eng
DOI: 10.22184/1992-4178.2022.212.1.72.77
На нескольких примерах рассмотрены достижения ООО «ПСБ технологии» по созданию многослойных печатных плат. Отмечено, что специалисты компании обеспечивают реализацию проектов даже, казалось бы, с технически невыполнимыми требованиями.
На нескольких примерах рассмотрены достижения ООО «ПСБ технологии» по созданию многослойных печатных плат. Отмечено, что специалисты компании обеспечивают реализацию проектов даже, казалось бы, с технически невыполнимыми требованиями.
Теги: printed circuit board sequential pressing via переходное отверстие печатная плата последовательное прессование
Многослойные печатные платы компании «ПСБ технологии»
А. Чернышов
ООО «ПСБ технологии» поставляет печатные платы уже более 20 лет. За это время компания зарекомендовала себя как производитель сложных и надежных изделий. Специалисты компании обеспечивают реализацию проектов даже, казалось бы, с технически невыполнимыми требованиями. О ряде достижений ООО «ПСБ технологии» по созданию многослойных печатных плат рассказывается в статье.
Рассмотрим несколько примеров печатных плат, изготовленных компанией «ПСБ технологии» .
Пример 1. Толщина платы часто является непреодолимым препятствием для выполнения сложных многослойных проектов. В таких проектах часто требуется выполнение переходных отверстий с предельно малыми диаметрами. Но решение подобной задачи может упереться в пределы технологических возможностей выполнения сквозных металлизированных отверстий в плате большой толщины (табл. 1).
Как видно из табл. 1, отношение диаметра отверстия к толщине платы (aspect ratio) не является постоянным коэффициентом – оно увеличивается при уменьшении диаметра отверстия.
В отдельных случаях подобное ограничение можно обойти. Нами была изготовлена плата толщиной 1,5 мм с переходными отверстиями диаметром 0,15 / 0,3 мм (рис. 1). Ограничение по допустимой толщине платы для сквозных отверстий малого диаметра удалось обойти путем замены сквозных переходных отверстий на комбинацию скрытых отверстий между вторым и предпоследним слоями и лазерных микроотверстий с двух внешних сторон платы.
Если на плате есть BGA-компоненты и дифференциальные пары, приходящие на внутренние ряды выводов, то диаметры переходных отверстий составят 0,25–0,2 мм. При толщине платы 2,0–2,5 мм aspect ratio должно быть 1 / 10 или менее. Параметры проекта получаются на пределе технологических возможностей производства, но, тем не менее, с большой вероятностью такой проект можно реализовать.
Пример 2. Технологически любая плата состоит из трех видов материалов: фольгированных ламинатов (ядер), препрегов (связующих прокладок без медной фольги) и слоев медной фольги (рис. 2). В структуре платы ядра и препреги чередуются, и это влияет на то, какие типы межслойных отверстий, каким образом и с какими диаметрами можно изготовить.
Типичный способ формирования слепых отверстий методом последовательного прессования предполагает, что отверстия в процессе изготовления выполняются сквозной сверловкой (всей структуры или отдельной ее части), поэтому взаимное пересечение несквозных отверстий будет технологически недопустимо (рис. 3). Метод последовательного прессования позволяет делать слепые отверстия с диаметрами 0,15–0,4 (0,5) мм, что во многом соответствует платам только со сквозными отверстиями.
Существует и другой метод выполнения слепых отверстий – лазерная сверловка. В этом случае отверстия (обычно с диаметром 0,1 мм) изначально являются слепыми, поэтому для получения качественной металлизации они выполняются только в тонких препрегах (обычно 70–80 мкм, поскольку толщина препрега должна быть меньше диаметра отверстия).
Слепые лазерные микроотверстия могут полностью заполняться медью в процессе металлизации, поэтому в сложной структуре их можно выполнять одно над другим (рис. 4).
Необходимость оптимальной трассировки всех проводников проекта может вступать в противоречие с технологическими возможностями производства, когда вследствие особенностей проекта нужно иметь возможность применять не просто несквозные отверстия, а, фактически, «с любого слоя на любой». В этом случае обычный метод последовательного прессования не позволит выполнить взаимно пересекающиеся типы отверстий, а стандартные структуры с лазерными микроотверстиями не обеспечивают всех вариантов возможных межслойных соединений. Изготовить платы со сложными типами межслойных соединений можно, совмещая два названных выше метода – последовательное прессование и лазерные микроотверстия. Переходные отверстия между более чем двумя соседними слоями изготавливают путем последовательного выполнения лазерных микроотверстий одного над другим в одну «стопку» – stacked micro-vias. При этом для обеспечения возможности выполнения одного отверстия над другим нижнее отверстие полностью заполняется медью в процессе металлизации.
Stacked micro-vias позволяют выполнить платы с самыми «невероятными» структурами, сложность которых ограничена только фантазией разработчика (рис. 5).
Структуру переходных отверстий в приведенном примере проекта сложно назвать оптимальной как для выполнения трассировки, так и в отношении технологичности и стоимости изготовления. Тем не менее, компания «ПСБ технологии» может обеспечить реализацию и таких сложных проектов (рис. 6, 7).
Пример 3. Проекты с нормами проводник / зазор до 3 / 3 мил (0,0762 / 0,0762 мм) уже давно не являются редкостью. Также часто применяются переходные отверстия 0,2 / 0,4 мм (отверстие / площадка) и даже 0,15 / 0,3 мм (для плат с допустимой максимальной толщиной). Номинальная ширина поясков металлизации таких отверстий составляет всего 0,1–0,075 мм, что предъявляет высокие требования к производству не только в отношении выполнения предельно узких проводников и зазоров, но и в плане точности сверловки.
Основываясь только на перечисленных допустимых предельных значениях параметров, может возникнуть соблазн «тотального» (по всей площади платы) применения этих параметров в проекте. При этом разработчики могут не знать, что у проектов есть и другие параметры, влияющие на сложность производства. Одним из таких параметров является зазор между краем отверстия в проекте и ближайшим проводником, полигоном или контактной площадкой другой цепи.
Для обычного производства зазор между краем отверстия в проекте и проводником другой цепи должен быть не меньше 0,25–0,2 мм. С учетом того, что диаметр сверла на 0,1–0,15 мм больше, чем номинальный диаметр отверстия, расчетный зазор получается меньше. Стандартная точность позиционирования отверстий до ±3 мил (~0,08 мм) может уменьшить зазор до предела, поэтому остаточная толщина диэлектрика между металлизацией отверстия и проводником в реальной плате может получиться очень небольшой.
Зазор 0,2 мм от отверстия до проводника другой цепи соответствует ситуации размещения проводника с зазором 0,1 мм до пояска металлизации переходного отверстия 0,2 / 0,4 мм (зазор 0,2 мм равен сумме зазора 0,1 мм и ширины пояска металлизации 0,1 мм). На негативных слоях питания зазор от отверстия до полигона другой цепи соответствует ширине пояска выреза вокруг неподключенного отверстия.
Выявить нарушение в исходной программе очень сложно, поскольку нужные типы проверок могут просто отсутствовать. Удаляя контактные площадки (пояски металлизации) у переходных отверстий на внутренних слоях и выполняя при автоматизированной трассировке все зазоры по 75 мкм, можно легко получить зазор от проводника до отверстия без площадки в 75 мкм. При проверке соответствия проекта правилам проектирования (Design Rule Checking, DRC) зазор от края отверстия до проводника обычно не контролируется. При неудачных настройках поясков отверстий и зазоров можно получить в многослойной плате до нескольких сотен нарушений зазора «край отверстия – проводник» (PTH to Copper) (рис. 8).
В отдельных случаях, по согласованию с заводом-изготовителем, зазор «край отверстия – проводник» может быть уменьшен до 0,175 мм или даже до 0,15 мм. Компании «ПСБ Технологии» удалось изготовить 8‑слойные платы с зазорами «проводник – отверстие» 0,175 мм (рис. 9). В проекте присутствуют два типа слепых отверстий L1–L4 и L5–L8, выполненных методом последовательного прессования: сначала слоев 1–4 и 5–8, а потом общей прессовкой в одну структуру. При этом количество отверстий в проекте более 16000. Хотя сквозных отверстий только около 500, с учетом трех этапов прессовки и номинального зазора «край отверстия – проводник», равного 0,175 мм, сложность реализованного проекта была очень высокая.
При изготовлении плат мы готовы взяться за очень сложные заказы, но рекомендуем аккуратно подбирать параметры топологии и оценивать их в совокупности друг с другом. Предельные параметры следует использовать только в случае крайней необходимости и только в узких местах. ●
А. Чернышов
ООО «ПСБ технологии» поставляет печатные платы уже более 20 лет. За это время компания зарекомендовала себя как производитель сложных и надежных изделий. Специалисты компании обеспечивают реализацию проектов даже, казалось бы, с технически невыполнимыми требованиями. О ряде достижений ООО «ПСБ технологии» по созданию многослойных печатных плат рассказывается в статье.
Рассмотрим несколько примеров печатных плат, изготовленных компанией «ПСБ технологии» .
Пример 1. Толщина платы часто является непреодолимым препятствием для выполнения сложных многослойных проектов. В таких проектах часто требуется выполнение переходных отверстий с предельно малыми диаметрами. Но решение подобной задачи может упереться в пределы технологических возможностей выполнения сквозных металлизированных отверстий в плате большой толщины (табл. 1).
Как видно из табл. 1, отношение диаметра отверстия к толщине платы (aspect ratio) не является постоянным коэффициентом – оно увеличивается при уменьшении диаметра отверстия.
В отдельных случаях подобное ограничение можно обойти. Нами была изготовлена плата толщиной 1,5 мм с переходными отверстиями диаметром 0,15 / 0,3 мм (рис. 1). Ограничение по допустимой толщине платы для сквозных отверстий малого диаметра удалось обойти путем замены сквозных переходных отверстий на комбинацию скрытых отверстий между вторым и предпоследним слоями и лазерных микроотверстий с двух внешних сторон платы.
Если на плате есть BGA-компоненты и дифференциальные пары, приходящие на внутренние ряды выводов, то диаметры переходных отверстий составят 0,25–0,2 мм. При толщине платы 2,0–2,5 мм aspect ratio должно быть 1 / 10 или менее. Параметры проекта получаются на пределе технологических возможностей производства, но, тем не менее, с большой вероятностью такой проект можно реализовать.
Пример 2. Технологически любая плата состоит из трех видов материалов: фольгированных ламинатов (ядер), препрегов (связующих прокладок без медной фольги) и слоев медной фольги (рис. 2). В структуре платы ядра и препреги чередуются, и это влияет на то, какие типы межслойных отверстий, каким образом и с какими диаметрами можно изготовить.
Типичный способ формирования слепых отверстий методом последовательного прессования предполагает, что отверстия в процессе изготовления выполняются сквозной сверловкой (всей структуры или отдельной ее части), поэтому взаимное пересечение несквозных отверстий будет технологически недопустимо (рис. 3). Метод последовательного прессования позволяет делать слепые отверстия с диаметрами 0,15–0,4 (0,5) мм, что во многом соответствует платам только со сквозными отверстиями.
Существует и другой метод выполнения слепых отверстий – лазерная сверловка. В этом случае отверстия (обычно с диаметром 0,1 мм) изначально являются слепыми, поэтому для получения качественной металлизации они выполняются только в тонких препрегах (обычно 70–80 мкм, поскольку толщина препрега должна быть меньше диаметра отверстия).
Слепые лазерные микроотверстия могут полностью заполняться медью в процессе металлизации, поэтому в сложной структуре их можно выполнять одно над другим (рис. 4).
Необходимость оптимальной трассировки всех проводников проекта может вступать в противоречие с технологическими возможностями производства, когда вследствие особенностей проекта нужно иметь возможность применять не просто несквозные отверстия, а, фактически, «с любого слоя на любой». В этом случае обычный метод последовательного прессования не позволит выполнить взаимно пересекающиеся типы отверстий, а стандартные структуры с лазерными микроотверстиями не обеспечивают всех вариантов возможных межслойных соединений. Изготовить платы со сложными типами межслойных соединений можно, совмещая два названных выше метода – последовательное прессование и лазерные микроотверстия. Переходные отверстия между более чем двумя соседними слоями изготавливают путем последовательного выполнения лазерных микроотверстий одного над другим в одну «стопку» – stacked micro-vias. При этом для обеспечения возможности выполнения одного отверстия над другим нижнее отверстие полностью заполняется медью в процессе металлизации.
Stacked micro-vias позволяют выполнить платы с самыми «невероятными» структурами, сложность которых ограничена только фантазией разработчика (рис. 5).
Структуру переходных отверстий в приведенном примере проекта сложно назвать оптимальной как для выполнения трассировки, так и в отношении технологичности и стоимости изготовления. Тем не менее, компания «ПСБ технологии» может обеспечить реализацию и таких сложных проектов (рис. 6, 7).
Пример 3. Проекты с нормами проводник / зазор до 3 / 3 мил (0,0762 / 0,0762 мм) уже давно не являются редкостью. Также часто применяются переходные отверстия 0,2 / 0,4 мм (отверстие / площадка) и даже 0,15 / 0,3 мм (для плат с допустимой максимальной толщиной). Номинальная ширина поясков металлизации таких отверстий составляет всего 0,1–0,075 мм, что предъявляет высокие требования к производству не только в отношении выполнения предельно узких проводников и зазоров, но и в плане точности сверловки.
Основываясь только на перечисленных допустимых предельных значениях параметров, может возникнуть соблазн «тотального» (по всей площади платы) применения этих параметров в проекте. При этом разработчики могут не знать, что у проектов есть и другие параметры, влияющие на сложность производства. Одним из таких параметров является зазор между краем отверстия в проекте и ближайшим проводником, полигоном или контактной площадкой другой цепи.
Для обычного производства зазор между краем отверстия в проекте и проводником другой цепи должен быть не меньше 0,25–0,2 мм. С учетом того, что диаметр сверла на 0,1–0,15 мм больше, чем номинальный диаметр отверстия, расчетный зазор получается меньше. Стандартная точность позиционирования отверстий до ±3 мил (~0,08 мм) может уменьшить зазор до предела, поэтому остаточная толщина диэлектрика между металлизацией отверстия и проводником в реальной плате может получиться очень небольшой.
Зазор 0,2 мм от отверстия до проводника другой цепи соответствует ситуации размещения проводника с зазором 0,1 мм до пояска металлизации переходного отверстия 0,2 / 0,4 мм (зазор 0,2 мм равен сумме зазора 0,1 мм и ширины пояска металлизации 0,1 мм). На негативных слоях питания зазор от отверстия до полигона другой цепи соответствует ширине пояска выреза вокруг неподключенного отверстия.
Выявить нарушение в исходной программе очень сложно, поскольку нужные типы проверок могут просто отсутствовать. Удаляя контактные площадки (пояски металлизации) у переходных отверстий на внутренних слоях и выполняя при автоматизированной трассировке все зазоры по 75 мкм, можно легко получить зазор от проводника до отверстия без площадки в 75 мкм. При проверке соответствия проекта правилам проектирования (Design Rule Checking, DRC) зазор от края отверстия до проводника обычно не контролируется. При неудачных настройках поясков отверстий и зазоров можно получить в многослойной плате до нескольких сотен нарушений зазора «край отверстия – проводник» (PTH to Copper) (рис. 8).
В отдельных случаях, по согласованию с заводом-изготовителем, зазор «край отверстия – проводник» может быть уменьшен до 0,175 мм или даже до 0,15 мм. Компании «ПСБ Технологии» удалось изготовить 8‑слойные платы с зазорами «проводник – отверстие» 0,175 мм (рис. 9). В проекте присутствуют два типа слепых отверстий L1–L4 и L5–L8, выполненных методом последовательного прессования: сначала слоев 1–4 и 5–8, а потом общей прессовкой в одну структуру. При этом количество отверстий в проекте более 16000. Хотя сквозных отверстий только около 500, с учетом трех этапов прессовки и номинального зазора «край отверстия – проводник», равного 0,175 мм, сложность реализованного проекта была очень высокая.
При изготовлении плат мы готовы взяться за очень сложные заказы, но рекомендуем аккуратно подбирать параметры топологии и оценивать их в совокупности друг с другом. Предельные параметры следует использовать только в случае крайней необходимости и только в узких местах. ●
Отзывы читателей
