Vai trò của ISU Petasys, Công ty sản xuất đa lớp trong việc thực hiện thành công một Ứng dụng PCB

John Stephens, Phó Chủ tịch Cấp cao về Bán hàng của ISU Petasys (phát âm là “E-soo”), đã chế tạo tấm mạch điện đầu tiên của mình vào năm 1974. Giống như nhiều người khác trong ngành, ông đã có được kiến thức thực tế đầu tiên về thiết kế PCB, và sản xuất cũng như lắp ráp bằng cách làm việc trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ.

Ông giải thích, “Tôi bắt đầu làm việc trong ngành hàng không vũ trụ tại Litton Guidance and Control Systems, nơi tôi làm việc trong một phòng thí nghiệm phát triển quy trình, cơ bản là một xưởng chế tạo mẫu mà chúng tôi phát triển công nghệ mới và mẫu mô hình. Chúng tôi sẽ dạy cho nhà cung cấp của mình quy trình mà chúng tôi đã phát triển và, nếu đó là một quy trình mới, chúng tôi sẽ chế tạo các bảng mạch. Ngành hàng không vũ trụ đã dạy cho tôi rất nhiều. Phòng thí nghiệm rất tuyệt vì chúng tôi là một nhóm nhỏ và chúng tôi thực hiện nhiều quy trình và chức năng công việc khác nhau.”

“Mọi người sẽ nói rằng không ai chế tạo các bảng mạch phức tạp vào thời điểm đó, nhưng vào năm 1976 chúng tôi đã chế tạo một bảng mạch 16 lớp được lắp vào một chiếc F-16.

Trong suốt sự nghiệp 40 năm của mình, John đã rất mát tay với quy trình sản xuất PCB. Anh ấy nói, “Từ phòng thí nghiệm, tôi chuyển sang lập kế hoạch vật liệu nơi tôi đã lên lịch và đặt hàng rất nhiều. Sau đó, tôi có nhiệm vụ làm cầu nối với các nhà sản xuất và các kỹ sư của chúng tôi. Chúng tôi không làm việc với dữ liệu Gerber vào thời điểm đó, chúng tôi cung cấp cho nhà sản xuất phim, nhưng có rất nhiều vấn đề với nó. Nếu có lỗi thiết kế, phim được sửa chữa nhưng các tệp không được.”

“Cuối cùng, chúng tôi đã thông báo cho nhà cung cấp rằng chúng tôi muốn sử dụng dữ liệu điện tử. Chúng tôi từng xây dựng bảng mạch trên những tấm nhỏ kích thước mười hai inch vuông và sau đó chúng tôi đã chứng minh cho ban quản lý thấy rằng chúng tôi có thể đặt bốn tấm như vậy trên một tấm 18x24 và giảm chi phí.”

Cho đến ngày nay, kích thước tấm tiêu chuẩn trong ngành vẫn là 18x24.

John chuyển sang nhóm chất lượng và độ tin cậy và cuối cùng quản lý toàn bộ nhóm kỹ sư chất lượng nhà cung cấp bao gồm cả bảng mạch và linh kiện.

“Sau khi rời Litton, tôi chuyển đến Ambitech, ban đầu với vai trò giám đốc chất lượng, sau đó là giám đốc tiếp thị kỹ thuật và phát triển kinh doanh. Từ đó, tôi chuyển đến Merix, và sau đó là vị trí hiện tại của tôi tại ISU với tư cách là Phó Chủ tịch Cấp cao về Bán hàng cho Bắc Mỹ. Vị trí của tôi thực sự vượt ra ngoài Bắc Mỹ vì bây giờ mọi người đều rất toàn cầu. Các Kỹ sư Ứng dụng Thực địa của chúng tôi báo cáo cho tôi, và chúng tôi cung cấp đầu vào cho bộ phận Nghiên cứu & Phát triển và nhân viên kỹ thuật của công ty. Và, tất cả các FAE của chúng tôi đều có kinh nghiệm thực hành về chế tạo hoặc kinh nghiệm điện.”

“Mọi thứ tôi đã làm đã dẫn dắt tôi đến những gì tôi đang làm ngày hôm nay. Mỗi vị trí tôi giữ, tôi đều học được điều mới. Tôi chỉ tiếp tục xây dựng dựa trên kinh nghiệm và chuyên môn của mình.”

ISU Petasys

ISU Petasys được thành lập vào năm 1972 và có trụ sở chính tại Dalsung-goon Daegu, Hàn Quốc. John giải thích, “Từ năm 1987 đến 1997, chúng tôi đã nhân đôi kích thước của nhà máy Hàn Quốc bằng cách sao chép nhà máy đầu tiên để xây dựng nhà máy thứ hai. Xét về góc độ kế hoạch tiếp tục kinh doanh, hai tòa nhà là hình ảnh phản chiếu của nhau, vì vậy nếu một tòa nhà bị hư hại theo một cách nào đó, chúng tôi vẫn có thể tiếp tục hoạt động ở tòa nhà kia. Vào năm 2000, chúng tôi đã mở nhà máy ở California, và vào năm 2013, chúng tôi đã mua lại Hunan (MFS Technology có trụ sở tại Changsha, Trung Quốc). Hunan thực hiện công nghệ chính thống, nhưng không ở mức độ phức tạp như chúng tôi làm ở Hàn Quốc và California. Vào năm 2015, chúng tôi đã xây dựng tòa nhà thứ ba ở Hàn Quốc để chứa tất cả các cơ sở mạ hiện đại của chúng tôi vì không còn không gian vật lý ở Nhà máy 1 hoặc Nhà máy 2.”

Như đã được ghi chú trong các bài viết khác, các công ty sản xuất PCB có thể là các tập đoàn khổng lồ với hàng trăm nghìn nhân viên, những người xây dựng các thiết bị tiêu dùng mà chúng ta đã trở nên rất phụ thuộc.

John nói, “Chúng tôi có khoảng 500 triệu đô la doanh thu và điều đó đặt chúng tôi vào khoảng thứ 30 trong ngành. Có những công ty khổng lồ sản xuất các sản phẩm số lượng lớn như sản phẩm ô tô, cơ sở gói gọn, công nghệ điện thoại di động và công nghệ điện thoại cầm tay.”

"Những gì chúng tôi xây dựng đại diện cho những PCB đa lớp phức tạp nhất được sản xuất trên thế giới ngày nay. Đây là những sản phẩm được sử dụng trong cơ sở hạ tầng cốt lõi cho các Telcos, nhà cung cấp dịch vụ và trung tâm dữ liệu khổng lồ của cloud. Sức mạnh cốt lõi của chúng tôi là trong lĩnh vực chuyển mạch và định tuyến cao cấp. Hình 1 là bức ảnh của một trong những bảng chuyển đổi định tuyến của chúng tôi. Tôi tin rằng ngày nay chúng tôi là nhà cung cấp duy nhất xây dựng cho cả ba công ty phần cứng định tuyến Telco lớn. Chúng tôi là một trong những nhà sản xuất đa lớp cao cấp lớn nhất trên thế giới. Prismark (Prismark Partners LLC, một công ty tư vấn ngành công nghiệp điện tử có trụ sở tại Cold Spring Harbor, New York), đã thực hiện một nghiên cứu vài năm trước, và tôi tin rằng vào thời điểm đó chúng tôi được xếp hạng số hai về doanh thu PCB cao cấp cực kỳ. Đối với mục đích của nghiên cứu đó, cao cấp được phân loại là bất cứ thứ gì trên 20 lớp. Hình 2 là bức ảnh của một trong những bảng máy tính hiệu suất cao 36 lớp của chúng tôi."

"80% doanh thu của chúng tôi đến từ Bắc Mỹ và Châu Âu," anh ấy tiếp tục. "Từ góc độ kỹ thuật và khách hàng, Bắc Mỹ và các OEM Bắc Mỹ đại diện cho phần lớn doanh thu của chúng tôi. Chúng tôi cũng đang làm rất nhiều việc với các ODM (nhà sản xuất thiết bị gốc) ở Đài Loan."

"Ngành công nghiệp ODM tại Đài Loan thực sự thú vị khi nói đến đám mây. Có rất nhiều sản phẩm ODM vẫn còn công nghệ thấp, nhưng thị trường thực sự bắt đầu phát triển nhanh chóng với những cái tên như Google, Microsoft, Amazon, Facebook và thậm chí là IBM. Bây giờ, nhiều công ty đám mây đang xây dựng đội ngũ của riêng mình để thiết kế các bộ chuyển mạch cho trung tâm dữ liệu của họ."

John ghi chú, "Đối với các loại sản phẩm như vậy, sự hợp tác đã trở nên khó khăn hơn nhiều bởi vì có nhiều người chơi hơn tham gia. Chuyên môn của các ODM để xây dựng một máy chủ là một chuyện khi Intel giao cho bạn một thiết kế tham khảo. Việc xây dựng một bộ chuyển mạch 100 Gb/s hoặc 400 Gb/s với ít hoặc không có kinh nghiệm về thiết bị tốc độ cao là một chuyện hoàn toàn khác."

Anh ấy tiếp tục, "Khi bạn xem xét mô hình sản phẩm và dịch vụ của chúng tôi, chúng tôi cung cấp dịch vụ từ việc tạo mẫu nhanh cho đến sản xuất số lượng lớn."

Dù ứng dụng của một bảng mạch cụ thể mà chúng tôi sản xuất là gì, độ tin cậy luôn là yếu tố quan trọng. Bạn không thể có một bảng mạch chỉ hoạt động đôi khi hoặc thậm chí khá thường xuyên. Nó phải hoạt động ngay từ lần đầu tiên và mỗi lần sau đó. Điều này đặc biệt đúng với các bộ phận quan trọng như các bảng mạch được xây dựng
cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. Hình 3 là bức ảnh của một trong những bảng mạch mà chúng tôi đã xây dựng cho hàng không thương mại.

Xây Dựng Đội Ngũ

Như đã được ghi chú trong một số bài viết cũng như hai cuốn sách và các khóa học từ một đến ba ngày của chúng tôi, một chiến lược phát triển sản phẩm PCB thành công là nơi mà phương pháp hợp tác là một khía cạnh quan trọng của chiến lược đó. Từ quan điểm của mình, John trích dẫn, “Những người làm việc với đám mây đã đi ra ngoài và xây dựng các đội ngũ kỹ sư lớn bằng cách tuyển dụng những người từ các OEM phần cứng cổ điển. Sau đó, họ xây dựng sản phẩm của riêng mình. Nhưng đó vẫn là một phương pháp hợp tác. Sự tham gia của chúng tôi bây giờ là một chút phức tạp hơn và quan trọng hơn bao giờ hết. Có rất nhiều cấp độ kinh nghiệm khác nhau với những người thiết kế một số sản phẩm thực sự phức tạp ngày nay.”

“Bạn tạo ra rất nhiều cơ hội nếu bạn có thể thể hiện giá trị,” anh ấy thêm vào. “Cách tiếp cận của chúng tôi là cung cấp các nguồn lực kỹ thuật sẵn có thực sự mang lại giá trị đó. Điều này khác biệt so với việc một nhà sản xuất nói, ‘này, tôi sẽ xây dựng một bộ chồng lớp, hoặc tôi sẽ đề xuất một loại vật liệu’. Điều đó không thực sự mang lại nhiều giá trị. Bởi vì công việc chúng tôi đã thực hiện trong nhiều năm với các OEM Bắc Mỹ, chúng tôi có khả năng nói, ‘đây là những gì chúng tôi có thể làm.’ Chúng tôi nhìn vào những gì kỹ sư cần, nơi chúng tôi phải đẩy mạnh, và nơi chúng tôi cần cảnh báo mọi người về việc họ đang đẩy quá mạnh. Đây không phải là một kỹ năng dễ phát triển.”

John tiếp tục, “Có rất nhiều nhà sản xuất, bao gồm cả chúng tôi đến một mức độ nào đó, không có đủ nguồn lực và chuyên môn nội bộ để thực hiện những công việc trước đây. Chúng tôi tiếp tục đào tạo đội ngũ của mình ở Hàn Quốc và Trung Quốc để có khả năng thực hiện một bản xếp chồng, thực hiện một DFM hoặc trao cho ai đó một cuốn sách mang lại giá trị đó. Chúng tôi giáo dục các nhà thiết kế bằng cách đưa ra các lựa chọn thay thế, chỉ ra ưu và nhược điểm, định rõ cái gì có thể thực hiện và cái gì không. Đội ngũ của chúng tôi ở Mỹ dẫn dắt lộ trình công nghệ của chúng tôi bằng cách lắng nghe khách hàng của mình và sau đó nói ‘đây là những gì chúng ta cần làm việc trên đó.’ Đội ngũ của chúng tôi ở Hàn Quốc khá có khả năng phát triển các quy trình PCB và làm việc trên phần đó của phương trình. Sự phức tạp xuất hiện khi có sự gần gũi với khách hàng đến mức bạn có thể nhìn thấy nhu cầu. Bạn không thể luôn dự đoán nó, nhưng bạn phải ở trước nó. Bạn không thể phát triển nó khi ai đó trao cho bạn một bộ dữ liệu Gerber. Khách hàng của chúng tôi thích chúng tôi không thực hiện R&D trên sản phẩm của họ.”

Thiết kế và Quy Trình Sản Xuất Sản Phẩm

Một trong những khẩu hiệu mà chúng tôi liên tục nhắc lại tại Speeding Edge là việc bạn tính toán càng nhiều khía cạnh ở giai đoạn sau cùng vào quá trình thiết kế, thì càng tốt. Điều này đòi hỏi việc kết nối kịp thời với nhà sản xuất và lắp ráp mục tiêu của bạn.

Theo như John thấy, “Sai lầm số một mà các nhà phát triển sản phẩm mắc phải là chờ đợi quá lâu trước khi họ liên hệ với chúng tôi. Lý tưởng nhất, một khách hàng sẽ liên hệ với chúng tôi khi họ có ý tưởng rằng họ cần xây dựng một PCB. Không bao giờ là quá sớm để mọi người đến nói chuyện với chúng tôi. Nếu họ không có sơ đồ mạch thì tốt. Nếu tôi hỏi họ liệu họ có biết kích thước của hộp không và họ nói có, thì có thể đã quá muộn, vì chúng tôi có thể đã bỏ lỡ cơ hội để thêm giá trị. Họ có lẽ đã quyết định kích thước của PCB. Đó là yếu tố chính dẫn đến chi phí trong việc phát triển PCB—nguyên liệu thô. Khi bạn nhìn vào một tủ điện tử đắt tiền, các ASIC là mục đầu tiên trên bảng vật liệu và chi phí, và PCB hoặc quang học là số hai.”

Anh ấy tiếp tục, "Mọi người đều nhìn vào chúng tôi để tiết kiệm chi phí. Từ quan điểm của chúng tôi, chi phí lớn nhất trên hóa đơn của chúng tôi là tấm lót. Số lớp càng cao và hiệu suất mạch càng cao, tỷ lệ phần trăm chi phí nguyên liệu thô càng cao. Như đã đề cập trước đó, kích thước tiêu chuẩn của tấm panel mà chúng tôi sử dụng là 18”x24”. Đó là 3 feet vuông. Bạn có thể thiết kế một bảng mạch 12”x12” tức là 1 feet vuông, nhưng bạn chỉ có thể đặt một trong những bảng mạch đó trên 3 feet vuông đó. Chúng tôi coi đây là việc sử dụng vật liệu kém hiệu quả. Tôi luôn nói với các nhà phát triển sản phẩm, 'bạn sẽ phải trả cho 100% số bảng mạch mà tôi làm dù tôi có gửi chúng cho bạn hay không.' “Nếu tỷ lệ sản phẩm tốt của tôi là 50%, đoán xem? Bạn đang trả nhiều hơn nhiều so với bạn nên phải trả.”

Trong nhiều năm, ISU đã tạo ra nhiều tấm panel kích thước tùy chỉnh để phù hợp với sản phẩm. Nhưng không phải mọi thứ đều có thể được tùy chỉnh kích thước do kích thước tờ lớn của nhà sản xuất tấm lót. John nói, “Chúng tôi có thể cắt tờ lớn theo bất kỳ cách nào mà khách hàng muốn, nhưng nếu có một đống rơi xuống sàn, nó sẽ bị lãng phí và vẫn phải được trả tiền.”

Việc tương tác với nhà sản xuất từ sớm trong quá trình thiết kế không có nghĩa là một khi đã thiết lập liên lạc, nó đòi hỏi phải có những cuộc trò chuyện liên tục. John giải thích, "Vấn đề mà mọi người gặp phải là họ nghĩ rằng chúng tôi cần hoặc muốn tương tác nhiều. Chúng tôi chỉ cần có một cuộc trò chuyện khi họ có ý tưởng sản phẩm. Sau đó họ có thể không nói chuyện với tôi trong ba tháng. Sau đó họ gọi lại cho tôi khi họ hoàn thành việc vẽ sơ đồ mạch."

"Đó là lúc chúng tôi nói về cách các kết nối sẽ được sử dụng, loại BGA đã được chọn, các pad stack sẽ cần và tổng ngân sách tổn thất. Chúng tôi đã phát triển các danh sách kiểm tra mà mọi người sử dụng để xác định những thời điểm chúng tôi cần phải liên hệ. Tôi yêu cầu họ thông báo cho chúng tôi khi họ đạt đến các giai đoạn khác nhau trong dự án."

"Đây là cách chúng tôi xây dựng mối quan hệ với nhà thiết kế. Và, FAE của chúng tôi trở thành người trả lời câu hỏi. Khách hàng sử dụng FAE như một nguồn lực để hỏi về các loại câu hỏi liên quan đến bảng mạch khác nhau. Chúng tôi trở thành một nguồn kiến thức được tích hợp vào quá trình phát triển sản phẩm, nhưng chúng tôi không gây phiền hà."

“Tóm lại, khách hàng không bao giờ tham gia quá sớm là không đúng. Điều này phù hợp với mô hình kinh doanh của chúng tôi từ nguyên mẫu qua sản xuất đến hỗ trợ cuối đời cho toàn bộ vòng đời sản phẩm. Khi chúng tôi xem xét một nguyên mẫu, nếu chúng tôi đưa ra hướng dẫn thiết kế hoặc thực hiện DFM, đó là bởi vì chúng tôi phải sống với nó mãi mãi. Không phải ai cũng hỗ trợ mô hình đó.”
Đan xen vào phần trước là nhu cầu phải đưa ra các quyết định về chi phí. Hiếm khi một PCB được xây dựng mà có tất cả “những điều mong muốn” trong đó. Đó là sự cân bằng giữa chi phí của thiết kế, yêu cầu thời gian ra thị trường cho sản phẩm, và tổng chi phí phát triển sản phẩm.

John giải thích, “Khi bạn đang trong giai đoạn phát triển của một sản phẩm, bạn có thể chỉ ra những điều có thể thay đổi giúp quá trình này nhưng chắc chắn có những giới hạn về tính linh hoạt của một chu kỳ phát triển sản phẩm cụ thể. Một trong những vấn đề với việc tham gia muộn là lịch trình luôn là vua và không thể bị ảnh hưởng. Có thể có nhiều thứ ảnh hưởng đến lịch trình và chúng có thể được nén lại nhưng cổng kết thúc không bao giờ di chuyển. Nếu chúng tôi nói rằng chúng tôi cần phải sắp xếp lại một PCB, câu trả lời từ khách hàng hầu như luôn là ‘không, chúng tôi không cần.’”

Có một thời điểm trong quá trình, khi nhu cầu chính chỉ là tiếp tục bấm nút. John ghi chú, “Chúng tôi thực hiện những loại thỏa hiệp như thế này mọi lúc. Câu trả lời của tôi là ‘Tôi hiểu. Chúng ta phải làm điều này, nhưng chúng ta phải cố gắng thay đổi nó trước khi thiết kế sản xuất được phát hành. Hai lần xoay sau, chúng ta cần phải đảm bảo rằng chúng ta đang ghi chép những điều mà chúng ta cần sửa đổi để cải thiện khả năng sản xuất, hiệu suất, và chất lượng, nhưng trở kháng không thể tăng lên.’ Bất cứ điều gì cần được giải quyết phải được đưa ra trước khi quá muộn. Chúng tôi đã trải qua quá trình kiểm định hệ thống đầy đủ, và tôi có thể nói vào thời điểm đó, không có gì sẽ thay đổi về sản phẩm đó, ngoại trừ khi nó kết thúc vòng đời và không cần phải được xây dựng nữa.”

“Đây là nơi mà một số vấn đề xuất hiện ở các công nghệ thấp hơn và thậm chí đôi khi ở các công nghệ cao hơn. Khách hàng đã làm mọi thứ theo một cách nhất định trong thời gian dài. Và, ràng buộc của họ là ràng buộc của họ, và chúng tôi chỉ cần tìm cách giải quyết. Nhưng, loại cách tiếp cận này tốn kém.”

Tôi nghĩ rằng đây thực sự là một phần của vấn đề [sự tham gia sớm] mà gần đây đã trở nên hơi mất mát. Với sự phát triển của đám mây và các ODM tham gia vào công nghệ mà họ chưa từng thấy trước đây, đây đang trở thành một vấn đề lớn trở lại. Sự tham gia sớm là rất quan trọng. Nếu khách hàng làm cho sản phẩm khó sản xuất, chúng tôi phải tính phí cao hơn để sản xuất," anh ấy nói, "không phải tất cả các bảng mạch 28 lớp đều được tạo ra như nhau".

"Đó là lý do tại sao chúng tôi phải đảm bảo rằng chúng tôi có thể tạo ra một thỏa thuận kinh doanh tốt. Rằng chúng tôi có thể có một mối quan hệ đối tác tốt và nó sẽ hoạt động. Nếu bạn muốn nhận đầu vào từ những khách hàng hàng đầu của chúng tôi, họ sẽ nói với bạn rằng khả năng của chúng tôi trong việc làm việc với đội ngũ thiết kế cùng với chất lượng của sản phẩm ra ở phía sau, là giá trị số một của chúng tôi đối với họ. Chúng tôi không phải lúc nào cũng sẽ có giá thấp nhất nhưng chúng tôi cạnh tranh."

Thách thức, Xu hướng và Đổi mới Mới

Thách thức

Tương tự như những gì Tarun Amla của ITEQ đã chỉ ra là thách thức với việc chồng chất bảng từ phía kinh doanh laminate, ISU đối mặt với những điều tương tự trên phía sản xuất.

John giải thích, "Các nhà phát triển sản phẩm sẽ tuyên bố rằng họ đã thiết kế một sản phẩm theo tiêu chuẩn IPC. Có thể họ đã làm vậy, nhưng cũng có khả năng là họ không làm. Chúng tôi cũng gặp phải trường hợp họ sẽ nói 'ồ, chúng tôi đã cố gắng làm theo cách đó nhưng gặp phải vấn đề này nên chúng tôi đã làm theo cách khác.'"

Anh ấy tiếp tục, "Chúng tôi đang đối mặt với vấn đề giống như 40 năm trước. Mọi người nhìn vào những thứ trên máy tính và nó trông hoàn hảo. Nhưng những thứ đó di chuyển trong thế giới thực. Nó không cố định. Chúng tôi vẫn đang xây dựng các bảng mạch với vải di chuyển. Chúng tôi chỉ thêm nhiều lớp và nhiều độ phức tạp hơn. Cấu trúc xếp chồng đã được cải thiện nhưng mọi người vẫn đối mặt với những thách thức mâu thuẫn. Ví dụ, các nhà sản xuất linh kiện sẽ tạo ra một thiết kế tham khảo mà mọi người đều phải tuân theo. Đôi khi, những thiết kế tham khảo đó làm cho chip hoạt động tốt hơn nhưng chúng không làm cho việc thiết kế hoặc chế tạo bảng mạch dễ dàng hơn. Đó là một lợi ích cạnh tranh."

"Chúng tôi cũng xây dựng các bảng mạch thử nghiệm cho các nhà sản xuất bán dẫn. Hình 4 là bức ảnh của một trong những bảng mạch này. Điều này giúp ích cho cả hai phía của phương trình. Chúng tôi học hỏi từ các nhà cung cấp bán dẫn và họ học hỏi từ chúng tôi."

Điều này cũng đúng với những công ty thiết kế các loại kết nối. "Chúng tôi xây dựng các bảng thử nghiệm cho một công ty kết nối," John lưu ý. "Sau đó, khách hàng của chúng tôi sử dụng những kết nối giống hệt nhau, và nhà sản xuất kết nối

sẽ nói 'chà, các bạn đã xây dựng bảng thử nghiệm nên không nên có bất kỳ vấn đề nào.' Chúng tôi cố gắng giải thích cho những khách hàng này cũng như công ty kết nối, rằng bảng thử nghiệm dày 80 mil, nhưng bảng bạn sẽ sử dụng có độ dày gấp đôi. Có rất nhiều yếu tố, như bất thường trong việc mạ, mà mọi người không nhận ra."

Như đã được trích dẫn trong nhiều bài báo, sự phức tạp và chức năng của các sản phẩm điện tử ngày nay, đặc biệt là những sản phẩm ở phân khúc hiệu suất cao, liên tục tăng thêm những thách thức mà chúng ta gặp phải trong nhiều sản phẩm được thiết kế và xây dựng ngày nay.

Như John đã nói, "Những gì bạn có thể làm với một tấm mạch 12 lớp 062, bạn không thể làm được với một tấm mạch dày 160-mil, 36 lớp. Những gì đã xảy ra trong các thế hệ sản phẩm trước vẫn tiếp diễn, nhưng không phải mọi thứ đều như vậy. Đây là nơi mà sự chuyên môn được đưa vào. Chẳng hạn, việc xếp chồng các lớp vẫn là một vấn đề. Các nhà phát triển sản phẩm muốn biết chúng tôi có thể khoan lỗ nhỏ đến mức nào, hoặc chúng tôi có thể mạ tỷ lệ khía cạnh cao đến mức nào. Họ sẽ nói họ muốn một lỗ 8-mil. Khi chúng tôi hỏi đó là kích thước lỗ khoan hay kích thước lỗ hoàn thiện, họ không biết chúng tôi đang nói về đường kính lỗ bên trong so với đường kính lỗ bên ngoài. Trong các sản phẩm tốc độ cao, điều này cùng với dung kháng và khoảng cách trở nên cực kỳ quan trọng."

Anh ấy tiếp tục, "Chúng tôi cũng nhận được các tấm mạch với ngân sách đăng ký cực kỳ chặt chẽ. Việc xếp chồng là một trong những yếu tố quan trọng giúp chúng tôi đạt được đăng ký tốt hơn. Thực tế, nó điều khiển việc đăng ký."

Ngoài ra, mọi người muốn biết khả năng của chúng tôi là gì, và họ muốn xem lộ trình công nghệ của chúng tôi. Tôi giải thích, 'Tôi thích không cho bạn xem điều đó vì có khả năng bạn sẽ sử dụng nó sai cách.' Chúng tôi có những khả năng tiên tiến, và nếu họ chọn mọi yếu tố từ cột nói rằng 'tiên tiến', chúng tôi có lẽ không thể xây dựng nó. Làm như vậy giống như đứng trên một chân và sau đó làm một cú lộn ngược. Tôi có thể làm cú lộn ngược, tôi chỉ không thể làm mọi kết hợp với cú lộn ngược đó.

"Bạn có thể gặp phải các yếu tố thiết kế cạnh tranh nơi mà mọi người nghĩ rằng họ đã sử dụng một yếu tố trước đó nên họ nên có thể sử dụng nó mọi lúc. Họ không nhất thiết hiểu sự tương tác hoặc độ phức tạp của những yếu tố đó. Khi mọi thứ phát triển với độ phức tạp, mọi người gặp khó khăn khi họ cố gắng kết hợp thêm các bộ phận tính năng sản xuất. Trong tình huống đó, chúng tôi thích có thể thảo luận về những gì có thể thực hiện, và chúng tôi cần làm gì với thiết kế để cho phép khách hàng kết hợp tính năng họ cần để giảm thiểu rủi ro."

Xu hướng

Như chúng tôi đã lưu ý trong các bài blog trước đây đã được đăng, ngày nay, các thiết kế phức tạp, tốc độ cao, tần số cao, tổn hao thấp là xu hướng sản phẩm chính của ngành ảnh hưởng đến quy trình thiết kế.

John giải thích, “Thách thức lớn nhất là tổn hao truyền dẫn liên quan đến các tần số cao hơn mà chúng tôi đang hoạt động ở hiện nay. Và, chúng tôi phải giải quyết mọi thứ ảnh hưởng đến tổn hao truyền dẫn bao gồm cả vật liệu hiệu suất cao và loại kính được sử dụng trong những vật liệu đó. Trong một số trường hợp, mọi người đang tránh xa kính và chuyển sang một số phương tiện khác có vẻ hứa hẹn. Ngoài ra, chúng tôi phải xem xét độ nhám của đồng. Điều này không chỉ là những gì nhà sản xuất laminate có thể áp dụng lên bảng mạch, mà còn là những gì chúng tôi, nhà chế tạo, làm với đồng đó. Oxit không hoạt động ở tần số cao vì nó làm cho mọi thứ quá nhám. Ngay cả oxit của ISU—được coi là thực sự mịn—cũng không đủ mịn nên chúng tôi phải xem xét các hóa chất khác không có tính ăn mòn. Trong nhiều năm, chúng tôi đã làm cho đồng trở nên nhám để khi chúng được đưa vào lò tái hợp, mọi thứ có thể bám dính với nhau. Bạn có một miếng đồng lớn mịn, và để gắn vật liệu laminate vào nó, bạn phải làm cho nó trở nên nhám.”

“Do vấn đề về tổn thất trở lại trên tín hiệu và mặt phẳng, đồng không thể còn thô nữa. Vì vậy, bây giờ chúng tôi đang sử dụng những hóa chất rất giống với những gì mà nhà sản xuất laminate sử dụng để phủ lên kính, hoặc được sử dụng để xử lý foil sao cho nhựa dính vào nó. Cùng một điều xảy ra với đồng. Bạn phải áp dụng một lớp xử lý lên trên nó để làm cho nó tương thích. Điều này rất khác so với những gì chúng tôi đã làm trong quá khứ và đây là xu hướng hiện tại.”
John tiếp tục, “Các bảng mạch đang trở nên dày hơn, các vias trở nên dài hơn, và chúng không hoạt động vì có quá nhiều sự cản trở khủng khiếp đối với mắt nên chúng phải được khoan lùi. Trên một sản phẩm mà chúng tôi đã làm một năm trước, bạn có thể có một đoạn stub dài 12-mil. Trên sản phẩm mà chúng tôi đang sản xuất cho thế hệ tiếp theo với sản phẩm 56 Gb/s và 112 Gb/s, 6 mils là độ dài stub tối đa. Để có thể khoan với độ chính xác đó trên một tấm bảng dày một cách nhất quán với công nghệ thông thường là không thể.”

Do vì lý do trên, ISU đã phải phát triển một quy trình mới để họ có thể khoan đến một đoạn 6-mil và thực hiện điều đó một cách lặp đi lặp lại. John giải thích, “Đó là một đoạn 4 +/- 2, nó sâu và thật đáng kinh ngạc với những gì mà các kỹ sư quy trình đã đạt được. Điều này, cùng với tỷ lệ khía cạnh cao, [là] xu hướng đang thúc đẩy. 20:1 với một mũi khoan 0.2 mm là điều phổ biến trong các kiến trúc mạng cao cấp ngày nay.”

ISU cũng đã làm việc với các nhà sản xuất thiết bị khoan để cải thiện quy trình sản xuất của họ. John nói, “Các nhà sản xuất có một số ý tưởng thực sự tốt và kỹ thuật tốt, nhưng phần mềm bị hạn chế, nên mất một thời gian. Các kỹ sư của chúng tôi phải tham gia vào. Chúng tôi phải cải thiện kiểm soát độ phẳng của mình, nhưng cùng một lúc chúng tôi phải phát triển khả năng cảm biến lớp trong. Hiện nay đã có thiết bị có thể làm điều này nhưng chúng tôi vẫn còn nhiều việc phải làm ở phía mình.”

ISU cũng hợp tác với các nhà cung cấp laminate và khách hàng của mình để phát triển vật liệu mới và kiểm tra chúng qua độ tin cậy cơ học nhiệt và SI. "Chúng tôi làm việc với các nhà sản xuất hóa chất về đồng mịn," John ghi chú. "Lý tưởng thì hóa chất đó sẽ tương thích với tất cả các hệ thống nhựa nhưng điều đó không thể. Không ai tạo ra một dung dịch không ăn mòn phổ quát nào tương thích với mọi vật liệu laminate của mỗi nhà sản xuất."

Xu hướng về độ dày bảng mạch và kích thước gói hàng thúc đẩy hầu hết sự phát triển mà ISU thực hiện ngày nay. "Chúng tôi luôn tìm cách nâng cao khả năng xử lý của mình xung quanh sự tiến hóa của công nghệ PCB," anh ấy thêm vào. "Có những điều đổi mới hơn, và chúng tôi cần phải có khả năng nhìn thấy những điều này đến. Một số điều này đã mất chúng tôi bốn năm để phát triển. Nếu ai đó đã nói với tôi trước đó rằng tôi cần một đoạn ngắn 6-mil, tôi sẽ nói với họ rằng họ điên rồ."

Đổi Mới Mới

Trong vòng từ hai đến năm năm tới, một số sự phát triển sẽ diễn ra. John nói, “Trong các PCB đa lớp, chúng tôi đang xử lý đường truyền hiện nay, nhưng mật độ sẽ là thách thức lớn tiếp theo của chúng tôi, đặc biệt là mật độ của các BGA. Hãy nghĩ về tất cả các bộ phận nhỏ bé đi vào sản phẩm xây dựng—như điện thoại di động.”

Ở phía sản phẩm mạng cấp cao, các bộ phận ngày càng trở nên lớn hơn. "Về các chip chuyển mạch đang được xây dựng, mỗi bộ phận đều lớn hơn về kích thước," John lưu ý. "Tôi nghĩ chúng ta đang tiến đến một điểm mà chúng ta sẽ thấy sự thay đổi mật độ trong định dạng lớn sang một khoảng cách chân ghim chặt chẽ hơn, điều này sẽ tăng mật độ I/O. Cách chúng ta xây dựng một PCB ngày nay sẽ không còn phù hợp. Tôi không biết là hai hay năm năm nữa nhưng nó nằm trong khoảng thời gian đó. Chúng ta sẽ thấy sự thay đổi trên một số sản phẩm cao cấp thực sự sẽ yêu cầu một số quy trình chế tạo mới - các kỹ thuật và phương pháp tiếp cận mà chúng ta không sử dụng ngày nay. Chúng được sử dụng ở một số mức độ trên một số sản phẩm như điện thoại di động. Nhưng những gì bạn làm trên một chiếc điện thoại di động, bạn không thể làm trên một thẻ mạng. Chúng ta sẽ phải phát triển một sự kết hợp của các công nghệ được sử dụng trong một loạt các ngành công nghiệp, và tìm ra cách làm thế nào để tạo ra một tấm bảng 40 lớp từ nó. Đây là lý do tại sao tôi nghĩ mật độ sẽ thúc đẩy bộ yêu cầu tiếp theo."

Ảnh hưởng của COVID-19

Giống như nhiều lĩnh vực sản xuất khác, tác động lâu dài và toàn diện của COVID-19 đối với ngành công nghiệp PCB vẫn còn phải chờ xem.

John giải thích, “Tôi nghĩ rằng ngành và những người trong ngành đã làm một công việc thực sự đáng kinh ngạc trong việc hỗ trợ lẫn nhau. Bởi vì ISU có trụ sở tại Hàn Quốc, chúng tôi đã trải qua một tác động tiềm ẩn. Có khách du lịch từ Vũ Hán đến Daegu để tham dự một sự kiện, và mọi người đã bị nhiễm bệnh, và nó lan truyền rất nhanh trong nhóm đó. Nhà máy của chúng tôi nằm ngay bên ngoài Daegu. Nhưng Hàn Quốc đã tiếp cận một cách rất chủ động về việc xét nghiệm. Họ đã có thể xét nghiệm và phân loại mọi người rất nhanh chóng. Ban đầu chúng tôi lo lắng rằng khi dịch bùng phát ở Hàn Quốc, chúng tôi sẽ phải đóng cửa một thời gian. Nhưng chúng tôi đã thực hiện các biện pháp tương tự như những gì CDC khuyến nghị và thậm chí hơn nữa, và chúng tôi đã thành công.”

"Đối với chúng tôi, ảnh hưởng lớn nhất đến từ những gì chúng tôi phải làm để duy trì hoạt động. Nhưng chúng tôi không làm ảnh hưởng đến khách hàng của mình. Chuỗi cung ứng của chúng tôi đã gặp phải sự gián đoạn, vì vậy năng suất của chúng tôi đã giảm trong một thời gian khi chúng tôi phải vệ sinh mọi thứ hàng ngày và học cách sống trong thế giới COVID-19. Ảnh hưởng lớn nhất là về logistics. Mọi người không lên máy bay để bay khắp thế giới. Những chuyến bay này cũng chính là phương tiện vận chuyển tất cả những thứ chúng tôi cần để xây dựng sản phẩm. Ở Hàn Quốc, hầu hết nguồn cung của chúng tôi được vận chuyển bằng đường hàng không. Kết quả là, chúng tôi phải chuyển sang vận chuyển đường biển, điều này đã kéo dài thời gian chờ của chúng tôi. Mỗi quốc gia mà chúng tôi nhận sản phẩm từ đó đều trải qua một giai đoạn bị đóng cửa hoặc thiếu hụt từ này sang khác."

"Khách hàng của chúng tôi muốn chúng tôi vận chuyển hàng không. Nhưng chúng tôi không thể làm điều đó vì không có máy bay nào có sẵn và thời gian chờ đã tăng lên đến ba ngày. Với loại trễ nãi như vậy, chúng tôi có thể chẳng khác nào chuyển sản phẩm lên tàu. Thêm vào đó, cước phí vận chuyển hàng không đã tăng lên 3 hoặc 4 lần."

Khía cạnh tích trữ cũng đóng một vai trò trong môi trường phát triển sản phẩm ngày nay. "Một số OEM lớn thực sự đã ra ngoài và mua lại công suất cũng như đẩy nhanh việc giao hàng nguyên vật liệu để cố gắng giảm thiểu tác động," John trích dẫn. "Điều này tạo ra một hiệu ứng domino. Tôi lo lắng về phản ứng phụ của COVID-19 bởi vì họ đã tích trữ đồ và tạo ra một số bất thường trong chuỗi cung ứng."

"Chúng tôi đã đẩy nhanh việc giao hàng nhiều sản phẩm kết quả của COVID để lấp đầy khoảng trống từ một số nhà cung cấp Trung Quốc. Đồng thời, khách hàng của chúng tôi đang cố gắng vượt lên trước vấn đề bởi vì họ đã thấy tác động của COVID khi nó ban đầu di chuyển từ Trung Quốc sang Ý và bây giờ là Malaysia, Thái Lan và các quốc gia khác. Hai tháng sau khi COVID bùng phát ở Trung Quốc, Malaysia bị ảnh hưởng và, trong một thời gian, chúng tôi không thể lấy được lá đồng từ Malaysia. Chính phủ đã đóng cửa mọi thứ."

"Chúng tôi gặp khó khăn trong việc lấy các sản phẩm khác nhau từ các nơi khác nhau trên thế giới. Đây là những vấn đề phát sinh từ COVID vượt ra ngoài hoạt động trực tiếp của nhà máy. Chúng tôi may mắn vì được liệt kê là doanh nghiệp cơ sở hạ tầng thiết yếu. Tại nhà máy ở California, chúng tôi đã thực hiện việc quét nhiệt độ cơ thể của mọi người; yêu cầu mọi người đeo khẩu trang và găng tay, hoặc rửa tay và duy trì khoảng cách xã hội tại nơi làm việc. Những người làm công việc văn phòng thì làm việc từ nhà. Điều quan trọng nhất của chúng tôi là duy trì nỗ lực hỗ trợ khách hàng. Chúng tôi có các cuộc họp trạng thái liên tục để thông báo cho khách hàng biết tình hình."

"Điều quan trọng là không ai ngừng nỗ lực. Hãy nghĩ về ảnh hưởng của cơ sở hạ tầng đối với mạng lưới truyền thông khi mọi người làm việc từ xa. Chúng tôi không được thiết kế để mọi người đều làm việc từ nhà. Hãy nghĩ về tất cả các cuộc họp diễn ra qua Internet. Cisco đã báo cáo rằng Webex chưa bao giờ phát triển mạnh mẽ như vậy."

Và, như đã được tất cả các cơ quan truyền thông lưu ý, ảnh hưởng của COVID vượt ra ngoài nơi làm việc. John nói, “Có gần 50 triệu học sinh không thể đến lớp. Người ta ước tính rằng một phần ba số học sinh thực sự không có đủ điều kiện để học tại nhà. Việc học không thể được cung cấp cho 2/3 số người và làm tổn thương phần còn lại một phần ba.”

Hậu quả của những điều trên, có một số khía cạnh của ngành công nghiệp đang chứng kiến mức độ tăng trưởng cao. “Google classroom là một sản phẩm thực sự lớn, cũng như nhu cầu về Chromebooks,” John giải thích. “Và, tất cả khách hàng lớn về mạng của chúng tôi đang tiến lên, cũng như các công ty đám mây. Họ đang di chuyển với tốc độ nhanh hơn, bởi vì một thực tế mới đang được tạo ra do COVID. Và, với một số người đã kém hứng thú với giáo dục công cộng, chúng ta có thể kết thúc với việc học từ xa nhiều hơn và trẻ em được giáo dục tại nhà. Các sản phẩm liên quan đến điều này sẽ trở nên phức tạp hơn, và chúng ta sẽ trở nên phụ thuộc nhiều hơn vào chúng. Mô hình đang thay đổi, và sẽ thú vị khi xem điều gì sẽ xảy ra tiếp theo.”

Tóm tắt

Giao diện giữa quá trình thiết kế và chế tạo là đa tầng và liên quan đến một số kỹ thuật phát triển sản phẩm từ trước khi vẽ sơ đồ cho đến khi giao sản phẩm cuối cùng. Tận dụng giao diện này ở tất cả các giai đoạn của quá trình phát triển sản phẩm đảm bảo rằng sản phẩm sẽ hoạt động như một mẫu thử cũng như một sản phẩm hoàn chỉnh đến cuối đời sản phẩm. Với độ phức tạp của các thiết kế ngày nay, và những yêu cầu đặt ra cho PCB, việc thiết lập mối quan hệ giữa thiết kế và chế tạo ngay từ đầu là điều cần thiết.

Bạn có muốn tìm hiểu thêm về cách Altium có thể giúp bạn với thiết kế PCB tiếp theo của mình không? Nói chuyện với một chuyên gia tại Altium hoặc tiếp tục khám phá thêm mẹo thiết kế từ một nhà chế tạo có kinh nghiệm.