устранение «лишних» участков переходных отверстий
с помощью сверления с контролем глубины
9
Обратная сверловка – типовые правила
10
Силовая электроника.
Совмещение обычной меди
и толстой меди в одном слое ПП
• За счет осаждения дополнительной меди можно
достичь толщины меди 0.35, 0.7 и даже 1 мм
только в заданных областях платы
11
Совмещение обычной меди
и толстой меди в одном слое ПП
• Управляющие цепи имеют толщину 70 мкм, а
питающие сильноточные цепи в том же слое – 0.7 мм.
12
Какой ток может передать медный проводник,
в зависимости от толщины и ширины
Медь,
мкм
Ширина
1.6 мм
3.2 мм
6.4 мм
12.7 мм
25.4 мм
50.8 мм
101 мм
35
4.6
7.6
12.5
20.7
34.2
56.6
93.6
70
7.6
12.5
20.7
34.2
56.6
93.6
154.7
140
12.5
20.7
34.2
56.6
93.6
154.7
255.6
210
16.8
27.8
46
76
125.5
207.5
343
280
20.7
34.2
56.6
93.6
154.7
255.6
422.5
350
24.4
40.3
66.5
110
181.8
300.5
496.7
420
27.8
46
76
125.5
207.5
343
566.9
490
31.1
51.4
84.9
140.4
232
383.6
634
560
34.2
56.6
93.6
154.7
255.6
422.5
698.4
630
37.3
61.7
101.9
168.4
278.4
460.2
760.7
700
40.3
66.5
110
181.8
300.5
496.7
821.1
• Указанные значения – при нагреве трассы на DT = 20°C
• Формула по IPC 2221A: I = 0.048 * DT(0.44) * (W * Th)(0.725)
13
Повышенные требования к надежности МПП.
Особенности проектирования ПП
разных классов точности
Класс точности
ПП (ГОСТ 23752)
Проводник,
мм
Зазор,
мм
Перех. отверстие /
площадка, мм
3-й
0.25
0.25
0.5 / 1.0
4-й
0.15
0.15
0.3 / 0.6
5-й
0.1
0.1
0.2 / 0.45
Выше 5-го (6-й)
0.075
0.075
0.15 / 0.35
Проводник
Зазор
Отверстие
и площадка
14
Минимальный проводник и зазор
в зависимости от толщины меди
Конечная
толщина меди
Подтрав с
2 сторон
Проводник
и зазор, мм
Возможные
отклонения, мкм
17.5 мкм
-9 мкм
0.075
±12.5
35 мкм
-17.5 мкм
0.1
±20
45 мкм
-22.5 мкм
0.125
±25
55 мкм
-27.5 мкм
0.125…0.15
±30
70 мкм
-35 мкм
0.2
±40
15
Диаметр отверстия, сверла и площадки
A. Диаметр
отверстия, мм
B. Диаметр
сверла, мм
C. Диаметр
площадки, мм
D. Диаметр выреза
в полигоне, мм
A
A + 0.1…0.15
A+0.35
A+0.65
0.3
0.45
0.65
0.95
0.2
0.35
0.55
0.85
0.15
0.25
0.45 (min.0.35)
0.8 (min.0.7)
B
D
B
C
A
A
D
16
Отступ вокруг отверстий во внутренних
слоях – особое внимание!
≥0.25 мм от сверла,
т.е. 0.32 от отверстия!!!
17
Гарантийный поясок вокруг отверстий –
особое внимание!
IPC class 3: ≥25 мкм
IPC class 2: допустимо
Недопустимо
На готовой плате:
поясок ≥25 мкм от отверстия
В дизайне PCB по IPC class 3:
площадка ≥100 мкм от сверла
или ≥0.15 мм от финишного
диаметра после металлизации!!!
(на каждую сторону)
18
Приложения повышенной надежности.
Проблемы выбора материалов, покрытий
и технологии изготовления МПП.
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
Диэлектрик: FR4, HTg, полиимид, Rogers…
Покрытие: ПОС, золото, олово, серебро, OSP…
Паяльная маска
Толщина металлизации отверстий
Защита переходных отверстий от коррозии
Технология «только микроотверстия»
Проблемы бессвинцовой пайки BGA и деградация
переходных отверстий
19
Новая технология выполнения Via
1)
2)
3)
4)
Заполнение
Покрытие медью
Защита от коррозии
Via-In-Pad
20
Металлизация поверхности
заполненного отверстия
Заполнение смолой происходит в вакуумной камере,
что исключает образование пустот и пузырей.
21
Лазерные микроотверстия, Via-In-Pad
Уровень сложности
Отверстие, µm
Площадка, µm
Стандарт
120
350
Экстра
100
300
Специальный
90
250
22
Варианты трассировки BGA 0.5 мм.
Переходы в площадке.
Возможно образование
пустот и ненадежное
соединение
23
Микропереход в площадке
При использовании
«микропереходов в площадке»
не применяйте вариант
«маска на площадке» это снижает надежность пайки
из-за образования пустот.
24
Металлизация поверхности µVia
Плоская площадка:
Микроотверстие заполняется
смолой и металлизируется
для обеспечения плоской
поверхности под шарик BGA.
Стоимость:
Надбавка до 30%
25
Заполнение µVia медью
µVia с заполнением медью
(можно ставить
в центре
площадки BGA)
26
Параметры микроотверстий - подробнее
Тип материала и
толщина +/-30%
Отверстие,
µm
Внешняя
площадка, µm
Внутренняя
площадка, µm
1 x RCC 60µm
100
300
330
1 x 106 p/p 50µm
100
300
330
и минимум
90
250
300
1 x 1080 p/p 65µm 120
330
380
и минимум
100
300
350
2 x 106 p/p 100µm 150
360
400
27
Типовые конструкции МПП
с микроотверстиями
Только глухие отв.
Глухие и скрытые
2-2-2
1-2-1
1-N-1
Стоимость
+30…50%
2-N-2, N от 4 до 12
Стоимость
+100%
28
Стековые микроотверстия
поверх заполненного отверстия
Металлизация поверхности заполненного отверстия
обеспечивает надежность стековых микроотверстий.
29
Надежность лазерных отверстий
Симуляция процесса оплавления в печи 260°С
Тест HATS по IPC-18R-E (ускоренный термошок)
Диапазон температур -40…+145°С, 500 циклов
30
Нормы проектирования МПП,
в зависимости от шага выводов BGA
Шаг BGA
Класс
Проводник,
точности ПП мм
Зазор,
мм
Глухие
отверстия
1.25 мм
4-й
0.15…0.12
0.15…0.12
Нет
1 мм
5-й
0.1
0.1
Нет
0.8 мм
5-й и выше
0.1…0.075
0.1…0.075
Иногда
0.65-0.4 мм
6-й
0.075
0.075
Обязательно
31
Проектирование BGA с шагом 0.8 мм
32
BGA 0.75 мм
33
BGA 0.65 мм
34
BGA 0.5 мм
35
BGA 0.4 мм
36
Рекомендации по параметрам МПП HDI
37
Услуги холдинга
PCB technology
•
•
•
•
•
•
•
Обучение инженеров-конструкторов МПП
Контрактная разработка МПП по ТЗ заказчиков
Моделирование печатных плат заказчиков
Поставка и контрактное производство печатных плат
Поставка САПР печатных плат Cadence Allegro
Внедрение сквозного маршрута проектирования МПП
Проведение консультаций и семинаров по МПП и САПР
Сайт www.pcbtech.ru
E-mail [email protected]
Телефон 8 (800) 333-9722 (бесплатный по России)
38
Спасибо за внимание!
Есть ли у вас вопросы?
Александр Игоревич Акулин
технический директор
PCB technology
КБ «Схематика»
PCB SOFT
(контрактное производство)
(дизайн-центр печатных плат)
(поставка САПР Cadence Allegro)
http://www.pcbtech.ru
39