Исследование полуаддитивных процессов (SAP) в производстве ультра HDI печатных плат

По мере развития технологии печатных плат новые методы производства, такие как изготовление печатных плат с ультравысокой плотностью соединений (UHDI), открывают невероятные возможности. Среди наиболее преобразующих достижений стоят полуаддитивные процессы (SAP) и модифицированные полуаддитивные процессы (mSAP), которые позволяют создавать более тонкие дорожки и промежутки, чем это возможно с помощью традиционного вытравливания. Эти инновации расширяют границы дизайна печатных плат, делая возможным изготовление сложных схем с беспрецедентной точностью.

В контексте производства печатных плат, полуаддитивные процессы (SAP) предлагают альтернативу традиционным вычитательным методам, позволяя достигать дорожек и промежутков, которые ранее были недостижимы — значительно ниже порога в 2 мил, возможного с вытравливанием. Процессы SAP позволяют производителям добавлять проводящий материал, например медь, для формирования схем, а не вытравливать его. Эта техника, в сочетании с передовыми материалами, открывает дверь к ультратонким размерам элементов, которые поддерживают следующее поколение электроники, включая высокопроизводительные миниатюризированные устройства.

Ключевые преимущества полуаддитивных процессов в производстве печатных плат

Крайняя миниатюризация

Одной из наиболее захватывающих возможностей технологий SAP и mSAP является способность значительно уменьшить площадь печатной платы (PCB). С уменьшением размеров дорожек и промежутков до субмикронного уровня, дизайнеры могут существенно сократить размер всей электронной системы или, в качестве альтернативы, использовать освободившееся пространство для интеграции дополнительных компонентов, таких как более крупные батареи или расширенные функции. Это особенно критично для устройств, где пространство ограничено, например, для смартфонов, носимых устройств и устройств Интернета вещей.

Упрощение слоев и повышение эффективности трассировки

Еще одним значительным преимуществом этих процессов является потенциальное сокращение количества слоев, необходимых в дизайне PCB. Для компонентов с плотными массивами шариковых контактов (BGA) или даже стандартных конструкций, возможность трассировки сложных сигналов на меньшем количестве слоев может снизить как стоимость, так и сложность. Меньшее количество слоев также означает меньшее количество микровиасов и циклов ламинирования, что приводит к сокращению времени производства и повышению общего выхода годных изделий. Возможность упростить структуру слоев, сохраняя или улучшая функциональность, является большим достижением с точки зрения надежности и производительности.

Улучшенная целостность сигнала и точность

В то время как миниатюризация и уменьшение количества слоев являются ощутимыми преимуществами, процессы SAP также значительно улучшают электрические характеристики. Одним из наиболее критических улучшений является целостность сигнала. Поскольку полуаддитивные процессы опираются на точные методы визуализации в отличие от более широкого процесса вытравливания, они позволяют более тонко контролировать ширину и расстояние между дорожками. Это приводит к более строгому контролю импеданса и уменьшению деградации сигнала, что делает эти технологии идеальными для приложений высокоскоростной цифровой и РЧ электроники.

Полуаддитивное против вытравливающего процесса: Краткий обзор

Традиционные процессы вытравливания начинаются с ламината, покрытого медью, и схема формируется путем удаления ненужной меди. Процесс, хоть и эффективный, имеет ограничения в достижении тонких дорожек и промежутков из-за толщины меди и используемых методов вытравливания.

High-Speed PCB Design

Simple solutions to high-speed design challenges.

Learn More

В отличие от этого, полуаддитивные процессы начинаются с очень тонкого слоя меди или вообще без меди в случае чисто аддитивных методов. Медь затем добавляется выборочно для создания желаемого узора, при этом требуется удаление только тонкого начального слоя. Эта точность позволяет создавать гораздо более тонкие элементы, с дорожками шириной до 25 микрон (или меньше), в зависимости от возможностей визуализации производителя.

Модифицированные полуаддитивные процессы (mSAP)

Модифицированные полуаддитивные процессы (mSAP) являются расширением SAP, часто используемым в массовом производстве потребительской электроники, такой как смартфоны. Основное отличие заключается в исходном слое меди — mSAP начинается с немного более толстой фольги, что приводит к несколько менее точным профилям дорожек. Хотя mSAP позволяет достигать отличных размеров элементов, они обычно находятся в диапазоне 30 микрон по ширине дорожки/промежутку, при этом дорожки имеют более трапециевидную форму из-за более толстого исходного слоя меди.

Несмотря на эти различия, mSAP все еще позволяет получать гораздо более тонкие элементы, чем традиционные субтрактивные методы, и считается мостом между стандартными печатными платами и передовыми техниками производства на уровне субстрата. Этот подход критически важен в стоимостно-чувствительных приложениях с большим объемом производства.

Подобные субстрату печатные платы (SLP) и будущее ультра HDI

Термин, часто используемый в этой области, — «подобные субстрату печатные платы» (SLP), который относится к печатным платам, изготовленным с использованием аддитивных или полуаддитивных процессов. SLP позволяют достигать возможностей мелких элементов, которые приближаются к точности полупроводниковых субстратов, но на гораздо больших панелях печатных плат. Это особенно выгодно для приложений, требующих миниатюризации без жертв стоимостью и масштабируемостью традиционного производства печатных плат.

Типичный процесс SAP и mSAP

Для обоих процессов, SAP и mSAP, последовательность действий аналогична:

Best in Class Interactive Routing

Reduce manual routing time for even the most complex projects.

Learn More

1. Нанесение фоторезиста – На поверхность наносится слой фоторезиста для формирования схемы печатной платы.
2. Фотолитография фоторезиста – Фоторезист подвергается воздействию УФ-света, который определяет участки, на которые будет нанесена медь.
3. Электролитическое нанесение меди – Медь выборочно наносится на запаттерненные участки.
4. Снятие фоторезиста – Оставшийся фоторезист удаляется, оставляя медные дорожки.
5. Травление – Для технологии mSAP травится слой меди-посева для завершения процесса, в то время как для SAP требуется только минимальное травление.

Поскольку SAP начинается с ультратонкого слоя меди (толщиной в 1,5 микрона или меньше), конечные дорожки имеют вертикальные боковые стенки, что позволяет создавать крайне тонкие элементы, в то время как mSAP обычно оставляет дорожки с более трапециевидными профилями из-за более толстого исходного слоя меди.

Сотрудничество с вашим производителем печатных плат для успеха

Ключ к использованию этих передовых методов изготовления заключается в тесном сотрудничестве с вашим производителем печатных плат. Как отмечает Джон Джонсон, директор по качеству компании American Standard Circuits, «Конструкторы должны сотрудничать с производителями, чтобы полностью понять компромиссы и возможности различных полуаддитивных процессов. Подход «это зависит» к правилам проектирования является обычным, и совместная работа обеспечивает оптимизированную производительность, возможность изготовления и стоимость, позволяя конструкторам максимально использовать потенциал технологии ультра-HDI». В этом совместном подходе как конструктор, так и производитель играют важную роль в оптимизации проектов для уникальных возможностей SAP и mSAP, что в конечном итоге приводит к более эффективным, мощным и надежным электронным системам.