SAP (Полуаддитивный процесс изготовления печатных плат): Основы

Что такое полуаддитивные процессы изготовления печатных плат и каковы их преимущества?

Существует множество терминов, которые используются при обсуждении новых производственных процессов, позволяющих производителям печатных плат формировать дорожки и промежутки не только меньше типичных трех мил, но и меньше, чем это возможно с помощью наиболее современных субтрактивных травильных процессов, способных достигать 2 мил дорожки и промежутка.

С точки зрения дизайна, эта новая возможность волнующа. Существует множество способов применения этих новых возможностей. Наиболее очевидное преимущество - возможность миниатюризации печатной платы для уменьшения размеров всего электронного устройства или освобождения ценного пространства для других элементов, таких как улучшенная батарея.

Еще одно очевидное преимущество - возможность сокращения количества слоев маршрутизации, необходимых в дизайне печатной платы, с этими плотными, или даже не такими плотными BGA. Сокращение количества слоев всегда является преимуществом как с точки зрения стоимости, так и надежности, но это преимущество особенно важно, когда это позволяет конструктору печатной платы сократить количество слоев микровиас и количество циклов ламинации, требуемых в процессе изготовления. Это приведет к улучшению выхода годных на производстве, сокращению времени выполнения заказа на печатную плату и, как следствие, улучшению как стоимости, так и надежности.

Возможно, улучшение целостности сигнала будет менее интуитивно понятным без понимания полуаддитивных процессов изготовления печатных плат. Я расскажу об обзоре различий между процессами вытравливания и полуаддитивными процессами позже в этом блоге. Но на уровне 10 000 футов, полуаддитивные процессы обеспечивают гораздо более строгое контролируемое ширину и расстояние между линиями, контролируемые возможностями изображения, а не процессом травления меди, который определяет возможности большинства производителей сегодня. Этот строгий контроль приводит к улучшению импеданса, среди прочих усовершенствований, которые мы рассмотрим в будущих блогах.

Давайте начнем с некоторой базовой терминологии:

Процесс вытравливания печатных плат: Этот традиционный метод изготовления печатных плат начинается с ламината, базового диэлектрического материала, покрытого медью с обеих сторон. Эта медь обычно составляет ¼ унции или больше. Схема печатной платы формируется путем нанесения узора и вытравливания ненужной меди.

Полуаддитивный процесс печатных плат: Этот процесс не нов для электроники, но нов для изготовления печатных плат. В полуаддитивных процессах, вместо удаления ненужной меди, электролитическая медь добавляется к тонкому бесэлектролитному слою меди, а затем происходит быстрое травление для удаления этого очень тонкого слоя бесэлектролитной меди.

Модифицированный полуаддитивный процесс изготовления печатных плат: Технология mSAP широко обсуждается в контексте рынка смартфонов большого объема. Процесс начинается с очень тонкого слоя медной фольги, а схема цепи формируется путем добавления дополнительной меди для создания схемы, а затем травления этого начального слоя.

SLP (Печатные платы, подобные субстратам): Этот термин относится к производству печатных плат с использованием аддитивных или полуаддитивных процессов. Возможности более тонких элементов начинают напоминать размеры элементов на уровне субстратов, но они создаются на традиционных, более крупных панелях у производителей печатных плат.

В чем ключевые отличия между процессом SAP и процессом mSAP?

Хотя процессы SAP и mSAP похожи, ключевое отличие заключается в начальном слое меди. У SAP начальная толщина меди часто в десять раз тоньше, поэтому травление для удаления начального слоя происходит гораздо быстрее с очень незначительным воздействием на саму структуру дорожек. mSAP представляет собой медную фольгу и, как правило, имеет несколько трапециевидную форму и не такие тонкие размеры дорожек и промежутков. Обозначение толщины меди между SAP и mSAP обычно составляет 1,5 микрона меди и ниже для SAP.

В качестве обзора основных этапов обработки для формирования этих тонких элементов:

Процесс SAP начинается с чистого диэлектрика и наносит очень тонкий слой химического медного покрытия. Для справки, процесс A-SAP™ компании Averatek начинается с 0,2 микрона химического медного покрытия. Технология mSAP обычно начинается с медной фольги, часто толщиной 2 микрона или чуть толще. Далее этапы процесса похожи:

• Нанесение фоторезиста
• Формирование изображения в фоторезисте
• Электролитическое нанесение меди
• Снятие фоторезиста
• Травление химической меди или тонкой медной фольги.

Этот процесс травления является моментом, где различия в процессах наиболее заметны. Поскольку mSAP начинается с более толстой фольги, производитель обычно ограничен примерно 30-микронным шагом между дорожками, и дорожка будет иметь слегка трапециевидную форму.

Поскольку процессы SAP начинаются с такого тонкого слоя химической меди, травление практически не влияет на дорожку, оставляя прямые боковые стенки дорожки и возможность формировать дорожки значительно менее 25 микронов (1 мил), при условии, что у производителя есть оборудование для формирования изображений, способное разрешать такие тонкие размеры элементов.

После этого процесса травления медной фольги, как процессы mSAP, так и SAP следуют типичным процессам изготовления печатных плат.

Как работать с вашим производителем печатных плат:

Я обратился к доктору Мередит ЛаБо, техническому директору компании Calumet, чтобы спросить ее мнение о том, как работать с производителями, изучая и применяя преимущества полуаддитивных технологий печатных плат. По ее словам, “Что выделяется больше всего, так это крайняя необходимость в технологии, которая может достигать тонких линий и промежутков, при этом используя некоторые из самых передовых функций HDI, а также материал с очень низкими потерями. Этим клиентам часто приходится искать производство за границей, что влечет за собой затраты: долгие сроки выполнения заказа или переработку плат для соответствия текущим отечественным технологиям, часто упрощая основу электронной системы. Использование этого инновационного и трансформационного метода производства требует нового подхода к дизайну: совместно с производством, а не для производства. Вместе дизайнер и производитель могут разработать совместный подход к снижению SWAP - при этом повышая надежность и прочность печатной платы для электронных систем следующего поколения.”

В следующих нескольких блогах о добавочной технологии печатных плат мы более подробно рассмотрим преимущества для дизайнеров печатных плат, предварительные вопросы и ответы на этапе проектирования, а также обсудим реальные применения. Пожалуйста, оставляйте в комментариях любые конкретные вопросы, которые вы хотели бы видеть рассмотренными!

Инструменты проектирования в Altium Designer® содержат все необходимое, чтобы не отставать от новых технологий. Начните ваше бесплатное испытание Altium Designer + Altium 365 сегодня.