Особенности проектирования и производства специализированных печатных плат 3 апреля 2014 г. Александр Акулин Технический директор PCB technology, WWW.PCBTECH.RU Основано на информационных материалах фирм: AT&S, Wurth, Альтоника, EPEC и др.открытых источниках 1 Высокочастотные печатные платы. Особенности выбора материалов СВЧ 2 Гибридные структуры СВЧ МПП Несимметричная структура Симметричная структура (предпочтительно) Ядро СВЧ Препрег Ядро FR4 3 Пример композитной структуры, 4 слоя Layer 1 Core Layer 2 Prepreg Layer 3 Core Layer 4 СВЧ-сигналы High Frequency – 0.2 мм Полигон Ground FR4 – 0.2 мм Полигон VCC FR4 – 0.5 мм Цифровые сигналы 4 Пример композитной структуры МПП8 5 Частично-гибридная структура Обеспечивает существенную экономию при серийных заказах. Ядро FR4 Ядро СВЧ Ядро FR4 Препрег Ядро FR4 6 Пример применения частично-гибридной платы Монтаж на общей плате Питание, логика, цифровые сигналы СВЧ-компоненты СВЧ ИС Переход с волновода на микрополосковую линию 7 Тестирование гибридных плат Гибридные платы успешно проходят испытания: Термостресс - 288°С, 10 сек, 3 цикла Температура и влажность - 85°С, 85%, 168 ч Термоциклирование – от -55 до 125°С, 100 циклов Оплавление в печи – 5 циклов (бессвинцовый профиль) 8 Обратная сверловка Устранение «лишних» участков переходных отверстий с помощью сверления с контролем глубины 9 Обратная сверловка – типовые правила 10 Силовая электроника. Совмещение обычной меди и толстой меди в одном слое ПП • За счет осаждения дополнительной меди можно достичь толщины меди 0.35, 0.7 и даже 1 мм только в заданных областях платы 11 Совмещение обычной меди и толстой меди в одном слое ПП • Управляющие цепи имеют толщину 70 мкм, а питающие сильноточные цепи в том же слое – 0.7 мм. 12 Какой ток может передать медный проводник, в зависимости от толщины и ширины Медь, мкм Ширина 1.6 мм 3.2 мм 6.4 мм 12.7 мм 25.4 мм 50.8 мм 101 мм 35 4.6 7.6 12.5 20.7 34.2 56.6 93.6 70 7.6 12.5 20.7 34.2 56.6 93.6 154.7 140 12.5 20.7 34.2 56.6 93.6 154.7 255.6 210 16.8 27.8 46 76 125.5 207.5 343 280 20.7 34.2 56.6 93.6 154.7 255.6 422.5 350 24.4 40.3 66.5 110 181.8 300.5 496.7 420 27.8 46 76 125.5 207.5 343 566.9 490 31.1 51.4 84.9 140.4 232 383.6 634 560 34.2 56.6 93.6 154.7 255.6 422.5 698.4 630 37.3 61.7 101.9 168.4 278.4 460.2 760.7 700 40.3 66.5 110 181.8 300.5 496.7 821.1 • Указанные значения – при нагреве трассы на DT = 20°C • Формула по IPC 2221A: I = 0.048 * DT(0.44) * (W * Th)(0.725) 13 Повышенные требования к надежности МПП. Особенности проектирования ПП разных классов точности Класс точности ПП (ГОСТ 23752) Проводник, мм Зазор, мм Перех. отверстие / площадка, мм 3-й 0.25 0.25 0.5 / 1.0 4-й 0.15 0.15 0.3 / 0.6 5-й 0.1 0.1 0.2 / 0.45 Выше 5-го (6-й) 0.075 0.075 0.15 / 0.35 Проводник Зазор Отверстие и площадка 14 Минимальный проводник и зазор в зависимости от толщины меди Конечная толщина меди Подтрав с 2 сторон Проводник и зазор, мм Возможные отклонения, мкм 17.5 мкм -9 мкм 0.075 ±12.5 35 мкм -17.5 мкм 0.1 ±20 45 мкм -22.5 мкм 0.125 ±25 55 мкм -27.5 мкм 0.125…0.15 ±30 70 мкм -35 мкм 0.2 ±40 15 Диаметр отверстия, сверла и площадки A. Диаметр отверстия, мм B. Диаметр сверла, мм C. Диаметр площадки, мм D. Диаметр выреза в полигоне, мм A A + 0.1…0.15 A+0.35 A+0.65 0.3 0.45 0.65 0.95 0.2 0.35 0.55 0.85 0.15 0.25 0.45 (min.0.35) 0.8 (min.0.7) B D B C A A D 16 Отступ вокруг отверстий во внутренних слоях – особое внимание! ≥0.25 мм от сверла, т.е. 0.32 от отверстия!!! 17 Гарантийный поясок вокруг отверстий – особое внимание! IPC class 3: ≥25 мкм IPC class 2: допустимо Недопустимо На готовой плате: поясок ≥25 мкм от отверстия В дизайне PCB по IPC class 3: площадка ≥100 мкм от сверла или ≥0.15 мм от финишного диаметра после металлизации!!! (на каждую сторону) 18 Приложения повышенной надежности. Проблемы выбора материалов, покрытий и технологии изготовления МПП. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Диэлектрик: FR4, HTg, полиимид, Rogers… Покрытие: ПОС, золото, олово, серебро, OSP… Паяльная маска Толщина металлизации отверстий Защита переходных отверстий от коррозии Технология «только микроотверстия» Проблемы бессвинцовой пайки BGA и деградация переходных отверстий 19 Новая технология выполнения Via 1) 2) 3) 4) Заполнение Покрытие медью Защита от коррозии Via-In-Pad 20 Металлизация поверхности заполненного отверстия Заполнение смолой происходит в вакуумной камере, что исключает образование пустот и пузырей. 21 Лазерные микроотверстия, Via-In-Pad Уровень сложности Отверстие, µm Площадка, µm Стандарт 120 350 Экстра 100 300 Специальный 90 250 22 Варианты трассировки BGA 0.5 мм. Переходы в площадке. Возможно образование пустот и ненадежное соединение 23 Микропереход в площадке При использовании «микропереходов в площадке» не применяйте вариант «маска на площадке» это снижает надежность пайки из-за образования пустот. 24 Металлизация поверхности µVia Плоская площадка: Микроотверстие заполняется смолой и металлизируется для обеспечения плоской поверхности под шарик BGA. Стоимость: Надбавка до 30% 25 Заполнение µVia медью µVia с заполнением медью (можно ставить в центре площадки BGA) 26 Параметры микроотверстий - подробнее Тип материала и толщина +/-30% Отверстие, µm Внешняя площадка, µm Внутренняя площадка, µm 1 x RCC 60µm 100 300 330 1 x 106 p/p 50µm 100 300 330 и минимум 90 250 300 1 x 1080 p/p 65µm 120 330 380 и минимум 100 300 350 2 x 106 p/p 100µm 150 360 400 27 Типовые конструкции МПП с микроотверстиями Только глухие отв. Глухие и скрытые 2-2-2 1-2-1 1-N-1 Стоимость +30…50% 2-N-2, N от 4 до 12 Стоимость +100% 28 Стековые микроотверстия поверх заполненного отверстия Металлизация поверхности заполненного отверстия обеспечивает надежность стековых микроотверстий. 29 Надежность лазерных отверстий Симуляция процесса оплавления в печи 260°С Тест HATS по IPC-18R-E (ускоренный термошок) Диапазон температур -40…+145°С, 500 циклов 30 Нормы проектирования МПП, в зависимости от шага выводов BGA Шаг BGA Класс Проводник, точности ПП мм Зазор, мм Глухие отверстия 1.25 мм 4-й 0.15…0.12 0.15…0.12 Нет 1 мм 5-й 0.1 0.1 Нет 0.8 мм 5-й и выше 0.1…0.075 0.1…0.075 Иногда 0.65-0.4 мм 6-й 0.075 0.075 Обязательно 31 Проектирование BGA с шагом 0.8 мм 32 BGA 0.75 мм 33 BGA 0.65 мм 34 BGA 0.5 мм 35 BGA 0.4 мм 36 Рекомендации по параметрам МПП HDI 37 Услуги холдинга PCB technology • • • • • • • Обучение инженеров-конструкторов МПП Контрактная разработка МПП по ТЗ заказчиков Моделирование печатных плат заказчиков Поставка и контрактное производство печатных плат Поставка САПР печатных плат Cadence Allegro Внедрение сквозного маршрута проектирования МПП Проведение консультаций и семинаров по МПП и САПР Сайт www.pcbtech.ru E-mail pcb@pcbtech.ru Телефон 8 (800) 333-9722 (бесплатный по России) 38 Спасибо за внимание! Есть ли у вас вопросы? Александр Игоревич Акулин технический директор PCB technology КБ «Схематика» PCB SOFT (контрактное производство) (дизайн-центр печатных плат) (поставка САПР Cadence Allegro) http://www.pcbtech.ru 39