Kostenvergleich: Subtraktiv im Vergleich zu Semiadditiv

Ich bin sehr begeistert von den Semiadditiv-Verfahren, die Leiterplattenherstellern aller Größenordnungen jetzt zur Verfügung stehen, und spreche ziemlich viel über potenzielle Designs, die davon profitieren könnten, mit einer Leiterbahnbreite von 15 Mikron oder 25 Mikron zu routen. Während mSAP in ausgewählten Produktionsstätten mit sehr hohen Stückzahlen in Asien für Technologien wie zum Beispiel Smartphones eingesetzt wird, ist diese Technologie für PCB-Anwendungen mit niedrigen bis mittleren und sogar mit als hoch angesehenen Stückzahlen weitgehend nicht verfügbar.  Mit der Einführung des A-SAP™-Verfahrens (Averatek Semiadditiv-Verfahren) ist diese Technologie nun von einer Reihe von Leiterplattenherstellern erhältlich, was allen Leiterplattendesignern den Einsatz in einem breiten Anwendungsspektrum ermöglicht.

Ich ziehe es zwar vor, Richtlinien für das Design von Leiterplatten zu diskutieren und Designer mit Herstellern zusammenzubringen, die in dieser Technologie erfahren sind und ihre Fertigungsanforderungen erfüllen können; wir kommen in diesen Gesprächen aber immer wieder auf die Kostenfrage.  Also lassen Sie uns dieses Problem heute ansprechen.

Für diejenigen, die mit dem semiadditiven PCB-Verfahren nicht vertraut sind, lesen Sie bitte zunächst einige unserer vorherigen Blogs.  Wir sind die Grundlagen der SAP-Verarbeitung durchgegangen und haben kürzlich einige der Top-Fragen im Zusammenhang mit dem Lagenaufbau von Leiterplatten angeschaut sowie einige der „Design-Regeln” oder „Design-Richtlinien” untersucht, die sich beim Design mit diesen Funktionsgrößen mit ultrahoher Dichte nicht ändern. Außerdem haben wir den Designbereich rund um die Möglichkeit erforscht, diese Leiterbahnbreiten mit ultrahoher Dichte in den BGA-Escape-Bereichen und breitere Leiterbahnen im Routing-Feld zu nutzen.  Der Vorteil ist eine Reduzierung der Schaltkreislagen und das Anliegen ist die Beibehaltung der 50-Ohm-Impedanz.  Eric Bogatin hat kürzlich ein Whitepaper veröffentlicht, in dem er genau diesen Vorteil und dieses Anliegen analysiert.

Wie hoch sind die Kosten dieser Technologie im Vergleich zu subtraktiven Verfahren bei gleicher Lagenzahl, Leiterbahngeometrie, Anzahl der Vias usw.?

Dies ist eine häufige Frage, die ich mit der gleichen Argumentation beantworten werde, die ich oft verwendet habe, wenn ich über flexible Schaltkreistechnologie im Vergleich zu starrer Leiterplattentechnologie gesprochen habe.  Wenn alle Faktoren gleich sind, wie Lagenzahl, Leiterbahn und Platzbedarf, Größe der Löcher und Pads, Volumen usw., ist eine flexible Schaltung teurer.  Die Herstellung flexibler Schaltungen und starrer Flex-Technologie erfordert besondere Fähigkeiten und eine spezielle Handhabung, und die flexiblen Materialien selbst sind teurer als starre Standardmaterialien.  Wenn Sie kein dringendes Bedürfnis haben, flexible Materialien zu verwenden, dann tun Sie es nicht.  

Die heutigen Elektronikdesigns stoßen jedoch an ihre Grenzen, und die Umstellung auf flexible Materialien bietet viele Vorteile, und oft sind die zusätzlichen Kosten im Gesamtbild des Designs unbedeutend.  

Das gleiche gilt für das A-SAP™-Verfahren.  Wenn Sie ein 6-lagiges Leiterplattendesign auf Standard-FR4, 3 mil Linie und Abstand, 8 mil Bohrung mit dem gleichen Design vergleichen würden, das mit einem additiven PCB-Herstellungsverfahren statt mit einem subtraktiven PCB-Verfahren gebaut wurde, wäre es einfach nur teurer.  Das additive Verfahren erfordert einen speziellen Ablauf und Prozesssteuerung.  Ein solcher Vergleich zwischen SAP und subtraktivem Ätzen geht nicht auf die Vorteile und nicht einmal auf die Gesamtkosteneinsparungen ein, die beim Routing mit diesen Leiterplattenfunktionen mit ultrahoher Dichte erzielt werden könnten.

Wie lassen sich die Kosten dieser Technologie und die Vorteile einer 15-Mikron- oder 25-Mikron-Linie und -Raum auf andere Weise betrachten?

In der heutigen Diskussion werden wir nicht auf die Vorteile der Signalintegrität des semiadditiven Verfahrens eingehen.  Stattdessen betrachten wir den anderen bedeutenden Vorteil, nämlich die Platzersparnis, die mit dem Routing bei 15 oder 25 Mikrometern im Vergleich zu den üblichen 75 Mikrometern verbunden ist.  Diese Platzersparnis ist entscheidend, wenn es um einen Kostenvergleich geht. Lassen Sie mich einige Beispiele nennen:

• Ein Design mit subtraktiver Ätzung erfordert 12 Lagen und 3 Laminierungszyklen.  Dieses Design wurde überarbeitet, wobei die Anzahl der Lagen auf 8 und die Laminierungszyklen auf 1 reduziert wurden. Bedenken Sie, dass zusätzliche Laminierungszyklen üblicherweise zu einem Kostenanstieg von ca. 40 % führen.  Die Verringerung der Komplexität bei diesem Design erhöht die Ausbeute und senkt die Kosten, selbst wenn man die höheren Kosten für SAP einrechnet.  Das ist ein Gewinn für das PCB-Design.
• Was wäre, wenn Sie diesen Platz nicht für zusätzliches Routing, sondern für eine größere Loch- und Pad-Größe verwenden würden?  Ein 8-Lagen-Design mit Micro-Vias oben und unten könnte auf Durchkontaktierungstechnologie umgestaltet werden.  Wiederum eine Kostenersparnis für das Gesamtdesign.
• Was wäre, wenn die treibende Kraft für Ihr Design die Miniaturisierung wäre und der im Routing eingesparte Platz zur Reduzierung der Gesamtgröße der Leiterplatte genutzt würde?  Selbst bei gleicher Technologie und Lagenanzahl könnten die Gesamtkosten des Designs sinken, auch wenn mehr Teile auf der PCB-Produktionsplatte vorhanden sind.

Wie Sie sehen, ist der Versuch, die Kosten einer subtraktiven Ätztechnologie mit denen einer semiadditiven Technologie zu vergleichen, wirklich nicht sinnvoll.  Die echten Gewinne ergeben sich, wenn dieser neue Herstellungsprozess verwendet wird, um das PCB-Design neu zu konzipieren und die Komplexität zu vereinfachen.

Als abschließender Gedanke – das A-SAP™-Verfahren ist auch auf größere Funktionsgrößen anwendbar.  Für diejenigen unter Ihnen mit einem besonders problematischen Design, das mit 75-Mikron- oder 65-Mikron-Leiterbahnen mit subtraktivem Ätzen nicht gut funktioniert, kann ein Technologiewechsel von subtraktiv zu additiv die Ausbeute erhöhen und ein zuverlässigeres Produkt liefern.