Thách thức về Đăng ký trong UHDI: Tại sao Dung sai Chế tạo lại Quan trọng trong Bố cục của Bạn

Nếu bạn từng chú ý kỹ lưỡng vào những bức ảnh sản phẩm đầu tiên từ một dự án ultra-HDI và phát hiện một via có vẻ quá gần với một đường dẫn kế bên, hoặc một pad có vẻ hơi lệch tâm, bạn không phải là người duy nhất. Đó là một trong những câu hỏi phổ biến nhất mà các nhà thiết kế đặt ra khi họ bước vào thế giới ultra-HDI. Trong bố cục, mọi thứ đều tuân theo quy tắc. Các lớp xếp đúng vị trí. Pad đặt chính xác nơi bạn muốn. Không có gì thay đổi trừ khi bạn di chuyển nó.

Một khi thiết kế đó bước vào quá trình sản xuất, thế giới thực bắt đầu xuất hiện. Vật liệu giãn nở và co lại. Các lớp phim tăng hoặc giảm. Máy khoan laser theo dõi các điểm fiducial không còn nằm ở đúng vị trí như vài giờ trước đó. Những chuyển động này rất nhỏ, thường chỉ vài micromet, nhưng trong ultra-HDI, vài micromet có thể là sự khác biệt giữa một kết nối sạch sẽ và một vấn đề đáng tin cậy đang chờ đợi xuất hiện.

Hãy cùng xem xét một cách thực tế vì sao đăng ký lại trở thành một thách thức quan trọng trong UHDI và những gì các nhà thiết kế có thể làm từ sớm để giữ ưu thế.

Hiểu về Đăng Ký trong Thế Giới UHDI

Đăng ký đơn giản là nghệ thuật đảm bảo mọi lớp, via và đặc điểm của đồng đều chính xác nằm ở vị trí dự định. Các thiết kế với kích thước đặc điểm lớn hơn có khoảng chịu lệch lớn hơn giữa các lớp PCB, vì vậy một lượng nhỏ sự dịch chuyển giữa các lớp sẽ không được nhận thấy.

UHDI có các đặc điểm nhỏ hơn nhiều, với độ rộng dấu vết thấp đến 25 micron và các pad bắt nhỏ hỗ trợ việc khoan microvias bằng laser. Khi các đặc điểm thu nhỏ, khoảng chịu lệch cho phép cũng giảm. Sự không đăng ký mà có thể không được chú ý trên một bảng HDI tiêu chuẩn có thể lớn hơn kích thước đặc điểm đồng trong một PCB UHDI, dẫn đến sự cố hỏng nếu bảng được phát hành từ sản xuất cho khách hàng.

Khả năng ấn tượng của UHDI chỉ hoạt động khi thiết kế phù hợp với những gì quy trình có thể cung cấp một cách đáng tin cậy. Khi các đặc điểm không đáp ứng đúng vị trí của chúng, hậu quả cộng dồn nhanh chóng:

• Microvias bỏ lỡ các pad bắt của chúng, gây ra các lỗi mở hoặc lỗi không ổn định.
• Lớp chống hàn dịch chuyển và lộ đồng nên được giữ kín.
• Các dấu vết chen vào khu vực pad và gây ra vấn đề kiểm tra điện.
• Năng suất giảm, chi phí tăng và thời gian xây dựng kéo dài.

Tại sao Đăng ký Khó Hơn Bạn Nghĩ

Bên trong nhà máy, mỗi bước sản xuất đều giới thiệu một lượng nhỏ sự lệch pha do cơ học hoặc nhiệt độ giữa các lớp PCB. Điều này được dự kiến và các kỹ sư quy trình sẽ bù đắp nếu có thể, nhưng sự lệch pha của các đặc điểm vẫn tích tụ.

• Chụp ảnh: Photoresist phản ứng với nhiệt độ và năng lượng phơi sáng, và ngay cả trong phòng chụp ảnh được kiểm soát tốt cũng trải qua những biến động độ ẩm. Các tấm phim có thể giãn nhẹ khi chúng được xử lý hoặc điều chỉnh kích thước.
• Khoan bằng laser: Đầu khoan laser được di chuyển quanh một PCB với bộ điều khiển CNC, và việc cung cấp năng lượng bằng laser là cực kỳ chính xác. Tuy nhiên, máy khoan laser không miễn nhiễm với hiện tượng hysteresis cơ học khi chúng quét qua PCB. Chúng theo dõi các điểm fiducial, và nếu những điểm fiducial đó thay đổi, dù chỉ một chút, mọi thứ khác cũng thay đổi theo. Một sự dịch chuyển 10 đến 15 micron trên một tấm UHDI mỏng không phải là điều bất thường.

• Ép nhiệt: Đây là nơi diễn ra sự cân bằng thực sự. Trong mỗi chu kỳ ép, nhựa chảy, vải thủy tinh di chuyển, và mỗi vật liệu phản ứng với nhiệt độ một cách khác nhau. Các chồng UHDI thường sử dụng lõi rất mỏng và nhiều lần ép tuần tự, điều này làm tăng thách thức về đăng ký.

Một sự dịch chuyển 10 micron trên một bản chồng PCB đa lớp tiêu chuẩn hầu như không đáng kể. Trong UHDI, cùng 10 micron đó có thể xóa bỏ một đập chống hàn hoặc để lại một điểm hạ cánh microvia ngay trên mép của pad. Không có số lượng kiểm tra AOI hay kiểm tra cuối cùng nào có thể khôi phục lại độ chính xác đó.

Nơi Các Nhà Thiết Kế Tạo Ra Ảnh Hưởng Lớn Nhất

Nhà sản xuất đầu tư nặng nề vào việc giảm biến động quy trình, nhưng chính thiết kế thường quyết định mức độ chính xác của cửa sổ đăng ký phải chặt chẽ như thế nào. Một vài lựa chọn sớm có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và ổn định.

• Xây dựng lề dư vào các tính năng của bạn: Vâng, các giới hạn tối thiểu tồn tại, nhưng chúng giả định sự căn chỉnh hoàn hảo. Các bảng mạch thực tế hiếm khi căn chỉnh hoàn hảo. Hãy cho thiết kế của bạn một không gian thoáng đãng mỗi khi bạn có thể.
• Microvias: Microvias xếp chồng đòi hỏi kiểm soát đăng ký cực kỳ chặt chẽ. Cấu trúc xếp chồng giảm bớt yêu cầu đó và thường cải thiện độ tin cậy lâu dài.
• Cân bằng đồng: Sự phân bố đồng không đều là một nguyên nhân gây rắc rối âm thầm. Các khu vực đồng dày đặc chống lại sự di chuyển trong quá trình ép, trong khi các khu vực thưa thớt dễ dàng dịch chuyển hơn. Càng đồng đều trọng lượng đồng, đăng ký càng dễ dàng dự đoán được.
• Soldermask: Các lỗ nhỏ và đập hẹp trông sắc nét trên màn hình, nhưng chúng để lại gần như không có khoảng lề cho sự dịch chuyển của mặt nạ. Ngay cả một sự không căn chỉnh nhỏ cũng có thể đóng một lỗ mở hoặc tạo ra sự phơi bày không mong muốn.

Những quyết định nhỏ ở các giai đoạn bố trí ban đầu thường cung cấp đúng lợi thế sản xuất cần thiết để giữ mọi thứ trong thông số kỹ thuật.

Một Cái Nhìn Nhanh Từ Phía Nhà Sản Xuất

Trên sàn sản xuất, việc kiểm soát đăng ký là một cuộc nhảy múa liên tục giữa các công cụ chính xác và vật lý của các vật liệu. Các đội CAM sử dụng các mô hình tỷ lệ, hệ thống căn chỉnh, và rất nhiều dữ liệu lịch sử để dự đoán cách một tấm panel sẽ phản ứng trong quá trình xử lý. Những công cụ đó giúp ích, nhưng chúng không thể ghi đè lên sự di chuyển bản năng của nhựa, thủy tinh, và đồng trong các chu kỳ nhiệt.

Đó là lý do tại sao sự giao tiếp sớm giữa thiết kế và sản xuất quan trọng đến vậy. Khi nhà sản xuất hiểu được cấu trúc chồng của bạn, mục tiêu mật độ đồng của bạn, và kiến trúc via bạn dự định, họ có thể điều chỉnh cửa sổ quy trình của mình cho phù hợp. Đăng ký tốt không phải là một điều chỉnh đơn lẻ, đó là kết quả tích lũy của nhiều quyết định nhỏ, được phối hợp.

Một chút kiến thức trước mặt giúp tiết kiệm rất nhiều phiền toái sau này. Bạn đơn giản không thể kiểm tra một tính năng bị lệch về lại trong giới hạn chấp nhận được. Thiết kế cho UHDI có nghĩa là thiết kế với cái nhìn thực tế về sản xuất. Bắt đầu với việc thảo luận về cấu trúc xếp chồng: ngân sách sai số đăng ký của nhà sản xuất là một chức năng của các vật liệu cụ thể được sử dụng trong cấu trúc xếp chồng UHDI. Một khi các dung sai cho phép được biết đến, hãy tránh các ràng buộc không cần thiết mà trông đẹp mắt trong CAD nhưng làm chặt cửa sổ sản xuất đến mức quá trình trở nên mong manh.

Sự đổi mới thú vị, nhưng việc thực thi mới là điều quyết định. Những nhà thiết kế nắm bắt tư duy này thường thấy các lần chạy bài viết đầu tiên mượt mà hơn, hiệu suất cao hơn và ít bất ngờ ở giai đoạn muộn hơn.

Dù bạn cần xây dựng điện tử công suất đáng tin cậy hay hệ thống số tiên tiến, Altium Develop kết hợp mọi lĩnh vực thành một lực lượng hợp tác. Không có sự phân chia. Không có giới hạn. Đó là nơi mà kỹ sư, nhà thiết kế và nhà đổi mới làm việc cùng nhau để cùng sáng tạo mà không gặp rào cản. Trải nghiệm Altium Develop ngày hôm nay!