Conversando sobre Ultra HDI: Chrys Shea, Miniaturização de PCBs e os Desafios Futuros

Neste episódio do Podcast OnTrack, o apresentador e Consultor Técnico Zach Peterson explora o revolucionário mundo do Ultra HDI com Chrys Shea, Presidente da Shea Engineering. Os dois revelam o futuro da soldagem de PCBs e da miniaturização, lançando luz sobre os desafios intrincados à frente e as inovações que estão no horizonte. Chrys, renomada por sua expertise, compartilha insights valiosos sobre o desenvolvimento de veículos de teste para soldagem e a navegação pelas complexidades da montagem Ultra HDI. Esta conversa promete um entendimento profundo dos avanços de ponta que estão moldando o futuro da fabricação de eletrônicos.

Não perca a orientação especializada e as estratégias inovadoras apresentadas por Chrys Shea, uma voz líder no mundo da montagem SMT e design de PCB.

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Principais Destaques:

• Introdução de Chrys Shea, presidente da Shea Engineering, discutindo seu envolvimento no desenvolvimento de veículos de teste para soldagem, focando particularmente na Interconexão de Ultra Alta Densidade (UHDI).
• Discussão sobre a importância de ter um plano antecipado, especialmente em termos de abordar defeitos e considerações de DFM (Design para Fabricabilidade).
• Antecedentes de Chrys Shea como engenheira de processo de montagem SMT (Tecnologia de Montagem Superficial) e sua transição para consultoria independente, especializando-se em soldagem.
• Visão geral do veículo de teste desenvolvido para impressão de pasta de solda e sua evolução para acomodar vários processos de soldagem e tamanhos de componentes, incluindo BGAs, QFNs e passivos menores.
• Introdução do novo veículo de teste para montagem UHDI, destacando a densidade aumentada e desafios como colocações fora do eixo e o efeito de borda líder na impressão de estêncil.

Recursos Adicionais:

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• Leia este artigo para aprender sobre o processo de montagem para miniaturização e Tecnologia Ultra HDI
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Transcrição:

Zach Peterson: Qual é o plano? Existe um plano ou é apenas vamos fazer alguns experimentos e ver o que acontece?

Chrys Shea: É chamado de bater no engenheiro de processo até que os defeitos diminuam. O ponto principal, na minha mente, sendo um discípulo de DFM, é ter a discussão antecipadamente com os designers para sabermos o que esperar.

Zach Peterson: Olá, todos, e bem-vindos ao podcast Altium OnTrack. Eu sou o seu anfitrião, Zach Peterson. Hoje, estaremos conversando com Chrys Shea, presidente da Shea Engineering. Chrys está envolvida no desenvolvimento de veículos de teste para soldagem. E estou muito ansioso para aprender sobre o que ela faz e alguns dos trabalhos que ela está fazendo envolvendo UHDI. Chrys, muito obrigado por se juntar a nós hoje.

Chrys Shea: Obrigada, Zach, por me receber. Eu realmente aprecio a oportunidade.

Zach Peterson: Absolutamente. Estamos felizes em tê-la aqui. Eu disse muitas vezes, tenho tentado fazer disso meu ponto de aprender um pouco mais sobre o que acontece com a fabricação além do DFM, então estou realmente animado para isso.

Chrys Shea: Excelente. Eu estudei DFM na pós-graduação, então tenho sido um discípulo de Boothroyd Dewhurst pelos últimos 35 ou 40 anos, então eu amo essas coisas.

Zach Peterson: Incrível. Isso é ótimo. Se puder, apenas nos diga o que você faz.

Chrys Shea: Sou engenheira de processo de montagem SMT desde 1990, então passei de pitch de 25 mil para pilares de cobre e tem sido uma grande, grande jornada. Passei meus primeiros 20 anos na indústria, aproximadamente 10 no lado do usuário, gerenciando linhas de montagem e linhas de NPI e fazendo DFM e os próximos 10, trabalhando no lado do fornecedor, desenvolvendo materiais e novos processos. E há 15 anos, quase 16 agora, decidi seguir por conta própria. E tenho sido uma consultora independente desde então. Agora, me deram o apelido de rainha da soldagem e eu não levo isso de forma leve. Sou muito grata por isso.

Zach Peterson: Bem, sua alteza. Isso é interessante. Eu não sabia que existiam consultores de soldagem SMT. Eu nem sabia que isso era uma coisa.

Chrys Shea: É meio que um nicho. Eu não faço propaganda. Eu não faço marketing. Eu não faço vendas. É mais ou menos boca a boca e tem sido realmente, realmente gratificante por muito tempo agora.

Zach Peterson: Isso é incrível. Isso é incrível. É sempre ótimo quando você pode se lançar por conta própria e realmente fazer algo que deseja fazer e obter esse reconhecimento.

Chrys Shea: A paixão, a paixão por fazer juntas de solda. Eu amo fazer juntas de solda.

Chrys Shea:: Eu sinto isso.

Zach Peterson: Eu sinto isso. Então, uma das coisas que eu vi que você faz é desenvolver veículos de teste para soldagem. Isso está correto?

Chrys Shea: Sim, sim.

Zach Peterson: E você esteve recentemente envolvido na criação de um veículo de teste bastante complexo para montagem UHDI?

Chrys Shea: Sim, de fato. O que fizemos com isso foi desenvolver um veículo de teste para impressão de pasta de solda há vários anos, provavelmente cinco, seis anos atrás. Nós o introduzimos em 2019. E foi originalmente usado para testes de impressão de pasta de solda e incorporou 25 testes de pasta diferentes em uma única placa. Assim, um montador pode, em meio turno, decidir se esta é a pasta certa. E você pode classificá-las em uma escala e escolher a melhor pasta para sua operação de montagem. E também saber de antemão quais são os compromissos. Então, desde que introduzimos isso como um simples veículo de teste de pasta de solda, usamo-lo para impressão de pasta, avaliando estênceis, avaliando todos os novos revestimentos nano que surgiram, avaliando os novos tipos de rodo que surgiram, olhando quão fino podemos ir em uma fabricação antes de precisarmos de suporte de placa sólida, olhando como limpamos por baixo do estêncil, os diferentes tipos de solventes que podemos usar, isso é impressão. Depois vamos para o posicionamento, e isso tem sido usado para desenvolver processos de montagem 01005 e 008004. E você percebe que eu digo, oh-oh, em vez de zero-zero porque quando você vê a quantidade de materiais, todos nós dizemos oh-oh, 008004s. Também usamos isso para provar a capacidade de BGA de 0,4 milímetro. E um interessante que recebi feedback recentemente foi a verificação da taxa de colocação porque no mundo da colocação SMT, temos taxas de colocação por padrões IPC e todos fazem seus testes um pouco diferente. Então, esses caras pegaram a placa. E fazemos uma coisa onde colocamos fita adesiva dupla face e colocamos para verificar a colocação. Então, conseguimos verificar as taxas de colocação e os locais de colocação. Então, quando chegamos ao refusão. Usamos isso para vazios em componentes de terminação inferior, QFNs, transistores e os 008004s, que agora estão no seu telefone. E também usamos isso para desenvolver muitas regras de design, pads definidos por máscara versus metal baseados no tamanho do recurso, pads quadrados versus circulares, otimizando nossos designs de abertura para esses pads pequenos. Então, pessoalmente, fizemos muito com isso e muitos dos grandes CEMS e OEMs adotaram isso para usar como seus veículos de teste. Às vezes eles o modificam, os laboratórios de pasta usam. Então, teve muita quilometragem, mas foi originalmente projetado para o prazo de três a cinco anos e alcançamos esse prazo. Então, era hora de girá-lo.

Zach Peterson: Certo.

Zach Peterson: E é assim que chega ao Ultra HDI.

Chrys Shea: Claro. E agora que chegamos a 25 mil de linha e espaçamento, tenho certeza de que isso cria alguns desafios, certo? Um seria a densidade e então qual seria o outro desafio? Talvez digamos, os tamanhos dos pads.

Chrys Shea: Tamanhos de pad e densidade. Você acertou em cheio em ambos porque, bem, se eu te der as boas e más notícias, a boa notícia para os montadores é que não temos componentes menores que os 008004s. A má notícia é que estamos embalando-os em quantidades maiores e densidades mais altas, e até estamos reduzindo esses pequenos tamanhos de pad ainda mais abaixo do mínimo e máximo da condição de material da IPC para caberem todos na placa. Então, o que o Ultra HDI está trazendo para a montagem é apenas muito mais dos mesmos desafios em quantidades maiores. Sou engenheiro de processo SMT há 35 anos. As três certezas na minha vida são morte, impostos e miniaturização. Isso vem acontecendo há 35 anos e continuará vindo. E é o que nos mantém, não sei, intrigados, empregados e inspirados, eu acho.

Zach Peterson: Agora, isso é interessante. Você mencionou que os tamanhos de pad estão sendo reduzidos, abaixo dos mínimos da IPC, sob quais padrões isso se enquadra? Acho que 7351.

Chrys Shea: 7525.

Zach Peterson: Então a IPC não estava antecipando isso ou eles sempre esperam as pessoas fazerem as coisas e depois desenvolvem o padrão mais tarde?

Chrys Shea: Bem, porque os padrões são desenvolvidos com base na experiência, precisamos ter a experiência antes de podermos desenvolver o padrão. É meio que o dilema do ovo e da galinha.

Chrys Shea: E então, na placa de teste, se você puder apenas segurá-la para nós por um momento porque você a mostrou rapidamente na tela. Quero dar às pessoas apenas uma visão rápida e talvez uma descrição do que estamos vendo aqui. Mas o que estamos vendo aqui parece que temos muitos componentes diferentes. Estou assumindo que não há roteamento, mas temos pads e tudo para muitos componentes diferentes, todos organizados e alinhados em suas próprias áreas. Quais são alguns dos componentes que estão aqui? Sei que você mencionou passivos SMD muito pequenos, mas parece que há provavelmente alguns espaços para talvez QFNs.

Chrys Shea: Sim. Estes são BGAs de 05 com pitch de 0,5 milímetro. Estes são um pouco difíceis de ver. São BGAs de 0,4 milímetro. E descendo pelo lado estão os BGAs de 0,3 milímetro. Então aqui, temos QFN de 0,4, que é o pitch mais fino que podemos conseguir. E era uma placa legada onde tínhamos alguns 1206s, alguns 0603s, alguns 0402s, todos removidos para a próxima versão. Temos 0201s, 0105s, e nossos favoritos 0804s. Agora, esta placa era boa para testar pasta de solda, mas realmente não empurrava os níveis de miniaturização. Da maneira como a nova placa empurra os níveis de miniaturização ou os níveis de densidade de embalagem.

Zach Peterson: Ok. Encorajo qualquer um que esteja ouvindo no áudio a vir para o YouTube e conferir isso para que possam realmente ver como é uma dessas placas.

Chrys Shea: E se você quiser ver uma boa imagem dela, sheasmt.com. Se você for para a placa SMTA, há algumas fotos bonitas dos lados superior e inferior.

Zach Peterson: Lá vamos nós. Perfeito. Uma coisa que estou me perguntando aqui é que estamos falando de um veículo de teste que parece ter sido bastante utilizado nos últimos anos. Quão comum é para um fabricante usar esses tipos de placas para talvez qualificar seu processo seja para fabricação de alto volume ou alta complexidade?

Chrys Shea: Os grandes CEMs, os de primeiro nível, todos têm seus próprios veículos de teste internos. Os de segundo nível para baixo geralmente não têm. Então, comprar esta placa por cerca de $30 é muito mais econômico do que usar uma de suas próprias placas de produção. E ela tem muito mais testes. Na verdade, há 25 testes diferentes de pasta de solda e DOE embutidos nesse design. Então, é mais rápido, mais barato e mais eficiente. O que não amar?

Zach Peterson: Então isso é interessante. Eles estão usando um veículo de teste, mas eu pensaria que, pelo menos para controle de qualidade, eles poderiam realmente usar uma das placas de produção ou talvez apenas as camadas superficiais de uma placa de produção, porque eles não precisam de toda a roteirização interna. Eles realmente só precisam dos pads se tudo o que estão tentando fazer é qualificar a soldagem, correto?

Chrys Shea: Exatamente, exatamente. E esses são realmente roteados para dedos de ouro. São todos componentes em cadeia daisy e são roteados para dedos de ouro. Então, você pode colocá-lo em uma câmara de ciclagem térmica para comprovar seu processo de soldagem.

Zach Peterson: Entendi, entendi. Ok. Então, parece que praticamente todo montador vai precisar de algum tipo de veículo de teste para comprovar seu processo em algum nível e então eles podem ir de forma confiável aos seus clientes e dizer, Ei, nós podemos fazer 0201s, 0105s.

Chrys Shea: Exatamente, exatamente. E é muito mais fácil fazer isso em um veículo de teste do que na placa do seu cliente, que pode ser consignada ou na sua própria placa miniaturizada, que sabemos que estão mais na faixa de custo mais alto do que suas placas padrão. Então, apenas faz sentido para muitas pessoas usar isso. E às vezes usamos isso para avaliar um processo para ver quão fino um pitch um fabricante contratado pode ir. Talvez eles estejam qualificados em 05 BGA, marginalmente em 04 e sem capacidade em 03. Então, é bom poder avaliar isso para que eles possam se comunicar melhor com seus OEMs sobre quais são suas capacidades ou onde precisam melhorar.

Zach Peterson: Então agora, no novo veículo de teste, o novo veículo de teste, parece que, está realmente aumentando a densidade para um novo nível, certo? Já chegamos a 008004, agora está realmente compactando-os em um espaço pequeno. Então, como é esse novo veículo de teste?

Chrys Shea: Deixe-me compartilhar minha tela.

Chrys Shea: Ok.

Chrys Shea: E mostrar o que temos aqui. No momento, estou me referindo a isso como o mecânico porque só temos nossas camadas superiores e compartilharemos a visão para as camadas internas. Você pode ver isso agora? Este é o nosso novo veículo de teste SMTA para ver. Agora estamos na revisão 2.3 da 2.1.

Zach Peterson: Então, realmente rápido para todos que estão ouvindo no áudio, vemos o mesmo tipo de coisa. Temos agrupamentos de componentes em diferentes regiões da placa. Novamente, parece que muitos desses mesmos tipos de componentes. E eu até vejo o que parece ser alguma rotação de alguns desses grupos de componentes.

Chrys Shea: Sim. A miniaturização está nos trazendo muito mais, o que nos referimos na montagem como colocação fora do eixo. A maioria das nossas colocações historicamente tem sido a zero ou 90 horizontal ou vertical. Mas à medida que entramos em embalagens mais e mais densas, estamos vendo muito mais em 45s, alguns aqui em 30 e 60 graus, mas não os colocamos na placa. E sempre há aquele ângulo ímpar em algum lugar onde apenas 17 graus caberiam. O problema com as colocações fora do eixo não é necessariamente a impressão ou a colocação ou o refusão. Esses ainda são bastante diretos. Mas entramos em problemas quando temos essa embalagem densa e essas colocações fora do eixo e procuramos por inspeção automática. A inspeção óptica automática não foi desenvolvida ao longo dos anos para colocação fora do eixo. Então, nos deparamos com coisas como sombreamento e temos componentes pequenos. Então, isso vai nos ajudar a refinar nossos algoritmos para o futuro.

Zach Peterson: Entendo, entendo. Ok. Então, que tipos de coisas temos nesta placa aqui? Parece que no topo temos alguns dos BGAs.

Chrys Shea: Sim. E deixe-me explicar um pouco por que alguns desses layouts parecem um pouco curiosos para nós. Há uma situação na impressão de pasta de solda com estêncil que chamamos de efeito de borda líder. Os primeiros pads e qualquer direção de passada do rodo de estêncil sempre têm uma enorme quantidade de variação, muito mais do que a terceira ou quarta fileira de pads. E isso é porque precisamos fazer com que essa pasta comece a rolar e seja cortada, e simplesmente não conseguimos cortá-la o suficiente até atingirmos as primeiras fileiras. Então, documentamos o efeito de borda líder. Algumas das empresas de impressoras de estêncil introduziram recursos para tentar superá-lo. Mas o que estamos fazendo aqui é escalonar os BGAs e colocar pads falsos na frente para que possamos quantificar absolutamente o efeito de borda líder. E uma vez que o quantificamos, então podemos abordá-lo através de estênceis, rodo, variáveis da máquina. Então, este é o primeiro veículo de teste que temos onde podemos realmente focar nos efeitos de borda líder. Então, você verá que temos 1, 2, 3, 4 desses BGAs 04 bem onde os colocaríamos na borda líder. E deslocamos estes três e adicionamos os pads falsos. E o que acabaremos vendo quando imprimirmos isso é que a fileira A1, fileira A neste dispositivo imprimirá muito melhor do que a fileira A naquele dispositivo. Quanto melhor? Isso é o que vamos descobrir quando começarmos a executar isso.

Zach Peterson: Se eu puder, quando você diz melhor, imprimir melhor, o que exatamente isso significa?

Chrys Shea: E imprimir, o nome do jogo é reduzir variação.

Zach Peterson: Entendi, ok.

Chrys Shea: Quando olhamos para nossos volumes de depósito de pasta de solda, queremos que todos estejam dentro... Usamos o que chamamos de coeficiente de variação. Queremos tudo dentro de 10% da média. E isso significa que nosso processo está sob controle. Se tivermos variações que são mais de 15% da média, significa que nosso processo está fora de controle. Quando estamos fazendo coisas tão pequenas, precisamos que nosso processo esteja sob controle.

Zach Peterson: Claro. Então, aquela fileira superior nesses BGAs, onde está na direção de deposição, essas seriam atingidas primeiro.

Chrys Shea: Sim.

Zach Peterson: Melhor apenas significa que essa fileira se parece muito mais com todas as outras fileiras. Sim, então o que temos aqui na tela são alguns gráficos. Temos um gráfico de barras e temos um gráfico de linhas que, eu acho, está quantificando a variação devido ao efeito de borda líder em BGAs.

Chrys Shea: Exatamente. E isso foi em BGAs de 0,4 milímetros da versão antiga da placa. Agora que temos uma nova versão, esta é de repente a antiga. E você pode ver a fileira um, quando se tratava de deposição de pasta de solda, era um pouco mais leve do que a fileira dois ou fileira três. Essas foram com diferentes limpezas, mas também você vê a variação na fileira um, mesmo a melhor estava fora de controle. Estávamos em cerca de 18%. Esta é uma variação de 25%, esta é uma variação de 30%. Quando chegamos à fileira três, estamos praticamente de volta ao controle. Queremos menos de 10, estamos ok com menos de 15. Então, temos os pontos verdes e amarelos lá. Então isso realmente ilustra que a primeira fileira está fora de controle. A diferença nos depósitos é grande demais. E vamos acabar com aberturas ou curtos, principalmente aberturas naquela primeira fileira. Uma vez que chegamos à terceira, estamos em ótima forma.

Zach Peterson: Então, a mensagem aqui para o designer é basicamente dizer, ei, designer, você precisa adicionar pelo menos duas fileiras de pads falsos ao longo dessa direção de impressão? Ou isso é algo que o-

Chrys Shea: Ah, se ao menos eu pudesse.

Zach Peterson: Isso é algo que o montador tem que entrar e fazer depois do fato? Porque eu posso imaginar uma placa realmente complexa, muito densa que chega e está sendo revisada e alguém diz, "Ei, designer, você precisa adicionar esses pads aqui." Ah, desculpe, isso significa que esses 50 componentes agora precisam recuar um milímetro, o que quando você está no HD... Quero dizer, mesmo na região de complexidade padrão pode ser um divisor de águas para você.

Chrys Shea: Sim, sim. Eu posso perguntar, mas sei que não vou conseguir. Então, o que fazemos no domínio da impressão é, à medida que as coisas se tornam densas, estamos realmente começando a testemunhar cada vez mais. Isso tem sido, digamos, uma lenda entre os engenheiros de processo por pelo menos 10 anos. E agora estamos vendo isso cada vez mais. Então, agora estamos testando isso cada vez mais. Não podemos adicionar pads. Nossa, se ao menos pudéssemos. O que fazemos é coisas como acelerar a velocidade da espátula até chegarmos à área de impressão, para conseguirmos um pouco mais de cisalhamento, ou começamos a mover a espátula mais longe da área de impressão para conseguirmos um pouco mais de movimento e obter um pouco mais de cisalhamento. E eu tenho uma ideia que ainda não posso compartilhar, mas há uma solução para esse problema aqui. Se eu simplesmente fechar, não poderei patentear. Então, vamos falar sobre isso daqui a pouco.

Zach Peterson: Ok. Ok. Depois que você conseguir essa patente, vamos ter você de volta para falar sobre isso com certeza porque parece interessante.

Chrys Shea: Certo.

Zach Peterson: Então, uma coisa que notei no veículo de teste foram aqueles BGAs. A maior parte dessa área central é esculpida no veículo de teste e não há pads. Mas se você olhar para a maioria dos componentes BGA, eles realmente preenchem todo o lado inferior do pacote com pads. Então, por que o veículo de teste foi projetado de forma que esse quadrado central de pads foi omitido?

Chrys Shea: Isso é projetado dessa maneira porque estamos usando componentes fictícios e é assim que os componentes fictícios são projetados. Acredite, quando olhamos para três fileiras na periferia ou na verdade esta é a única, quatro fileiras na periferia, isso é suficiente para nós lidarmos. Se viermos aqui e olharmos para o BGA 03, você vê muito mais densidade e também vê os pads nos iOS no meio.

Zach Peterson: Entendi. Ok. Então, eu estava olhando para os BGAs errados.

Chrys Shea: Bem, vemos todos os tipos diferentes de BGAs. Depende. Mas para nossos propósitos, porque queremos mostrar continuidade elétrica, precisamos usar os que são em cadeia.

Zach Peterson: Sim, isso é muito interessante. E então vejo que você também ainda tem os dedos de ouro ao longo das bordas também.

Chrys Shea: Sim. Sim. Então, a maioria desses componentes tem uma única cadeia que se conecta aos dedos de ouro porque isso é tão desafiador, eles realmente têm duas cadeias, uma para a matriz ou array periférica e uma para a matriz interna. Porque o que fazemos é colocá-los em câmaras, os ciclamos termicamente, monitoramos a resistência e podemos prever quando uma junta está rachando.

Zach Peterson: Sério?

Chrys Shea: Sim.

Zach Peterson: Ok, apenas observando a resistência em tempo real.

Chrys Shea: Sim, sim. Porque à medida que a rachadura se propaga pela junta, a área de seção transversal que está conduzindo a eletricidade, fica menor-

Zach Peterson: Começa a diminuir.

Chrys Shea: E daí é só voltar para a física do ensino médio.

Zach Peterson: Ok, isso faz sentido. Isso faz sentido. Então isso seria apenas para juntas na superfície, certo? Isso não é como uma característica interna como uma microvia.

Chrys Shea: Não, não é. Mas você acabou de tocar na beleza deste redesenho e usando a cadeia. Quando nós encadeamos esses, você verá todas as conexões estão na camada superior agora e as outras conexões são feitas dentro do componente. Minha visão para esta placa é nós perfurarmos vias e pads, colocarmos algumas vias cegas, nos conectarmos internamente e talvez até através de algumas vias enterradas e então voltarmos para os pads. Então, em vez de ter esse pequeno traço ligando estes, nós realmente perfuraríamos, passaríamos pelo interior da placa e voltaríamos para cima, substituindo a superfície.

Zach Peterson: Certo. Então, para quem está ouvindo apenas o áudio, temos pequenas trilhas conectando pads vizinhos. Mas o que você está falando é, vamos nos livrar das trilhas, vamos colocar microvias nos pads.

Chrys Shea: Exatamente.

Zach Peterson: E possivelmente até empilhar microvias cegas e enterradas nos pads.

Chrys Shea: Sim. Sim, sim, sim, sim, sim, sim. O mundo é nossa ostra. Podemos tentar todos os tipos diferentes de coisas. Idealmente, eu gostaria de tentar um tipo de conexão em um perímetro com arranjo e depois outro tipo no próximo e outro tipo no próximo, porque isso facilitará para nós descobrirmos onde nossas aberturas aparecem.

Zach Peterson: Certo. Porque então, eu acho, alguém poderia fazer, tipo, apenas uma linha ao longo da placa onde eles precisariam cortar para fazer uma microseção.

Chrys Shea: Sim, sim.

Zach Peterson: Entendi. Ok. Então você tem, digamos, 25 diferentes testes de microseção incorporados em uma única parte do cupom.

Chrys Shea: É lindo, não é?

Zach Peterson: Sim, sim. Isso é realmente legal.

Chrys Shea: Uma das coisas que fazemos é projetar muitas oportunidades de DOE e exploração nesses veículos de teste.

Zach Peterson: Você recebe pedidos para veículos de teste personalizados?

Chrys Shea: Sim, recebemos. Vejo o logo da SMTA aqui, mas eu poderia imaginar... Digamos que a Lockheed Martin queira seu próprio veículo de teste. A Raytheon quer seu próprio veículo de teste.

Chrys Shea: Trabalhei com vários montadores no veículo de teste original. Quando eles querem personalização, conseguimos fazer. E se você olhar bem aqui neste grande espaço aberto que estou mostrando, chamamos isso de green acres.

Zach Peterson: Green acres. Ok.

Chrys Shea: Green acres. Então podemos colocar qualquer coisa que alguém queira lá embaixo. O logo da SMT na placa, temos um acordo de royalties. 10% do preço de compra de qualquer uma de nossas placas vai para a SMTA para fomentar a próxima geração de engenheiros para o desenvolvimento da força de trabalho e jovens profissionais. Então, estamos realmente orgulhosos disso porque amamos trazer os jovens para cima.

Zach Peterson: Sim, sim. Eu acho extremamente importante e acho ótimo que você esteja fazendo isso. Uma coisa aqui também à esquerda, novamente, para quem está ouvindo apenas o áudio, parece haver uma seção nesta placa que é separada da placa principal usando alguns mouse bytes. Por que você tem essa outra seção destacável nesta placa de teste?

Chrys Shea: Isso é realmente legal. A resistência de isolamento superficial torna-se cada vez mais importante à medida que os tamanhos dos recursos diminuem e os vieses aumentam. Então, em resumo, a resistência de isolamento superficial é a condutividade dos seus resíduos de fluxo ou quaisquer resíduos que foram deixados para trás. Quando estamos usando sinais de alta velocidade, podemos obter muito diafonia. Quando estamos em ambientes agressivos, névoa salina, coisas assim. Podemos obter crescimento dendrítico, particularmente em ambientes úmidos. Então, temos alguns designs de cupom de teste IPC para resistência de isolamento superficial, mas eles são indicativos de nossa indústria de 10 a 15 anos atrás. Agora que estamos entrando na miniaturização e espaço e traço de 25 mícrons, temos que repensar nossas coms SIR. Então, o que fizemos foi reservar este espaço em ambos os lados da placa para alguns testes de resistência de isolamento superficial em desenvolvimento. E enquanto você não pode vê-los deste lado, o verso desta aba é dourado para que possamos conectá-los às câmaras SIR, executá-los sob calor, umidade e diferentes vieses, e monitorar a continuidade, e ver quando obtemos os curtos.

Zach Peterson: Entendi. Ok, isso faz todo o sentido. Eu até estava meio que visualizando em minha mente, uma vez que você começa a fazer microvia em pad, isso também poderia ser sua própria região destacável. Dessa forma, você poderia apenas microseccionar essa parte dela enquanto deixa o resto intacto.

Chrys Shea: Sim, sim, podemos. Com certeza.

Zach Peterson: Certo. Faz muito sentido. Então, eu acho que à medida que mais capacidade de embalagem UHDI volta para os Estados Unidos, muitas fábricas vão, claro, tentar atualizar suas capacidades para aproveitar esse novo mercado. E já estamos vendo isso um pouco. Quero dizer, você tem a ASC e acho que a Calumet que têm seguido essa direção e provavelmente vão olhar para MSAP ou SAP como a técnica de processamento avançado para fabricação. Então, onde um veículo de teste como este se aplica nesta área? Aplica-se na parte de microvia e pad onde você tem que então fabricar essas interconexões verticais?

Chrys Shea: Aplica-se lá. E, na verdade, aplica-se em vários outros lugares também. Se você olhar para esses pacotes de nível de wafer aqui, não podemos criá-los com um processo de gravação subtrativa.

Zach Peterson: Certo.

Chrys Shea: Podemos tentar, mas não vamos fazer um bom trabalho nisso. Certo. Essas coisas precisam ser feitas de forma aditiva ou semiaditiva. Estivemos trabalhando com a ASC em alguns desses elementos de design e planejamos incluir muito mais à medida que avançamos na placa.

Zach Peterson: Certo. Então, isso não é apenas um veículo de teste de PCB. Agora, isso é realmente um veículo de teste de embalagem também.

Chrys Shea: Sim, sim. Estou ansioso para colocar algumas camadas internas Ultra HDI aqui para verificar microvias em pads, vias enterradas, vias cegas, vias enterradas empilhadas. Acho que vai ser realmente, realmente esclarecedor para muitos de nós. E estamos falando não apenas sobre testar o processo de fabricação, mas os diferentes materiais que vêm dos diferentes fornecedores de laminados para que possamos entender quais são mais compatíveis do que outros quando começamos a ir para níveis mais altos de produção em Ultra HDI.

Zach Peterson: Sim, eu totalmente negligenciei o lado do material porque sei que os materiais de construção vão se tornar mais importantes. Ainda estou meio que esperando por algo para substituir... O que é mesmo? Filme de construção Ajinomoto para embalagem. Então, isso parece ser o veículo perfeito para começar a testar algo assim.

Chrys Shea: É. E é emocionante porque eu sei o suficiente sobre fabricação para ser perigoso, mas sou realmente especializado em montagem, então agora estou me aprofundando um pouco mais em fabricação e Ultra HDI. E é uma experiência de aprendizado maravilhosa para mim, assim como provavelmente para todos os outros na indústria. Uma das coisas que planejamos fazer é, se eu puder dar zoom nestes capacitores e resistores, estes também são componentes fictícios e planejamos eletrificá-los. Agora, temos pontos de teste para que o montador possa medi-los e ver se acertou todas as suas junções. Mas o que queremos fazer é perfurar na placa, vamos adicionar uma bateria e alguns LEDs. Assim, você pode dizer instantaneamente se sua fabricação e sua montagem funcionam. É meio que um mini teste em circuito na placa.

Zach Peterson: Ah, entendi. Então eles teriam a placa energizada e, enquanto estiver funcionando, eles poderiam ver os LEDs.

Chrys Shea: Sim. Isso vai dizer se você montou corretamente, também vai dizer se você fabricou corretamente. Eu realmente pensei que essa era uma boa ideia porque é um pouco tedioso pegar um multímetro e começar a medir isso. É muito mais divertido apertar o interruptor e ver o que acende. Vamos lá.

Zach Peterson: Voltando por um momento apenas para o microvia e pad, quais tamanhos você está visando? Porque você mencionou ir para um pitch de 0,3 milímetro, certo? E claro, isso diminui o tamanho do pad. Estou apenas me perguntando quão pequeno você planeja ir com microvia e pad?

Chrys Shea: Eu adoraria poder responder isso, mas não é minha especialidade. Essa é uma pergunta para o John na ASC.

Zach Peterson: Então eles são os que estão escolhendo os lasers e vão saber quão fino eles podem furar.

Chrys Shea: Sim, eles são os especialistas em fabricação, definitivamente.

Zach Peterson: Claro.

Chrys Shea: Sim.

Zach Peterson: Parece que vai haver um veículo de teste com o logo da ASC e esse é o seu painel de teste para fabricação, bem como montagem.

- Sim. Na verdade, na conferência Ultra HDI, você verá um protótipo inicial deste painel que foi fabricado pela ASC. que estava em galvanização ontem ou anteontem. Então, o John vai trazê-los para o simpósio Ultra HDI com ele. Uau, deveríamos convidá-lo para falar sobre isso. Seria bem interessante. Certo.

Chrys Shea: Quer ver algumas das outras características que colocamos aqui? Elas são mais relacionadas à montagem.

Zach Peterson: Sim, com certeza. Adoro a sessão de mostrar e contar.

Chrys Shea: Ok. Novamente, chamamos isso de "poder das flores" porque quando são energizados, eles vão acender e eles meio que parecem flores. Se nos movermos-

Zach Peterson: Ah, ok. Então, estes são os arranjos de-

Chrys Shea: Capacitores e resistores.

Zach Peterson: Sim, capacitores e resistores. Então diz capacidade mínima, resistor mínimo, e então você tem... Pareciam seis no total.

Chrys Shea: Sim. E então temos as pegadas IPC nominais, as pegadas IPC de condição máxima de material e as pegadas IPC de condição mínima de material. E o que eu descobri em estudos anteriores é que, quando comparamos nominal, máximo e mínimo, obviamente o máximo oferece a melhor qualidade de saída. Mas se estamos buscando miniaturização, não podemos usar os pads máximos. Temos que encaixar isso. Então, fizemos testes tanto em resistores quanto em capacitores e esses tamanhos onde comparamos os três tamanhos de pads. E embora o máximo seja ótimo, simplesmente não é viável na maioria dos designs. A diferença entre máximo e nominal nas taxas de defeito é bem pequena em relação à diferença nas taxas de defeito entre nominal e mínimo. Quando você atinge o mínimo, você realmente aumenta as taxas de defeito. Então, o que determinamos ao longo dos anos é que o nominal é praticamente o melhor. Se você tivesse espaço para o máximo, não estaria usando essas peças pequenas. E o que isso vai nos permitir fazer agora é regras de GFM para determinar nesses componentes menores. Precisamos do nominal? Precisamos do mínimo? Podemos tomar uma decisão educada quando estamos projetando nossa placa, se queremos aceitar as taxas de defeito mais altas ou queremos aceitar o menor espaço. Vai nos dar muita visão sobre design para fabricação.

Zach Peterson: Agora, sobre o aumento das taxas de defeito quando você vai para o tamanho mínimo de footprint ou tamanho de pad, eu deveria dizer, quais exatamente são esses defeitos? São pouca solda, muita solda? É tipo tombamento ou deslocamento que deixa um aberto?

Chrys Shea: Temos tombamentos, temos desvios, temos bolas de solda no meio do caminho, temos não molhados.

Zach Peterson: Parece que há uma lista completa.

Chrys Shea: Há. Há. Provavelmente são seis formas diferentes.

Zach Peterson: Você pega a maioria delas, certo?

Chrys Shea: Sim, sim. Provavelmente são seis formas diferentes que usamos de códigos de defeitos, então sim. Nossa, estou tentando lembrar do estudo, mas digamos aqui, podemos estar em 1000 PPM. Aqui, podemos estar em 2000 PPM. Aqui, estamos tipo cinco ou seis. Foi uma diferença enorme, enorme.

Zach Peterson: Uau, ok.

Chrys Shea: Sim, eu teria que voltar e olhar os números do estudo, mas foi uma diferença muito notável. Então, nossa lógica nos disse para não usar o máximo, usar o nominal, tentar não usar o mínimo.

Zach Peterson: Então, realmente parece que os montadores precisam ter algum tipo de estratégia aqui para o que vão fazer quando começarem a encontrar mais placas que usam pads até abaixo do tamanho mínimo padrão da IPC.

Chrys Shea: E sabe de uma coisa, estou trabalhando em placas agora que usam até abaixo do mínimo da IPC simplesmente porque precisamos obter a densidade.

Zach Peterson: Qual é o plano? Existe um plano ou é apenas vamos fazer alguns experimentos e ver o que acontece?

Chrys Shea: É chamado de bater no engenheiro de processo até que os defeitos diminuam. O ponto principal na minha mente, sendo um discípulo de DFM, é ter a discussão antecipadamente com os designers, para sabermos o que esperar.

Zach Peterson: Isso é justo.

Chrys Shea: Se temos que lidar com o mínimo, vamos para a linha e descobrimos como lidar com o mínimo, ou começamos a brincar com nossos parâmetros de processo nesta placa para não desperdiçarmos placas de produção.

Zach Peterson: Bem, quero dizer, isso é justo, mas acho que o que muitos designers farão é que sempre dizemos aos designers como, "Vá falar com seu fabricante", mas eles provavelmente só falam com o fabricante. E então, quando há um problema ou um defeito na montagem, o fabricante e a montagem estão apontando os dedos um para o outro e então o designer está apontando os dedos para ambos e é como, bem, de quem é a culpa?

Chrys Shea: Exatamente. E então, com uma montagem, apontamos os dedos de volta e para frente entre o equipamento e os materiais também.

Zach Peterson: Ok, isso é justo. Sim. E eu acho que a montagem provavelmente fica com a pior parte porque eles provavelmente não são consultados tão frequentemente quanto deveriam.

Chrys Shea: Não, é meio que como estar no final do chicote. Tudo se acumula e multiplica e você recebe tudo no final.

Zach Peterson: Então algo que poderia ter sido um defeito de fabricação não se torna perceptível até que crie um defeito de montagem e então todos dizem, bem, é culpa do montador.

Chrys Shea: Exatamente, exatamente, exatamente. Na verdade, eu tenho uma apresentação que costumava dar para reuniões da SMTA chamada Ressacas de Fabricação e é exatamente isso. Como engenheiro de processo na linha de montagem, você pode passar uma semana rastreando um problema apenas para descobrir que estava na fabricação.

Zach Peterson: Sério? Quão comum é isso?

Chrys Shea: Mais comum do que você pensaria. Algumas das coisas com as quais nos deparamos extremamente frequentemente são sobre gravação de pads. Então, estamos tentando ajustar nossa abertura de estêncil de oito mil em um pad que deveria ser de oito ou nove mil, mas está chegando a seis porque-

Zach Peterson: Ok. Ok, então você-

Chrys Shea: A gravação ácida.

Zach Peterson: Você projetou o processo para, digamos, nominal, mas na realidade vem abaixo do nominal.

Chrys Shea: Sim. E muito disso é apenas por causa do efeito trapezoidal da gravação ácida.

Zach Peterson: Claro.

Chrys Shea: Então, vemos isso o tempo todo. Outro grande problema que vemos o tempo todo é o desalinhamento da máscara de solda.

Zach Peterson: Ah claro, sim.

Chrys Shea: Quando a máscara de solda sobe na almofada, é muito difícil imprimir e soldar também, e vemos isso o tempo todo. Na verdade, se você olhar para este teste aqui, o que fizemos foi misturar almofadas definidas por máscara e metal porque na montagem, queremos todas definidas por máscara ou todas definidas por metal. Não queremos a mistura, mas isso não foi realmente comunicado aos designers. Então, pegamos isso e misturamos algumas máscaras e metal. Você não pode ver a camada de máscara. Estou mostrando apenas a camada de cobre agora. E então, desviamos a máscara de solda. Então, isso está deslocado por um mil em X e Y. Isso está deslocado por dois mil em X e Y. E isso está deslocado por três mil em X e Y. Na verdade, deixe-me ligar a máscara, para você poder ver-

Zach Peterson: Sim, eu ia dizer para ligar a máscara. Então, para aqueles que estão ouvindo apenas o áudio, temos algumas dessas impressões de BGA aqui. Mas então, quando você liga a máscara, você pode realmente ver o que normalmente seria essa disposição de almofadas e então é sobreposta a abertura da máscara que você normalmente veria como em um Altium Designer. E então essa abertura da máscara está deslocada apenas um pouco por essas quantidades, um mil, dois mil e três mil.

Chrys Shea: Sim. Então, esse é o três, que é o pior caso. Este é o dois. E normalmente chamamos de dois a três mil de registro em nossas especificações, mas vemos um bom registro saindo de lojas de alto volume. Não necessariamente vemos um bom registro nas lojas de menor volume. Então, foi por isso que decidimos colocar isso aí. E, na verdade, um engenheiro de processo muito, muito bom da ASMPT sugeriu isso porque eu tenho pedido às pessoas por situações da vida real e nós o nomeamos em homenagem a ele. Seu nome é Jeff Shake e estamos chamando isso de agitar os BGAs.

Zach Peterson: Esta é a primeira vez que ouço falar de um processo nomeado em homenagem a uma pessoa muito conhecida na indústria.

Chrys Shea: Bem, nós realmente-

Chrys Shea: Esperamos em breve ter o processo Hartley.

Chrys Shea: Lá vamos nós. Bem, acontece que na placa original, acabamos apelidando algumas das seções como os BGAs 04, chamamos de jogo da velha e essas coisas. Então, desde o início aqui, decidi nomear as seções. Por exemplo, isso aqui chamamos de beco do tombstone. Isso é outra coisa que é um item relacionado ao DFM que simplesmente não é comunicado aos designers. Estes são capacitores e os capacitores adoram tombstone e é por causa de diferenciais térmicos através do dispositivo. O que normalmente vemos é uma almofada definida por metal de um lado do capacitor e uma almofada definida por máscara do outro. Deixe-me ver se consigo trazer a máscara para cá.

Zach Peterson: Então, para todos que estão ouvindo, o que temos aqui são algumas grandes regiões de cobre e então temos alguns componentes SMD alinhados ao redor da borda dessas regiões de cobre. E vejo aqui que temos alguns desses SMDs com uma fixação térmica e alguns deles não. E acho que isso é meio que uma comparação lado a lado do número de defeitos que você esperaria ver.

Chrys Shea: Exatamente. Novamente, isso nos dá as métricas de qualidade para ter a conversa com os designers e os proprietários do produto. Você quer arriscar os defeitos ou pode colocar o alívio térmico?

Zach Peterson: Agora, aqui está uma coisa que eu estava morrendo de vontade de perguntar a alguém sobre exatamente o que você está mostrando aqui com tombstone. Se você for online e começar a ler sobre DFA, começar a ler sobre DFM, começar a ler sobre defeitos de montagem, é quase obrigatório que alguém diga tombstoning. Quero dizer, eles falam sobre isso como se fosse a coisa mais comum e você precisa de térmicos em todos os lugares. E não importa o que você faça, se você não tiver um térmico, você vai ver tombstone. Quão comum é isso, realmente? Sinto que é falado como se fosse mais comum do que realmente é.

Chrys Shea: Eu acho que você está certo, porque quando fazemos testes de tombstoning, para obter bons tamanhos de amostra, literalmente fazemos centenas de milhares de junções. Novamente, o tombstoning é, em grande parte, devido a esse tipo de cenário onde você tem um desequilíbrio térmico, e eles realmente vão tombstone, ou pelo menos é o que esperamos. Outra coisa que também temos encontrado ultimamente é que, se você controlar o tombstone, pode acabar com uma boa junta de solda no seu lado definido pelo metal e uma junta fria no seu lado definido pela máscara.

Zach Peterson: Entendo.

Chrys Shea: Então, mesmo que não seja um tombstone, ainda assim requer retrabalho. Toda vez que retrabalhamos uma placa, reduzimos sua confiabilidade.

Zach Peterson: Certo. Isso faz sentido.

Chrys Shea: Tentamos evitar isso a todo custo. Construímos essas alamedas de tombstone para nossos capacitores 0201, nossos capacitores 0105 e nossos capacitores 0804. Os capacitores têm muito mais probabilidade de tombstone do que resistores porque eles têm terminações de cinco lados e o mecanismo pelo qual o tombstone ocorre é o solda derretida molhando uma extremidade e a tensão superficial simplesmente puxando-a para cima. Então, qual lado derrete primeiro é a base do tombstone. Resistores não tombstone tanto porque eles só têm três lados de metalização. Então, não há metalização suficiente para... Não tanto, deixe-me dizer, metalização para a pasta de solda agarrar. Mas agora temos esse novo fenômeno que acabamos de projetar aqui embaixo, e configuramos de forma semelhante à alameda de tombstone. Falei com três montadores diferentes no último mês que estão lidando com diodos Zener terminados em baixo. São pacotes 0201 ou 0105, e eles têm terminações inferiores muito pequenas e são muito leves. Então, o que acontece é, novamente, o lado que derrete primeiro, a solda puxa. Ela não puxa para cima porque é terminada em baixo, ela puxa lateralmente, e você verá todos esses desvios pelo mesmo grau na mesma direção quando eles têm desequilíbrios térmicos.

Zach Peterson: Interessante que todos façam a mesma coisa.

Chrys Shea: Sim, sim. E fizemos coisas onde mudaremos a orientação na máquina, ou mudaremos a orientação no forno de refusão, ou a rodaremos a 90 em vez de zero e todos ainda assim desviam na mesma direção. Então, estou convencido de que é devido a diferenciais térmicos e é por isso que coloquei estes nesta revisão da placa.

Zach Peterson: Só temos mais alguns minutos, mas uma última pergunta que queria te fazer. Quais são alguns dos outros testes que serão realizados que podem ser exclusivos para um veículo de teste UHDI?

Chrys Shea: Estamos planejando colocar aqui uma janelinha realmente interessante, onde temos tamanhos de trilhas decrescentes e uma janela de máscara para que você possa realmente ver. Agora, também esta placa, para mantê-la econômica em duas camadas para os montadores, estamos usando trilhas de cinco mil.

Zach Peterson: Claro. Como você sabe com a Altium, podemos instantaneamente entrar lá e transformá-las todas em trilhas de um mil.

Zach Peterson: Ah sim, sim.

Chrys Shea: Ou trilhas de dois mils ou três mils. Não deveria dizer que é apenas alguns cliques do mouse porque não quero insultar a beleza e sofisticação desta ferramenta, mas isso realmente ilustra a beleza e sofisticação da ferramenta que você pode entrar e dizer mude minhas trilhas para um mil, dois mils e ver como vai a fabricação. Estou realmente ansioso para fazer esta placa com o processo aditivo para que possamos ter esses pads planos agradáveis. Se fôssemos olhar para o lado inferior da placa, temos essas coisas chamadas de impressão para falhar. Então, no lado inferior da placa, temos essas coisas chamadas de impressão para falhar. E eles são de diferentes tamanhos, formas, e são definidos por máscara e metal. E sempre vemos o trapézio muito, muito claramente quando olhamos para os definidos por metal aqui. E eu mostrei fotos deles. Não tenho a apresentação à mão agora. Mas quando fizermos metade desses de forma aditiva e metade de forma subtrativa, vamos poder olhar para isso. Nossa, até mesmo sob uma luz anelar de 10x e ver a diferença. Como engenheiro de montagem, estou realmente ansioso por pads planos que são do tamanho certo. Não posso dizer o quanto estou ansioso por isso.

Zach Peterson: Como você mencionou, isso é extremamente importante, especialmente quando você começa a ir para níveis abaixo do padrão IPC. Então, estou ansioso para ver isso também.

Chrys Shea: Exatamente.

Zach Peterson: Tenho certeza de que à medida que tudo isso se desenvolve e você começa a provar isso, seria ótimo ter você de volta e podemos discutir mais sobre isso.

Chrys Shea: Eu adoraria voltar. Eu adoraria voltar com o Ultra HDI real onde, em vez de rotear na camada superior, estamos roteando nas camadas 2, 3, 6, 7.

Zach Peterson: 22.

Chrys Shea: Sim.

Zach Peterson: 27.

Chrys Shea: Sim, com certeza. Vamos perfurar tudo até o fundo e depois voltar para cima através de 10 camadas, 20 camadas. Quanto maior o desafio, mais divertido é.

Zach Peterson: Isso é incrível.

Zach Peterson: E acho que a maioria dos engenheiros dirá a mesma coisa.

Zach Peterson: Eu tenho a mesma atitude. Chrys, muito obrigado por estar aqui hoje. Isso foi super informativo. E eu encorajo qualquer um que esteja ouvindo no áudio, vá até o YouTube e assista ao vídeo. Você poderá ver tudo sobre o que estivemos falando. É uma experiência de aprendizado realmente ótima.

Chrys Shea: Muito obrigado por me receber.

Zach Peterson: Absolutamente, a qualquer momento. Para todos que estão ouvindo e assistindo, estivemos conversando com Chrys Shea, presidente da Shea Engineering. Certifique-se de conferir as notas do show. Você verá alguns ótimos recursos lá onde você pode aprender mais sobre todos os tópicos sobre os quais estivemos falando. Além disso, se você está assistindo no YouTube, certifique-se de clicar no botão Inscrever-se, clicar no botão Curtir e você poderá acompanhar todos os nossos tutoriais e episódios do podcast à medida que são lançados. Por último, mas não menos importante, não pare de aprender, mantenha-se no caminho certo, e nos veremos na próxima vez. Obrigado, pessoal.