11 dicas para o design e fabricação de micro PCB

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11 dicas para o design e fabricação de micro PCB 311 dicas para o design e fabricação de micro PCB

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O mundo da eletrônica está prestes a explodir ou, devo dizer, “implodir”, cuja definição é “desmoronar violentamente”. Essa implosão será causada por uma redução séria de tamanho ou por enormes melhorias na funcionalidade de produtos eletrônicos, resultando na miniaturização de placas de circuito impresso. Aqui estão algumas dicas que ajudarão você a entender como lidar com o design e a fabricação de micro PCB.

Hoje, a redução de tamanho na placa de circuito básica permitirá que os designers reduzam o tamanho de seus PCBs pela metade ou, em um quarto, pelo tamanho original. Dizemos “hoje”, porque, até o momento em que escrevi, conheço algumas empresas que se mudam para circuitos impressos microeletrônicos; as linhas muito finas que antes estavam indisponíveis para os projetistas agora se tornarão populares, com a antiga largura mínima absoluta da linha de 75 mícrons (3 mils) dando lugar a 30 mícrons (1,2 mils) ou menos.

Com traços e vias menores, novas regras de design são necessárias porque os métodos de fabricação de circuitos impressos são bem diferentes e avançados. Os fabricantes de circuitos impressos microeletrônicos não conseguem usar o antigo processo padrão de filme seco, chapa e gravação para produzir linhas com menos de 75 mícrons de maneira confiável. A fotolitografia é o método de escolha para gerar essas linhas e espaços muito finos. A mudança para larguras de linhas menores pode pegar muitos fabricantes de circuitos impressos antiquados “presos na lama” desprevenidos que nem sequer oferecem 3 mils agora. Para ser competitiva em um futuro próximo, as lojas de PCB precisarão oferecer linhas e espaços de pelo menos 50 mícrons ou até 30.

Os grupos de fabricantes de micro PCB

Os fabricantes de microcircuitos finos são divididos em quatro grupos. O Grupo Um é majoritariamente asiático, com um ou dois fabricantes de eletrônicos de alto volume cativos nos EUA que desenvolveram um processo de linha fina exclusivo de traços de 40 a 50 mícrons para seus telefones celulares ou iPods. O Grupo Dois é um número muito limitado de empresas de pesquisa e desenvolvimento que fabricam um pequeno número de circuitos especializados com linhas muito finas com menos de 40 mícrons construídos apenas em Kapton, onde os custos são altos e os prazos de entrega são de três meses e as quantidades de produção são pequenas.

O Grupo Três está expandindo o mais rápido, com empresas de médio porte, oferecendo números de produção menores, com larguras de linha de 75 a 40 mícrons e quantidades de produção aos milhares, com algumas semanas de retorno. O último, Grupo Quatro, é a produção normal de circuitos impressos em linhas finas de 125 a 75 mícrones, com alto volume e muitos players. Nós nos colocamos no Quinto Grupo. Desenvolvemos uma nova tecnologia de fabricação capaz de linhas e espaços de 30 mícrons em FR4 ou Kapton. Também temos menos de 20 mícrons no meio do desenvolvimento e esperamos oferecer esse recurso no segundo trimestre de 2008.

À medida que o negócio de microeletrônica se expande e mais empresas de circuitos impressos encontram a tecnologia necessária para fabricar linhas muito finas de 40 mícrons e abaixo, os projetistas precisarão se familiarizar com as novas regras de design, além das vantagens e deficiências da fabricação de microcircuitos.

Como projetar Micro PCB

Linhas muito finas de 30 mícrons não podem, por razões óbvias, usar cobre normal de 30 gramas. À medida que reduzimos a largura da linha, devemos reduzir a espessura. Na Sierra Circuits, fabricamos linhas de 25 mícrons usando cobre com 18 mícrons de espessura, mas isso seria o limite superior. Os traços de cobre mais finos não devem ser um problema, a menos que seu design use corrente mais alta; nesse caso, o traço específico pode ser ampliado para lidar com a corrente mais alta. Uma linha de 30 mícrons é resistente e confiável, no entanto, não pode sofrer muitos abusos físicos que podem ser quase eliminados com o uso de uma máscara de solda típica.

Os traços finos podem interessar a muitos projetistas; no entanto, eles precisam realizar o traço de 200 mícrons de largura com o qual eles começam atualmente, reduz-se a um fio redondo de alumínio ou ouro de 25 a 13 mícron que conecta a matriz ao portador do chip. As linhas finas são encapsuladas nas camadas internas da multicamada ou por máscara de solda, o que significa que estão virtualmente travadas. Novos métodos de adesão de cobre à superfície da placa de circuito foram desenvolvidos e são usados ​​para melhorar a adesão geral de um microtraço à superfície. Temos uma placa de amostra com traços de 40 mícrons sem máscara de solda, na qual permitimos que os clientes arranhem com as unhas. Até agora, ninguém deslocou um rastro.

Os primeiros micro-projetos tinham grandes filetes do traço de 30 mícrons ao bloco. Com o tempo, provou-se desnecessário; encaminhar o traço diretamente para o bloco é muito forte e confiável. Os filetes extras apenas provaram aumentar o tempo e os custos de gravação de imagens.

Vias pequenas: existe um limite físico para o tamanho das microvias. Abaixo de 50 mícrons (2 mils), a solução de revestimento não cobre adequadamente a parede do furo, resultando em baixa qualidade. Nosso laser pode fazer furos tão pequenos quanto 20 mícrons, mas não podemos prendê-los. A espessura do laminado controla o diâmetro mínimo das vias, com um limite superior de 2: 1 para o revestimento de micro-vias.

Por exemplo, uma microvia de 3 mil é limitada a um laminado de seis mil de espessura em relação ao revestimento. Há também um limite de quão profundo nosso laser Yag pode perfurar uma via. À medida que o diâmetro diminui, o mesmo ocorre com a capacidade de penetrar no laminado para um furo limpo. Uma via de três mil está limitada a uma profundidade de quatro a cinco mils em FR4 e seis a sete mils em um laminado sem vidro usado em aplicações de IDH. Tudo sobre a microvia não é necessariamente ruim. A microvia pode não ser tão pequena quanto os traços, mas podemos adicionar um adoçante à panela, pois o anel anular ao redor da microvia pode ser significativamente menor.

A primeira coisa que notamos quando produzimos nosso primeiro micro PCB foi que as vias eram o ponto morto no bloco. O projeto usava um bloco de 9 mil e um de três mil via, que é estanque para a engenharia convencional de circuitos impressos. O novo método de fabricação a laser, mais preciso, permitiria um bloco de 5 mil com uma via de três mil, economizando assim uma enorme quantidade de área da placa.

Almofada de nove mil e uma via de três mil com linhas de 40 mícrons.

Almofada de 9 mil e uma via de 3 mil com linhas de 40 mícrons.

A utilização da nova tecnologia de design de microcircuito, em vez da tecnologia normal de circuito impresso, resulta em significativa economia imobiliária. O melhor tom disponível atualmente com larguras de linha típicas de 75 mícrons é de aproximadamente 0,5 mm, resultando em 75 mícrons (3 mils) por meio de linhas de 75 mícrons e um bloco de 250 mícrons (10 mils). O espaço entre as pastilhas é de 225 mícrons (9 mils), permitindo apenas uma linha de 75 mícrons entre as pastilhas, e essa especificação mínima é difícil para a maioria das lojas.

PCB1

PCB2

Diretrizes de design para micro PCB

A tecnologia de microcircuito utilizando espaços de 3 mil via, 5 mil, uma linha e 30 mícrons e 30 mícrons resulta em um layout de afinação de 0,2 mm.

Quando comparada a um layout padrão de placa de circuito impresso de 3 mil, a tecnologia de microcircuito resulta em uma redução de cinco vezes na área usada. Em artigos futuros, abordaremos idéias para reduzir a área de componentes necessária. No entanto, mesmo com os mesmos componentes, apenas mudar para linhas de 30 mícrons e blocos menores reduzirá significativamente a área da placa.

Ao rotear as linhas, use a mesma técnica, mas tente inclinar as linhas ao virar uma esquina, em vez de usar uma única curva de 90 graus. As linhas angulares ao redor do canto espalham a tensão do canto por uma área maior.

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Roteamento para design de micro PCB

1. Microvias

Ao utilizar camadas de tecnologia HDI adicionadas sobre uma placa de multicamadas ou como uma multicamada de todos os HDI, são utilizadas microvias para conectar-se entre as camadas finas. Os orifícios de passagem podem ser perfurados com diâmetro de 5,9 mils até 60 mils de espessura ou furos com laser de 2-3 mils de diâmetro, mas apenas no laminado HDI com 2-4 mils de espessura. Lembre-se de que os orifícios perfurados vagam muito, em comparação com os orifícios criados a laser, o que limita o tamanho da almofada a orifício. Para orifícios perfurados, use uma almofada de 12 mil com um orifício de 6 mil, enquanto que para uma microvia perfurada a laser, uma almofada de 5 mil pode ser usada com uma via de 3 mil.

2. Tamanhos dos Furos

Embora possa parecer óbvio, vale a pena reiterar: todo elemento de um design tradicional de PCB precisa ser ajustado para se ajustar à escala menor de micro. Isso pode ser um desafio para os engenheiros de layout de PCB familiarizados com os projetos tradicionais de PCB. O erro mais comum que vemos nesta área é a inclusão de furos de grandes dimensões. De fato, os projetos de micro PCB devem apresentar microvias a laser para interconectar-se entre as camadas do substrato. Se os furos forem muito grandes no design, como costuma ser o caso, isso resultará em micro PCBs abaixo do ideal ou mesmo que não funcionem.

Isso novamente remonta à importância de trabalhar com o fabricante certo de micro PCB. Quando a casa de PCB atua como um parceiro, você terá um especialista para o qual você pode recorrer durante todas as etapas do processo de PCB para garantir que seu design de micro PCB atenda a todos os requisitos necessários.

3. Espessura de Cobre

O circuito normal de linha fina de 3 mil é 1 oz de cobre, os microcircuitos usam oz por 30 mícrons de largura. A galvanização normal é usada na fabricação de microcircuitos, o que significa que os traços não precisam sair do circuito para uma linha de barramento de galvanização, a galvanização é conectada a todo o circuito e a galvanização é sem eletricidade ou elétrica.

4. Confiabilidade

A maioria dos laminados normais de circuito impresso pode ser usada para HDI ou microcircuitos, mas todos têm limitações. Os micro circuitos simples e de dupla face podem ser fabricados com laminados rígidos do tipo FR4, no entanto, eles precisam ser finos para permitir micro orifícios de passagem.

5. Teste Elétrico

O limite inferior da tecnologia de sonda voadora ou mesmo de sonda rígida (leito de pregos) está em um tom de 2 a 3 mil agora. Esperamos que diminua ao longo do tempo, pois a necessidade exige plataformas de aterrissagem menores. Se o seu micro circuito tiver pontos menores, como conectores de régua de borda, é aconselhável estender as linhas do circuito para um bloco de 3-4 mil.

Almofadas em Micro PCB Design

6. Máscara de solda

Infelizmente, as melhorias de imagem que nos permitem fabricar linhas de 30 mícrons não foram transferidas para a máscara de solda. A precisão da posição de 75 mícrons, assim como a resolução da imagem, ainda é o limite.

7. Marcação de identificação

A precisão típica da imagem da serigrafia é muito grande para microcircuitos. O Sierra Proto utiliza uma impressora jato de tinta muito fina, o que resulta em uma resolução significativamente pequena da marcação de identificação.

8. Marcação de segurança

Códigos de barra individuais muito pequenos podem ser visualizados na máscara de solda para identificar positivamente a placa de circuito impresso. Os códigos de barras podem ser tão pequenos que são praticamente invisíveis ao olho humano.

Código de barras de segurança de 8 mícrons.

Código de barras de segurança de 8 mícrons

Linha de pesquisa e desenvolvimento mil 15 mícrons.

Linha de pesquisa e desenvolvimento mil 15 mícrons

9. Final Final

Acabamentos normais de circuito impresso estão disponíveis. A maioria dos microcircuitos usa ouro macio ligável a fio, estanho de imersão ou prata.

10. Conheça as capacidades do fabricante

Esse é de longe o passo mais importante a ser tomado ao trabalhar em um design de micro PCB, independentemente da aplicação específica ou do tipo de microeletrônica que você deseja desenvolver.

Esta dica é relevante ao iniciar qualquer trabalho de design de PCB. No entanto, conhecer suas capacidades e serviços é especialmente crucial para micro PCBs. Para uma empresa que nunca realizou projetos de micro PCB antes ou nunca trabalhou com uma empresa de fabricação de PCB nesse tipo de produto, isso é essencial.

“Os recursos de fabricação de micro PCB variam muito de um fabricante para outro.”

O motivo é direto: os recursos de fabricação de micro PCB variam muito de um fabricante para outro. De fato, os micro PCBs ainda são relativamente novos e complexos o suficiente para que muitos fabricantes de PCB ofereçam limitado a nenhum recurso ou suporte microeletrônico. Para que um projeto de micro PCB seja bem-sucedido, você precisa garantir que o fabricante possa atender aos seus requisitos de nível básico.

Lembre-se de que seu design precisa estar dentro das diretrizes. Se você incorporar elementos em seu design que o fabricante não pode atender, será necessário retrabalhar. Isso levará a atrasos, diminuindo o tempo de resposta e a velocidade do mercado.

11. Fale com um engenheiro

Conecte e discuta seu próximo projeto com um engenheiro na fábrica de PCB desde o início e, idealmente, durante todo o processo de design.

Isso é especialmente crítico, pois, como abordamos em posts anteriores, os micro PCBs estão abrindo o domínio da microeletrônica para inúmeras organizações que têm pouca ou nenhuma experiência nesse espaço. Por exemplo, uma empresa especializada em equipamento para análise de sangue pode estar interessada em desenvolver uma versão em miniatura deste dispositivo, o que requer uma quantidade minúscula de sangue para análise. Este é um exemplo perfeito do potencial da micro PCB, mas, nesse caso, a empresa em questão provavelmente não possui um engenheiro de layout de PCB na equipe que trabalhou em projetos de micro PCB no passado.

É por isso que é crucial trabalhar com uma loja de placas que ofereça orientação de seus próprios engenheiros durante cada etapa do processo de design de micro PCB. Enquanto alguns fabricantes de PCBs, como a Sierra Circuits, oferecem esse nível de serviço a todos os seus clientes, muitos não. Se um fabricante de micro PCB não fornecer suporte e experiência liderados por engenheiros para clientes que trabalham em projetos de micro PCB, sua empresa provavelmente deverá procurar outro lugar no início do processo de design.

Microeletrônica

Tags: protótipo, Via

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