Badanie procesów półdodatkowych (SAP) w produkcji ultrawysokiej rozdzielczości PCB (Ultra HDI)

W miarę jak technologia PCB ewoluuje, nowe techniki produkcyjne, takie jak ultra-wysokogęstościowe połączenia międzywarstwowe (UHDI) w produkcji PCB, otwierają niesamowite możliwości. Wśród najbardziej przełomowych osiągnięć są procesy półdodatkowe (SAP) oraz zmodyfikowane procesy półdodatkowe (mSAP), które umożliwiają tworzenie drobniejszych ścieżek i odstępów, wykraczających poza możliwości tradycyjnego trawienia subtrakcyjnego. Te innowacje przesuwają granice projektowania PCB, umożliwiając wytwarzanie skomplikowanych obwodów z bezprecedensową precyzją.

W kontekście produkcji PCB, procesy półdodatkowe (SAP) oferują odejście od tradycyjnych metod subtrakcyjnych, pozwalając na uzyskanie ścieżek i odstępów, które wcześniej były nieosiągalne—znacznie poniżej progu 2 mil możliwego do osiągnięcia przy trawieniu subtrakcyjnym. Procesy SAP umożliwiają producentom dodawanie materiału przewodzącego, takiego jak miedź, w celu formowania obwodów, zamiast jego usuwania. Ta technika, w połączeniu z zaawansowanymi materiałami, otwiera drzwi do ultra-drobnych rozmiarów cech, które wspierają następną generację elektroniki, w tym wysokowydajne, zminiaturyzowane urządzenia.

Kluczowe zalety procesów półdodatkowych w produkcji PCB

Ekstremalna miniaturyzacja

Jedną z najbardziej ekscytujących możliwości, jakie oferują technologie SAP i mSAP, jest zdolność do drastycznego zmniejszenia śladu PCB. Dzięki zmniejszeniu wymiarów ścieżek i odstępów do poziomów submikronowych, projektanci mogą znacząco zredukować rozmiar całego systemu elektronicznego lub, alternatywnie, wykorzystać zwolnioną przestrzeń do integracji dodatkowych komponentów, takich jak większe baterie czy rozszerzone funkcjonalności. Jest to szczególnie krytyczne dla urządzeń, gdzie przestrzeń jest na wagę złota, takich jak smartfony, urządzenia noszone i urządzenia IoT.

Uproszczenie warstw i zwiększona efektywność trasowania

Kolejną znaczącą korzyścią tych procesów jest potencjalna redukcja liczby warstw wymaganych w projekcie PCB. Dla komponentów z ciasno upakowanymi siatkami kul (BGAs) czy nawet standardowych projektów, możliwość trasowania złożonych sygnałów na mniejszej liczbie warstw może zmniejszyć zarówno koszty, jak i złożoność. Mniejsza liczba warstw oznacza również mniej mikroprzejść i cykli laminowania, co prowadzi do krótszych czasów produkcji i wyższych ogólnych wydajności. Możliwość uproszczenia struktury warstw przy jednoczesnym utrzymaniu lub poprawie funkcjonalności jest ogromnym sukcesem zarówno pod względem niezawodności, jak i wydajności.

Poprawiona integralność sygnału i precyzja

Podczas gdy miniaturyzacja i redukcja warstw są namacalnymi korzyściami, procesy SAP znacząco poprawiają również wydajność elektryczną. Jedną z najważniejszych popraw jest integralność sygnału. Ponieważ procesy półdodatkowe opierają się na precyzyjnych technikach obrazowania, a nie na szerszym procesie trawienia subtraktywnego, pozwalają na dokładniejszą kontrolę szerokości i odstępów ścieżek. To skutkuje ściślejszą kontrolą impedancji i zmniejszeniem degradacji sygnału, co czyni te technologie idealnymi dla aplikacji cyfrowych wysokiej prędkości i RF.

Półdodatkowe vs. Subtraktywne Trawienie: Krótki Przegląd

Tradycyjne procesy trawienia subtraktywnego zaczynają się od laminatu pokrytego miedzią, a wzór obwodu jest formowany przez usunięcie niechcianej miedzi. Proces, choć skuteczny, ma ograniczenia w osiąganiu drobnych ścieżek i odstępów ze względu na grubość miedzi i używane metody trawienia.

High-Speed PCB Design

Simple solutions to high-speed design challenges.

Learn More

W przeciwieństwie do tego, procesy półdodatkowe zaczynają się od bardzo cienkiej warstwy miedzi lub w ogóle bez miedzi w przypadku czystych metod dodatkowych. Miedź jest następnie selektywnie dodawana, aby stworzyć pożądany wzór, przy czym wymagane jest usunięcie tylko cienkiej warstwy nasiennej. Ta precyzja pozwala na znacznie drobniejsze cechy, z ścieżkami wąskimi jak 25 mikronów (lub poniżej), w zależności od możliwości obrazowania producenta.

Zmodyfikowane Procesy Półdodatkowe (mSAP)

Zmodyfikowane procesy półdodawcze (mSAP) są rozszerzeniem procesów SAP, często stosowanym w masowej produkcji elektroniki użytkowej, takiej jak smartfony. Kluczowa różnica polega na początkowej warstwie miedzi — mSAP rozpoczyna się od nieco grubszej folii, co prowadzi do nieco mniej precyzyjnych profili ścieżek. Chociaż mSAP umożliwia uzyskanie doskonałych rozmiarów elementów, to zazwyczaj mieszczą się one w zakresie 30 mikronów dla ścieżki/przerwy, przy czym ścieżki mają bardziej trapezoidalny kształt z powodu grubszej początkowej warstwy miedzi.

Pomimo tych różnic, mSAP nadal umożliwia uzyskanie znacznie drobniejszych cech niż tradycyjne metody subtrakcyjne i jest uważane za most pomiędzy standardowymi PCB a zaawansowanymi technikami produkcji na poziomie substratu. To podejście jest kluczowe w aplikacjach wrażliwych na koszty, o dużych wolumenach.

PCB podobne do substratu (SLP) i przyszłość Ultra HDI

Termin często używany w tej dziedzinie to "PCB podobne do substratu" (SLP), który odnosi się do płyt drukowanych budowanych z wykorzystaniem procesów dodawczych lub półdodawczych. SLP umożliwiają uzyskanie możliwości precyzyjnego tworzenia cech, które zbliżają się do precyzji substratów półprzewodnikowych, ale na znacznie większych panelach PCB. Jest to szczególnie korzystne dla aplikacji wymagających miniaturyzacji bez poświęcania korzyści kosztowych i skalowalności tradycyjnej produkcji PCB.

Typowy przepływ procesu SAP i mSAP

Dla obu SAP i mSAP, przepływ procesu jest podobny:

Best in Class Interactive Routing

Reduce manual routing time for even the most complex projects.

Learn More

1. Aplikacja fotorezystu – Na płytce aplikowana jest warstwa fotorezystu, aby zdefiniować wzór obwodu.
2. Obrazowanie fotorezystu – Fotorezyst jest naświetlany światłem UV, co definiuje obszary, gdzie zostanie dodana miedź.
3. Galwaniczne nakładanie miedzi – Dodatkowa miedź jest selektywnie nakładana na wzorowane obszary.
4. Zdejmowanie fotorezystu – Pozostały fotorezyst jest usuwany, pozostawiając za sobą ścieżki miedziane.
5. Trawienie – W przypadku mSAP, warstwa ziarna miedzi jest trawiona, aby zakończyć proces, podczas gdy SAP wymaga tylko minimalnego trawienia.

Ponieważ SAP rozpoczyna się od ultra-cienkiej warstwy miedzi (cienkiej jak 1,5 mikrona lub mniej), finalne ścieżki mają pionowe ściany boczne, co pozwala na uzyskanie niezwykle drobnych cech, podczas gdy mSAP zwykle pozostawia ścieżki o bardziej trapezowym profilu ze względu na jego grubszy początkowy warstw miedzi.

Partnerstwo z Twoim producentem PCB dla sukcesu

Kluczem do wykorzystania tych zaawansowanych metod produkcji jest ścisła współpraca z producentem PCB. Jak zauważa John Johnson, Dyrektor ds. Jakości w American Standard Circuits, "Projektanci muszą współpracować z producentami, aby w pełni zrozumieć kompromisy i możliwości różnych procesów póładdycyjnych. Podejście 'to zależy' do zasad projektowania jest powszechne, a współpraca zapewnia optymalizację wydajności, możliwości produkcyjne i kosztów, pozwalając projektantom maksymalnie wykorzystać potencjał technologii ultra-HDI." W tej współpracy zarówno projektant, jak i producent odgrywają kluczową rolę w optymalizacji projektów pod kątem unikalnych możliwości SAP i mSAP, co ostatecznie prowadzi do bardziej efektywnych, mocnych i niezawodnych systemów elektronicznych.