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Explorando los Procesos Semiaditivos (SAP) en la Fabricación de PCB Ultra HDI

Tara Dunn
|  Creado: Septiembre 25, 2024
SAP en la fabricación de PCB Ultra HDI

A medida que la tecnología de PCB continúa evolucionando, nuevas técnicas de fabricación como la fabricación de PCB de interconexión ultra alta densidad (UHDI) están desbloqueando posibilidades increíbles. Entre los avances más transformadores se encuentran los procesos semiaditivos (SAP) y los procesos semiaditivos modificados (mSAP), que permiten la creación de trazas y espacios más finos más allá de lo que el grabado sustractivo tradicional puede lograr. Estas innovaciones están empujando los límites del diseño de PCB, haciendo posible fabricar circuitos intrincados con una precisión sin precedentes.

En el contexto de la fabricación de PCB, los procesos semiaditivos (SAP) ofrecen una salida de los métodos sustractivos tradicionales al permitir trazas y espacios que anteriormente eran inalcanzables, muy por debajo del umbral de 2 mils posible con el grabado sustractivo. Los procesos SAP permiten a los fabricantes agregar material conductor, como el cobre, para formar circuitos en lugar de grabarlo. Esta técnica, combinada con materiales avanzados, abre la puerta a tamaños de características ultrafinas que soportan la próxima generación de electrónica, incluidos dispositivos de alto rendimiento y miniaturizados.

Principales ventajas de los procesos semiaditivos en la fabricación de PCB

Miniaturización extrema

Una de las oportunidades más emocionantes con las tecnologías SAP y mSAP es la capacidad de reducir drásticamente la huella de la PCB. Con las dimensiones de traza y espacio reduciéndose a niveles submicrónicos, los diseñadores pueden disminuir significativamente el tamaño del sistema electrónico en general o, alternativamente, utilizar el espacio liberado para integrar componentes adicionales, como baterías más grandes o funcionalidades mejoradas. Esto es particularmente crítico para dispositivos donde el espacio es un bien preciado, como los smartphones, dispositivos wearables y dispositivos IoT.

Simplificación de Capas y Mejora en la Eficiencia del Enrutamiento

Otro beneficio significativo de estos procesos es la potencial reducción en el número de capas requeridas en un diseño de PCB. Para componentes con arreglos de bolas de paso estrecho (BGAs) o incluso diseños estándar, la capacidad de enrutar señales complejas en menos capas puede reducir tanto el costo como la complejidad. Menos capas también significan menos micro-vías y ciclos de laminación, lo que lleva a tiempos de fabricación más cortos y mayores rendimientos generales. La capacidad de simplificar la estructura de capas mientras se mantiene o mejora la funcionalidad es una gran victoria en términos de fiabilidad y rendimiento.

Mejora en la Integridad de la Señal y Precisión

Mientras que la miniaturización y la reducción de capas son beneficios tangibles, los procesos SAP también mejoran significativamente el rendimiento eléctrico. Una de las mejoras más críticas está en la integridad de la señal. Debido a que los procesos semiaditivos dependen de técnicas de imagen precisas en lugar del proceso de grabado sustractivo más amplio, permiten un control más fino sobre el ancho y el espaciado de las trazas. Esto resulta en un control de impedancia más ajustado y una reducción de la degradación de la señal, haciendo que estas tecnologías sean ideales para aplicaciones digitales de alta velocidad y RF.

Semiaditivo vs. Sustractivo: Una Breve Visión General

Los procesos tradicionales de grabado sustractivo comienzan con un laminado recubierto de cobre, y el patrón del circuito se forma eliminando el cobre no deseado. El proceso, aunque efectivo, tiene limitaciones para lograr trazas y espacios finos debido al grosor del cobre y los métodos de grabado utilizados.

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En contraste, los procesos semiaditivos comienzan con una capa muy delgada de cobre o sin cobre en el caso de los métodos puramente aditivos. Luego, el cobre se agrega selectivamente para crear el patrón deseado, requiriendo solo la eliminación de una delgada capa de semilla. Esta precisión permite características mucho más finas, con trazas tan estrechas como 25 micrones (o menos), dependiendo de las capacidades de imagen del fabricante.

Procesos Semiaditivos Modificados (mSAP)

Los procesos semiaditivos modificados (mSAP) son una extensión de los SAP, a menudo utilizados en la producción de alto volumen de electrónica de consumo como los smartphones. La principal diferencia radica en la capa inicial de cobre: el mSAP comienza con una lámina ligeramente más gruesa, lo que lleva a perfiles de traza ligeramente menos refinados. Aunque el mSAP permite tamaños de características excelentes, estos suelen estar en el rango de trazas/espacios de 30 micras, con trazas que tienen una forma más trapezoidal debido a la lámina de cobre inicial más gruesa.

A pesar de estas diferencias, el mSAP todavía permite características mucho más finas que los métodos sustractivos tradicionales y se considera un puente entre las técnicas de fabricación estándar de PCB y las avanzadas a nivel de sustrato. Este enfoque es crítico en aplicaciones sensibles al costo y de alto volumen.

PCB tipo sustrato (SLP) y el futuro de Ultra HDI

Un término frecuentemente utilizado en este espacio es "PCB tipo sustrato" (SLP), que se refiere a placas de circuito construidas con procesos aditivos o semiaditivos. Los SLP permiten capacidades de características finas que se acercan a la precisión de los sustratos de semiconductores, pero en paneles de PCB mucho más grandes. Esto es particularmente ventajoso para aplicaciones que requieren miniaturización sin sacrificar los beneficios de costo y escalabilidad de la fabricación tradicional de PCB.

Flujo de proceso típico de SAP y mSAP

Para ambos, SAP y mSAP, el flujo del proceso sigue pasos similares:

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  1. Aplicación de Fotoresist – Se aplica una capa de fotoresist para definir el patrón del circuito.
  2. Imagen de Fotoresist – El fotoresist se expone a luz UV, lo que define las áreas donde se añadirá cobre.
  3. Platinado de Cobre Electrolítico – Se platea cobre adicional selectivamente en las áreas patroneadas.
  4. Eliminación de Fotoresist – Se elimina el fotoresist restante, dejando atrás las pistas de cobre.
  5. Grabado – Para mSAP, la capa semilla de cobre se graba para completar el proceso, mientras que SAP solo requiere un grabado mínimo.

Debido a que SAP comienza con una capa de cobre ultrafina (tan delgada como 1.5 micrones o menos), las pistas finales tienen paredes laterales verticales, lo que permite características extremadamente finas, mientras que mSAP típicamente deja pistas con perfiles más trapezoidales debido a su capa de cobre inicial más gruesa.

Asociarse con su Fabricante de PCB para el Éxito

La clave para aprovechar estos métodos de fabricación avanzados radica en una colaboración estrecha con su fabricante de PCB. Como señala John Johnson, Director de Calidad de American Standard Circuits, "Los diseñadores deben colaborar con los fabricantes para comprender completamente los compromisos y capacidades de varios procesos semiaditivos. Un enfoque de 'depende' para las reglas de diseño es común, y trabajar juntos asegura un rendimiento optimizado, fabricabilidad y costo, permitiendo a los diseñadores maximizar el potencial de la tecnología ultra-HDI." En este enfoque colaborativo, tanto el diseñador como el fabricante juegan un papel esencial en optimizar los diseños para las capacidades únicas de SAP y mSAP, lo que finalmente lleva a sistemas electrónicos más eficientes, potentes y fiables.

Sobre el autor / Sobre la autora

Sobre el autor / Sobre la autora

Tara es una reconocida experta del sector, que cuenta con más de 20 años de experiencia de trabajo con ingenieros, diseñadores, fabricantes, empresas de abastecimiento y usuarios de placas de circuito impreso. Está especializada en proyectos de PCB de diseño flexible y rígido-flexible, tecnología aditiva y de entrega acelerada. Es una de las principales fuentes del sector para ponerse al día rápidamente sobre una amplia variedad de temas, a través del sitio PCBadvisor.com, el cual sirve de referencia técnica, y participa asiduamente como ponente en eventos relacionados con la industria, escribe una columna en la revista PCB007.com y es una de las fundadoras y organizadoras de Geek-a-palooza.com. Su empresa, Omni PCB, es conocida por su rápida respuesta el mismo día y por su capacidad de llevar adelante proyectos muy exigentes en términos de plazos de entrega, tecnología y volumen.

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