UHDI treibt die Miniaturisierung von PCB-Feature-Größen bis an ihre Grenzen

Ob wir bereit sind oder nicht, die Miniaturisierung von elektronischen Baugruppen schreitet unaufhaltsam voran und stellt PCB-Designer, PCB-Hersteller und PCB-Montagebetriebe vor Herausforderungen. In diesem Blog werden wir einige der Komplexitäten der Miniaturisierung untersuchen, indem wir das SMTA Ultra-HDI Assembly Test Board zur Navigation verwenden.

Die Vergangenheit dekonstruieren

Wie es schon vor 7 Jahren war, als die vorherige Version des SMTA Assembly Test Board entwickelt wurde, ist diese neue Version ein starkes Werkzeug für PCB-Montagebetriebe, um Prozessparameter zu analysieren, die diesen Miniaturisierungsbedürfnissen gerecht werden. Bei der Untersuchung des vorhandenen SMTA-Montagetestboards wurde deutlich, dass bestimmte Komponenten, die einst als bahnbrechend galten, mittlerweile zum Mainstream geworden sind. Ein SMTA-Testboard-Design von Chrys Shea finden Sie unten; weitere Informationen finden Sie auf ihrer Website.

Um den Weg für Innovationen zu ebnen, hat das Ultra HDI Montagetestplatinen-Design diesen Komponenten Lebewohl gesagt und Platz für die nächste Generation geschaffen. Komponenten wie die 0,5 mm Pitch-Bereichs-Array-Discrete-Komponenten der Größe 0402 (1005M), die für konservativere Designs noch relativ neu sind, sind für viele Montagebetriebe mittlerweile zur alltäglichen Nutzung übergegangen. Eine Vielzahl von Experimenten über die Jahre hinweg hat zur Entwicklung von Richtlinien für Footprints, Schablonendesigns und Platinenlayout für Komponenten in diesem Maßstab beigetragen; jetzt ist es an der Zeit, sich auf die nächsten Herausforderungen der Miniaturisierung zu konzentrieren.

Die Zukunft begrüßen

Die gute Nachricht ist, dass die kleinste elektronische Komponente - der 008004 (0201M) Kondensator - nicht kleiner geworden ist. Die schlechte Nachricht ist, dass die größeren Komponenten - die Grid Arrays und Bottom Terminated Components – kleinerund kompliziertergeworden sind.

Größenvergleich der 008004 Kondensatorfunktion.

Kleinere Pakete sind immer gefragt, weil sie nicht nur eine Reduzierung des Platzbedarfs auf einer PCB darstellen; sie repräsentieren oft auch eine Kostenreduktion. Wenn die kleineren Pakete in Designs übernommen werden und ihre Beliebtheit wächst, verdrängen sie ihre größeren Vorgänger, die dann teurer und schließlich obsolet werden. Es ist nicht ungewöhnlich, dass die Dynamik der Lieferkette Designs, die nicht notwendigerweise eine Miniaturisierung benötigen, dazu zwingt, diese zu implementieren.

Die Herausforderung der Auswahl

Die Auswahl der Komponenten für das neu gestaltete Testboard war nicht nur eine Frage der neuesten Technologien – es ging darum, die Herausforderungen zu meistern, die sie mit sich bringen. Die Miniaturisierung bringt eine einzigartige Reihe von Hürden für PCB-Montagebetriebe mit sich, angefangen bei der Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Verlötung in Bereichen hoher Dichte bis hin zur Bewältigung von designbezogenen Problemen, die während des Hochskalierens auftreten.

Der Auswahlprozess bezog sich nicht nur auf die Größe der Komponenten, sondern auch auf deren Platzierung, Rotation, Pad-Layout, thermische Entlastung und andere Überlegungen, die typischerweise an der SMT-Linie auftreten.

Einige der neuen Testfunktionen umfassen:

• Grabstein-Gasse
  Ein herausragendes Merkmal auf dem neu gestalteten Board ist das, was liebevoll als "Grabstein-Gasse" bezeichnet wird. Tombstoning, bei dem eine Komponente während des Reflow-Prozesses an einem Ende senkrecht steht, ist eine häufige Herausforderung bei der Miniaturmontage. Die Grabstein-Gasse ist ein speziell für das Testboard entworfener Bereich, der strategisch darauf ausgelegt ist, Tombstoning-Probleme zu testen und anzugehen. Es ermöglicht uns, innovative Lösungen zu erforschen und unsere Montagetechniken zu verfeinern, um dieser Herausforderung effektiv zu begegnen. Fügen Sie hier einen Link zum Tombstoning-Blog hinzu.
• Der Effekt der führenden Kante
  Die Lötpastenablagerungen auf den PCB-Pads, die als Erste gedruckt werden, sind normalerweise viel weniger wiederholbar als die anderen auf der Platine. Der Effekt tritt in beiden Druckrichtungen auf. Je kleiner die Pads sind und je dichter sie gepackt sind, desto häufiger tritt der Effekt auf. Der Test der führenden Kante wird es den Montagebetrieben ermöglichen, die Auswirkungen der Bauteilplatzierung zu bewerten und zu lernen, wie sie darauf reagieren können.
• Platzierung außerhalb der Achse
  Die Zeiten, in denen es nur 0, 90, 180 oder 270 Grad Orientierungen gab, sind längst vorbei. Alle benötigten Komponenten in einen bestimmten Formfaktor einzupassen, erfordert jetzt Platzierungen bei 30, 45 oder 60 Grad - oder sogar benutzerdefinierte - Winkel. Dies kann Herausforderungen für die Platzierung und Inspektion darstellen. Komponenten von der Größe 0201 (0603M) bis 008004 (0201M) werden in traditionellen Orientierungen sowie typischen Winkeln außerhalb der Achse platziert, um die Fähigkeiten der Maschine zu testen.
• Erhellende Einblicke mit LEDs:
  Eine weitere spannende Ergänzung zur Testplatine ist die Einbeziehung von LEDs in die Muster der diskreten Komponenten. Obwohl es eine scheinbar kleine und einfache Ergänzung ist, erfüllen sie mehrere Zwecke. 
  • Zuerst führen sie eine In-Schaltkreis-Testfunktion durch: Wenn alle 25 Komponenten korrekt gelötet sind, leuchten sie auf. 
  • Zweitens bieten sie eine Inspektions- und Fehlersuchfunktion: Wenn die LEDs nicht leuchten, kann der Monteur 50 Lötstellen überprüfen, um den Defekt zu finden.
  • Drittens dienen sie als Hilfsmittel für die Nacharbeitsschulung. Wenn die Nacharbeit korrekt durchgeführt wird, leuchten die Lichter auf. 

Miniaturisierte Geräte bringen eine neue Reihe von Herausforderungen für die Nacharbeit mit sich. Die LEDs fügen dem Testprozess ein dynamisches und interaktives Element hinzu, das die Praktikabilität und den Bildungswert erhöht.

In einem zukünftigen Blog werden wir uns mit Ultra-HDI-Fertigung befassen und genauer darauf eingehen, wie die verschiedenen Ultra-HDI-Fertigungstechniken nicht nur die Ausbeute bei PCB-Leiterbahnen und -Abständen, sondern auch bei diesen engen Pad-Abständen verbessern können. Die gesamte Branche durchläuft eine steile Lernkurve, und Leiterplattenhersteller sowie Leiterplattenmonteure bewältigen diese Lernkurve, um letztendlich Gestaltungsrichtlinien für Leiterplattendesigner bereitzustellen.

Um mehr über das SMTA Ultra HDI Assembly Test Board zu erfahren, hören Sie sich diesen OnTrack Podcast mit Zach Peterson und Chrys Shea an.