Chatting Ultra HDI: Chrys Shea、PCBの小型化と今後の課題

OnTrack Podcastのこのエピソードでは、ホストのTech Consultant Zach PetersonがShea Engineeringの社長であるChrys Sheaと共に、Ultra HDIの革命的な世界を探求します。二人はPCBのはんだ付けとミニチュア化の未来を明らかにし、目前に迫る複雑な課題と突破口に光を当てます。専門知識で知られるChrysは、はんだ付けのためのテスト車両の開発やUltra HDIアセンブリの複雑さをナビゲートするための貴重な洞察を共有します。この会話は、電子製造の未来を形作る最先端の進歩を深く理解することを約束します。

Chrys Sheaが提供する専門的なガイダンスと革新的な戦略をお見逃しなく。彼女はSMTアセンブリとPCB設計の世界で先導的な声です。

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主なハイライト:

• Shea Engineeringの社長であるChrys Sheaの紹介、特にUltra High-Density Interconnect (UHDI)に焦点を当てたはんだ付けのためのテスト車両の開発における彼女の関与についての議論。
• 特に欠陥への対処とDFM（製造のための設計）の考慮事項の観点から、前もって計画を持つことの重要性についての議論。
• SMT（Surface Mount Technology）アセンブリプロセスエンジニアとしてのChrys Sheaのバックグラウンドと、はんだ付けを専門とする独立系コンサルティングへの移行。
• はんだペースト印刷のために開発されたテスト車両の概要と、BGAs、QFNs、およびより小さいパッシブコンポーネントを含む様々なはんだ付けプロセスとコンポーネントサイズに対応するためのその進化。
• UHDIアセンブリのための新しいテスト車両の紹介、密度の増加と、ステンシル印刷におけるオフアクシス配置やリーディングエッジ効果などの課題を強調。

さらなるリソース:

• ChrysとLinkedInでつながる
• Shea Engineering Servicesについてもっと学ぶ
• ミニチュア化とウルトラHDIテクノロジーの組み立てプロセスについて学ぶために、この記事を読む
• Altium Designerの15日間無料アクセスの特典

トランスクリプト：

Zach Peterson: どんな計画ですか？計画があるのか、それとも実験をいくつかして何が起こるかを見るだけですか？

Chrys Shea: それは、プロセスエンジニアを徹底的に叩いて欠陥を減らすことです。私がDFMの信奉者として心に持っているのは、設計者と事前に議論をして、何を期待すべきかを知ることです。

Zach Peterson: 皆さん、こんにちは。Altium OnTrackポッドキャストへようこそ。私はあなたのホスト、Zach Petersonです。今日は、Shea Engineeringの社長であるChrys Sheaと話をします。Chrysは、はんだ付けのためのテスト車両の開発に関わっています。そして、彼女が行っているUHDIに関わる作業について学ぶことを非常に楽しみにしています。Chrys、今日は参加してくれてありがとうございます。

Chrys Shea: Zach、招待してくれてありがとう。この機会を本当に感謝しています。

Zach Peterson: 絶対に。ここにいてくれて嬉しいです。私は何度も言ってきましたが、DFMだけでなく、製造についてもう少し学ぶことを目指しているので、これは本当にエキサイティングです。

Chrys Shea: 素晴らしいです。私は大学院でDFMを学んだので、過去35年から40年間、Boothroyd Dewhurstの信奉者でした。この分野が大好きです。

Zach Peterson: 素晴らしいですね。もしよければ、あなたが何をしているのか教えてください。

Chrys Shea: 私は1990年からSMT組み立てプロセスエンジニアとして活動しており、25ミルピッチから銅ピラーまで、素晴らしい旅でした。業界での最初の20年間は、大まかに言って、ユーザー側で組み立てラインとNPIラインを運営し、DFMを行い、次の10年間は、材料と新しいプロセスの開発を行うサプライヤー側で働きました。そして、ほぼ16年前、独立してコンサルタントとして活動することを決めました。それ以来、独立したコンサルタントとして活動しています。今では、私ははんだ付けの女王という名前をいただいており、それを軽視していません。非常に感謝しています。

Zach Peterson: あなたの高貴さ。これは興味深いです。SMTはんだ付けのコンサルタントがいることを知りませんでした。それが存在することさえ知りませんでした。

Chrys Shea: それはちょっとニッチな分野ですね。私は広告を出したり、マーケティングをしたり、営業をしたりしません。ほとんどが口コミで、これまで本当に充実していました。

Zach Peterson: それは素晴らしいですね。自分のやりたいことを実現し、その認識を得られるのはいつも素晴らしいことです。

Chrys Shea: 情熱、はんだ接合への情熱です。私ははんだ接合をするのが大好きです。

Chrys Shea: 感じます。

Zach Peterson: 感じますね。あなたが行っていることの一つに、はんだ付けのためのテスト車両を開発することがあると見ましたが、それは正しいですか？

Chrys Shea: はい、はい。

Zach Peterson: そして、最近ではUHDIアセンブリのためのかなり複雑なテキスト車両を作成することに関わっていましたか？

Chrys Shea: はい、実際にそうです。私たちがそれに取り組んだことは、数年前、おそらく5、6年前にはんだペースト印刷のためのテスト車両を開発したことでした。それを2019年に導入しました。元々ははんだペースト印刷テスト用に使用され、1枚のボードに25種類のペーストテストを組み込んだものでした。そのため、組み立て業者は半シフト以内に、これが正しいペーストかどうかを決定し、それらをすべてスケールでランク付けして、自分たちの組み立て操作に最適なペーストを選ぶことができます。そして、取引の内容を知っておくこともできます。それを単純なはんだペーストテスト車両として導入して以来、私たちはそれをペースト印刷、ステンシルの評価、新しいナノコーティングの評価、新しいタイプのスクイージーの評価、ファブをどれだけ薄くできるかを見るために使用してきました。固定ボードサポートが必要になる前に、ステンシルをどのように下拭きするか、使用できる異なるタイプの溶剤があります。それが印刷です。次に配置に移りますが、これは01005および008004アセンブリプロセスの開発に使用されています。そして、あなたが材料表を見るとき、私たちはoh-ohと言いますが、008004sについてはoh-ohと言います。また、0.4ミリメートルBGAの能力を証明するためにも使用されました。最近フィードバックをもらった興味深いものの一つは、配置率の検証でした。SMT配置の世界では、IPC基準に基づく配置率があり、誰もがテストを少し異なる方法で行います。そこで、これらの人々はボードを取り、両面粘着テープに粘着テープを貼り、配置してから配置を検証します。したがって、配置率と配置位置を検証することができました。リフローに移ると、私たちは底面終端コンポーネント、QFN、トランジスタ、そして今やあなたの電話にある008004sのボイドに使用しました。また、小さなパッドのためのアパーチャデザインを最適化することに基づいて、多くの設計ルール、マスク対金属定義パッド、正方形対円形パッドを開発するためにも使用しました。個人的には、それを使ってかなり多くのことを行ってきましたし、多くの大手CEMSとOEMがテスト車両として採用しました。時にはそれを変更することもありますが、ペーストラボも使用しています。ですから、かなりの距離を走りましたが、元々は3〜5年の時間枠のために設計されていましたが、その時間枠に達しました。ですから、それを回転させる時が来ました。

Zach Peterson: 了解です。

Zach Peterson: そして、それがUltra HDIにつながるわけですね。

Chrys Shea: もちろんです。そして、今私たちが25ミルのラインとスペーシングに到達すると、いくつかの課題が生じると思いますよね？一つは密度でしょう、そしてもう一つの課題は何でしょうか？たとえば、パッドサイズと言いましょうか。

Chrys Shea: パッドのサイズと密度です。その両方を見事に捉えましたね。良いニュースと悪いニュースをお伝えすると、組み立て業者にとっての良いニュースは、008004より小さいコンポーネントがまだ出ていないことです。悪いニュースは、それらをより多く、より高密度に詰め込み、さらにはその小さなパッドサイズをIPCの最小最大材料条件よりも縮小して、ボード上にすべて収めようとしていることです。Ultra HDIが組み立てにもたらすのは、同じ課題がより多くなるだけです。私は35年間SMTプロセスエンジニアでした。私の人生で確実なことは、死、税金、そして小型化です。35年間続いてきましたし、これからも続くでしょう。それが私たちを、どういうわけか、魅了し、雇用し、そして触発するものだと思います。

Zach Peterson: これは興味深いですね。パッドサイズが縮小されていると言及しましたが、それはどのIPCの最小基準の下でしょうか？7351だと思いますが。

Chrys Shea: 7525です。

Zach Peterson: では、IPCはこれを予測していなかったのでしょうか、それともいつも人々が何かをしてから後で基準を開発するのでしょうか？

Chrys Shea: まあ、基準は経験に基づいて開発されるので、基準を開発する前に経験を積む必要があります。それはちょっと鶏と卵の問題です。

Chrys Shea: そして、テストボードについてですが、ちょっとだけ持ち上げていただけますか？画面に短時間表示されただけなので、人々に簡単な見た目と多分説明をしてほしいのです。ここで見ているのは、多くの異なるコンポーネントがあるように見えます。ルーティングはないと思いますが、多くの異なるコンポーネント用のパッドがあり、それぞれが自分のエリアにグリッド状に並んでいます。ここにあるコンポーネントのいくつかは何ですか？非常に小さいSMDパッシブについて言及しましたが、おそらくQFN用のスポットもあるように見えます。

Chrys Shea: はい。これらは0.5ミリピッチの05 BGAsです。これらは0.4ミリピッチのBGAsで、少し見にくいです。そして、側面には0.3ミリピッチのBGAsが下がっています。ここには、私たちが得られる最も細かいピッチの0.4 QFNがあります。そして、これは1206、0603、0402などがあったレガシーボードで、次のバージョンではすべて取り除かれました。0201、0105、そして私たちのお気に入りの0804があります。このボードはペースのテストには適していましたが、新しいボードが小型化レベルやパッキング密度レベルを押し上げる方法ではありませんでした。

Zach Peterson: オーケー。音声で聞いている方には、YouTubeに来てこれらのボードがどのように見えるか実際に確認してもらいたいと思います。

Chrys Shea: 良い写真を見たいなら、sheasmt.comへ。SMTAボードに行けば、上下の面の素敵な写真があります。

Zach Peterson: そうですね、完璧です。ここで疑問に思っているのは、私たちが話しているテスト車両がここ数年でかなり広範囲に使用されているように見えることです。メーカーがこの種のボードを使用して、高ボリュームまたは高複雑性の製造プロセスを資格付けすることは一般的ですか？

Chrys Shea: 大手CEMは、それぞれ独自の内部テスト車両を持っています。二層以下の企業は一般的に持っていません。ですから、このボードを約30ドルで購入することは、自社の製造ボードを使用するよりもはるかに経済的です。そして、それには25種類の異なるはんだペーストテストとDOEが設計に組み込まれています。だから、それはより速く、より安く、そしてより効率的です。好きにならない理由はありませんね。

Zach Peterson: それは興味深いですね。彼らはテスト用の基板を使用していますが、少なくとも品質管理のためには、製造中の基板の1つ、あるいは内部の配線が不要なので製造基板の表面層だけを使用すると思うのですが、それで正しいですか？彼らが試みているのは、はんだ付けを資格付けることだけなので、本当に必要なのはパッドだけですよね？

Chrys Shea: まさにその通りです。これらは実際には金の指にルーティングされています。それらはすべてデイジーチェーンコンポーネントで、金の指にルーティングされています。ですから、はんだ付けプロセスを証明するために、それを熱サイクル試験室に入れることができます。

Zach Peterson: 了解しました。では、ほとんどの組み立て業者が、ある程度のレベルでプロセスを証明するために何らかのテスト用基板が必要になるということですね。そして、彼らは信頼性を持って顧客に対して、「ねえ、0201や0105を処理できますよ」と言えるわけです。

Chrys Shea: まさにその通りです。顧客の基板や、自分たちの小型化された基板（それらは標準の基板よりも高コストであることが多い）ではなく、テスト用基板で行う方がずっと簡単です。だから、多くの人がこれを使用するのは理にかなっています。時には、契約メーカーがどれだけ細かいピッチに対応できるかを測定するためにこれを使用します。たとえば、彼らが05 BGAで資格があり、04では限界があり、03では能力がないかもしれません。そのため、彼らがOEMに対して自分たちの能力がどこにあるか、またはどこを改善する必要があるかをよりよく伝えることができるように、それをベンチマークすることは良いことです。

Zach Peterson: では、新しいテスト用基板についてですが、新しいテスト用基板は、密度を新しいレベルに引き上げているようですね？私たちはすでに008004に到達していますが、今度は本当に小さなスペースにそれらを詰め込んでいます。この新しいテスト用基板はどのようなものですか？

Chrys Shea: 画面共有をさせてください。

Chrys Shea: はい。

Chrys Shea: こちらが私たちが現在取り組んでいるものです。現在、これを機械的と呼んでいますが、私たちはトップレイヤーしか持っておらず、内層のビジョンを共有します。これが見えますか？これが私たちの新しいSMTAテスト用基板です。現在、2.1から2.3のリビジョンになっています。

Zach Peterson: とても早いですが、オーディオで聞いている皆さんのために、同じようなことを見ています。基板の異なる領域にコンポーネントのグループがあります。再び、多くの同じ種類のコンポーネントのように見えます。そして、私はいくつかのコンポーネントのグループの回転も見ているようです。

Chrys Shea: はい。ミニチュア化は、組み立てでオフアクシス配置と呼ばれるものを私たちにもたらしています。私たちの配置は歴史的には0度または90度の水平または垂直でした。しかし、より密なパッケージングになるにつれて、45度での配置がずっと増えています。ここには30度と60度でのいくつかがありますが、基板には載せていません。そして、17度しか合わない奇妙な角度が常にあります。オフアクシス配置の問題は、必ずしも印刷や配置、リフローではありません。それらはすべてまだかなり直接的です。しかし、この密なパッキングとオフアクシス配置になると、自動検査を探すときに問題になります。自動光学検査は、オフアクシス配置のために年月をかけて開発されたわけではありません。ですから、影や小さなコンポーネントなどの問題にぶつかります。これは、今後のアルゴリズムを洗練するのに役立ちます。

Zach Peterson: なるほど、わかりました。では、この基板にはどのようなものがありますか？上部にはいくつかのBGAsがあるようです。

Chrys Shea: はい。なぜこれらのレイアウトが私たちにとって少し奇妙に見えるのか、少し説明させてください。ステンシル印刷ではんだペーストを印刷する際に、「リーディングエッジ効果」と呼ばれる状況があります。ステンシルスクイージのストローク方向の最初の数個のパッドは、3番目や4番目の行のパッドよりもはるかに大きな変動があります。それは、ペーストを転がして剪断する必要があり、最初の数行に達するまで十分に剪断できないからです。したがって、リーディングエッジ効果を文書化しました。ステンシルプリンターの会社の中には、それを克服しようとする機能を導入したところもあります。しかし、ここで行っていることは、BGAを交互に配置し、前にダミーパッドを入れることで、リーディングエッジ効果を絶対に定量化することです。それを定量化したら、ステンシル、スクイージ、機械の変数を通じて対処できます。これは、リーディングエッジ効果に本当に焦点を当てることができる最初のテスト車両です。ですから、リーディングエッジに配置するこれらの04 BGAを1、2、3、4と見て、これら3つをオフセットしてダミーパッドを追加しました。そして、これを印刷したときに見えるのは、このデバイスのA1行が、そのデバイスのA行よりもはるかに良く印刷されるということです。どれくらいか？それは、これを実行し始めたときに見つけることになります。

Zach Peterson: もしよろしければ、良く印刷されるとは具体的に何を意味しますか？

Chrys Shea: 印刷のポイントは、変動を減らすことです。

Zach Peterson: 了解しました。

Chrys Shea: はんだペーストの預金量を見るとき、私たちはそれらがすべて平均の10％以内にあることを望んでいます...私たちは「変動係数」と呼ぶものを使用します。それは私たちのプロセスがコントロール下にあることを意味します。平均の15％を超える変動がある場合、プロセスがコントロールを失っていることを意味します。これほど小さい作業をしているとき、私たちはプロセスをコントロール下に置く必要があります。

Zach Peterson: もちろんです。ですから、これらのBGAの上部の行は、堆積方向に沿っているので、最初に当たります。

Chrys Shea: はい。

Zach Peterson: つまり、その行が他の行とより似ているということですね。そうです、画面にはいくつかのグラフがあります。バーチャートと、BGAのリーディングエッジ効果による変動を定量化していると思われる折れ線グラフがあります。

Chrys Shea: 正確に。これは古いバージョンのボードの0.4ミリメートルBGAについてでした。新しいバージョンが出たので、これは突然古いものになりました。そして、はんだペーストの堆積に関しては、行1は行2や行3よりも少し軽かったことがわかります。これは異なるワイプでしたが、行1の変動も、最良の場合でもコントロールを失っていました。約18％でした。これは25％の変動、これは30％の変動です。行3になると、ほぼコントロール下に戻ります。10未満を望んでいますが、15未満であれば大丈夫です。そこで緑と黄色のドットがあります。つまり、最初の行はコントロールを失っていることを本当に示しています。預金の差が大きすぎます。そして、私たちは最初の行でオープンまたはショート、主にオープンになる可能性があります。3行目になると、本当に良い状態になります。

Zach Peterson: ここでのメッセージは、デザイナーに、印刷方向に沿って少なくとも2行のダミーパッドを追加する必要があると基本的に言っているのですか？それともこれは-

Chrys Shea:ああ、そうできればいいのですが。

Zach Peterson: これは組み立て業者が事後に行う必要があるものですか？なぜなら、非常に複雑で密度の高いボードがレビューのために持ち込まれ、誰かが「ねえ、デザイナー、ここにこれらのパッドを追加する必要があります」と言うのを想像できるからです。ああ、申し訳ありませんが、それはこれらの50個のコンポーネントが今、ミリメートル単位で後退する必要があることを意味します。HDの中で...つまり、標準的な複雑さの領域でさえ、あなたにとってゲームチェンジャーになる可能性があります。

Chrys Shea: ええ、ええ。聞いてみることはできますが、得られるとは思っていません。ですから、印刷ドメインでは、物事が密集してくるにつれて、私たちはますます多くのことを目の当たりにし始めています。これは、少なくとも10年間、プロセスエンジニアの伝説と言ってもいいでしょう。そして今、私たちはそれをますます見るようになりました。ですから、今、私たちはそれについてますますテストをしています。パッドを追加することはできません。ああ、できればどんなにいいでしょう。私たちが行うことは、印刷エリアに到達するまでスクイージの速度を上げて、もう少し剪断をかけることや、スクイージを印刷エリアからもっと遠くに動かし始めて、もう少し動きを得て、もう少し剪断を加えることです。そして、私はまだ共有できないアイデアを持っていますが、ここにその問題の解決策があります。もし私がそれを閉じてしまったら、特許を取ることができなくなります。ですから、もうしばらくしたらその話をしましょう。

Zach Peterson: わかりました。わかりました。その特許を取得した後、ぜひまた来てそれについて話してください。とても興味深いですから。

Chrys Shea: わかりました。

Zach Peterson: テスト車両で気づいたことが一つあります。それは、BGAsです。テスト車両のほとんどの中央エリアはくり抜かれており、パッドがありません。しかし、ほとんどのBGAコンポーネントを見ると、実際にはパッケージの下側全体がパッドで埋め尽くされています。では、なぜテスト車両はその中央の四角いパッドが省略されるように設計されたのでしょうか？

Chrys Shea: それは、私たちがダミーコンポーネントを使用しており、ダミーコンポーネントがそのように設計されているからです。信じてください、周辺の3行、実際にはこれが1つ、周辺の4行を見ると、私たちが扱うには十分です。こちらに来て03 BGAを見ると、密度がずっと高く、中央のiOSにもパッドが見えます。

Zach Peterson: なるほど。わかりました。間違ったBGAを見ていました。

Chrys Shea: まあ、私たちはさまざまな種類のBGAを見ます。それはただのことです。しかし、私たちの目的のためには、電気的な連続性を示したいので、デイジーチェーンのあるものを使用する必要があります。

Zach Peterson: はい、これは非常に興味深いです。そして、エッジに沿ってゴールドフィンガーもまだ持っているのを見ていますね。

Chrys Shea: はい。はい。これらのコンポーネントのほとんどには、ゴールドフィンガーにルーティングされる単一のデイジーチェーンがありますが、これらは非常に挑戦的なので、実際には2つのデイジーチェーンがあります。一つは内部配列または周辺配列用、もう一つは内部配列用です。私たちが行うことは、これらをチャンバーに入れ、熱サイクルをかけ、抵抗を監視し、ジョイントが割れているのを予測することができます。

Zach Peterson: 本当ですか？

Chrys Shea: はい。

Zach Peterson: わかりました、リアルタイムで抵抗を見るだけで。

Chrys Shea: はい、はい。なぜなら、クラックがジョイントを通って進行するにつれて、電気を伝導する断面積が小さくなるからです-

Zach Peterson: 下がり始めますね。

Chrys Shea: そして、それはあなたの高校の物理学に戻ることです。

Zach Peterson: わかりました、それは理にかなっています。それは表面上のジョイントにのみ適用されるわけですね？それは、マイクロビアのような内部機能ではありません。

Chrys Shea: いいえ、違います。しかし、あなたがこの再設計の美しさとデイジーチェーンの使用に気づいたところです。これらをデイジーチェーンで接続すると、今のところすべての接続がトップレイヤーにあり、他の接続はコンポーネント内で行われます。このボードの私のビジョンは、ビアとパッドを貫通させ、いくつかのブラインドビアを入れて内部で接続し、場合によってはいくつかの埋め込みビアを通してからパッドに戻ってくることです。ですから、これらを結ぶこの小さなトレースの代わりに、実際には貫通させ、ボードの内側を通って戻ってきて、表面を置き換えるのです。

Zach Peterson: そうですね。音声で聞いている方のために説明しますが、隣接するパッドを小さなトレースで接続しています。しかし、あなたが言っているのは、トレースを取り除き、パッドにマイクロビアを入れることですね。

Chrys Shea: まさにその通りです。

Zach Peterson: そして、おそらく盲孔ビアや埋没ビアのマイクロビアをパッドに積層させることも。

Chrys Shea: はい、そうですね、そうですね、そうですね。世界は私たちの牡蠣です。いろいろなことを試すことができます。理想的には、配列を使って一つの周辺で一種類の接続を試し、次に別の種類、その次にまた別の種類を試したいですね。それが、オープンがどこに現れるかを見つけるのが簡単になります。

Zach Peterson: なるほど。つまり、誰かが、例えば、マイクロセクションを行うために切断する必要があるボードの一行だけを指定できると。

Chrys Shea: はい、そうです。

Zach Peterson: なるほど。では、クーポンの一部に、たとえば25種類の異なるマイクロセクションテストが組み込まれていると。

Chrys Shea: 美しいですよね？

Zach Peterson: ええ、本当にクールです。

Chrys Shea: 私たちが行うことの一つは、これらのテスト車両に多くのDOE（実験計画法）と探索の機会を設計することです。

Zach Peterson: カスタムテスト車両のリクエストはありますか？

Chrys Shea: はい、あります。ここにSMTAのロゴがありますが、例えばロッキード・マーチンが独自のテスト車両を欲しいとしたら、レイセオンが独自のテスト車両を欲しいとします。

Chrys Shea: 私は元のテスト車両で多くの組み立て業者と協力してきました。カスタマイズを求めるとき、私たちはそれを実現できます。そして、私が示しているこの大きな空きスペースを見てください、私たちはそれをグリーンエーカーズと呼んでいます。

Zach Peterson: グリーンエーカーズですか。わかりました。

Chrys Shea: グリーンエーカーズです。そこには、誰でも望むものを置くことができます。ボード上のSMTロゴには、ロイヤリティ契約があります。私たちのボードの購入価格の10％がSMTAに寄付され、次世代のエンジニアの育成や若手専門家のための労働力開発を支援します。そのため、私たちはこれを非常に誇りに思っています。

Zach Peterson: ええ、非常に重要だと思いますし、それを行っていることは素晴らしいと思います。また、左側に、音声で聞いている方のために、このボードにはマウスバイトを使用してメインボードから分離されたセクションがあるように見えますが、このテストボードにこの他のブレークアウェイセクションがある理由は何ですか？

Chrys Shea: これは本当にクールです。表面実装抵抗は、特徴サイズが縮小し、バイアスが増加するにつれて、ますます重要になります。簡単に言うと、表面絶縁抵抗は、残されたフラックス残留物やその他の残留物の導電性です。高速信号を使用すると、多くのクロストークが発生する可能性があります。塩霧などの厳しい環境では、特に湿度の高い環境では、樹枝状成長が発生する可能性があります。そこで、私たちは表面絶縁抵抗のためのIPCテストクーポンデザインをいくつか持っていますが、それらは私たちの業界の10年から15年前を示しています。今、私たちはミニチュア化に進み、25ミクロンのスペースとトレースになっているため、SIRコムを再考する必要があります。そこで、私たちはこのボードの両側にあるスペースを開発中の表面絶縁抵抗テストのために予約しました。そして、この側では見えませんが、このタブの裏側は金指で、SIRチャンバーに差し込んで、熱、湿度、さまざまなバイアスの下で実行し、連続性を監視し、ショートが発生するのを見ることができます。

Zach Peterson: なるほど。完全に理解しました。私の頭の中でさえ、パッドにマイクロビアを始めると、それ自体が独自のブレークアウェイ領域にもなり得ると想像していました。その部分だけをマイクロセクションしながら、残りをそのままにしておくことができます。

Chrys Shea: はい、はい、できます。確かに。

Zach Peterson: わかります。なので、UHDIパッケージングの能力が国内に戻ってくるにつれて、多くの製造工場が新しい市場を利用するために能力をアップグレードしようとするでしょう。そして、実際にそれが少し見られ始めています。ASCやCalumetがその方向に進んでいると思いますが、彼らはおそらくMSAPやSAPを製造のための先進的な処理技術として見ているでしょう。では、このようなテスト車両はどのエリアで適用されるのでしょうか？マイクロビアやパッドの部分で、それから垂直接続を製造する必要がある場合に適用されますか？

Chrys Shea: そこに適用されます。そして実際、他の多くの場所にも適用されます。ここで見ているこれらのウェーファーレベルパッケージは、減算エッチングプロセスでは作成できません。

Zach Peterson: わかりました。

Chrys Shea: 試みることはできますが、うまくいかないでしょう。これらのものは、加算または半加算で作られる必要があります。私たちはASCとこれらの設計要素について協力しており、ボード上で前進するにつれてもっと多くを含める予定です。

Zach Peterson: わかりました。なので、これはただのPCBテスト車両ではなく、実際にはパッケージングテスト車両でもあるわけですね。

Chrys Shea: はい、はい。ここにいくつかの内部Ultra HDI層を入れて、パッド内のマイクロビア、埋め込みビア、ブラインドビア、積層埋め込みビアをチェックするのを楽しみにしています。私たち多くの人にとって、本当に啓発的になると思います。そして、私たちは製造プロセスのテストだけでなく、異なるラミネートサプライヤーからの異なる材料についても話していますので、Ultra HDIの生産レベルを高め始めたときに、どれが他よりも互換性があるかを理解できるようになります。

Zach Peterson: ええ、私は材料の端を完全に見落としていましたが、ビルドアップ材料がより重要になることを知っています。まだ何かが出てきて、パッケージング用のAjinomotoビルドアップフィルムを置き換えるのを待っているようなものです。なので、これはそのようなものをテストし始めるのに完璧な車両のように見えます。

Chrys Shea: そうですね。そして、私は製造について十分に知っているだけで危険ですが、私は本当に組み立てに特化しているので、今、私は製造とUltra HDIにもう少し足を踏み入れています。そして、それは私にとって、おそらく業界の他の誰もがそうであるように、素晴らしい学習体験です。私たちが計画していることの1つは、これらのキャップや抵抗器にズームインできれば、これらもダミーのコンポーネントであり、私たちはこれらを電化する予定です。現在、組み立て業者がオームアウトして、すべての接合部が正しいかどうかを確認できるテストポイントがあります。しかし、私たちがやりたいことは、ボードに穴を開けて、バッテリーといくつかのLEDを追加することです。そうすれば、製造と組み立てがうまくいったかどうかを即座に知ることができます。これは、ボード上のミニインサーキットテストのようなものです。

Zach Peterson: なるほど。なので、彼らはボードを起動して、動作中にLEDを見ることができるわけですね。

Chrys Shea: はい。それはあなたが正しく組み立てたか、または正しく製造したかを教えてくれます。マルチメーターを取り出してこれらをオームアウトするのは少し退屈だと本当に思ったので、スイッチを押して何が光るかを見る方がずっと楽しいです。さあ。

Zach Peterson: マイクロビアとパッドに戻ると、どのサイズを目指していますか？0.3ミリメートルピッチまで下がると言っていましたよね？もちろん、それはパッドサイズを小さくします。マイクロビアとパッドでどれくらい小さくする予定ですか？

Chrys Shea: その答えを出せればいいのですが、それは私の専門外です。それはASCのJohnに聞く質問です。

Zach Peterson: なので、彼らがレーザーを選んで、どれだけ細かくドリルできるかを知っているわけですね。

Chrys Shea: ええ、彼らは間違いなく製造の専門家です。

Zach Peterson: もちろんです。

Chrys Shea: はい。

Zach Peterson: ASCのロゴが入ったテストボードがあるようで、それが彼らの製造および組み立てのためのテストベークルになるようですね。

- はい。実際、Ultra HDIカンファレンスでは、ASCによって製造されたこのボードの初期プロトタイプを見ることができます。それは昨日か一昨日にめっき処理されたばかりです。だから、JohnがそれをUltra HDIシンポジウムに持って行く予定です。わお、彼にそれについて話してもらうべきですね。それはかなり興味深いでしょう。よし。

Chrys Shea: ここに追加した他の機能を見たいですか？それらはもっと組み立て関連のものです。

Zach Peterson: ええ、もちろんです。ショー・アンド・テルのセッションは確かに好きです。

Chrys Shea: わかりました。これらをフラワーパワーと呼んでいます。なぜなら、電源が入ると、それらは光り、花のように見えるからです。もし動かせば-

Zach Peterson: ああ、わかりました。これらは-

Chrys Shea: コンデンサと抵抗器です。

Zach Peterson: ええ、コンデンサと抵抗器ですね。それで、キャップの最小抵抗器、最小、そして合計で六つあるように見えます。

Chrys Shea: はい。そして、私たちは標準のIPCフットプリント、最大材料条件のIPCフットプリント、そして最小材料のIPCフットプリントを持っています。以前の研究で見つけたことは、標準の最大と最小を比較すると、明らかに最大が最高品質の出力を提供するということです。しかし、小型化を目指している場合、最大のパッドを使用することはできません。これを押し込む必要があります。ですから、抵抗器とコンデンサの両方で、これらのサイズにおいて3つのパッドサイズを比較したテストを行いました。そして、最大は素晴らしいですが、ほとんどの設計では実現不可能です。最大と標準の欠陥率の違いは、標準と最小の欠陥率の違いに比べてかなり小さいです。最小にすると、本当に欠陥率が急上昇します。ですから、年月を経て私たちが決定したことは、標準がほぼ最良であるということです。最大のスペースがあれば、これらの小さな部品を使用していないでしょう。そして、これにより、これからは、これらの小さなコンポーネントについて、標準が必要か、最小が必要か、ボードをレイアウトするときに、より高い欠陥率を受け入れるか、より低い不動産を受け入れるか、教育的な判断を下すことができるようになります。製造のための設計について多くの洞察を与えてくれるでしょう。

Zach Peterson: 最小のフットプリントサイズまたはパッドサイズに移行するときの欠陥率の上昇についてですが、それらの欠陥とは具体的に何ですか？これらははんだが少なすぎる、多すぎる、またはトゥームストーンやシフトによってオープンが残るようなものですか？

Chrys Shea: トゥームストーン、スキュー、ミッドシップのはんだボール、ノンウェットが発生します。

Zach Peterson: 完全なリストのようですね。

Chrys Shea: そうですね。6種類の異なる形式があります。

Zach Peterson: ほとんどのものを取得しますよね？

Chrys Shea: はい、はい。6種類の異なる形式の欠陥コードを使用していますので、ええ。ああ、研究を思い出そうとしていますが、ここでは1000PPMかもしれません。ここでは2000PPMかもしれません。ここでは5または6でした。非常に大きな違いでした。

Zach Peterson: わお、わかりました。

Chrys Shea: はい、研究からの数字をもう一度見直さないといけませんが、非常に顕著な違いでした。ですから、私たちの論理は、最大を使用しない、標準を使用する、最小を使用しないようにと言っています。

Zach Peterson: つまり、製造業者ではなく組み立て業者が、IPC標準サイズの最小限以下のパッドを使用するボードが増えたときに、どう対応するかについて何らかの戦略を持つ必要があるということですね。

Chrys Shea: そうですね、私が今取り組んでいるボードは、密度を確保するためにIPCの最小限以下を使用しています。

Zach Peterson: どういう計画ですか？計画があるのか、それとも実験をしてみて何が起こるかを見るだけですか？

Chrys Shea: プロセスエンジニアを徹底的に叩き直して、欠陥を減らすことです。私がDFMの信奉者として心に持っているのは、設計者と事前に議論をして、何を期待すべきかを知ることです。

Zach Peterson: それは公平です。

Chrys Shea: 最小限に対処する必要がある場合は、ラインに行って最小限にどう対処するかを考えるか、このボードのプロセスパラメータをいじり始めて、生産ボードを無駄にしないようにします。

Zach Peterson: まあ、それは公平ですが、多くの設計者がすることといえば、設計者に「製造業者に相談して」と常に言いますが、彼らはおそらく製造業者だけに話をしています。そして、組み立てで問題や欠陥が発生したとき、製造と組み立てがお互いを指さし、設計者が両方を指さして、それでは、誰の責任ですか？

Chrys Shea: まさにその通りです。そして、組み立てでは、機器と材料の間でも指を指し合います。

Zach Peterson: オーケー、それは公平ですね。ええ。そして、私が思うに、組み立てはおそらく短い棒のほうを引いてしまうでしょう、なぜなら彼らはおそらく彼らがすべきほど頻繁に相談されないからです。

Chrys Shea: いいえ、それは鞭の端にいるようなものです。すべてが積み重なって乗算され、最後にすべてが来ます。

Zach Peterson: つまり、製造の欠陥があったものが、組み立ての欠陥を引き起こすまで気づかれないことがあり、そのときになってみんなが、それは組み立て業者の責任だと言うわけです。

Chrys Shea: まさに、まさに、まさに。実際、私がSMTAの会合で以前に行ったプレゼンテーションがあり、「Fab Hangovers」と呼ばれていて、それはまさにそのことです。組み立てラインのプロセスエンジニアとして、問題を追いかけるのに1週間を費やすことがありますが、それが製造にあったことがわかるのです。

Zach Peterson: 本当ですか？それはどれくらい一般的ですか？

Chrys Shea: 思ったよりも一般的です。私たちが非常に頻繁に遭遇する問題のいくつかは、パッドの過剰エッチングです。したがって、8または9ミルのパッドであるべきところに、8ミルのステンシルアパーチャをガスケットしようとしていますが、それが6ミルで来てしまうのは-

Zach Peterson: オーケー。そうですね、あなたは-

Chrys Shea: 酸のエッチングです。

Zach Peterson: あなたは、たとえば、名目上のためにプロセスを設計しましたが、実際には名目以下で入ってきます。

Chrys Shea: はい。そして、それの多くは、酸のエッチングの台形効果のためです。

Zach Peterson: もちろんです。

Chrys Shea: ですから、私たちはそれをいつも見ています。もう一つ、いつも見る大きな問題は、はんだマスクの位置ずれです。

Zach Peterson: ああ、もちろんですね。

Chrys Shea: ハンダマスクがパッドに上がってくると、印刷もはんだ付けも非常に難しくなりますし、私たちはそれを常に見ています。実際、ここで行ったこのテストを見てください。組み立てでは、すべてのパッドをマスク定義または金属定義のどちらかにしたいのですが、混在させたくありません。しかし、それがデザイナーには十分に伝わっていません。そこで、マスクと金属を混ぜてみました。マスク層は見えません。今は銅層だけを表示しています。そして、ハンダマスクをずらしました。これはXとYで1ミルずれています。これはXとYで2ミルずれています。そして、これはXとYで3ミルずれています。実際、マスクをオンにしてみせましょう、そうすれば見えるでしょう-

Zach Peterson: そう、マスクをオンにしてほしかったんです。オーディオで聞いている方のためにもう一度言いますが、ここにはいくつかのBGAフットプリントがあります。しかし、マスクをオンにすると、通常はパッド配置が見え、それに重ねてマスク開口部が見えます。これは、Altium Designerなどでよく見るようなものです。そして、そのマスク開口部は、これらの量、1ミル、2ミル、3ミルだけ少しオフセットされています。

Chrys Shea: そうですね。これが3、最悪のケースです。これが2です。私たちは通常、仕様で2から3ミルの登録を呼び出しますが、大量生産工場からは良い登録が出てくるのを見ます。しかし、小規模な工場では必ずしも良い登録が見られるわけではありません。だから、これを入れることにしました。そして、実際に非常に優れたプロセスエンジニアであるASMPTの人からこの提案がありました。実際の状況を人々に尋ねていたのですが、彼の名前はJeff Shakeで、このテストを彼にちなんで「BGAsを揺さぶる」と名付けました。

Zach Peterson: 業界で非常によく知られている人物にちなんでプロセスが名付けられたのは、これが初めて聞きました。

Chrys Shea: 実際に-

Chrys Shea: そうですね、もうすぐHartleyプロセスが登場するかもしれません。

Chrys Shea: そうですね。実際、元のボードでは、04 BGAsのセクションを「三目並べ」と呼んだりしていました。ですから、ここからセクションに名前を付けることにしました。例えば、ここを「墓石通り」と呼んでいます。これはDFMに関連するもので、デザイナーには伝わらないことが多いです。これらはキャパシタで、キャパシタは墓石のように立ち上がりやすいです。それはデバイスを通る熱差によるものです。通常、キャップの一方の側には金属定義パッドがあり、もう一方の側にはマスク定義パッドがあります。マスクを表示できるかどうか見てみましょう。

Zach Peterson: 聞いている皆さんのために言いますが、ここにはいくつかの大きな銅の注ぎ込み領域があり、その周辺にはいくつかのSMDコンポーネントが並んでいます。そして、ここにはいくつかのSMDが熱接着をしているものもあれば、していないものもあります。これは、期待される欠陥の数の一種の並列比較のようなものだと思います。

Chrys Shea: まさにその通りです。これにより、デザイナーや製品の所有者との会話に品質指標を持ち込むことができます。欠陥のリスクを冒すか、熱リリーフを入れるかどうかです。

Zach Peterson: 今、墓石について誰かに尋ねたかったことがあります。DFA、DFM、組み立ての欠陥についてオンラインで読み始めると、墓石について言及するのはほぼ義務のようです。まるで、熱リリーフがないと墓石が見られるかのように話されます。実際にはどれほど一般的なのでしょうか？実際にはそこまで一般的ではないかのように感じます。

Chrys Shea: 私はあなたが正しいと思います。なぜなら、私たちがトゥームストーニングテストを行うとき、良いサンプルサイズを得るために、文字通り何十万ものジョイントを行います。再び、トゥームストーニングは、不均等な熱があるこのタイプのシナリオに大きく関係しており、それらは正確にトゥームストーンになることを期待しています。最近見つかっているもう一つのことは、トゥームストーンを制御すると、金属定義側には良好なはんだ接合ができ、マスク定義側には冷たい接合ができることです。

Zach Peterson: なるほど。

Chrys Shea: ですから、トゥームストーンではないにしても、再作業が必要になります。ボードを再作業するたびに、その信頼性は低下します。

Zach Peterson: そうですね、それは理にかなっています。

Chrys Shea: 私たちはそれをできるだけ避けようとしています。私たちは0201キャップ、0105キャップ、0804キャップ用のこれらのトゥームストーンアレイを作りました。キャップは5面の端子を持っているため、抵抗器よりもトゥームストーンしやすいです。トゥームストーンが発生するメカニズムは、溶けたはんだが一方の端に濡れ、表面張力がそれを真っ直ぐに引き上げるからです。ですから、どちらの側が最初に溶けるかがトゥームストーンの基底になります。抵抗器は金属化が3面しかないため、トゥームストーンしにくいです。つまり、はんだペーストが掴むための金属化が...それほど多くはないと言いましょう。しかし今、私たちはここに新しい現象を設計しました、そしてそれをトゥームストーンアレイに似たように設定しました。私は先月、底面終端のZenerダイオードを扱っている3つの異なるアセンブラーと話しました。これらは0201または0105パッケージで、非常に小さな底面の端子を持ち、非常に軽いです。ですから、再び、最初に溶ける側がはんだを引っ張ります。それは底面終端なので、上に引っ張られるのではなく、横に引っ張られ、不均等な熱があるときには、すべてが同じ方向に同じ程度に傾きます。

Zach Peterson: それらがすべて同じことをするとは興味深いですね。

Chrys Shea: はい、そうですね。そして、私たちはマシンで向きを変えたり、リフロー炉で向きを変えたり、0ではなく90で実行したりすることがありますが、それでもすべてが同じ方向に傾きます。ですから、私はそれが熱差によるものだと確信しており、そのためにこれらをボードのこのリビジョンに置きました。

Zach Peterson: 残り数分ですが、最後にお聞きしたい質問があります。UHDIテストビークルなどに特有の他のテストは何が行われる予定ですか？

Chrys Shea: 私たちは、減少するトレースサイズとマスクウィンドウを持つ、本当に興味深い素敵な小窓をここに設置する予定です。そうすることで、実際に見ることができます。また、このボードはアセンブラーにとって経済的に2層で保つために、私たちは5ミルのトレースを走らせています。

Zach Peterson: もちろんです。Altiumを使えば、すぐにそれらをすべて1ミルのトレースに変えることができます。

Zach Peterson: ああ、はい、そうですね。

Chrys Shea: または2ミルのトレースや3ミルのトレース。マウスを数回クリックするだけと言ってしまうと、このツールの美しさや洗練さを軽視してしまうかもしれませんが、実際にはその美しさや洗練さを示しています。トレースを1ミル、2ミルに変更して製造がどうなるかを確認できるのです。実際に、この基板を加算プロセスで作成するのが楽しみです。そうすれば、きれいなフラットなパッドを持つことができます。基板の裏側を見ると、「プリント・トゥ・フェイル」と呼ばれるものがあります。基板の裏側には、「プリント・トゥ・フェイル」と呼ばれるものがあります。それらは、サイズや形が異なり、マスクや金属で定義されています。金属で定義されたものを見ると、トラペゾイドが非常にはっきりと見えます。写真を撮っていますが、今はプレゼンテーションを手元に持っていません。しかし、これらの半分を加算で、半分を減算で行うと、その違いを見ることができます。10倍のリングライトの下でも、違いがわかります。組み立てエンジニアとして、正しいサイズのフラットパッドを本当に楽しみにしています。それがどれほど楽しみか言葉では表せません。

Zach Peterson: ご指摘の通り、特にIPC標準レベルを下回るような場合には、非常に重要です。私もそれを見るのが楽しみです。

Chrys Shea: まさにその通りです。

Zach Peterson: これらのことが発展し、証明されていくにつれて、またお越しいただき、さらに詳しく話し合えるといいですね。

Chrys Shea: ぜひまた来たいです。実際のUltra HDIで、上層ではなく、第2層、第3層、第6層、第7層でルーティングを行う場合に、また来たいです。

Zach Peterson: 22。

Chrys Shea: はい。

Zach Peterson: 27。

Chrys Shea: ええ、確かに。10層、20層を通って背面まで抜けて、また上に戻ってくる。挑戦が大きければ大きいほど、楽しいです。

Zach Peterson: それは素晴らしいです。

Zach Peterson: そして、ほとんどのエンジニアが同じことを言うでしょう。

Zach Peterson: 私も同じ考えです。Chrys、今日はここに来ていただき、ありがとうございました。これは非常に有益な情報でした。オーディオで聞いている方は、YouTubeにアクセスしてビデオをご覧ください。話している内容をすべて見ることができます。非常に良い学習体験になります。

Chrys Shea: お招きいただき、ありがとうございました。

Zach Peterson: いつでも大歓迎です。聞いている皆さん、見ている皆さん、今日はShea Engineeringの社長、Chrys Sheaと話をしました。ショーノートをチェックしてください。話していたトピックについてもっと学べる素晴らしいリソースがあります。また、YouTubeで視聴している場合は、購読ボタンをクリックし、いいねボタンを押してください。そうすることで、私たちが出していくチュートリアルやポッドキャストエピソードをすべて追いかけることができます。最後に、学び続けて、軌道に乗り続けてください。次回もお会いしましょう。皆さん、ありがとうございました。