Die Rolle von ISU Petasys, einem Unternehmen für die Herstellung von Mehrlagenschaltungen, bei der erfolgreichen Umsetzung einer PCB-Implementierung

John Stephens, Senior Vice President of Sales für ISU Petasys (ausgesprochen „E-soo“), baute seine erste Leiterplatte im Jahr 1974. Wie viele andere in der Branche erhielt er eine praktische Ausbildung in PCB-Design sowie in der Fertigung und Montage, indem er in der Luft- und Raumfahrtindustrie arbeitete.

Er erklärt: „Ich begann in der Luft- und Raumfahrt bei Litton Guidance and Control Systems, wo ich in einem Prozessentwicklungslabor arbeitete, das im Grunde eine Prototypenwerkstatt war, in der wir neue Technologien und Prototypen entwickelten. Wir würden unseren Lieferanten den von uns entwickelten Prozess beibringen und, wenn es ein neuer Prozess war, würden wir die Platinen bauen. Die Luft- und Raumfahrt hat mir viel beigebracht. Das Labor war großartig, da wir ein kleines Team waren und mehrere Prozesse und Arbeitsfunktionen durchführten.“

„Die Leute werden sagen, dass damals niemand komplexe Platinen baute, aber 1976 bauten wir eine 16-Lagen-Platine, die in eine F-16 eingebaut wurde.

Über seine 40-jährige Karriere hinweg war John tief in den PCB-Herstellungsprozess eingetaucht. Er erklärt: „Vom Labor aus ging ich in die Materialplanung, wo ich die Terminplanung machte und viele Bestellungen aufgab. Dann hatte ich die Aufgabe, die Schnittstelle zu den Herstellern und unseren Ingenieuren zu bilden. Damals arbeiteten wir nicht mit Gerber-Daten, wir gaben unseren Herstellern Filme, aber es gab viele Probleme damit. Wenn es Designfehler gab, wurde der Film korrigiert, aber die Dateien nicht.“

„Schließlich sagten wir unseren Lieferanten, dass wir elektronische Daten verwenden wollten. Wir bauten Platinen auf kleinen zwölf Zoll großen Paneelen und dann zeigten wir dem Management, dass wir vier davon auf einem 18x24 Panel unterbringen und so die Kosten senken konnten.“

Bis heute ist die Standard-Panelgröße in der Branche 18x24.

John wechselte in die Gruppe für Qualität und Zuverlässigkeit und leitete schließlich die gesamte Gruppe für Lieferantenqualitätsingenieurwesen, die sowohl Platinen als auch Komponenten umfasste.

„Nach Litton ging ich zu Ambitech, zunächst als Direktor für Qualität und dann als Direktor für technisches Marketing und Geschäftsentwicklung. Von dort aus ging ich zu Merix und dann zu meiner aktuellen Position bei ISU als Senior VP of Sales für Nordamerika. Meine Position geht eigentlich über Nordamerika hinaus, da heute jeder so global agiert. Unsere Field Application Engineers berichten an mich, und wir liefern Input für das F&E- und technische Personal des Unternehmens. Und all unsere FAEs haben praktische Erfahrung in der Fertigung oder im Elektrobereich.“

„Alles, was ich getan habe, hat mich zu dem geführt, was ich heute mache. In jeder Position, die ich innehatte, habe ich etwas Neues gelernt. Ich habe einfach meine Erfahrungen und mein Fachwissen kontinuierlich ausgebaut.“

ISU Petasys

ISU Petasys wurde 1972 gegründet und hat seinen Hauptsitz in Dalsung-goon Daegu, Südkorea. John erklärt: „Von 1987 bis 1997 haben wir die Größe der koreanischen Fabrik verdoppelt, indem wir die erste Fabrik geklont haben, um die zweite zu bauen. Aus der Sicht eines Geschäftskontinuitätsplans sind die beiden Gebäude Spiegelbilder voneinander, sodass wir unsere Operationen im anderen fortsetzen können, falls ein Gebäude in irgendeiner Weise beschädigt wird. Im Jahr 2000 haben wir unsere Fabrik in Kalifornien eröffnet und 2013 Hunan (MFS Technology mit Sitz in Changsha, China) übernommen. Hunan betreibt Mainstream-Technologie, jedoch nicht auf dem Komplexitätsniveau, das wir in Korea und Kalifornien haben. 2015 haben wir in Korea ein drittes Gebäude errichtet, um alle unsere hochmodernen Galvanisieranlagen unterzubringen, da in Fabrik 1 oder Fabrik 2 kein physischer Platz mehr war.“

Wie in anderen Artikeln erwähnt, können PCB-Hersteller Mega-Konzerne mit hunderttausenden Mitarbeitern sein, die die Verbrauchergeräte bauen, auf die wir so angewiesen sind.

John sagt: „Wir haben etwa 500 Millionen Dollar Umsatz und das platziert uns ungefähr auf dem 30. Platz in der Branche. Es gibt riesige Unternehmen, die Produkte in hohen Stückzahlen herstellen, wie zum Beispiel Automobilprodukte, Package-Substrate, Mobiltelefontechnologie und Handset-Technologie.“

„Was wir bauen, repräsentiert die kompliziertesten mehrschichtigen PCBs, die heute auf der Welt gefertigt werden. Das sind die Produkte, die in den Kerninfrastrukturen für die Telekommunikationsunternehmen, Dienstanbieter und die Rechenzentren der Cloud-Titanen verwendet werden. Unsere Kernkompetenz liegt im High-End-Bereich von Switching und Routing. Abbildung 1 zeigt ein Bild eines unserer Router-Switch-Boards. Ich glaube, dass wir heute der einzige Lieferant sind, der für alle drei der großen Telekommunikations-Routing-Hardwareunternehmen baut. Wir sind einer der größten Hersteller von hochwertigen Mehrschichtplatinen auf der Welt. Prismark (Prismark Partners LLC, eine Beratungsfirma für die Elektronikindustrie mit Sitz in Cold Spring Harbor, New York) hat vor einigen Jahren eine Studie durchgeführt, und ich glaube, dass wir zu diesem Zeitpunkt als Nummer zwei im Bereich der Einnahmen mit ultrahochwertigen PCBs eingestuft wurden. Für die Zwecke dieser Studie wurde als High-End alles kategorisiert, was über 20 Schichten hinausgeht. Abbildung 2 ist ein Bild eines unserer 36-Lagen-Hochleistungsrechner-Boards.“

„80% unseres Geschäfts kommen aus Nordamerika und Europa“, fährt er fort. „Aus einer ingenieurtechnischen und kundeninternen Perspektive repräsentieren Nordamerika und nordamerikanische OEMs den Großteil unseres Geschäfts. Wir machen auch viel Geschäft mit den ODMs (Originalgeräteherstellern) in Taiwan.“

Die ODM-Industrie in Taiwan ist in Bezug auf die Cloud sehr interessant. Es gibt viele ODM-Produkte, die noch weniger technologisch fortgeschritten sind, aber der Markt beginnt wirklich schnell zu evolvieren, mit Akteuren wie Google, Microsoft, Amazon, Facebook und sogar IBM. Jetzt bauen viele der Cloud-Unternehmen ihre eigenen Teams auf, um die Switches für ihre Datenzentren zu entwerfen.

John merkt an, „Bei den vorgenannten Arten von Produkten ist die Zusammenarbeit viel schwieriger geworden, weil viel mehr Akteure beteiligt sind. Die Expertise der ODMs, einen Server zu bauen, ist eine Sache, wenn Intel dir ein Referenzdesign gibt. Es ist etwas ganz anderes, einen 100 Gb/s oder 400 Gb/s Switch zu bauen, ohne große Expertise in Hochgeschwindigkeitsausrüstung.“

Er fährt fort, „Wenn Sie sich unser Produkt- und Dienstleistungsmodell anschauen, bieten wir Dienstleistungen von schneller Prototypenfertigung bis hin zur Produktion in hohen Stückzahlen an.“

"Unabhängig von der Anwendung einer bestimmten Platine, die wir herstellen, ist Zuverlässigkeit immer ein entscheidender Faktor. Man kann keine Platine haben, die nur gelegentlich oder sogar ziemlich oft funktioniert. Sie muss beim ersten Mal und danach jedes Mal funktionieren. Dies gilt insbesondere für missionkritische Teile wie die Platinen, die für die Luft- und Raumfahrtindustrie gebaut werden. Abbildung 3 zeigt ein Bild einer unserer Platinen, die wir für die kommerzielle Avionik gebaut haben."

Teambildung

Wie in mehreren Artikeln sowie in unseren zwei Büchern und unseren ein- bis dreitägigen Kursen erwähnt, ist eine erfolgreiche PCB-Produktentwicklungsstrategie eine, bei der der kollaborative Ansatz ein kritischer Aspekt dieser Strategie ist. Aus seiner Perspektive zitiert John: „Die Cloud-Leute sind rausgegangen und haben große Ingenieurteams aufgebaut, indem sie Leute von den klassischen Hardware-OEMs eingestellt haben. Dann bauen sie ihr eigenes Produkt. Aber es ist immer noch ein kollaborativer Ansatz. Unsere Beteiligung ist jetzt ein wenig komplizierter und wichtiger denn je. Es gibt viele verschiedene Erfahrungsniveaus bei den Leuten, die heutzutage einige wirklich komplizierte Produkte entwerfen.“

„Wenn Sie einen Mehrwert zeigen können, schaffen Sie viele Möglichkeiten“, fügt er hinzu. „Unser Ansatz besteht darin, verfügbare Ingenieurressourcen bereitzustellen, die wirklich diesen Mehrwert bieten. Es ist eine Sache, wenn ein Hersteller sagt: ‚Hey, ich werde einen Stackup bauen oder ein Material empfehlen‘. Das fügt nicht wirklich viel Wert hinzu. Aufgrund der Arbeit, die wir über die Jahre mit den nordamerikanischen OEMs geleistet haben, haben wir die Fähigkeit zu sagen: ‚Das können wir tun.‘ Wir schauen darauf, was der Ingenieur benötigt, wo wir drängen müssen und wo wir die Leute warnen müssen, dass sie zu stark drängen. Dies ist keine leicht zu entwickelnde Fähigkeit.“

John fährt fort: „Es gibt viele Hersteller, uns eingeschlossen bis zu einem gewissen Punkt, die nicht über die internen Ressourcen und das Fachwissen verfügen, um das zuvor Genannte zu bewältigen. Wir bilden kontinuierlich unsere Teams in Korea und China weiter, damit sie in der Lage sind, ein Stackup zu erstellen, ein DFM durchzuführen oder jemandem ein Buch in die Hand zu geben, das diesen Mehrwert bietet. Wir bilden Designer aus, indem wir ihnen Kompromisse aufzeigen, die Vor- und Nachteile darlegen, definieren, was machbar ist und was nicht. Unser Team in den USA treibt unsere Technologieroadmap voran, indem es auf unsere Kunden hört und dann sagt: ‚Das ist es, woran wir arbeiten müssen.‘ Unser Team in Korea ist durchaus in der Lage, die PCB-Prozesse zu entwickeln und an dieser Seite der Gleichung zu arbeiten. Die Komplexität ergibt sich daraus, diese Nähe zu einem Kunden zu haben, bei dem man den Bedarf sehen kann. Man kann ihn nicht immer vorhersagen, aber man muss ihm voraus sein. Man kann es nicht entwickeln, wenn jemand einem einen Satz Gerber-Daten übergibt. Unsere Kunden bevorzugen es, wenn wir keine F&E an ihren Produkten durchführen.“

Design und der Produktionsprozess

Eines der Mantras, das wir bei Speeding Edge ständig wiederholen, ist, dass es besser ist, je mehr nachgelagerte Aspekte Sie in den Designprozess einbeziehen können. Dies beinhaltet, sich rechtzeitig mit Ihrer ausgewählten Fertigungs- und Montagestätte auseinanderzusetzen.

Wie John es sieht: „Der größte Fehler, den Produktentwickler machen, ist, dass sie zu lange warten, bevor sie sich mit uns in Verbindung setzen. Idealerweise sollte ein Kunde sich an uns wenden, wenn er die Idee hat, dass er eine PCB bauen muss. Es ist nie zu früh, mit uns zu sprechen. Wenn sie noch kein Schaltbild haben, ist das gut. Wenn ich sie frage, ob sie wissen, wie groß das Gehäuse sein wird und sie ja sagen, dann könnte es schon zu spät sein, da wir möglicherweise eine Gelegenheit verpasst haben, einen Mehrwert zu bieten. Sie haben wahrscheinlich bereits die Größe der PCB festgelegt. Das ist der größte Kostenfaktor bei der Entwicklung der PCB – Rohmaterial. Wenn man in einen teuren Schrank voller Elektronik schaut, sind die ASICs der wichtigste Posten auf der Stückliste und bei den Kosten, und die PCB oder die Optik sind an zweiter Stelle.“

Er fährt fort: „Jeder erwartet von uns, dass wir Kosten sparen. Aus unserer Sicht ist das Laminat der größte Kostenpunkt auf unserer Rechnung. Je höher die Lagenanzahl und je höher die Leistung der Schaltung, desto höher der Prozentsatz der Kosten, die das Rohmaterial ausmacht. Wie bereits erwähnt, ist das Standardpanel, das wir verwenden, 18”x24”. Das sind 3 Quadratfuß. Man kann eine Platine mit 12”x12” entwerfen, die 1 Quadratfuß groß ist, aber man kann nur eine dieser Platinen auf diesen 3 Quadratfuß unterbringen. Wir betrachten dies als schlechte Materialausnutzung. Ich sage Produktentwicklern immer: ‚Ihr werdet für 100% der Platinen bezahlen, die ich herstelle, egal ob ich sie euch schicke oder nicht.‘ Wenn meine Ausbeute 50% beträgt, ratet mal? Ihr zahlt viel mehr, als ihr zahlen solltet.“

Im Laufe der Jahre hat ISU zahlreiche kundenspezifische Panelgrößen hergestellt, um Produkte unterzubringen. Aber nicht alles kann kundenspezifisch angepasst werden, wegen der Masterbogen-Größe der Laminathersteller. John erklärt: „Wir können einen Masterbogen so zuschneiden, wie es ein Kunde wünscht, aber wenn dabei viel auf den Boden fällt, ist es Verschwendung und muss trotzdem bezahlt werden.“

Die Einbindung eines Herstellers zu Beginn des Designprozesses bedeutet nicht, dass einmal eine Kommunikation etabliert wurde, sie ständige Gespräche erfordert. John erklärt: „Das Problem, das die Leute haben, ist, dass sie denken, wir müssen oder wollen viel interagieren. Wir müssen nur ein Gespräch führen, wenn sie die Produktidee haben. Dann sprechen sie vielleicht drei Monate lang nicht mit mir. Dann rufen sie mich zurück, wenn sie die Schaltplanerfassung abgeschlossen haben.“

„An diesem Punkt sprechen wir darüber, wie die Steckverbinder verwendet werden sollen, welche Art von BGA ausgewählt wurde, welche Pad-Stacks benötigt werden und das gesamte Verlustbudget. Wir haben Checklisten entwickelt, die die Leute verwenden, die die Zeitpunkte identifizieren, zu denen wir uns abstimmen müssen. Ich bitte sie, uns mitzuteilen, wann sie in verschiedenen Phasen des Projekts sein werden.“

„So bauen wir eine Beziehung zum Designer auf. Und unser FAE wird zum Antwortgeber. Kunden nutzen den FAE als Ressource, um verschiedene Arten von Fragen zu Platinen zu stellen. Wir werden in den Produktentwicklungsprozess als Wissensquelle integriert, aber wir sind nicht aufdringlich.“

„Letztendlich können Kunden nie früh genug einbezogen werden. Dies passt zu unserem Geschäftsmodell, das von Prototypen über die Produktion bis hin zur Unterstützung am Lebensende des Produkts den gesamten Produktlebenszyklus abdeckt. Wenn wir uns einen Prototypen ansehen und Designempfehlungen geben oder DFM (Design for Manufacturability) durchführen, dann deshalb, weil wir damit für immer leben müssen. Nicht jeder unterstützt dieses Modell.“
In dem Gesagten ist auch die Notwendigkeit enthalten, Kostenabwägungen vorzunehmen. Eine Leiterplatte wird selten gebaut, die alle „Wünsche“ enthält. Es ist ein Gleichgewicht zwischen den Kosten des Designs, den Anforderungen an die Markteinführungszeit des Produkts und den gesamten Produktentwicklungskosten.

John erklärt: „Wenn man sich in der Entwicklungsphase eines Produkts befindet, kann man auf Dinge hinweisen, die geändert werden können, um den Prozess zu unterstützen, aber es gibt definitiv Grenzen hinsichtlich der Flexibilität eines bestimmten Produktentwicklungszyklus. Eines der Probleme bei zu spät erkannten Problemen ist, dass der Zeitplan immer König ist und nicht beeinträchtigt werden kann. Es kann viele Dinge geben, die den Zeitplan beeinflussen, und sie können komprimiert werden, aber das Endziel verschiebt sich nie. Wenn wir sagen würden, dass wir ein PCB neu anordnen müssen, ist die Antwort des Kunden fast immer ‚nein, das müssen wir nicht.‘“

Es kommt ein Punkt im Prozess, an dem das dringende Bedürfnis einfach darin besteht, weiterzumachen. John merkt an: „Wir machen diese Arten von Kompromissen die ganze Zeit. Meine Antwort ist ‚Ich verstehe. Wir müssen das tun, aber wir müssen versuchen, es zu ändern, bevor das Produktionsdesign freigegeben wird. In zwei Durchläufen müssen wir sicherstellen, dass wir die Dinge dokumentieren, die wir ändern müssen, um die Fertigbarkeit, die Ausbeuten und die Qualität zu verbessern, aber die Impedanz darf nicht steigen.‘ Was auch immer angegangen werden muss, muss auf den Tisch gelegt werden, bevor es zu spät ist. Wir haben die vollständige Systemqualifikation durchlaufen, und ich kann Ihnen sagen, zu diesem Zeitpunkt wird sich an diesem Produkt nichts ändern, außer wenn es das Ende seiner Lebensdauer erreicht und nicht mehr gebaut werden muss.“

„Hier treten einige der Probleme in den niedrigeren Technologien und manchmal sogar in den höheren Technologien auf. Kunden haben Dinge lange Zeit auf eine bestimmte Weise gemacht. Und ihre Einschränkungen sind ihre Einschränkungen, und wir müssen einfach eine Lösung finden. Aber diese Art von Ansatz ist teuer.“

„Ich denke, dass dies wirklich ein Teil der Sache [frühzeitige Einbindung] ist, der in letzter Zeit etwas verloren gegangen ist. Mit der Cloud und den ODMs, die sich in Technologien einarbeiten, die sie noch nie zuvor gesehen haben, wird es wieder zu einem größeren Problem. Frühzeitige Einbindung ist entscheidend. Wenn es für einen Kunden schwierig ist, etwas zu bauen, müssen wir mehr berechnen, um es zu bauen“, sagt er, „nicht alle 28-Lagen-Platinen sind gleich geschaffen“.

„Deshalb liegt es an uns sicherzustellen, dass wir eine gute Geschäftsvereinbarung treffen können. Dass wir eine gute Partnerschaft haben können und es funktionieren wird. Wenn Sie Rückmeldungen von unseren Top-Kunden einholen würden, würden sie Ihnen sagen, dass unsere Fähigkeit, mit dem Designteam zusammenzuarbeiten, zusammen mit der Qualität des Produkts, das am Ende herauskommt, unser größter Wert für sie ist. Wir werden nicht immer die kostengünstigste Option sein, aber wir sind wettbewerbsfähig.“

Herausforderungen, Trends und neue Innovationen

Herausforderungen

Ähnlich wie Tarun Amla von ITEQ die Herausforderungen mit dem Board-Stackup von der Laminatseite des Geschäfts her beschrieben hat, sieht sich ISU ähnlichen Dingen auf der Fertigungsseite gegenüber.

John erklärt: „Produktentwickler werden behaupten, dass sie ein Produkt nach einem IPC-Standard entworfen haben. Vielleicht haben sie das, aber es ist auch möglich, dass sie es nicht getan haben. Wir stoßen auch auf Fälle, in denen sie sagen werden ‚oh, wir haben versucht, es auf diese Weise zu tun, aber wir sind auf dieses Problem gestoßen, also haben wir es auf jene Weise gemacht.‘“

Er fährt fort: „Wir stehen vor demselben Problem, mit dem wir vor 40 Jahren konfrontiert waren. Die Leute schauen sich Dinge an einem Computer an und es sieht perfekt aus. Aber diese Sachen bewegen sich in der realen Welt. Sie sind nicht fest. Wir bauen immer noch Platinen mit Stoff, der sich bewegt. Wir haben nur mehr Schichten und mehr Komplexität hinzugefügt. Die Stackups sind besser geworden, aber die Leute sind immer noch mit widersprüchlichen Herausforderungen konfrontiert. Zum Beispiel werden Komponentenhersteller ein Referenzdesign erstellen, dem alle folgen sollen. Manchmal machen diese Referenzdesigns die Chips besser, aber sie machen die Leiterplatten nicht einfacher [zu entwerfen oder zu fertigen]. Das ist ein konkurrierendes Interesse.“

„Wir bauen auch Testplatinen für die Halbleiterhersteller. Abbildung 4 ist das Bild einer dieser Platinen. Das hilft auf beiden Seiten der Gleichung. Wir lernen von den Halbleiteranbietern und sie lernen von uns.“

Das gilt auch für Unternehmen, die Steckverbinder entwerfen. „Wir bauen Testplatinen für ein Steckverbinderunternehmen“, bemerkt John. „Dann verwenden unsere Kunden dieselben Steckverbinder, und der Steckverbinder

hersteller sagt dann ‚nun, ihr habt die Testplatinen gebaut, also sollte es keine Probleme geben.‘ Wir versuchen, diesen Kunden sowie dem Steckverbinderunternehmen zu erklären, dass die Testplatine 80 Mil dick ist, aber die Platine, auf der sie verwendet wird, doppelt so dick ist. Es gibt viele Faktoren, wie Beschichtungsanomalien, die die Leute nicht erkennen.“

Wie in zahlreichen Artikeln erwähnt, erhöhen die Komplexität und Funktionalität der heutigen elektronischen Produkte, insbesondere jene am oberen Ende des Leistungsspektrums, kontinuierlich die Herausforderungen, denen wir bei vielen heutzutage entworfenen und gebauten Produkten begegnen.

Wie John anmerkt, „Was man mit einer 12-Lagen-062-Platine machen konnte, kann man nicht mit einer 160-Mil dicken, 36-Lagen-Platine machen. Was in vorherigen Produktgenerationen passierte, geschieht immer noch, aber nicht alles. Hier kommt die Expertise ins Spiel. Zum Beispiel sind Stackups immer noch ein Problem. Produktentwickler möchten wissen, wie klein wir ein Loch bohren können oder wie hoch ein Aspektverhältnis wir beschichten können. Sie sagen, sie wollen ein 8-Mil-Loch. Wenn wir fragen, ob das das gebohrte Loch oder die fertige Lochgröße ist, wissen sie nicht, was wir mit dem Innendurchmesser des Lochs im Vergleich zum Außendurchmesser meinen. Bei Hochgeschwindigkeitsprodukten wird dies zusammen mit den Kapazitäten und den Abständen superkritisch.“

Er fährt fort, „Wir bekommen auch Platinen mit extrem engen Registrierungsbudgets. Der Stackup ist eines der integralen Dinge, die uns helfen, eine bessere Registrierung zu erreichen. Tatsächlich treibt er die Registrierung an.“

„Zusätzlich möchten die Menschen wissen, was unsere Fähigkeiten sind, und sie möchten unseren Technologie-Fahrplan sehen. Ich erkläre, ‚Ich ziehe es vor, Ihnen das nicht zu zeigen, da die Gefahr besteht, dass Sie es falsch nutzen.‘ Wir haben unsere fortgeschrittenen Fähigkeiten, und wenn sie jedes Element aus der Spalte, die ‚fortgeschritten‘ sagt, auswählen, können wir es wahrscheinlich nicht bauen. Das wäre so, als würde man auf einem Bein stehen und dann einen Rückwärtssalto machen. Ich kann einen Rückwärtssalto machen, ich kann nur nicht jede Kombination mit dem Rückwärtssalto machen.“

„Es kann konkurrierende Designelemente geben, bei denen die Leute denken, dass sie ein Element zuvor verwendet haben, also sollten sie es jederzeit verwenden können. Sie verstehen nicht unbedingt die Interaktion oder Komplexität dieser Elemente. Da die Komplexität mit der Zeit zunimmt, haben die Menschen Schwierigkeiten, wenn sie versuchen, mehr Fertigungselemente zu integrieren. In dieser Situation möchten wir in der Lage sein, Diskussionen darüber zu führen, was möglich ist, und was wir mit einem Design machen müssen, um dem Kunden zu ermöglichen, dieses benötigte Feature zu integrieren und das Risiko zu minimieren.“

Trends

Wie wir in früheren Blogs, die veröffentlicht wurden, bereits angemerkt haben, sind heute komplexe, hochgeschwindigkeits-, hochfrequenz-, verlustarme Designs die wichtigsten Branchentrends, die den Designprozess beeinflussen.

John erklärt: „Die größte Herausforderung ist der Übertragungsverlust, der mit den höheren Frequenzen verbunden ist, bei denen wir jetzt arbeiten. Und wir müssen alles angehen, was den Übertragungsverlust beeinflusst, einschließlich leistungsfähigerer Materialien und des Glases, das in diesen Materialien verwendet wird. In einigen Fällen gehen die Leute vom Glas weg und wechseln zu einem anderen Medium, das vielversprechend erscheint. Außerdem müssen wir die Kupferrauheit betrachten. Das ist nicht nur das, was der Laminathersteller möglicherweise auf die Platine aufbringt, sondern auch das, was wir, der Hersteller, mit diesem Kupfer machen. Oxid funktioniert bei hohen Frequenzen nicht, weil es die Dinge zu rau macht. Selbst ISUs Oxid – das wirklich glatt ist – ist nicht glatt genug, also müssen wir uns andere Chemikalien anschauen, die nicht ätzender Natur sind. Im Laufe der Jahre haben wir Kupfer rau gemacht, um Dinge zusammenzuhalten, wenn sie in die Reflow-Öfen gegeben werden. Man hat dieses riesige Stück glattes Kupfer, und um das Laminatmaterial daran zu binden, muss man es aufrauen.“

„Aufgrund des Rückflussverlustes bei den Signalen und der Ebene kann das Kupfer nicht mehr rau sein. Deshalb verwenden wir jetzt Chemikalien, die denen sehr ähnlich sind, die ein Laminathersteller verwendet, um das Glas zu beschichten, oder die verwendet werden, um Folie zu behandeln, damit das Harz daran haftet. Das Gleiche passiert mit Kupfer. Man muss eine Behandlung darauf aufbringen, um es kompatibel zu machen. Das ist sehr unterschiedlich zu dem, was wir in der Vergangenheit gemacht haben, und es ist ein aktueller Trend.“
John fährt fort: „Die Platinen werden dicker, die Vias werden länger, und sie funktionieren nicht, weil es einfach schreckliche Beeinträchtigungen für das Auge gibt, also müssen sie zurückgebohrt werden. Bei einem Produkt, das wir vor einem Jahr hergestellt haben, könnte man einen 12-Mil-Stummel haben. Bei dem Produkt, das wir für die nächste Generation von 56 Gb/s und 112 Gb/s Produkten herstellen, sind 6 Mil das maximale Stummelmaß. Mit herkömmlicher Technologie ist es unmöglich, auf einer wirklich dicken Platine konsistent auf dieses Maß an Genauigkeit zu bohren.“

Aufgrund des Vorangegangenen musste die ISU einen neuen Prozess entwickeln, damit sie wiederholt zu einem 6-Mil-Stummel bohren konnten. John erklärt: „Es ist ein 4 +/- 2 Stummel, er ist tief und es ist erstaunlich, was die Prozessingenieure erreicht haben. Dies, zusammen mit einem hohen Aspektverhältnis, treibt Trends an. 20:1 mit einem 0,2 mm Bohrer ist heutzutage in den hochwertigen Netzwerkarchitekturen alltäglich.“

ISU arbeitete auch mit Herstellern von Bohrausrüstungen zusammen, um deren Fertigungsprozesse zu verbessern. John sagt: „Die Hersteller hatten einige wirklich gute Ideen und Techniken, aber die Software war begrenzt, also dauerte es einige Zeit. Unsere eigenen Ingenieure mussten sich einbringen. Wir mussten unsere Ebenheit kontrollieren verbessern, aber gleichzeitig mussten wir eine Fähigkeit zur Erkennung von Innenlagen entwickeln. Es gibt jetzt Ausrüstung, die dies kann, aber wir haben auf unserer Seite noch mehr Arbeit zu erledigen.“

ISU arbeitet ebenfalls mit Laminatherstellern und eigenen Kunden zusammen, um neue Materialien zu entwickeln und diese durch SI- und thermomechanische Zuverlässigkeitstests zu prüfen. „Wir arbeiten mit Chemieherstellern an glattem Kupfer“, bemerkt John. „Idealerweise wäre diese Chemie mit allen Harzsystemen kompatibel, aber das ist nicht möglich. Niemand stellt eine universelle Ätzlösung her, die mit den Laminatmaterialien jedes Herstellers kompatibel ist.“

Die Trends bezüglich der Plattendicke und der Größe der Bauteile treiben die meisten Entwicklungen voran, die ISU heutzutage durchführt. „Wir suchen immer nach Möglichkeiten, unsere Prozessfähigkeiten im Zuge der Evolution der PCB-Technologie zu verbessern“, fügt er hinzu. „Es gibt Dinge, die innovativer sind, und wir müssen in der Lage sein, diese kommenden Dinge zu erkennen. Manche dieser Dinge haben vier Jahre Entwicklungszeit in Anspruch genommen. Hätte mir jemand zuvor gesagt, dass ich einen 6-mil-Stummel benötige, hätte ich ihn für verrückt erklärt.“

Neue Innovationen

In den nächsten zwei bis fünf Jahren werden eine Reihe von Entwicklungen stattfinden. John sagt: „Bei mehrlagigen PCBs haben wir es jetzt mit Übertragungsleitungen zu tun, aber die Dichte wird unsere nächste große Herausforderung sein, insbesondere die Dichte der BGAs. Denken Sie an all die kleinen Teile, die in die Aufbauprodukte eingehen – wie zum Beispiel Handys.“

Auf der Seite der High-End-Netzwerkprodukte werden die Bauteile immer größer. „Bei den Switching-Chips, die gebaut werden, ist jedes Teil größer“, bemerkt John. „Ich denke, wir nähern uns einem Punkt, an dem wir eine Dichteverlagerung im Großformat zu einem viel engeren Raster sehen werden, was die I/O-Dichte erhöhen wird. Die Art und Weise, wie wir heute eine Leiterplatte bauen, wird nicht funktionieren. Ich weiß nicht, ob es zwei oder fünf Jahre sind, aber es liegt in diesem Zeitfenster. Wir werden eine Verschiebung bei einigen High-End-Produkten sehen, die wirklich einige neue Fertigungsprozesse erfordern werden – Techniken und Ansätze, die wir heute nicht nutzen. Sie werden in gewisser Weise bei einigen Produkten wie Mobiltelefonen verwendet. Aber das, was man bei einem Mobiltelefon macht, kann man bei einer Netzwerkkarte nicht tun. Wir werden eine Kombination von Technologien entwickeln müssen, die in einer Vielzahl von Branchen verwendet werden, und herausfinden, wie man daraus eine 40-Lagen-Platine macht. Deshalb denke ich, dass die Dichte die nächsten Anforderungen antreiben wird.“

Die Auswirkungen von COVID-19

Wie bei vielen anderen Produktionsstätten bleibt die vollständige, langfristige Auswirkung von COVID-19 auf die PCB-Industrie abzuwarten.

John erklärt: „Ich denke, die Branche und die Menschen darin haben wirklich bemerkenswerte Arbeit geleistet, um einander zu unterstützen. Da ISU in Südkorea ansässig ist, erlebten wir eine potenzielle Auswirkung. Es gab Besucher aus Wuhan, die für eine Veranstaltung nach Daegu reisten, und Menschen wurden infiziert, und es verbreitete sich wirklich schnell innerhalb dieser Gruppe. Unsere Fabrik befindet sich gerade außerhalb von Daegu. Aber Korea hat einen wirklich proaktiven Ansatz in Bezug auf Tests verfolgt. Sie konnten Menschen sehr schnell testen und kategorisieren. Anfangs waren wir besorgt, dass wir bei einem Ausbruch in Korea für eine Weile schließen müssten. Aber wir haben Protokolle ähnlich denen, die vom CDC empfohlen werden, und darüber hinaus umgesetzt, und wir waren erfolgreich.“

„Für uns hatte die Situation mehr Auswirkungen darauf, was wir tun müssen, um unseren Betrieb aufrechtzuerhalten. Aber wir haben unsere Kunden nicht beeinträchtigt. Unsere Lieferkette hat Unterbrechungen erlebt, daher war unsere Produktivität eine Zeit lang gemindert, während wir jeden Tag reinigen mussten und lernten, wie man in einer COVID-19-Welt lebt. Der größte Einfluss war auf die Logistik. Die Leute steigen nicht in Flugzeuge, um um die Welt zu fliegen. Diese gleichen Flugzeuge würden all das Zeug transportieren, das wir zum Bauen brauchen. Da wir in Korea sind, werden die meisten unserer Lieferungen eingeflogen. Als Ergebnis mussten wir auf Seefracht umsteigen, was unsere Lieferzeiten verlängert. Jedes Land, von dem wir Produkte beziehen, hat eine Phase durchgemacht, in der es entweder eine Schließung oder einen Mangel nach dem anderen gab.“

„Unsere Kunden möchten, dass wir per Luftfracht versenden. Aber das können wir nicht machen, weil keine Flugzeuge verfügbar sind und die Wartezeit auf bis zu drei Tage angestiegen ist. Bei einer solchen Verzögerung könnten wir das Produkt genauso gut auf ein Schiff setzen. Zusätzlich sind die Luftfrachtkosten um das 3- oder 4-fache gestiegen.“

Das Horten spielt auch in der heutigen Produktentwicklungsumgebung eine Rolle. „Einige wirklich große OEMs sind losgezogen und haben Kapazitäten aufgekauft und die Lieferung von Vorräten beschleunigt, um die Auswirkungen zu mildern“, berichtet John. „Das erzeugt einen Dominoeffekt. Ich mache mir Sorgen über die Rückwirkungen von COVID-19, weil sie Sachen gehortet und einige Unregelmäßigkeiten in der Lieferkette verursacht haben.“

„Wir haben als Ergebnis von COVID viele Produkte beschleunigt, um die Lücke von einigen der chinesischen Lieferanten zu füllen. Gleichzeitig versuchen unsere Kunden, dem Problem zuvorzukommen, weil sie die Auswirkungen von COVID gesehen haben, als es sich zunächst von China nach Italien und jetzt nach Malaysia, Thailand und andere Länder bewegte. Zwei Monate nach dem Ausbruch von COVID in China wurde Malaysia getroffen und eine Weile konnten wir das Kupferfolie, das früher aus Malaysia kam, nicht bekommen. Die Regierung hat alles heruntergefahren.“

„Wir haben Schwierigkeiten, verschiedene Produkte aus verschiedenen Teilen der Welt zu bekommen. Das sind die Arten von Problemen, die sich aus COVID ergeben und über den direkten Fabrikbetrieb hinausgehen. Wir haben Glück, denn wir werden als wesentlicher Infrastrukturbetrieb eingestuft. In unserem Werk in Kalifornien haben wir dasselbe umgesetzt, was in Südkorea eingeführt wurde – das thermische Scannen von Personen auf ihre Temperatur; das Tragen von Masken und Handschuhen durch alle oder das Händewaschen und die Einhaltung des sozialen Abstands am Arbeitsplatz. Personen, die Bürojobs haben, arbeiten von zu Hause aus. Unser großes Anliegen war es, unsere Kundenunterstützung aufrechtzuerhalten. Wir haben ständige Statusbesprechungen, um unsere Kunden darüber zu informieren, was vor sich geht.“

„Das Wichtigste ist, dass niemand vom Gas geht. Denken Sie an die Auswirkungen auf das Infrastrukturnetzwerk für die Kommunikation, wenn alle remote arbeiten. Wir sind nicht darauf ausgelegt, dass jeder von zu Hause aus arbeitet. Denken Sie an all die Besprechungen, die über das Internet stattfinden. Cisco hat berichtet, dass Webex noch nie so groß war.“

Und wie von allen Nachrichtenagenturen festgestellt wurde, geht die Auswirkung von COVID über den Arbeitsplatz hinaus. John sagt: „Es gibt fast 50 Millionen Schüler, die nicht zur Schule gehen. Es wurde geschätzt, dass ein Drittel der Schüler buchstäblich nicht die Mittel für das Lernen zu Hause hat. Es kann nicht 2/3 der Leute angeboten werden und das andere Drittel entrechten.“

Als Ergebnis des Vorhergehenden gibt es einige Aspekte der Industrie, die ein hohes Wachstum verzeichnen. „Google Classroom ist ein wirklich großes Produkt, ebenso wie der Bedarf an Chromebooks“, erklärt John. „Und all unsere großen Netzwerkkunden schreiten voran, ebenso wie die Cloud-Unternehmen. Sie bewegen sich schneller, weil durch COVID eine neue Realität geschaffen wird. Und da einige Leute bereits weniger begeistert von öffentlicher Bildung sind, könnten wir am Ende mehr Fernunterricht und Heimunterricht haben. Die damit verbundenen Produkte werden komplexer werden, und wir werden abhängiger von ihnen. Das Paradigma verschiebt sich, und es wird interessant sein zu sehen, was als Nächstes passieren wird.“

Zusammenfassung

Die Schnittstelle zwischen dem Design- und dem Fertigungsprozess ist mehrstufig und berührt eine Reihe von Produktentwicklungstechniken von der Vorschematik bis hin zur endgültigen Auslieferung des Produkts. Die Nutzung dieser Schnittstelle in allen Phasen des Produktentwicklungsprozesses stellt sicher, dass ein Produkt sowohl als Prototyp als auch als fertiges Produkt bis zum Lebensende funktionieren wird. Angesichts der Komplexität der heutigen Entwürfe und der Anforderungen, die an die PCB gestellt werden, ist es unerlässlich, dass die Beziehung zwischen Design und Fertigung von Anfang an implementiert wird.

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Altium Ihnen bei Ihrem nächsten PCB-Design helfen kann? Sprechen Sie mit einem Experten bei Altium oder entdecken Sie weiter mehr Design-Tipps von einem erfahrenen Hersteller.