Обсуждение Ultra HDI: Крис Ши, миниатюризация печатных плат и предстоящие вызовы

В этом эпизоде подкаста OnTrack ведущий, технический консультант Зак Петерсон, исследует революционный мир Ultra HDI вместе с Крис Ши, президентом Shea Engineering. Они раскрывают будущее пайки печатных плат и миниатюризации, освещая сложные вызовы, стоящие перед нами, и прорывы, которые уже не за горами. Крис, известная своим опытом, делится бесценными знаниями о разработке тестовых стендов для пайки и преодолении сложностей сборки Ultra HDI. Этот разговор обещает глубокое понимание передовых достижений, формирующих будущее производства электроники.

Не пропустите экспертные рекомендации и инновационные стратегии, представленные Крис Ши, ведущим голосом в мире сборки SMT и проектирования печатных плат.

Слушайте эпизод:

Смотрите эпизод:

 

Основные моменты:

• Представление Крис Ши, президента Shea Engineering, обсуждение ее участия в разработке тестовых стендов для пайки, особенно сосредоточение на Ultra High-Density Interconnect (UHDI).
• Обсуждение важности наличия плана заранее, особенно в отношении устранения дефектов и соображений DFM (Design for Manufacturability).
• Биография Крис Ши как инженера по процессам сборки SMT (Surface Mount Technology) и ее переход к независимому консалтингу, специализирующемуся на пайке.
• Обзор тестового стенда, разработанного для печати паяльной пасты, и его эволюция для адаптации к различным процессам пайки и размерам компонентов, включая BGAs, QFNs и меньшие пассивные компоненты.
• Представление нового тестового стенда для сборки UHDI, подчеркивающего увеличенную плотность и вызовы, такие как размещение вне оси и эффект переднего края при печати через трафарет.

Дополнительные ресурсы:

• Свяжитесь с Крис на LinkedIn
• Узнайте больше о Shea Engineering Services
• Прочитайте эту статью, чтобы узнать о процессе сборки для миниатюризации и технологии Ultra HDI
• Эксклюзивный 15 дней бесплатного доступа к Altium Designer

Транскрипт:

Зак Петерсон: Какой план? Есть ли план или это просто мы собираемся провести некоторые эксперименты и посмотреть, что получится?

Крис Ши: Это называется избивать инженера по процессам до тех пор, пока не удастся снизить количество дефектов. Главная цель, на мой взгляд, будучи приверженцем DFM, заключается в том, чтобы заранее обсудить с дизайнерами, чего нам ожидать.

Зак Петерсон: Всем привет, и добро пожаловать в подкаст Altium OnTrack. Я ваш ведущий, Зак Петерсон. Сегодня мы будем говорить с Крис Ши, президентом Shea Engineering. Крис занимается разработкой тестовых устройств для пайки. И мне очень интересно узнать о том, что она делает, и о некоторых её работах, связанных с UHDI. Крис, большое спасибо, что присоединились к нам сегодня.

Крис Ши: Спасибо, Зак, что пригласили меня. Я действительно ценю эту возможность.

Зак Петерсон: Конечно. Мы рады видеть вас здесь. Я много раз говорил, что старался сделать своей целью узнать немного больше о том, что происходит с производством, помимо просто DFM, так что мне это действительно интересно.

Крис Ши: Отлично. Я изучала DFM в аспирантуре, так что я была приверженцем Boothroyd Dewhurst последние 35 или 40 лет, так что мне это нравится.

Зак Петерсон: Здорово. Это великолепно. Если можно, расскажите нам, чем вы занимаетесь.

Крис Ши: Я инженер по процессам сборки SMT с 1990 года, так что я перешла от 25 мил шага до медных столбиков, и это было великолепное путешествие. Первые 20 лет в индустрии я примерно 10 лет провела на стороне пользователя, управляя сборочными и NPI линиями и занимаясь DFM, а следующие 10 лет – работая на стороне поставщика, разрабатывая материалы и новые процессы. И почти 16 лет назад я решила начать своё дело. И с тех пор я являюсь независимым консультантом. Теперь мне дали прозвище королева пайки, и я отношусь к этому очень серьёзно. Я очень ценю это.

Зак Петерсон: Ваше величество. Это интересно. Я не знал, что существуют консультанты по пайке SMT. Я даже не знал, что это возможно.

Крис Ши: Это своего рода ниша. Я не рекламируюсь. Я не занимаюсь маркетингом. Я не занимаюсь продажами. Это в большей степени сарафанное радио, и это действительно очень и очень удовлетворяет уже долгое время.

Зак Петерсон: Это здорово. Это здорово. Всегда замечательно, когда ты можешь начать свое дело и действительно заниматься тем, что хочешь, и получать признание.

Крис Ши: Страсть, страсть к созданию паяных соединений. Я люблю делать паяные соединения.

Крис Ши: Я это чувствую.

Зак Петерсон: Я это чувствую. Так вот одна из вещей, которые, как я видел, ты делаешь, это разработка тестовых стендов для пайки. Верно?

Крис Ши: Да, да.

Зак Петерсон: И недавно ты был вовлечен в создание довольно сложного тестового стенда для сборки UHDI?

Крис Ши: Да, действительно. То, что мы сделали, это разработали тестовый стенд для печати паяльной пасты несколько лет назад, наверное, пять-шесть лет назад. Мы представили его в 2019 году. И изначально он использовался для тестов печати паяльной пасты и включал в себя 25 различных тестов пасты на одной плате. Таким образом, сборщик может за полсмены решить, подходит ли эта паста, и может оценить их все по шкале и выбрать лучшую пасту для своей сборочной операции. А также знать заранее, какие будут компромиссы. Так что с тех пор, как мы представили его как простой тестовый стенд для паяльной пасты, мы использовали его для печати пасты, оценки трафаретов, оценки всех новых нанопокрытий, которые появились, оценки новых типов скребков, изучения того, насколько тонкой может быть плата перед тем, как потребуется твердая поддержка платы, изучения того, как мы подтираем трафарет, различных типов растворителей, которые мы можем использовать, это печать. Затем мы переходим к установке, и этот стенд использовался для разработки процессов сборки 01005 и 008004. И вы заметите, я говорю о-о, а не о-о, потому что когда вы видите количество материалов, мы все говорим о-о, 008004. Мы также использовали его для доказательства возможности BGA с шагом 0,4 мм. И интересный отзыв, который я недавно получил, был связан с проверкой скорости установки, потому что в мире установки SMT у нас есть скорости установки по стандартам IPC, и каждый проводит свои тесты немного по-разному. Так что эти ребята взяли плату. И мы делаем так, что клеим двусторонний скотч и устанавливаем, а затем проверяем установку. Таким образом, мы можем проверить скорости и места установки. Затем, когда мы переходим к переплавке. Мы использовали его для уменьшения пустот на компонентах с нижним подключением, QFN, транзисторах и 008004, которые теперь находятся в вашем телефоне. Мы также использовали его для разработки множества правил проектирования, масок против металлически определенных площадок в зависимости от размера элемента, квадратных против круглых площадок, оптимизации наших дизайнов апертур для этих маленьких площадок. Так что лично мы многое сделали с его помощью, и многие крупные CEMS и OEM приняли его для использования в качестве своих тестовых стендов. Иногда они его модифицируют, лаборатории пасты используют его. Так что он получил большой пробег, но изначально он был разработан на срок от трех до пяти лет, и мы достигли этого срока. Поэтому было время его обновить.

Зак Петерсон: Хорошо.

Зак Петерсон: И вот как мы пришли к Ultra HDI.

Крис Ши: Конечно. И теперь, когда мы дошли до 25 мил линий и расстояния, я уверен, что это создает пару проблем, верно? Одной из них будет плотность, а что может быть другой проблемой? Допустим, размеры площадок.

Chrys Shea: Размеры площадок и плотность. Вы точно заметили обе проблемы, потому что, ну, если я расскажу вам хорошие и плохие новости, то хорошие новости для сборщиков заключаются в том, что мы не получили компонентов меньше, чем 008004. Плохие новости заключаются в том, что мы упаковываем их в большие количества и с высокой плотностью, и даже уменьшаем эти крошечные размеры площадок еще ниже минимального и максимального значения материала по IPC, чтобы уместить их все на плате. Так что Ultra HDI приносит в сборку просто гораздо больше тех же вызовов в больших количествах. Я работаю инженером по технологии SMT уже 35 лет. Три неизбежные вещи в моей жизни - смерть, налоги и миниатюризация. Это продолжается уже 35 лет и будет продолжаться. И это то, что держит нас, не знаю, заинтригованными, занятыми и, наверное, вдохновленными.

Zach Peterson: Это интересно. Вы упомянули, что размеры площадок уменьшаются, какие стандарты IPC минимума это касается? Я думаю, 7351.

Chrys Shea: 7525.

Zach Peterson: Получается, IPC не предвидело это или они всегда просто ждут, пока люди что-то сделают, а затем разрабатывают стандарт позже?

Chrys Shea: Ну, поскольку стандарты разрабатываются на основе опыта, нам нужно получить опыт, прежде чем мы сможем разработать стандарт. Это своего рода вопрос курицы и яйца.

Chrys Shea: А теперь, если вы можете просто поднять тестовую плату для нас на мгновение, потому что вы мельком показали ее на экране. Я хочу дать людям быстрый обзор и, возможно, описание того, что мы здесь видим. Но здесь, кажется, у нас много разных компонентов. Я предполагаю, что здесь нет трассировки, но у нас есть площадки и все для множества разных компонентов, все они выстроены в решетку и расположены в своих зонах. Какие компоненты здесь есть? Я знаю, вы упомянули очень маленькие SMD пассивные элементы, но похоже, что здесь, вероятно, есть места для QFN.

Chrys Shea: Да. Это 05 BGA с шагом 0,5 мм. Их немного трудно увидеть. Это BGA с шагом 0,4 мм. И вдоль стороны расположены BGA с шагом 0,3 мм. Затем здесь у нас есть QFN с шагом 0,4, что является самым мелким шагом, который мы можем получить. И это была устаревшая плата, где у нас были некоторые 1206, некоторые 0603, некоторые 0402, все из которых были убраны для следующей версии. У нас есть 0201, 0105 и наши любимые 0804. Теперь, эта плата была хороша для тестирования паяльной пасты, но она действительно не продвигала уровни миниатюризации. Таким образом, как новая плата продвигает уровни миниатюризации или уровни плотности упаковки.

Zach Peterson: Хорошо. Я призываю всех, кто слушает нас в аудио, перейти на YouTube и посмотреть, как выглядит одна из этих плат.

Chrys Shea: И если вы хотите увидеть хорошее изображение, sheasmt.com. Если вы перейдете к плате SMTA, там есть красивые фотографии верхней и нижней сторон.

Zach Peterson: Вот и отлично. Меня здесь интересует один момент: мы говорим о тестовом образце, который, кажется, использовался довольно активно на протяжении последних нескольких лет. Насколько распространено использование таких плат производителями для возможной квалификации их процесса либо для производства большого объема, либо для производства высокой сложности?

Chrys Shea: Большие CEM, компании первого уровня, все имеют свои собственные внутренние тестовые образцы. Компании второго уровня и ниже, как правило, не имеют. Так что купить эту плату примерно за 30 долларов намного экономичнее, чем использовать одну из ваших собственных производственных плат. И в ней гораздо больше тестов. Фактически, в этом дизайне заложено 25 различных тестов на паяльную пасту и DOE. Так что это быстрее, дешевле и эффективнее. Что тут может не нравиться?

Zach Peterson: Интересно. Они используют тестовый образец, но я бы подумал, что, по крайней мере, для контроля качества, они могли бы использовать одну из производственных плат или, возможно, только поверхностные слои с производственной платы, потому что им не нужны все внутренние соединения. Им действительно нужны только контактные площадки, если все, что они пытаются сделать, это проверить качество пайки, верно?

Chrys Shea: Именно, именно. И эти компоненты действительно выведены на золотые контакты. Они все соединены последовательно и выведены на золотые контакты. Так что вы можете поместить его в камеру термоциклирования, чтобы проверить ваш процесс пайки.

Zach Peterson: Понял, понял. Хорошо. Значит, получается, что практически каждому сборщику нужен какой-то тестовый образец, чтобы на каком-то уровне проверить свой процесс, а затем они могут надежно обратиться к своим клиентам и сказать: Эй, мы можем сделать 0201, 0105.

Chrys Shea: Именно, именно. И это намного проще сделать на тестовом образце, чем на плате вашего клиента, которая может быть предоставлена на условиях консигнации, или на вашей собственной миниатюризированной плате, которые, как мы знаем, стоят дороже, чем стандартные платы. Так что для многих людей имеет смысл использовать это. И иногда мы используем это для оценки процесса, чтобы увидеть, насколько мелким шагом может работать производитель по контракту. Возможно, они квалифицированы на 05 BGA, их предел на 04, и у них нет возможности на 03. Так что хорошо иметь возможность оценить это, чтобы они могли лучше общаться со своими OEM-партнерами о том, на что они способны или где им нужно улучшиться.

Zach Peterson: Так что теперь в новом тестовом образце, новом тестовом образце, кажется, что он действительно повышает плотность до нового уровня, верно? Мы уже достигли 008004, теперь он действительно упаковывает их в маленькое пространство. Как выглядит этот новый тестовый образец?

Chrys Shea: Позвольте мне поделиться своим экраном.

Chrys Shea: Хорошо.

Chrys Shea: И покажу вам, что у нас здесь готовится. Сейчас я называю это механическим, потому что у нас есть только наши верхние слои, и мы поделимся видением для внутренних слоев. Вы видите это сейчас? Это наш новый тестовый образец SMTA. Теперь мы находимся на ревизии 2.3 с 2.1.

Zach Peterson: Так что действительно, действительно быстро для всех, кто слушает нас в аудио, мы видим то же самое. У нас есть группы компонентов в разных областях платы. Опять же, кажется, много тех же самых компонентов. И я даже вижу, что кажется, некоторые из этих групп компонентов повернуты.

Chrys Shea: Да. Миниатюризация приносит нам гораздо больше, что мы в сборке называем размещением под углом. Большинство наших размещений исторически были на нуле или 90 горизонтально или вертикально. Но по мере того, как мы переходим к более и более плотной упаковке, мы видим гораздо больше под углами 45 градусов, несколько здесь на 30 и 60 градусов, но мы не разместили их на плате. И всегда есть этот странный угол где-то, где подошло бы только 17 градусов. Проблема с размещением под углом не обязательно в печати или размещении или рефлоу. Все это все еще довольно просто. Но мы сталкиваемся с проблемами, когда у нас такая плотная упаковка и размещение под углом, и мы ищем автоматический контроль. Автоматический оптический контроль не разрабатывался на протяжении многих лет для размещения под углом. Так что мы сталкиваемся с такими вещами, как затенение, и у нас есть маленькие компоненты. Так что это поможет нам усовершенствовать наши алгоритмы в будущем.

Zach Peterson: Понимаю, понимаю. Хорошо. Какие вещи у нас есть на этой плате? Похоже, что вверху у нас есть некоторые BGA.

Chrys Shea: Да. И позвольте мне немного объяснить, почему некоторые из этих раскладок выглядят для нас немного странно. Есть ситуация при печати паяльной пасты через трафарет, которую мы называем эффектом переднего края. Первые несколько контактных площадок в направлении движения скребка трафарета всегда имеют огромное количество вариаций, гораздо больше, чем третий или четвертый ряд площадок. И это потому, что нам нужно заставить эту пасту катиться и срезаться, и мы просто не можем достаточно ее срезать, пока не дойдем до первых нескольких рядов. Так что мы задокументировали эффект переднего края. Некоторые компании, производящие трафаретные принтеры, ввели функции для преодоления этого. Но то, что мы здесь делаем, это мы чередуем BGA и добавляем фиктивные контактные площадки спереди, чтобы мы могли абсолютно точно оценить эффект переднего края. И когда мы его оценим, тогда мы сможем решить эту проблему с помощью трафаретов, скребков, переменных параметров машины. Так что это первый тестовый образец, с которым у нас есть возможность действительно сосредоточиться на эффектах переднего края. Так что вы увидите, у нас есть 1, 2, 3, 4 из этих 04 BGA прямо там, где мы бы их разместили на переднем крае. И мы сместили эти три и добавили фиктивные площадки. И то, что мы в конечном итоге увидим при печати, это то, что A1, ряд A на этом устройстве будет печататься гораздо лучше, чем ряд A на том устройстве. На сколько? Это то, что мы собираемся выяснить, когда начнем это делать.

Zach Peterson: Если я могу, когда вы говорите лучше, печатать лучше, что именно это значит?

Chrys Shea: И печать - это игра в уменьшение вариаций.

Zach Peterson: Понял, хорошо.

Chrys Shea: Когда мы смотрим на объемы отложения паяльной пасты, мы хотим, чтобы все они были в пределах... Мы используем то, что называем коэффициентом вариации. Мы хотим, чтобы все было в пределах 10% от среднего. И это означает, что наш процесс под контролем. Если у нас есть вариации, превышающие 15% от среднего, это означает, что наш процесс вышел из-под контроля. Когда мы работаем с такими маленькими вещами, нам нужен наш процесс под контролем.

Zach Peterson: Конечно. Так что верхний ряд в этих BGA, где он идет вдоль направления отложения, эти будут затронуты первыми.

Chrys Shea: Да.

Zach Peterson: Лучше просто означает, что этот ряд выглядит гораздо более похожим на все остальные ряды. Да, так что у нас здесь на экране пара графиков. У нас есть гистограмма и линейный график, которые, я полагаю, количественно оценивают вариацию из-за эффекта переднего края на BGA.

Chrys Shea: Именно. И это было на BGA 0,4 миллиметра с старой версии платы. Теперь, когда у нас есть новая версия, это вдруг стала старая. И вы можете видеть, что ряд один, когда дело доходило до отложения паяльной пасты, был немного легче, чем ряд два или ряд три. Это было с разными протирками, но также вы видите вариацию в ряду один, даже лучший был вне контроля. Мы были на уровне около 18%. Это 25% вариации, это 30% вариации. Когда мы доходим до ряда три, мы возвращаемся практически под контроль. Мы хотим меньше 10, мы довольны меньше 15. Так что у нас есть зеленые и желтые точки там. Так что это действительно иллюстрирует, что первый ряд вышел из-под контроля. Разница в отложениях слишком велика. И мы в конечном итоге получим либо разрывы, либо короткие замыкания, в основном разрывы в первом ряду. Как только мы дойдем до третьего, мы будем в очень хорошей форме.

Zach Peterson: Так что сообщение здесь дизайнеру, чтобы в основном сказать, эй, дизайнер, вам нужно добавить как минимум два ряда фиктивных площадок вдоль этого направления печати? Или это то, что сборщик должен прийти и сделать после факта? Потому что я могу представить себе действительно сложную, очень плотную плату, которая приходит на рассмотрение, и кто-то говорит: "Эй, дизайнер, вам нужно добавить здесь эти площадки." О, извините, это означает, что эти 50 компонентов теперь нужно сдвинуть назад на миллиметр, что, когда вы находитесь в HD... Я имею в виду, даже в стандартной области сложности это может быть изменением игры для вас.

Chrys Shea: Да, да. Я могу спросить, но знаю, что не получу. Так что в области печати, по мере увеличения плотности, мы действительно начинаем видеть всё больше и больше. Это было, скажем так, сказаниями инженеров-процессников как минимум 10 лет. И теперь мы видим это всё чаще и чаще. Так что теперь мы тестируем это всё больше и больше. Мы не можем добавить контактные площадки. Боже, если бы только мы могли. Что мы делаем, так это ускоряем скорость скребка до тех пор, пока не дойдем до зоны печати, чтобы получить немного больше сдвига, или мы начинаем двигать скребок дальше от зоны печати, чтобы получить немного больше движения и немного больше сдвига. И у меня действительно есть идея, которой я пока не могу поделиться, но здесь есть решение этой проблемы. Если я просто закрою её, я не смогу запатентовать. Так что мы поговорим об этом чуть позже.

Zach Peterson: Хорошо. Хорошо. После того, как вы получите этот патент, давайте обязательно поговорим об этом, потому что это звучит интересно.

Chrys Shea: Хорошо.

Zach Peterson: Так, одна вещь, которую я заметил в тестовом образце, это те BGA. Большая часть центральной области в тестовом образце вырезана, и там нет контактных площадок. Но если посмотреть на большинство компонентов BGA, они на самом деле заполняют всю нижнюю часть корпуса контактными площадками. Так почему тестовый образец был спроектирован так, что центральный квадрат контактных площадок был исключен?

Chrys Shea: Это спроектировано так, потому что мы используем фиктивные компоненты, и именно так спроектированы эти фиктивные компоненты. Поверьте мне, когда мы смотрим на три ряда по периферии, или на самом деле это один, четыре ряда по периферии, этого для нас достаточно. Если мы подойдем сюда и посмотрим на BGA 03, вы увидите гораздо большую плотность, и вы также увидите контактные площадки в iOS посередине.

Zach Peterson: Понял. Хорошо. Значит, я смотрел не на те BGA.

Chrys Shea: Ну, мы видим все разные виды BGA. Это зависит. Но для наших целей, поскольку мы хотим показать электрическую непрерывность, нам нужно использовать соединённые последовательно.

Zach Peterson: Да, это очень интересно. И я вижу, что у вас также все еще есть золотые контакты вдоль краев.

Chrys Shea: Да. Да. Так что большинство этих компонентов имеют одну последовательную цепь, которая выходит к золотым контактам, потому что это так сложно, у них на самом деле две последовательные цепи, одна для внешнего массива или периметрального массива и одна для внутреннего массива. Потому что то, что мы делаем, это помещаем их в камеры, мы термически циклируем их, мы мониторим сопротивление, и мы можем предсказать, когда соединение трескается.

Zach Peterson: Правда?

Chrys Shea: Да.

Zach Peterson: Хорошо, просто наблюдая за сопротивлением в реальном времени.

Chrys Shea: Да, да. Потому что по мере того, как трещина распространяется через соединение, площадь поперечного сечения, проводящая электричество, уменьшается-

Zach Peterson: Начинает уменьшаться.

Chrys Shea: И оттуда это уже школьная физика.

Zach Peterson: Хорошо, это имеет смысл. Это имеет смысл. Так что это будет только для соединений на поверхности, верно? Это не как внутренняя особенность, например, микровиа.

Chrys Shea: Нет, это не так. Но вы только что коснулись красоты этого перепроектирования и использования последовательной цепи. Когда мы соединяем их последовательно, вы увидите, что все соединения сейчас находятся на верхнем слое, а другие соединения сделаны внутри компонента. Моя задача для этой платы - пробить сквозные отверстия и контактные площадки, установить некоторые слепые отверстия, соединить внутри и, возможно, даже через некоторые захороненные отверстия, а затем вернуться к контактным площадкам. Так что вместо того, чтобы иметь этот один маленький след, связывающий их, мы бы пробили сквозь, прошли бы через внутренности платы и вышли бы наверх, заменив поверхность.

Zach Peterson: Правильно. Так что для всех, кто слушает нас, у нас есть маленькие дорожки, соединяющие соседние контактные площадки. Но то, о чем вы говорите, это давайте избавимся от дорожек, давайте добавим микровиа прямо в площадку.

Chrys Shea: Верно.

Zach Peterson: И возможно даже установим стек слепых и закрытых микровиа прямо в площадку.

Chrys Shea: Да. Ага, ага, ага, ага, ага, ага. Мир у нас в руках. Мы можем попробовать все разные вещи. В идеале, мне бы хотелось попробовать один тип соединения на одном периметре с массивом, затем другой тип в следующем и еще один тип в следующем, потому что так нам будет легче выявить, где у нас появляются разрывы.

Zach Peterson: Правильно. Потому что тогда, наверное, кто-то мог бы сделать, знаете, просто одну линию вдоль платы, которую нужно было бы разрезать, чтобы сделать микросекцию.

Chrys Shea: Да, да.

Zach Peterson: Понимаю. Окей. Так у вас теперь есть, скажем, 25 различных тестов микросекции, встроенных в одну часть купона.

Chrys Shea: Это прекрасно, не правда ли?

Zach Peterson: Да, да. Это действительно круто.

Chrys Shea: Одна из вещей, которые мы делаем, это разрабатываем множество возможностей для ДОЭ (дизайна экспериментов) и исследований в этих тестовых образцах.

Zach Peterson: Вам приходят запросы на создание пользовательских тестовых образцов?

Chrys Shea: Да, приходят. Я вижу логотип SMTA здесь, но я могу представить... Допустим, Lockheed Martin хочет свой собственный тестовый образец. Raytheon хочет свой собственный тестовый образец.

Chrys Shea: Я работала с рядом сборщиков над оригинальным тестовым образцом. Когда они хотят настройки, мы можем это сделать. И если вы посмотрите прямо сюда, в этом большом открытом пространстве, которое я показываю, мы называем это зелеными акрами.

Zach Peterson: Зеленые акры. Понял.

Chrys Shea: Зеленые акры. Так что мы можем поместить туда все, что кто-либо захочет. Логотип SMT на плате, у нас есть соглашение о роялти. 10% от покупной цены любой нашей платы идет в SMTA для поддержки следующего поколения инженеров для развития рабочей силы и молодых специалистов. Так что мы действительно гордимся этим, потому что нам нравится поднимать молодежь.

Zach Peterson: Да, да. Я думаю, это чрезвычайно важно, и я думаю, что здорово, что вы это делаете. Еще одна вещь здесь, слева, опять же, для тех, кто слушает нас, здесь на этой плате выглядит как секция, которая отделена от основной платы с помощью так называемых мышиных укусов. Зачем вам этот другой отсекаемый участок на этой тестовой плате?

Chrys Shea: Это действительно круто. Сопротивление изоляции поверхности становится все более и более важным по мере уменьшения размеров элементов и увеличения напряжений. Короче говоря, сопротивление изоляции поверхности - это проводимость остатков флюса или любых остатков, которые остались. Когда мы используем высокоскоростные сигналы, мы можем получить много перекрестных помех. Когда мы находимся в суровых условиях, таких как соль, туман, и тому подобное. Мы можем получить дендритический рост, особенно во влажных условиях. Так что у нас есть некоторые дизайны купонов IPC для тестирования сопротивления изоляции поверхности, но они отражают нашу индустрию 10-15 лет назад. Теперь, когда мы переходим к миниатюризации и 25 микронному пространству и следу, нам нужно пересмотреть наши коммуникации SIR. Так что мы зарезервировали это пространство по обе стороны платы для некоторых разрабатываемых тестов сопротивления изоляции поверхности. И хотя вы не можете их видеть с этой стороны, задняя сторона этой вкладки позолочена, чтобы мы могли подключить их к камерам SIR, запустить их под воздействием тепла, влажности и разных напряжений, и мониторить непрерывность, и видеть, когда у нас появляются короткие замыкания.

Zach Peterson: Понимаю. Окей, это абсолютно логично. Я даже представлял себе в уме, как только вы начнете делать микровиа в площадке, это тоже могло бы быть своим отдельным отсекаемым регионом. Таким образом, вы могли бы просто сделать микросекцию этой части, оставив остальное целым.

Крис Ши: Да, да, мы можем. Действительно.

Зак Петерсон: Хорошо. Это имеет большой смысл. Так что я думаю, по мере того как больше производственных мощностей для упаковки UHDI возвращается в США, многие заводы, конечно, будут стараться улучшить свои возможности, чтобы воспользоваться этим новым рынком. И мы уже видим это. Я имею в виду, у вас есть ASC и, я думаю, Calumet, которые движутся в этом направлении, и они, вероятно, будут рассматривать MSAP или SAP как передовую технику обработки для производства. Так где применяется тестовый образец, подобный этому, в этой области? Применяется ли он в части микровиа и площадок, где вам затем нужно изготавливать эти вертикальные соединения?

Крис Ши: Применяется там. И на самом деле, он применяется и в ряде других мест тоже. Если посмотреть на эти упаковки на уровне кристалла, мы не можем создать их с помощью процесса вытравливания.

Зак Петерсон: Хорошо.

Крис Ши: Мы можем попытаться, но у нас не получится хорошо сделать. Хорошо. Эти вещи нужно делать добавочным или полу-добавочным способом. Мы работали с ASC над некоторыми из этих элементов дизайна и планируем включить гораздо больше по мере того, как мы будем продвигаться вперед на плате.

Зак Петерсон: Хорошо. Так что это не просто тестовый образец для печатной платы. Теперь это действительно тестовый образец для упаковки также.

Крис Ши: Да, да. Я с нетерпением жду возможности включить сюда некоторые внутренние слои Ultra HDI для проверки микровиа в площадках, закрытых виа, слепых виа, стекированных закрытых виа. Я думаю, это будет действительно очень познавательно для многих из нас. И мы говорим не только о тестировании процесса изготовления, но и о различных материалах, поступающих от разных поставщиков ламинатов, чтобы мы могли понять, какие из них более совместимы, чем другие, когда мы начнем увеличивать уровни производства на Ultra HDI.

Зак Петерсон: Да, я полностью упустил из виду вопрос материалов, потому что я знаю, что материалы для наращивания станут более важными. Я все еще жду, когда что-то появится, чтобы заменить... Что это? Пленка для упаковки Ajinomoto. Так что это выглядит как идеальный образец для начала тестирования некоторых из них.

Крис Ши: Это так. И это захватывающе, потому что я знаю о производстве только достаточно, чтобы быть опасным, но я действительно специализируюсь на сборке, так что теперь я немного больше погружаюсь в производство и Ultra HDI. И это замечательный опыт обучения для меня, а также, вероятно, для всех остальных в индустрии. Одна из вещей, которые мы планируем сделать, это, если я могу увеличить изображение этих конденсаторов и резисторов, это также фиктивные компоненты, и мы планируем их электрифицировать. Сейчас у нас есть тестовые точки, так что сборщик может проверить их на омы и увидеть, все ли их соединения правильные. Но то, что мы хотим сделать, это пробиться в плату, мы собираемся добавить батарею и несколько светодиодов. Так вы сможете мгновенно узнать, работает ли ваше производство и ваша сборка. Это своего рода мини-тест в схеме на плате.

Зак Петерсон: А, понятно. Так они бы включили плату в работу, и пока она работает, они могли бы видеть светодиоды.

Крис Ши: Да. Это скажет вам, правильно ли вы собрали ее, это также скажет вам, правильно ли вы ее изготовили. Я действительно думаю, что это была хорошая идея, потому что проверять их мультиметром довольно утомительно. Гораздо веселее нажать на переключатель и посмотреть, что загорится. Ну давайте.

Зак Петерсон: Возвращаясь на мгновение к микровиа и площадкам, какие размеры вы нацеливаетесь? Потому что вы упомянули, что собираетесь перейти к шагу 0.3 миллиметра, верно? И, конечно, это уменьшает размер площадки. Просто интересно, насколько маленькими вы планируете делать микровиа и площадки?

Крис Ши: Мне бы хотелось ответить на это, но это не в моей компетенции. Это вопрос к Джону из ASC.

Зак Петерсон: Так они те, кто выбирает лазеры, и они будут знать, насколько тонко они могут сверлить.

Крис Ши: Да, они точно эксперты по производству.

Zach Peterson: Конечно.

Chrys Shea: Да.

Zach Peterson: Звучит так, будто будет тестовый образец с логотипом ASC, и это их тестовая плата для изготовления, а также сборки.

- Да. На самом деле, на конференции Ultra HDI вы увидите ранний прототип этой платы, который был изготовлен ASC. Это было на покрытии вчера или позавчера. Так что Джон собирается привезти их на симпозиум Ultra HDI с собой. Вау, нам бы стоило пригласить его рассказать об этом. Это было бы действительно интересно. Хорошо.

Chrys Shea: Хотите увидеть некоторые другие функции, которые мы здесь добавили? Они больше связаны с сборкой.

Zach Peterson: Да, конечно. Обожаю сессии показа и рассказа.

Chrys Shea: Хорошо. Мы называем это "цветочная сила", потому что когда они подключены к питанию, они загораются и выглядят как цветы. Если мы переместимся-

Zach Peterson: О, понятно. Так это массивы-

Chrys Shea: Конденсаторов и резисторов.

Zach Peterson: Да, конденсаторов и резисторов. Так что здесь минимальные конденсаторы, минимальные резисторы, и, кажется, их всего шесть.

Chrys Shea: Да. А затем у нас есть стандартные посадочные места IPC, посадочные места IPC для максимального условия материала и посадочные места IPC для минимального условия материала. И что я обнаружила в предыдущих исследованиях, это то, что когда мы сравниваем стандартные, максимальные и минимальные размеры, очевидно, что максимальные обеспечивают лучшее качество. Но если мы стремимся к миниатюризации, мы не можем использовать максимальные площадки. Нам нужно это уместить. Поэтому мы проводили тесты как на резисторах, так и на конденсаторах и сравнивали эти три размера площадок. И хотя максимальные и отличные, они просто неосуществимы в большинстве дизайнов. Разница между максимальными и стандартными по частоте дефектов довольно мала по сравнению с разницей в частоте дефектов между стандартными и минимальными. Когда вы достигаете минимума, вы действительно повышаете частоту дефектов. Так что мы определили за годы, что стандартные практически лучшие. Если бы у вас было место для максимальных, вы бы не использовали эти маленькие детали. И это позволит нам теперь применять правила GFM для определения на этих меньших компонентах. Нужны ли нам стандартные? Нужны ли нам минимальные? Можем ли мы принять обоснованное решение при размещении нашей платы, хотим ли мы принять более высокие частоты дефектов или мы хотим принять меньшую площадь? Это даст нам много понимания в дизайне для производства.

Zach Peterson: Теперь о повышении частоты дефектов, когда вы переходите к минимальному размеру площадки или, скажем, размеру площадки, какие именно дефекты возникают? Это слишком мало припоя, слишком много припоя? Это как камешек или смещение, которое оставляет открытым?

Chrys Shea: У нас возникают камешки, мы получаем смещения, мы получаем срединные шарики припоя, мы получаем несмачивания.

Zach Peterson: Звучит, как будто это полный список.

Chrys Shea: Да, да. Есть, наверное, шесть различных форм.

Zach Peterson: Вы получаете большинство из них, верно?

Chrys Shea: Да, да. Наверное, шесть различных форм кодов дефектов, так что да. Боже, я пытаюсь вспомнить исследование, но скажем здесь, у нас может быть 1000 PPM. Здесь у нас может быть 2000 PPM. А здесь мы как пять или шесть. Это была огромная, огромная разница.

Zach Peterson: Вау, окей.

Chrys Shea: Да, мне придется вернуться и посмотреть числа из исследования, но это была очень заметная разница. Так что наша логика подсказала нам не использовать максимум, использовать стандарт, стараться не использовать минимум.

Zach Peterson: Так что, похоже, сборщикам, а не производителям, нужно иметь какую-то стратегию на случай, если они начнут обнаруживать больше плат, использующих контактные площадки даже меньше минимального стандарта IPC.

Chrys Shea: Знаете что, я сейчас работаю над платами, которые используют размеры даже меньше минимального по IPC, просто потому что нам нужно достичь необходимой плотности.

Zach Peterson: Какой план? Есть план или это просто мы собираемся провести некоторые эксперименты и посмотреть, что получится?

Chrys Shea: Это называется "давить на инженера-технолога, пока не удастся снизить количество дефектов". Главная идея, по моему мнению, как приверженца DFM, заключается в том, чтобы заранее обсудить все с дизайнерами, чтобы мы знали, чего ожидать.

Zach Peterson: Это справедливо.

Chrys Shea: Если нам приходится иметь дело с минимумом, мы идем на производственную линию и выясняем, как справиться с минимумом, или начинаем играть с параметрами нашего процесса на этой плате, чтобы не тратить производственные платы впустую.

Zach Peterson: Ну, это справедливо, но я думаю, что многие дизайнеры делают так: мы всегда говорим дизайнерам: "Поговорите с вашим производителем", но они, вероятно, говорят только с производителем плат. А когда возникает проблема или дефект при сборке, производитель плат и сборщик обвиняют друг друга, а дизайнер обвиняет их обоих, и вот тут вопрос, чья это вина?

Chrys Shea: В точку. И затем, при сборке, мы также перекладываем вину то на оборудование, то на материалы.

Zach Peterson: Хорошо, это справедливо. Да. И я думаю, что сборка, вероятно, получает меньше внимания, чем следовало бы, потому что их, вероятно, не консультируют так часто, как это нужно.

Chrys Shea: Нет, это как быть в конце кнута. Все накапливается и умножается, и в итоге ты получаешь это всё на себя.

Zach Peterson: Так что то, что могло бы быть дефектом производства, не становится заметным, пока не создаст дефект при сборке, и тогда все говорят, что это вина сборщика.

Chrys Shea: Именно так, именно так, именно так. Фактически, у меня есть презентация, которую я раньше делал для встреч SMTA под названием "Похмелье от производства", и это именно то. Будучи инженером-технологом на сборочной линии, ты можешь провести неделю, разбираясь с проблемой, только чтобы узнать, что она была в производстве.

Zach Peterson: Действительно? Насколько это распространено?

Chrys Shea: Гораздо чаще, чем вы могли бы подумать. Одна из вещей, с которыми мы сталкиваемся чрезвычайно часто, - это чрезмерное травление контактных площадок. Так что мы пытаемся установить нашу восьмимиллиметровую апертуру трафарета на то, что должно быть восьми- или девятимиллиметровой площадкой, но она получается шестью из-за-

Zach Peterson: Хорошо. Хорошо, так вы-

Chrys Shea: Кислотного травления.

Zach Peterson: Вы разработали процесс для, скажем, номинального значения, но на деле он оказывается ниже номинального.

Chrys Shea: Да. И многое из этого просто из-за трапециевидного эффекта кислотного травления.

Zach Peterson: Конечно.

Chrys Shea: Так что мы видим это постоянно. Еще одна большая проблема, с которой мы сталкиваемся постоянно, - это неправильная регистрация паяльной маски.

Zach Peterson: Ах да, конечно.

Крис Ши: Когда маска для пайки залезает на контактную площадку, печатать и паять очень сложно, и мы видим это постоянно. Фактически, если посмотреть на этот тест прямо здесь, то мы смешали маскированные и металлически определенные площадки, потому что на сборке мы хотим, чтобы все были либо маскированные, либо металлически определенные. Мы не хотим смешения, но это действительно не было донесено до дизайнеров. Поэтому мы взяли и смешали некоторые маскированные и металлические. Вы не можете видеть слой маски. Я сейчас показываю только медный слой. А затем мы сместили маску для пайки. Так что это смещено на один мил в X и Y. Это смещено на два мила в X и Y. И это смещено на три мила в X и Y. Фактически, дайте мне на самом деле включить маску, чтобы вы могли увидеть-

Зак Петерсон: Да, я как раз хотел сказать, включите маску. Так что для тех, кто слушает нас в аудио, у нас здесь некоторые контактные площадки BGA. Но когда вы включаете маску, вы действительно можете увидеть, что обычно было бы расположением площадок, а затем это перекрыто отверстием маски, которое вы обычно видите, например, в Altium Designer. И затем это отверстие маски смещено немного на эти величины, один мил, два мила и три мила.

Крис Ши: Да. Так что это три, это худший случай. Это два. И мы обычно указываем регистрацию от двух до трех мил в наших спецификациях, но мы видим хорошую регистрацию, выходящую из магазинов большого объема. Мы не обязательно видим хорошую регистрацию в магазинах меньшего объема. Поэтому мы решили включить это сюда. И на самом деле очень хороший инженер-технолог из ASMPT предложил это, потому что я спрашивал у людей о реальных ситуациях, и мы назвали это в его честь. Его зовут Джефф Шейк, и мы называем это встряхиванием BGA.

Зак Петерсон: Это первый раз, когда я слышу о процессе, названном в честь очень известного человека в индустрии.

Крис Ши: Ну, мы на самом деле-

Крис Ши: Надеюсь, скоро у нас будет процесс Хартли.

Крис Ши: Вот именно. Ну, оказалось, что на оригинальной плате мы в конечном итоге дали прозвища некоторым секциям, как 04 BGA, мы назвали это крестики-нолики и подобные вещи. Так что с самого начала я решил назвать секции. Например, это здесь мы называем аллеей надгробий. Это еще один элемент, связанный с DFM, который просто не донесен до дизайнеров. Это конденсаторы, и конденсаторы любят вставать дыбом из-за температурных различий через устройство. Так что обычно мы видим металлически определенную площадку с одной стороны конденсатора и маскированную площадку с другой. Дайте мне посмотреть, смогу ли я поднять маску там.

Зак Петерсон: Так что для всех, кто слушает, у нас здесь есть некоторые большие области медного залива, а затем у нас есть некоторые компоненты SMD, расположенные вокруг края этих областей медного залива. И я вижу, что у некоторых из этих SMD есть тепловое крепление, а у некоторых нет. И я думаю, это своего рода сравнение бок о бок количества дефектов, которые вы ожидаете увидеть.

Крис Ши: Именно. Опять же, это дает нам качественные метрики для обсуждения с дизайнерами и владельцами продукта. Хотите ли вы рискнуть дефектами или можете ли вы добавить тепловое реле?

Зак Петерсон: Вот что я давно хотел спросить у кого-то, именно то, что вы здесь показываете с надгробиями. Если вы зайдете в интернет и начнете читать о DFA, о DFM, о дефектах сборки, почти обязательно кто-то скажет о надгробиях. Я имею в виду, они говорят об этом, как будто это самая обычная вещь, и вам нужны тепловые реле везде. И неважно, что вы делаете, если у вас нет теплового реле, вы увидите надгробие. Насколько это действительно распространено? Мне кажется, об этом говорят, как будто это более распространено, чем есть на самом деле.

Крис Ши: Я думаю, вы правы, потому что когда мы проводим тесты на "надгробия", чтобы получить хорошие размеры выборки, мы буквально делаем сотни тысяч соединений. Опять же, "надгробия" во многом связаны с таким типом сценария, когда у вас неравномерный тепловой профиль, и они действительно образуют "надгробия", на что мы и надеемся. Еще одна вещь, которую мы также обнаружили в последнее время, это то, что если контролировать "надгробие", можно получить хорошее паяное соединение на стороне, определенной металлом, и холодное соединение на стороне, определенной маской.

Зак Петерсон: Понимаю.

Крис Ши: Так что, даже если это не "надгробие", все равно требуется переработка. Каждый раз, когда мы перерабатываем плату, мы снижаем ее надежность.

Зак Петерсон: Правильно. Это имеет смысл.

Крис Ши: Мы стараемся избегать этого любой ценой. Мы создали эти аллеи "надгробий" для наших конденсаторов 0201, 0105 и 0804. Конденсаторы гораздо чаще образуют "надгробия", чем резисторы, потому что у них пятисторонние выводы, и механизм, по которому происходит образование "надгробия", заключается в том, что расплавленный припой смачивает один конец, и поверхностное натяжение просто подтягивает его вверх. Так что та сторона, которая плавится первой, становится основанием "надгробия". Резисторы образуют "надгробия" не так часто, потому что у них только три стороны металлизации. Так что металлизации не достаточно для... Не так много, скажем так, металлизации, чтобы припой зацепился. Но теперь у нас появилось это новое явление, которое мы только что спроектировали здесь, и мы настроили его аналогично аллее "надгробий". Я говорил с тремя разными сборщиками в последний месяц, которые сталкиваются с диодами Зенера с нижним выводом. Это пакеты 0201 или 0105, и у них очень маленькие нижние выводы, и они очень легкие. Так что происходит, опять же, та сторона, которая плавится первой, припой тянет ее. Он не тянет ее вверх, потому что выводы снизу, он тянет ее вбок, и вы увидите, как все они отклоняются на один и тот же угол в одном и том же направлении, когда у них неравномерные тепловые условия.

Зак Петерсон: Интересно, что они все делают одно и то же.

Крис Ши: Да, да. И мы делали так, что меняли ориентацию в машине, или меняли ориентацию в печи переплавки, или запускали ее на 90 градусов вместо нуля, и все они все равно отклонялись в одном направлении. Так что я убежден, что это из-за температурных различий, и поэтому я добавил их на эту ревизию платы.

Зак Петерсон: У нас осталось всего несколько минут, но я хотел задать вам последний вопрос. Какие еще тесты будут проводиться, которые могут быть эксклюзивными для тестового стенда UHDI?

Крис Ши: Мы планируем вставить здесь действительно интересное, милое маленькое окошко, где у нас будут уменьшающиеся размеры дорожек и окно маски, так что вы действительно сможете увидеть. Теперь, также эта плата, чтобы сделать ее экономичной в двухслойном исполнении для сборщиков, мы используем дорожки пять мил.

Зак Петерсон: Конечно. Как вы знаете, с Altium, мы можем мгновенно перейти туда и превратить их все в дорожки один мил.

Зак Петерсон: О да, да.

Крис Ши: Или двухмиллиметровые дорожки, или трехмиллиметровые. Не хочу говорить, что это всего лишь пара кликов мышью, потому что не хочу умалять красоту и сложность этого инструмента, но это действительно демонстрирует его красоту и сложность, что вы можете войти и сказать измените мои дорожки на один мил, два мила и посмотреть, как пойдет изготовление. Я действительно с нетерпением жду создания этой платы аддитивным методом, чтобы у нас были эти красивые плоские площадки. Если бы мы посмотрели на нижнюю сторону платы, у нас есть такие вещи, называемые печатью до отказа. Так на нижней стороне платы у нас есть такие вещи, называемые печатью до отказа. И они различаются по размерам, формам, и они определены маской и металлом. И мы всегда очень четко видим трапецию, когда смотрим на те, что определены металлом. И я показывал фотографии их. У меня сейчас нет презентации под рукой. Но когда мы сделаем половину из них аддитивными и половину субтрактивными, мы сможем посмотреть на это. Боже, даже под 10-кратным кольцевым светом и увидеть разницу. Как инженер по сборке, я действительно с нетерпением жду площадок правильного размера. Не могу вам сказать, как я этого жду.

Зак Петерсон: Как вы упомянули, это чрезвычайно важно, особенно когда вы начинаете переходить к уровням ниже стандарта IPC. Так что я тоже с нетерпением жду этого.

Крис Ши: Именно.

Зак Петерсон: Я уверен, что по мере развития всего этого и доказательства, было бы здорово снова пригласить вас, и мы сможем обсудить это подробнее.

Крис Ши: Я бы с удовольствием вернулась. Мне бы очень хотелось вернуться с актуальным Ultra HDI, где вместо маршрутизации на верхнем слое мы маршрутизируем в слоях 2, 3, 6, 7.

Зак Петерсон: 22.

Крис Ши: Да.

Зак Петерсон: 27.

Крис Ши: Да, точно. Давайте пройдем сквозь насквозь до задней стороны, а затем обратно наверх через 10 слоев, 20 слоев. Чем больше вызов, тем веселее.

Зак Петерсон: Это здорово.

Зак Петерсон: И я думаю, большинство инженеров скажут вам то же самое.

Зак Петерсон: У меня такое же отношение. Крис, большое спасибо, что были сегодня здесь. Это было очень познавательно. И я призываю всех, кто слушает в аудиоформате, перейти на YouTube и посмотреть видео. Вы сможете увидеть все, о чем мы говорили. Это действительно отличный опыт обучения.

Крис Ши: Большое спасибо за приглашение.

Зак Петерсон: Конечно, в любое время. Для всех, кто слушает и смотрит, мы говорили с Крис Ши, президентом Shea Engineering. Обязательно проверьте заметки к шоу. Там вы найдете отличные ресурсы, где можно узнать больше о всех темах, о которых мы говорили. Кроме того, если вы смотрите на YouTube, обязательно нажмите кнопку Подписаться, нажмите кнопку Нравится, и вы сможете следить за всеми нашими учебными материалами и эпизодами подкаста по мере их выхода. И последнее, но не менее важное: не переставайте учиться, оставайтесь на правильном пути, и до встречи в следующий раз. Спасибо всем.