En este episodio del Podcast OnTrack, el anfitrión y consultor tecnológico Zach Peterson explora el revolucionario mundo del Ultra HDI con Chrys Shea, presidenta de Shea Engineering. Los dos revelan el futuro de la soldadura de PCB y la miniaturización, arrojando luz sobre los intrincados desafíos por venir y los avances que están justo en el horizonte. Chrys, reconocida por su experiencia, comparte valiosas percepciones sobre el desarrollo de vehículos de prueba para la soldadura y la navegación por las complejidades del ensamblaje Ultra HDI. Esta conversación promete una comprensión profunda de los avances de vanguardia que están dando forma al futuro de la fabricación de electrónicos.
No te pierdas la orientación experta y las estrategias innovadoras presentadas por Chrys Shea, una voz líder en el mundo del ensamblaje SMT y diseño de PCB.
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Zach Peterson: ¿Cuál es el plan? ¿Hay un plan o simplemente vamos a hacer algunos experimentos y ver qué sucede?
Chrys Shea: Se llama golpear al ingeniero de procesos hasta que reduzcan los defectos. El punto principal en mi mente, siendo un discípulo de DFM, es tener la discusión de antemano con los diseñadores para saber qué esperar.
Zach Peterson: Hola a todos, y bienvenidos al podcast Altium OnTrack. Soy su anfitrión, Zach Peterson. Hoy estaremos hablando con Chrys Shea, presidenta de Shea Engineering. Chrys está involucrada en el desarrollo de vehículos de prueba para soldadura. Y estoy muy ansioso por aprender sobre lo que hace y algunos de los trabajos que está realizando que involucran UHDI. Chrys, muchas gracias por unirte a nosotros hoy.
Chrys Shea: Gracias, Zach, por tenerme. Realmente aprecio la oportunidad.
Zach Peterson: Absolutamente. Estamos felices de tenerte aquí. He dicho muchas veces, he estado tratando de hacerlo mi punto para aprender un poco más sobre lo que sucede con la fabricación más allá de solo DFM, así que estoy realmente emocionado por esto.
Chrys Shea: Excelente. Estudié DFM en la escuela de posgrado, así que he sido un discípulo de Boothroyd Dewhurst durante los últimos 35 o 40 años, así que me encanta esto.
Zach Peterson: Genial. Eso es estupendo. Si pudieras, solo cuéntanos qué es lo que haces.
Chrys Shea: He sido ingeniera de procesos de ensamblaje SMT desde 1990, así que he pasado de un pitch de 25 mil a pilares de cobre y ha sido un gran, gran viaje. Pasé mis primeros 20 años en la industria, aproximadamente 10 en el lado del usuario, operando líneas de ensamblaje y líneas de NPI y haciendo DFM y los siguientes 10, trabajando en el lado del proveedor, desarrollando materiales y nuevos procesos. Y hace casi 16 años, decidí emprender por mi cuenta. Y he sido consultora independiente desde entonces. Ahora, me han dado el apodo, la reina de la soldadura y no tomo eso a la ligera. Lo aprecio mucho.
Zach Peterson: Bueno, su alteza. Esto es interesante. No sabía que había consultores de soldadura SMT. Ni siquiera sabía que eso era una cosa.
Chrys Shea: Es algo así como un nicho. No hago publicidad. No hago marketing. No hago ventas. Es más o menos de boca en boca y ha sido realmente muy satisfactorio durante mucho tiempo ahora.
Zach Peterson: Eso es increíble. Eso es increíble. Siempre es genial cuando puedes emprender por tu cuenta y realmente hacer algo que quieres hacer y obtener ese reconocimiento.
Chrys Shea: La pasión, la pasión por hacer uniones de soldadura. Me encanta hacer uniones de soldadura.
Chrys Shea:: Lo siento.
Zach Peterson: Lo siento. Entonces, una de las cosas que vi que haces es desarrollar vehículos de prueba para soldadura. ¿Es correcto?
Chrys Shea: Sí, sí.
Zach Peterson: Y recientemente estuviste involucrado en la creación de un vehículo de prueba bastante complejo para el ensamblaje UHDI, ¿verdad?
Chrys Shea: Sí, efectivamente. Lo que hicimos con él fue desarrollar un vehículo de prueba para la impresión de pasta de soldadura hace varios años, probablemente hace cinco, seis años. Lo introdujimos en 2019. Y originalmente se usó para pruebas de impresión de pasta de soldadura y se incorporaron 25 pruebas de pasta diferentes en una sola placa. Así que un ensamblador puede, en media jornada, decidir si esta es la pasta correcta. Y puedes clasificarlas todas en una escala y elegir la mejor pasta para su operación de ensamblaje. Y también saber de antemano cuáles son los compromisos. Así que desde que lo introdujimos como un simple vehículo de prueba de pasta de soldadura, lo hemos usado para la impresión de pasta, evaluando esténciles, evaluando todos los nuevos recubrimientos nano que han salido, evaluando los nuevos tipos de escobillas que han salido, mirando qué tan delgado podemos ir en una fabricación antes de necesitar soporte de placa sólida, mirando cómo limpiamos debajo del esténcil, los diferentes tipos de solventes que podemos usar, eso es impresión. Luego pasamos a la colocación, y esto se ha utilizado para desarrollar procesos de ensamblaje 01005 y oh 008004. Y notarás que digo, oh-oh, en lugar de oh-oh porque cuando ves la cantidad de materiales, todos decimos oh-oh, 008004s. También lo hemos utilizado para probar la capacidad de BGA de 0.4 milímetros. Y uno interesante del que recibí comentarios recientemente fue la verificación de la tasa de colocación porque en el mundo de la colocación SMT, tenemos tasas de colocación según los estándares de IPC y todos hacen su prueba un poco diferente. Así que estos chicos tomaron la placa. Y hacemos una cosa donde ponemos cinta adhesiva de doble cara y colocamos y luego verificamos la colocación. Así que hemos podido verificar las tasas de colocación y las ubicaciones de colocación. Luego, cuando llegamos a la refundición. Lo hemos utilizado para el vaciado en componentes de terminación inferior, QFNs, transistores, y los 008004s, que ahora están en tu teléfono. Y también lo hemos utilizado para desarrollar muchas reglas de diseño, almohadillas definidas por máscara versus metal basadas en el tamaño de la característica, almohadillas cuadradas versus circulares, optimizando nuestros diseños de apertura para estas almohadillas pequeñas. Así que personalmente, hemos hecho mucho con él y muchos de los grandes CEMS y OEMs lo han adoptado para usarlo como sus vehículos de prueba. A veces lo modifican, los laboratorios de pasta lo usan. Así que ha tenido mucho recorrido, pero originalmente fue diseñado para el plazo de tres a cinco años y hemos alcanzado ese plazo. Así que era hora de darle una vuelta.
Zach Peterson: Vale.
Zach Peterson: Y así es como llegamos al Ultra HDI.
Chrys Shea: Claro. Y ahora que bajamos a 25 mil de línea y espaciado, estoy seguro de que eso crea un par de desafíos, ¿verdad? Uno sería la densidad y luego, ¿cuál sería el otro desafío? Digamos, tal vez el tamaño de las almohadillas.
Chrys Shea: Tamaños de pad y densidad. Los has acertado ambos porque, bueno, si te doy las buenas y malas noticias, la buena noticia para los ensambladores es que no hemos obtenido componentes más pequeños que los 008004s. La mala noticia es que los estamos empaquetando en mayores cantidades y densidades más altas, e incluso estamos reduciendo esos pequeños tamaños de pad incluso por debajo del mínimo y máximo de material de IPC para poder encajarlos todos en la placa. Entonces, lo que Ultra HDI está trayendo al ensamblaje es simplemente mucho más de los mismos desafíos en mayores cantidades. He sido ingeniero de procesos SMT durante 35 años. Las tres certezas en mi vida son la muerte, los impuestos y la miniaturización. Ha estado llegando durante 35 años y seguirá llegando. Y es lo que nos mantiene, no sé, intrigados, empleados e inspirados, supongo.
Zach Peterson: Ahora, esto es interesante. Mencionaste que los tamaños de pad se están reduciendo, los mínimos de IPC bajo qué estándares es eso? Creo que 7351.
Chrys Shea: 7525.
Zach Peterson: Entonces, ¿IPC no anticipó esto o siempre esperan a que la gente haga cosas y luego desarrollan el estándar más tarde?
Chrys Shea: Bueno, porque los estándares se desarrollan basados en la experiencia, tenemos que obtener la experiencia antes de poder desarrollar el estándar. Es algo así como el huevo o la gallina.
Chrys Shea: Y luego en la placa de prueba, si pudieras sostenerla para nosotros por un momento porque la mostraste en pantalla brevemente. Quiero darle a la gente solo una vista rápida y quizás una descripción de lo que estamos viendo aquí. Pero lo que estamos viendo aquí parece que tenemos muchos componentes diferentes. Supongo que no hay enrutamiento, pero tenemos pads y todo para muchos componentes diferentes, todos organizados en cuadrícula y alineados en sus propias áreas. ¿Cuáles son algunos de los componentes que están aquí? Sé que mencionaste pasivos SMD muy pequeños, pero parece que probablemente haya algunos lugares para quizás QFNs.
Chrys Shea: Sí. Estos son BGAs de 05 con un pitch de 0.5 milímetros. Estos son un poco difíciles de ver. Son BGAs de 0.4 milímetros. Y bajando por el lado hay BGAs de 0.3 milímetros. Luego aquí, tenemos QFN de 0.4, que es el pitch más fino que podemos obtener. Y era una placa antigua donde teníamos algunos 1206s, algunos 0603s, algunos 0402s, todos los cuales han sido eliminados para la próxima versión. Tenemos 0201s, 0105s y nuestros favoritos 0804s. Ahora, esta placa era buena para probar la pasta, pero realmente no empujaba los niveles de miniaturización. La forma en que la nueva placa empuja los niveles de miniaturización o los niveles de densidad de empaquetado.
Zach Peterson: Vale. Animo a cualquiera que esté escuchando en audio a pasarse por YouTube y echar un vistazo para que realmente puedan ver cómo es una de estas placas.
Chrys Shea: Y si quieres ver una buena imagen de ella, sheasmt.com. Si vas a la placa SMTA, hay algunas fotos bonitas de los lados superior e inferior.
Zach Peterson: Ahí vamos. Perfecto. Una cosa que me pregunto aquí es que estamos hablando de un vehículo de prueba que parece que ha tenido un uso bastante extenso durante los últimos años. ¿Qué tan común es para un fabricante usar este tipo de placas para quizás calificar su proceso ya sea para fabricación de alto volumen o alta complejidad?
Chrys Shea: Los grandes CEMs, los de primer nivel, todos tienen sus propios vehículos de prueba internos. Los de segundo nivel en adelante generalmente no. Así que comprar esta placa por aproximadamente $30 es mucho más económico que usar una de tus propias placas de producción. Y tiene muchas más pruebas en ella. De hecho, hay 25 pruebas de pasta de soldar diferentes y DOE está integrado en ese diseño. Así que es más rápido, más barato y más eficiente. ¿Qué no es para amar?
Zach Peterson: Entonces eso es interesante. Están usando un vehículo de prueba, pero yo pensaría que, al menos para el control de calidad, podrían usar una de las placas de producción o quizás solo las capas superficiales de una placa de producción porque no necesitan todo el enrutamiento interno. Realmente solo necesitan los pads si todo lo que están tratando de hacer es calificar la soldadura, ¿es correcto?
Chrys Shea: Exactamente, exactamente. Y estos en realidad están enrutados hacia dedos de oro. Son componentes en cadena de margaritas y están enrutados hacia dedos de oro. Así que puedes ponerlo en una cámara de ciclado térmico para probar tu proceso de soldadura.
Zach Peterson: Entendido, entendido. Vale. Entonces, suena como que prácticamente cada ensamblador va a necesitar algún tipo de vehículo de prueba para poder demostrar su proceso a algún nivel y luego pueden ir de manera confiable a sus clientes y decir, Hey, podemos hacer 0201s, 0105s.
Chrys Shea: Exactamente, exactamente. Y es mucho más fácil hacerlo en un vehículo de prueba que en la placa de tu cliente, que puede ser consignada o en tu propia placa miniaturizada, que sabemos que están más en el rango de mayor costo que tus placas estándar. Así que simplemente tiene sentido para mucha gente usar esto. Y a veces lo usamos para evaluar un proceso para ver qué tan fino puede ser el pitch al que puede llegar un fabricante por contrato. Tal vez estén calificados en 05 BGA, están al límite en 04 y no tienen capacidad en 03. Por lo tanto, es bueno poder establecer esa referencia para que puedan comunicarse mejor con sus OEMs sobre cuáles son sus capacidades o dónde necesitan mejorar.
Zach Peterson: Entonces ahora, en el nuevo vehículo de prueba, el nuevo vehículo de prueba, suena como que realmente está aumentando la densidad a un nuevo nivel, ¿verdad? Ya alcanzamos 008004, ahora realmente los está empaquetando en un espacio pequeño. Entonces, ¿cómo es este nuevo vehículo de prueba?
Chrys Shea: Déjame compartir mi pantalla.
Chrys Shea: Vale.
Chrys Shea: Y mostrarte lo que tenemos entre manos. Ahora mismo, me refiero a esto como el mecánico porque solo tenemos nuestras capas superiores y compartiremos la visión para las capas internas. ¿Puedes ver esto ahora? Este es nuestro nuevo vehículo de prueba SMTA para ver. Ahora estamos en la revisión 2.3 desde la 2.1.
Zach Peterson: Entonces, realmente rápido para todos los que están escuchando en audio, vemos la misma clase de cosa. Tenemos agrupaciones de componentes en diferentes regiones de la placa. De nuevo, parece que muchos de esos mismos tipos de componentes. E incluso veo lo que parece ser alguna rotación de algunos de esos grupos de componentes.
Chrys Shea: Sí. La miniaturización nos está trayendo mucho más, lo que nos referimos en ensamblaje como colocación fuera de eje. La mayoría de nuestras colocaciones históricamente han sido a cero o 90, horizontal o vertical. Pero a medida que entramos en empaquetados más y más densos, estamos viendo mucho más a 45s, algunos aquí a 30 y 60 grados, pero no los pusimos en la placa. Y siempre está ese ángulo extraño en algún lugar donde solo cabrían 17 grados. El problema con las colocaciones fuera de eje no es necesariamente la impresión o la colocación o el reflujo. Esos todavía son bastante sencillos. Pero nos metemos en problemas cuando tenemos este empaquetado denso y estas colocaciones fuera de eje y buscamos inspección automática. La inspección óptica automática no se desarrolló a lo largo de los años para la colocación fuera de eje. Así que nos encontramos con cosas como sombreado y tenemos componentes pequeños. Así que esto nos va a ayudar a refinar nuestros algoritmos en el futuro.
Zach Peterson: Ya veo, ya veo. Vale. Entonces, ¿qué tipos de cosas tenemos en esta placa aquí? Parece que en la parte superior tenemos algunos de los BGAs.
Chrys Shea: Sí. Y permítanme explicar un poco por qué algunos de estos diseños nos parecen un poco curiosos. Hay una situación en la impresión de pasta de soldar con plantilla que llamamos el efecto del borde líder. Los primeros pads y cualquier dirección de trazo del raspador de la plantilla siempre tienen una enorme cantidad de variación, mucho más que la tercera o cuarta fila de pads. Y eso es porque tenemos que conseguir que esa pasta ruede y se extienda bien, y simplemente no lo conseguimos hasta que llegamos a las primeras filas. Así que hemos documentado el efecto del borde líder. Algunas de las empresas de impresoras de plantillas han incorporado características para intentar superarlo. Pero lo que estamos haciendo aquí es escalonar los BGAs y poner pads ficticios delante para que podamos cuantificar absolutamente el efecto del borde líder. Y una vez que lo cuantificamos, entonces podemos abordarlo a través de las plantillas, los raspadores, las variables de la máquina. Así que este es el primer vehículo de prueba que tenemos donde realmente podemos centrarnos en esos efectos del borde líder. Así que verán que tenemos 1, 2, 3, 4 de estos BGAs 04 justo donde los colocaríamos en el borde líder. Y hemos desplazado estos tres y añadido los pads ficticios. Y lo que acabaremos viendo cuando imprimamos esto es que la fila A1, la fila A en este dispositivo se imprimirá mucho mejor que la fila A en ese dispositivo. ¿Cuánto? Eso es lo que vamos a descubrir cuando comencemos a ejecutar esto.
Zach Peterson: Si puedo, cuando dices mejor, imprimir mejor, ¿qué significa exactamente eso?
Chrys Shea: E imprimir es el nombre del juego para reducir la variación.
Zach Peterson: Entendido, de acuerdo.
Chrys Shea: Cuando miramos nuestros volúmenes de depósito de pasta de soldar, queremos que todos estén dentro de... Usamos lo que llamamos un coeficiente de variación. Queremos que todo esté dentro del 10% de la media. Y eso significa que nuestro proceso está bajo control. Si obtenemos variaciones que están por encima del 15% de la media, significa que nuestro proceso está fuera de control. Cuando estamos haciendo cosas tan pequeñas, necesitamos que nuestro proceso esté bajo control.
Zach Peterson: Claro. Así que esa fila superior en estos BGAs donde está a lo largo de la dirección de deposición, esos serían golpeados primero.
Chrys Shea: Sí.
Zach Peterson: Eso mejor simplemente significa que esa fila se parece mucho más a todas las otras filas. Sí, así que lo que tenemos aquí en pantalla son un par de gráficos. Tenemos un gráfico de barras y tenemos un gráfico de líneas que supongo que está cuantificando la variación debido al efecto del borde líder en los BGAs.
Chrys Shea: Exactamente. Y esto fue en BGAs de 0.4 milímetros de la versión antigua de la placa. Ahora que tenemos una nueva versión, esta es de repente la antigua. Y puedes ver la fila uno, cuando se trataba de la deposición de pasta de soldar, era un poco más ligera que la fila dos o la fila tres. Estas fueron con diferentes limpiezas, pero también ves la variación en la fila uno, incluso la mejor estaba fuera de control. Estábamos en alrededor del 18%. Esta es una variación del 25%, esta es una variación del 30%. Cuando llegamos a la fila tres, estamos prácticamente de nuevo bajo control. Queremos menos del 10, estamos bien con menos del 15. Así que tenemos los puntos verdes y amarillos allí. Así que eso realmente ilustra que la primera fila está fuera de control. La diferencia en los depósitos es demasiado grande. Y vamos a terminar con conexiones abiertas o cortocircuitos, principalmente abiertas en esa primera fila. Una vez que llegamos a la tercera, estamos en muy buena forma.
Zach Peterson: Entonces, ¿el mensaje aquí para el diseñador es básicamente decir, "oye, diseñador, necesitas agregar al menos dos filas de pads ficticios a lo largo de esa dirección de impresión"? ¿O es esto algo que el ensamblador tiene que venir y hacer después del hecho? Porque podría imaginar una placa realmente compleja, muy densa que llega y está siendo revisada y alguien dice, "Oye, diseñador, necesitas agregar estos pads aquí". Oh, lo siento, eso significa que estos 50 componentes ahora necesitan moverse hacia atrás por un milímetro, lo cual cuando estás en la HD... Quiero decir, incluso en la región de complejidad estándar puede ser un cambio de juego para ti.
Chrys Shea: Sí, sí. Puedo preguntar, pero sé que no lo conseguiré. Entonces, lo que hacemos en el dominio de impresión es, a medida que las cosas se densifican, realmente estamos empezando a presenciar cada vez más. Esto ha sido, digamos, leyenda de ingenieros de procesos durante al menos 10 años. Y ahora lo estamos viendo cada vez más. Así que ahora lo estamos probando más y más. No podemos añadir pads. Dios, si tan solo pudiéramos. Lo que hacemos es cosas como acelerar la velocidad del rasqueta hasta llegar al área de impresión, para obtener un poco más de cizallamiento, o comenzamos a mover el rasqueta más lejos del área de impresión para poder obtener un poco más de movimiento y conseguir un poco más de cizallamiento en él. Y de hecho, tengo una idea que aún no puedo compartir, pero aquí hay una solución para ese problema. Si lo cierro, no podré patentarlo. Así que hablaremos de eso en un rato.
Zach Peterson: Vale. Vale. Después de que obtengas esa patente, definitivamente te traemos de vuelta para hablar sobre ello porque suena interesante.
Chrys Shea: De acuerdo.
Zach Peterson: Una cosa que noté en el vehículo de prueba fueron esos BGAs. La mayor parte de esa área central está vaciada en el vehículo de prueba y no hay pads. Pero si miras la mayoría de los componentes BGA, en realidad llenan todo el lado inferior del paquete con pads. Entonces, ¿por qué se diseñó el vehículo de prueba de tal manera que se omitiera ese cuadrado central de pads?
Chrys Shea: Está diseñado de esa manera porque estamos usando componentes ficticios y así es como están diseñados los componentes ficticios. Créeme, cuando miramos tres filas en una periferia o en realidad esta es la una, cuatro filas en una periferia, eso es suficiente para nosotros. Si venimos aquí y miramos el BGA 03, ves mucha más densidad y también ves los pads en los iOS en el medio.
Zach Peterson: Ya veo. Vale. Entonces estaba mirando los BGAs equivocados.
Chrys Shea: Bueno, vemos todo tipo de BGAs. Depende. Pero para nuestros fines y propósitos, porque queremos mostrar continuidad eléctrica, necesitamos usar los que están en cadena margarita.
Zach Peterson: Sí, esto es muy interesante. Y luego veo que también todavía tienen los dedos de oro a lo largo de los bordes también.
Chrys Shea: Sí. Sí. Así que la mayoría de estos componentes tienen una única cadena margarita que se dirige hacia los dedos de oro porque estos son tan desafiantes, en realidad tienen dos cadenas margarita, una para la matriz perimetral y otra para la matriz interna. Porque lo que hacemos es poner estos en cámaras, los ciclamos térmicamente, monitoreamos la resistencia y podemos predecir cuándo una unión se está agrietando.
Zach Peterson: ¿En serio?
Chrys Shea: Sí.
Zach Peterson: Vale, solo observando la resistencia en tiempo real.
Chrys Shea: Sí, sí. Porque a medida que la grieta se propaga a través de la unión, el área transversal que está conduciendo la electricidad, se hace más pequeña-
Zach Peterson: Empieza a disminuir.
Chrys Shea: Y de ahí vuelves a tu física de secundaria.
Zach Peterson: Vale, eso tiene sentido. Eso tiene sentido. Entonces eso sería solo para uniones en la superficie, ¿verdad? Eso no es como una característica interna como un microvía.
Chrys Shea: No, no lo es. Pero acabas de tocar la belleza de este rediseño y el uso de la cadena margarita. Cuando encadenamos estos, verás que todas las conexiones están en la capa superior ahora y las otras conexiones se hacen dentro del componente. Mi visión para esta placa es que perforamos vías y pads, ponemos algunas vías ciegas, conectamos internamente y tal vez incluso a través de algunas vías enterradas y luego volvemos a subir a los pads. Así que en lugar de tener este pequeño trazo uniendo estos, en realidad perforaríamos, pasaríamos por el interior de la placa y volveríamos a subir, reemplazando la superficie.
Zach Peterson: Correcto. Entonces, para cualquiera que esté escuchando en audio, sí tenemos pequeñas pistas conectando almohadillas vecinas. Pero de lo que estás hablando es de deshacernos de las pistas, vamos a poner microvías en las almohadillas.
Chrys Shea: Exactamente.
Zach Peterson: Y posiblemente incluso apilar microvías ciegas y enterradas en las almohadillas.
Chrys Shea: Sí. Sí, sí, sí, sí, sí, sí. El mundo es nuestra ostra. Podemos probar todo tipo de cosas. Idealmente, me gustaría probar un tipo de conexión en un perímetro con arreglo y luego otro tipo en el siguiente y otro tipo en el siguiente porque eso nos facilitará encontrar dónde aparecen nuestras conexiones abiertas.
Zach Peterson: Correcto. Porque entonces, supongo, alguien podría hacer como, ya sabes, solo una línea a lo largo de la placa donde necesitarían cortar para hacer una sección micro.
Chrys Shea: Sí, sí.
Zach Peterson: Ya veo. Ok. Así que ahora tienes, digamos, 25 diferentes pruebas de sección micro integradas en una sola parte del cupón.
Chrys Shea: Es hermoso, ¿no es así?
Zach Peterson: Sí, sí. Eso es realmente genial.
Chrys Shea: Una de las cosas que hacemos es diseñar muchas oportunidades de DOE y exploración en estos vehículos de prueba.
Zach Peterson: ¿Reciben solicitudes de vehículos de prueba personalizados?
Chrys Shea: Sí, las recibimos. Veo que el logo de SMTA está aquí, pero podría imaginar... Digamos que Lockheed Martin quiere su propio vehículo de prueba. Raytheon quiere su propio vehículo de prueba.
Chrys Shea: He trabajado con varios ensambladores en el vehículo de prueba original. Cuando quieren personalización, podemos hacerlo. Y si miras justo aquí en este gran espacio abierto que estoy mostrando, lo llamamos green acres.
Zach Peterson: Green acres. Ok.
Chrys Shea: Green acres. Así que podemos poner cualquier cosa que alguien quiera allí. El logo de SMT en la placa, tenemos un acuerdo de regalías. El 10% del precio de compra de cualquiera de nuestras placas va a la SMTA para fomentar la próxima generación de ingenieros para el desarrollo de la fuerza laboral y estudiantes jóvenes profesionales. Así que estamos realmente orgullosos de eso porque nos encanta traer a los jóvenes.
Zach Peterson: Sí, sí. Creo que es extremadamente importante y creo que es genial que estés haciendo eso. Una cosa aquí también a la izquierda, nuevamente, para cualquiera que esté escuchando en audio, parece que hay una sección aquí en esta placa que está separada de la placa principal usando algunos mouse bytes. ¿Por qué tienes esta otra sección separable en esta placa de prueba?
Chrys Shea: Esto es realmente genial. La resistencia de aislamiento de la superficie de instalación se vuelve más y más importante a medida que los tamaños de las características se reducen y los sesgos aumentan. En resumen, la resistencia de aislamiento superficial es la conductividad de tus residuos de flux o cualquier residuo que se haya dejado atrás. Cuando usamos señales de alta velocidad, podemos obtener mucho diafonía. Cuando estamos en ambientes hostiles, niebla salina, cosas así. Podemos obtener crecimiento dendrítico, particularmente en ambientes húmedos. Así que tenemos algunos diseños de cupones de prueba IPC para resistencia de aislamiento superficial, pero son indicativos de nuestra industria hace 10 a 15 años. Ahora que estamos entrando en la miniaturización y 25 micrones de espacio y traza, tenemos que repensar nuestras comunicaciones SIR. Así que lo que hemos hecho es reservar este espacio en ambos lados de la placa para algunas pruebas de desarrollo de resistencia de aislamiento superficial. Y aunque no puedes verlos de este lado, el reverso de esta pestaña está dorado para que podamos enchufarlos en las cámaras SIR, correrlos bajo calor, humedad y diferentes sesgos, y monitorear la continuidad, y ver cuándo obtenemos los cortocircuitos.
Zach Peterson: Ya veo. Ok, eso tiene perfecto sentido. Incluso estaba kind of envisioning en mi mente, una vez que comienzas a hacer microvía en almohadilla, eso también podría ser su propia región separable. De esa manera, podrías simplemente seccionar esa parte mientras dejas el resto intacto.
Chrys Shea: Sí, sí, podemos. De hecho.
Zach Peterson: Está bien. Tiene mucho sentido. Así que creo que a medida que más capacidad de empaquetado UHDI regrese al país, muchas fábricas van a intentar, por supuesto, mejorar sus capacidades para aprovechar ese nuevo mercado. Y ya estamos viendo eso un poco. Quiero decir, tienes a ASC y creo que Calumet que han estado yendo en esa dirección y probablemente van a considerar MSAP o SAP como la técnica de procesamiento avanzado para la fabricación. Entonces, ¿dónde se aplica un vehículo de prueba como este en esta área? ¿Se aplica en la parte de microvía y pad donde luego tienes que fabricar esos interconectores verticales?
Chrys Shea: Se aplica ahí. Y, de hecho, se aplica en varios otros lugares también. Si miras estos paquetes a nivel de oblea aquí, no podemos crearlos con un proceso de grabado sustractivo.
Zach Peterson: Está bien.
Chrys Shea: Podemos intentarlo, pero no vamos a hacer un buen trabajo en ello. Está bien. Estas cosas necesitan ser hechas de manera aditiva o semiaditiva. Hemos estado trabajando con ASC en algunos de estos elementos de diseño y planeamos incluir muchos más a medida que avanzamos en la placa.
Zach Peterson: Está bien. Así que esto no es solo un vehículo de prueba de PCB. Ahora, esto es realmente un vehículo de prueba de empaquetado también.
Chrys Shea: Sí, sí. Estoy deseando poner algunas capas internas Ultra HDI aquí para verificar microvías en pads, vías enterradas, vías ciegas, vías enterradas apiladas. Creo que va a ser realmente, realmente iluminador para muchos de nosotros. Y estamos hablando de no solo probar el proceso de fabricación, sino los diferentes materiales que provienen de los diferentes proveedores de laminados para que podamos entender cuáles son más compatibles que otros cuando comenzamos a ir a niveles más altos de producción en Ultra HDI.
Zach Peterson: Sí, pasé por alto completamente el tema de los materiales porque sé que los materiales de construcción van a ser más importantes. Todavía estoy esperando algo que venga y reemplace... ¿Cómo se llama? Película de construcción Ajinomoto para empaquetado. Así que esto parece el vehículo perfecto para comenzar a probar algo de eso.
Chrys Shea: Lo es. Y es emocionante porque sé lo suficiente sobre fabricación para ser peligroso, pero estoy realmente especializado en ensamblaje, así que ahora estoy metiendo un poco más los pies en la fabricación y Ultra HDI. Y es una experiencia de aprendizaje maravillosa para mí, así como probablemente para todos los demás en la industria. Una de las cosas que planeamos hacer es, si puedo acercarme a estos capacitores y resistencias, estos también son componentes ficticios y planeamos electrificarlos. Ahora mismo, tenemos puntos de prueba para que el ensamblador pueda medirlos y ver si consiguió todas sus uniones correctamente. Pero lo que queremos hacer es perforar en la placa, vamos a añadir una batería y algunos LEDs. Así puedes saber al instante si tu fabricación y tu ensamblaje funcionan. Es como una mini prueba en circuito en la placa.
Zach Peterson: Ah, ya veo. Así que tendrían la placa encendida y mientras está funcionando, podrían ver los LEDs.
Chrys Shea: Sí. Eso te dirá si lo ensamblaste correctamente, también te dirá si lo fabricaste correctamente. Creo que realmente pensé que era una buena idea porque es un poco tedioso tomar un multímetro y empezar a medir estos. Es mucho más divertido presionar el interruptor y ver qué se ilumina. Vamos.
Zach Peterson: Volviendo por un momento solo a la microvía y pad, ¿qué tamaños están apuntando? Porque mencionaste bajar a un paso de 0.3 milímetros, ¿verdad? Y, por supuesto, eso reduce el tamaño del pad. Me pregunto cuán pequeño planean ir con microvía y pad.
Chrys Shea: Me encantaría poder responder eso, pero no es mi especialidad. Esa es una pregunta para John en ASC.
Zach Peterson: Así que ellos son los que están eligiendo los láseres y van a saber cuán fino pueden perforar.
Chrys Shea: Sí, ellos son los expertos en fabricación, definitivamente.
Zach Peterson: Claro.
Chrys Shea: Sí.
Zach Peterson: Parece que va a haber un vehículo de prueba con el logo de ASC y esa es su placa de prueba para su fabricación, así como para el ensamblaje.
- Sí. De hecho, en la conferencia Ultra HDI, verás un prototipo temprano de esta placa que ha sido fabricada por ASC. que estaba en proceso de chapado ayer o anteayer. Entonces, John va a traerlas al simposio Ultra HDI con él. Wow, deberíamos invitarlo a hablar sobre ello. Sería bastante interesante. Está bien.
Chrys Shea: ¿Quieres ver algunas de las otras características que hemos incluido aquí? Están más relacionadas con el ensamblaje.
Zach Peterson: Sí, por supuesto. Me encanta la sesión de mostrar y contar, sin duda.
Chrys Shea: Vale. De nuevo, llamamos a estos poder floral porque cuando se encienden, se iluminan y parecen flores. Si nos movemos-
Zach Peterson: Oh, vale. Así que estos son los arreglos de-
Chrys Shea: Capacitores y resistencias.
Zach Peterson: Sí, capacitores y resistencias. Entonces dice mínimo de capacitores, mínimo de resistencias, y luego tienes... Parecían seis en total.
Chrys Shea: Sí. Y luego tenemos las huellas nominales de IPC, las huellas de IPC de condición máxima de material y las huellas de IPC de condición mínima de material. Y lo que he encontrado en estudios anteriores es que cuando comparamos nominal, máximo y mínimo, obviamente el máximo te da la mejor calidad de salida. Pero si vamos por la miniaturización, no podemos usar las almohadillas máximas. Tenemos que comprimir esto. Así que hemos hecho pruebas tanto en resistencias como en capacitores y estos tamaños donde comparamos los tres tamaños de almohadillas. Y aunque el máximo es genial, simplemente no es factible en la mayoría de los diseños. La diferencia entre máximo y nominal en tasas de defectos es bastante pequeña en relación con la diferencia en tasas de defectos entre nominal y mínimo. Cuando llegas al mínimo, realmente aumentas las tasas de defectos. Así que lo que hemos determinado a lo largo de los años es que el nominal es prácticamente el mejor. Si tuvieras espacio para el máximo, no estarías usando estas partes tan pequeñas. Y lo que esto nos va a permitir hacer ahora con las reglas de GFM es determinar en estos componentes más pequeños. ¿Necesitamos el nominal? ¿Necesitamos el mínimo? ¿Podemos tomar una decisión educada cuando estamos diseñando nuestra placa, si queremos aceptar las tasas de defectos más altas o queremos aceptar el menor espacio? Nos va a dar mucha visión sobre el diseño para la fabricación.
Zach Peterson: Ahora, sobre el aumento de las tasas de defectos cuando vas al tamaño mínimo de huella o tamaño de almohadilla, debería decir, ¿qué exactamente son esos defectos? ¿Son demasiado poco soldadura, demasiada soldadura? ¿Es algo como la piedra de tumba o el desplazamiento que deja un abierto?
Chrys Shea: Tenemos piedras de tumba, tenemos sesgos, tenemos bolas de soldadura en medio del barco, tenemos no mojados.
Zach Peterson: Suena como que hay una lista completa.
Chrys Shea: La hay. La hay. Probablemente hay seis formas diferentes.
Zach Peterson: Consigues la mayoría de ellas, ¿verdad?
Chrys Shea: Sí, sí. Probablemente hay seis formas diferentes que usamos de códigos de defectos, así que sí. Dios, estoy tratando de recordar el estudio, pero digamos aquí, podríamos estar en 1000 PPM. Aquí, podríamos estar en 2000 PPM. Aquí, estamos como en cinco o seis. Fue una diferencia enorme, enorme.
Zach Peterson: Vaya, está bien.
Chrys Shea: Sí, tendría que volver y mirar los números del estudio, pero fue una diferencia muy notable. Así que nuestra lógica nos dijo que no usemos el máximo, usemos el nominal, intentemos no usar el mínimo.
Zach Peterson: Entonces, realmente suena como que los ensambladores necesitan tener algún tipo de estrategias aquí para lo que van a hacer cuando comiencen a encontrar más placas que usan almohadillas incluso por debajo del tamaño mínimo estándar de IPC.
Chrys Shea: Y sabes qué, estoy trabajando en placas ahora que usan incluso por debajo del mínimo de IPC simplemente porque tenemos que lograr la densidad.
Zach Peterson: ¿Cuál es el plan? ¿Hay un plan o es solo que vamos a hacer algunos experimentos y ver qué sucede?
Chrys Shea: Se llama machacar al ingeniero de procesos hasta que reduzcan los defectos. El punto principal en mi mente, siendo un discípulo de DFM, es tener la discusión de antemano con los diseñadores, así sabemos qué esperar.
Zach Peterson: Eso es justo.
Chrys Shea: Si tenemos que lidiar con el mínimo, vamos a la línea y averiguamos cómo lidiar con el mínimo, o comenzamos a jugar con los parámetros de nuestro proceso en esta placa para no desperdiciar placas de producción.
Zach Peterson: Bueno, quiero decir que eso es justo, pero creo que lo que muchos diseñadores harán es que siempre les decimos a los diseñadores como, "Habla con tu fabricante", pero probablemente solo hablen con el fabricante de la placa. Y entonces, cuando hay un problema o un defecto en el ensamblaje, la fabricación y el ensamblaje se señalan el uno al otro y luego el diseñador les señala a ambos y es como, bueno, ¿de quién es la culpa?
Chrys Shea: Exactamente. Y luego, con un ensamblaje, también señalamos de un lado a otro entre el equipo y los materiales.
Zach Peterson: Está bien, eso es justo. Sí. Y creo que probablemente el ensamblaje recibe la peor parte porque probablemente no se les consulta tan a menudo como deberían.
Chrys Shea: No, es como estar al final del látigo. Todo se acumula y se multiplica y lo recibes todo al final.
Zach Peterson: Entonces, algo que podría haber sido un defecto de fabricación no se hace notorio hasta que crea un defecto de ensamblaje y luego todos dicen, bueno, es culpa del ensamblador.
Chrys Shea: Exactamente, exactamente, exactamente. De hecho, tengo una presentación que solía dar en las reuniones de SMTA llamada Resacas de Fabricación y es exactamente eso. Como ingeniero de procesos en la línea de ensamblaje, puedes pasar una semana rastreando un problema solo para descubrir que estaba en la fabricación.
Zach Peterson: ¿En serio? ¿Qué tan común es eso?
Chrys Shea: Más común de lo que pensarías. Algunas de las cosas con las que nos encontramos extremadamente a menudo son el sobregrabado de almohadillas. Así que estamos tratando de ajustar nuestra apertura de plantilla de ocho mils en lo que debería ser una almohadilla de ocho o nueve mils, pero llega a seis porque-
Zach Peterson: Está bien. Está bien, entonces has-
Chrys Shea: El grabado ácido.
Zach Peterson:Has diseñado el proceso para, digamos, nominal, pero realmente llega por debajo de lo nominal.
Chrys Shea: Sí. Y mucho de eso es simplemente debido al efecto trapezoidal del grabado ácido.
Zach Peterson: Claro.
Chrys Shea: Así que vemos eso todo el tiempo. Otro gran problema que vemos todo el tiempo es el desajuste de la máscara de soldadura.
Zach Peterson: Oh claro, sí.
Chrys Shea: Cuando la máscara de soldadura se sube al pad, es muy difícil imprimir y soldar también, y lo vemos todo el tiempo. De hecho, si miras esta prueba aquí, lo que hemos hecho es mezclar pads definidos por máscara y metal porque en el ensamblaje, queremos que todos sean definidos por máscara o todos definidos por metal. No queremos la mezcla, pero eso realmente no se ha comunicado a los diseñadores. Así que hemos tomado esto y mezclado algo de máscara y metal. No puedes ver la capa de máscara. Solo estoy mostrando la capa de cobre ahora mismo. Y luego torcimos la máscara de soldadura. Así que esto está desviado por un mil en X e Y. Esto está desviado por dos mil en X e Y. Y esto está desviado por tres mil en X e Y. De hecho, déjame activar la máscara, para que puedas ver-
Zach Peterson: Sí, justo iba a decir activa la máscara. Entonces, para aquellos que nuevamente escuchan en audio, tenemos algunos de esos patrones de BGA aquí. Pero luego, cuando activas la máscara, puedes ver lo que normalmente sería esa disposición de pads y luego está superpuesta la apertura de máscara que normalmente verías como en Altium Designer. Y luego esa apertura de máscara está desplazada solo un poco por estas cantidades, un mil, dos mil y tres mil.
Chrys Shea: Sí. Así que ese es el tres, ese es el peor caso. Este es el dos. Y típicamente especificamos de dos a tres mil de registro en nuestras especificaciones, pero vemos un buen registro saliendo de talleres de alto volumen. No necesariamente vemos un buen registro en los talleres de menor volumen. Por eso decidimos incluir esto. Y en realidad, un ingeniero de procesos realmente bueno de ASMPT lo sugirió porque he estado preguntando a la gente por situaciones de la vida real y lo nombramos en su honor. Su nombre es Jeff Shake y estamos llamando a esto agitar los BGAs.
Zach Peterson: Esta es la primera vez que he oído hablar de un proceso nombrado en honor a una persona muy conocida en la industria.
Chrys Shea: Bueno, en realidad-
Chrys Shea: Esperemos que pronto tengamos el proceso Hartley.
Chrys Shea: Ahí vamos. Bueno, resultó que en la placa original, terminamos apodando algunas de las secciones como los BGAs 04, lo llamábamos tres en línea y este tipo de cosas. Así que desde el principio aquí, decidí nombrar las secciones. Por ejemplo, esto aquí lo llamamos el callejón de las lápidas. Esto es otra cosa que es un elemento relacionado con DFM que simplemente no se comunica a los diseñadores. Estos son capacitores y a los capacitores les encanta hacer lápida y es debido a los diferenciales térmicos a través del dispositivo. Así que lo que típicamente vemos es un pad definido por metal en un lado del capacitor y un pad definido por máscara en el otro. Déjame ver si puedo traer la máscara aquí.
Zach Peterson: Así que, para todos los que están escuchando, lo que tenemos aquí son algunas regiones grandes de cobre y luego tenemos algunos componentes SMD alineados alrededor del borde de estas regiones de cobre. Y veo aquí que tenemos algunos de esos SMDs con unión térmica y algunos de ellos no. Y supongo que esto es una especie de comparación lado a lado del número de defectos que esperarías ver.
Chrys Shea: Exactamente. Nuevamente, eso nos da las métricas de calidad para tener la conversación con los diseñadores y los propietarios del producto. ¿Quieres arriesgarte a los defectos o puedes poner el alivio térmico?
Zach Peterson: Ahora, aquí hay algo que he estado deseando preguntarle a alguien sobre exactamente lo que estás mostrando aquí con la lápida. Si vas en línea y comienzas a leer sobre DFA, comienzas a leer sobre DFM, comienzas a leer sobre defectos de ensamblaje, es casi obligatorio que alguien mencione la lápida. Quiero decir, hablan de ello como si fuera la cosa más común y necesitas térmicos por todas partes. Y no importa lo que hagas, si no tienes un térmico, vas a ver la lápida. ¿Qué tan común es, realmente? Siento que se habla de ello como si fuera más común de lo que realmente es.
Chrys Shea: Creo que tienes razón porque cuando hacemos pruebas de tombstoning, para obtener buenos tamaños de muestra, literalmente hacemos cientos de miles de uniones. De nuevo, el tombstoning se debe en gran parte a este tipo de escenario donde tienes un desequilibrio térmico, y exactamente harán tombstoning o eso esperamos. Otra cosa que también hemos estado encontrando últimamente es que si controlas el tombstoning, puedes terminar con una buena unión de soldadura en tu lado definido por metal y una unión fría en tu lado definido por máscara.
Zach Peterson: Ya veo.
Chrys Shea: Así que, aunque no sea un tombstoning, todavía requiere retrabajo. Cada vez que retrabajamos una placa, reducimos su fiabilidad.
Zach Peterson: Cierto. Eso tiene sentido.
Chrys Shea: Intentamos evitar eso a toda costa. Construimos estos callejones de tombstoning para nuestros capacitores 0201, nuestros capacitores 0105 y nuestros capacitores 0804. Los capacitores tienen mucha más probabilidad de hacer tombstoning que los resistores porque tienen terminaciones de cinco lados y el mecanismo por el cual ocurre el tombstoning es que la soldadura fundida se adhiere a un extremo y la tensión superficial simplemente lo levanta. Así que, el lado que se funde primero es la base del tombstoning. Los resistores no hacen tanto tombstoning porque solo tienen tres lados de metalización. Así que no hay suficiente metalización para... No tanto, digamos, metalización para que la pasta de soldadura se adhiera. Pero ahora tenemos este nuevo fenómeno que acabamos de diseñar aquí abajo, y lo configuramos de manera similar al callejón de tombstoning. He hablado con tres ensambladores diferentes en el último mes que están lidiando con diodos Zener terminados en la parte inferior. Estos son paquetes 0201 o 0105, y tienen terminaciones inferiores muy pequeñas y son muy ligeros. Así que lo que sucede es, de nuevo, el lado que se funde primero, la soldadura lo tira. No lo tira hacia arriba porque está terminado en la parte inferior, lo tira lateralmente, y verás que todos estos se desvían en el mismo grado en la misma dirección cuando tienen desequilibrios térmicos.
Zach Peterson: Interesante que todos hagan lo mismo.
Chrys Shea: Sí, sí. Y hemos hecho cosas donde cambiaremos la orientación en la máquina, o cambiaremos la orientación en el horno de reflujo, o lo ejecutaremos a 90 en lugar de cero y todos aún se desvían en la misma dirección. Así que estoy convencido de que se debe a diferenciales térmicos y por eso los puse en esta revisión de la placa.
Zach Peterson: Solo nos quedan unos minutos, pero una última pregunta que quería hacerte. ¿Cuáles son algunas de las otras pruebas que se van a realizar que podrían ser exclusivas de un vehículo de prueba UHDI?
Chrys Shea: Estamos planeando poner aquí una ventanita realmente interesante y bonita donde tenemos tamaños de trazas decrecientes y una ventana de máscara para que realmente puedas ver. Ahora, también esta placa para mantenerla económica en dos capas para los ensambladores, estamos usando trazas de cinco mil.
Zach Peterson: Claro. Como sabes con Altium, podemos entrar allí instantáneamente y convertirlas todas en trazas de un mil.
Zach Peterson: Oh sí, sí.
Chrys Shea: O trazas de dos mil o trazas de tres mil. No debería decir que es solo un par de clics del ratón porque no quiero insultar la belleza y sofisticación de esta herramienta, pero en realidad ilustra la belleza y sofisticación de la herramienta que puedes entrar y decir cambia mis trazas a un mil, dos mils y ver cómo va la fabricación. Realmente estoy deseando hacer esta placa con el proceso aditivo para que podamos tener esos pads planos agradables. Si miráramos la parte inferior de la placa, tenemos estas cosas llamadas imprimir para fallar. Así que en la parte inferior de la placa, tenemos estas cosas llamadas imprimir para fallar. Y son de diferentes tamaños, formas, y están definidos por máscara y metal. Y siempre vemos el trapecio muy, muy claramente cuando miramos los definidos por metal aquí. Y he mostrado fotos de ellos. No tengo la presentación a mano en este momento. Pero cuando hagamos la mitad de estos en aditivo y la mitad de estos en sustractivo, vamos a poder mirar eso. Caray, incluso bajo una luz anular de 10x y ver la diferencia. Como ingeniero de ensamblaje, realmente estoy deseando tener pads planos que sean del tamaño correcto. No puedo decirte cuánto estoy deseando eso.
Zach Peterson: Como has mencionado, eso es extremadamente importante, especialmente cuando comienzas a ir a niveles subestándar de IPC. Así que también estoy ansioso por verlo.
Chrys Shea: Exactamente.
Zach Peterson: Estoy seguro de que a medida que todo esto se desarrolle y comiences a demostrarlo, sería genial tenerte de vuelta y poder discutir más sobre esto.
Chrys Shea: Me encantaría volver. Me encantaría volver con el Ultra HDI real donde, en lugar de enrutar en la capa superior, estamos enrutando en las capas 2, 3, 6, 7.
Zach Peterson: 22.
Chrys Shea: Sí.
Zach Peterson: 27.
Chrys Shea: Sí, efectivamente. Vamos a perforar todo el camino hasta la parte posterior y luego volver arriba a través de 10 capas, 20 capas. Cuanto mayor es el desafío, más divertido es.
Zach Peterson: Eso es increíble.
Zach Peterson: Y creo que la mayoría de los ingenieros te dirán lo mismo.
Zach Peterson: Tengo la misma actitud. Chrys, muchas gracias por estar aquí hoy. Esto ha sido súper informativo. Y animo a cualquiera que esté escuchando en audio, que vaya a YouTube y vea el video. Podrás ver todo de lo que hemos estado hablando. Es una experiencia de aprendizaje realmente genial.
Chrys Shea: Muchas gracias por tenerme.
Zach Peterson: Absolutamente, en cualquier momento. Para todos los que están ahí fuera escuchando y viendo, hemos estado hablando con Chrys Shea, presidente de Shea Engineering. Asegúrate de revisar las notas del programa. Verás algunos recursos geniales allí donde puedes aprender más sobre todos los temas de los que hemos estado hablando. Además, si estás viendo en YouTube, asegúrate de pulsar el botón de Suscribirse, darle al botón de Me gusta y podrás mantenerte al día con todos nuestros tutoriales y episodios de podcast a medida que salgan. Por último, pero no menos importante, no dejes de aprender, mantente en el camino, y nos vemos la próxima vez. Gracias a todos.