Упаковка печатной платы: стоимость, размер, слои, технология

Упаковка печатной платы:

стоимость, размер, слои, технология

16.08.2018

Печатная плата (ПП) часто является единственным наиболее затратным компонентом расчёта материалов электронной разработки (ВОМ). По этой причине конструктора могут посмотреть на ПП как средство увеличения функциональности и технологичности, в то время, как специалисты-снабженцы могут рассматривать ПП как средство снижения стоимости. Одно время, в дни крупных двусторонних ПП (ДПП), снижение стоимости платы было средством уменьшения её размера. Но для сегодняшних разработчиков это редко правдиво, а фактически — часто имеет обратное значение.

Концепция того, что размер ПП равен стоимости, давно ушла; это было до широкого распространения использования многослойных ПП. По стандартной схемной технологии ПП продаются в квадратных дюймах, предупреждая, что они продаются по квадратным дюймам слоя. Это означает, что число слоёв также включается в стоимость платы. Например, стоимость ДПП размером 4×6 дюймов, которая сопоставлена с 4-слойной, половинного размера (2×3 дюйма) и может иметь такую же стоимость: площадь схемы ограничена в плоскости (по оси Х и Y), но может расти по оси Z.

Часто необходимость уменьшения размера диктуется конструктивом, не стоимостью. Необходимость улучшений или изменения технологии также могут влиять на стоимость ПП. Технологические изменения могут потребовать уменьшения размера ПП на 50%. Как отмечено, удвоение слоёв схемы может компенсировать любые стоимостные преимущества в уменьшении размера. Что случится со стоимостью если потребуются изменения в технологии? Такие изменения в технологии могут включать заужение проводников от 3.5 мил до 2.0 мил, использование заглублённых и/или переходных отверстий, заполнение или закрытие отверстий, или использование материала ПП с высокой температурой стеклования (Tg). Решения, влияющие на стоимость ПП, могли бы охватывать уменьшение размера ДПП с 4×6 дюйма до 4×3 дюйма, возрастая до 4-слойной, или добавлением только одной технологической модификации (как показано в таблице).

Сравнение стоимости технологических улучшений печатной платы

Технология

Влияние стоимости относительно цены ДПП

Стандартная 4-слойная технология

Проводник / зазор 3.5 мил

Проводник / зазор 2.5 мил

Проводник / зазор 2.0 мил

Заглублённые отверстия

Глухие отверстия

Заполненные или закрытые отверстия

— 2%

+16%

+44%

+18%

+18%

+21%

+36%

Пояснение технологии

Прецизионными считаются проводники и зазоры менее 4 мил. Стандартная технология производства ПП обычно позволяет надёжно получать проводники и зазоры в 5 мил. Однако, если зазор уменьшается менее 5 мил, то процесс и оборудование должны изменить процесс выхода годных для таких малых проводников и зазоров. На каждое уменьшение в 1 мил проводника и зазора должно быть изменение в дополнении процесса и оборудования. С уменьшением размеров ниже 0.0025 дюйма необходимо повысить возможности контрольного оборудования для отслеживания этих малых структур и существенного выхода годных.

Заглублённые отверстия создаются, когда используются металлизированные сквозные в ПП, в одном слое (или нескольких) МПП. Например, если изготавливается ДПП, то далее она может войти как внутренний слой в состав 4-слойного конструктива. Сквозная металлизация используется вместо «печати и травления» внутреннего слоя при послойном наращивании конструктива. Избыток смолы из окружающего препрега заполняет сквозные отверстия внутреннего слоя при вакуумном прессовании.

Это очень прочная конструкция, так как отверстия, заполненные смолой в сердцевине, обеспечивают повышенную надёжность. Этот конструктив также снижает число отверстий на внешних слоях, освобождая дополнительное схемное пространство или улучшая размещение компонентов. Этот процесс может повторяться много раз, создавая заглублённые соединительные отверстия между слоями МПП. Процесс может даже начинаться с МПП со сквозной металлизацией, используемой как сердцевина. Однако, каждая операция прессования добавляет к общей стоимости.

Заглублённые отверстия — это отверстия, исходящие от внешнего слоя к (обычно) следующему слою в многослойном послойном конструктиве. Имеются существенные ограничения по диаметру, глубине и соотношению диаметра к глубине этих отверстий. Надёжная металлизация таких отверстий требует специальных химических растворов и подачи электричества при металлизации.

Вариантом повышенной стоимости заглублённых отверстий является «наслаивание» их поверх переходных в слоях. Помимо того, что это значительный выигрыш пространства, это требует обработки облоя после лазерного получения отверстия и имеет существенный потенциал к повреждениям по оси Z при расширении штабеля.

Заполненные и закрытые отверстия являются новейшей технологией при переходе от прецизионной к стандартной. Переход к стандартной технологии производства это — испытание надёжности процесса для получения такого типа отверстий. Технология требует внедрения дорого оборудования, но капитальные затраты делают процесс очень простым. Требуемое оборудование включает покрытие под давлением для заполнения отверстия, установку отверждения и планировщик. Смола расширяется при отверждении и планировщик необходим для выравнивания поверхности, обычно с помощью горизонтально вращающихся щёток. С плоской поверхностью заготовка обрабатывается как стандартная ДПП. Конечным результатом заполненных отверстий является получение прочных медных площадок (без отверстий) на поверхности платы. Это — идеальный процесс для конструкторов-разработчиков, борющихся за внутренние подсоединения к высокоплотным СБИС (BGA).

Эта технология стартовала как открытое отверстие в площадке поверхностного монтажа (SMT). Характерным результатом при сборке было обеднение припоя расплавленной пасты при затекании в отверстие. Заполненные и закрытые отверстия формируют твёрдую медную площадку на поверхности. Ликвидация открытых отверстий привела к отсутствию ухудшения паянных соединений.

Влияние выбора подложки

Необходимо лучше понять роль выбора подложки в расчёте стоимости. Стоимость стеклоэпоксидного материала подложки составляет примерно 30% от всей стоимости ПП. Это делает выбор материала очень существенным фактором для производителя. В семействе стеклоэпоксидных материалов главным элементом стоимости является температура стеклования (Tg). Образовалась тонкая маркетинговая игра вокруг температуры стеклования, когда производители избегают использовать Tg в расценках. Они скорее используют термин «обычный FR4», ссылаясь на этот тип материала печатной платы. Но для «обычного FR4» нет спецификации по температуре стеклования.

Одна из возможных причин того, что не используется действительная температура стеклования материала в расценке, это то, что существенно возрастает стоимость при повышении Tg материала платы. Например, разница в стоимости для материала с Tg +135°C и +175°C составляет около 30%. Конечный результат в том, что если размер и технология ПП держатся постоянными, а материал с Tg +135°C заменён на материал с Tg +175°C, то производителю придётся увеличивать стоимость примерно на 9%.

В дополнение к маркетинговому использованию «обычного FR4» как параметра, есть также возможность несанкционированной замены. Немногие пользователи, если есть, имеют возможность определить, действительно ли требуемый материал с Tg был поставлен как часть работы? Можно основательно предположить, что, если производитель совершил бы несанкционированную замену, то они могут также намереваться поставить фальшивый Сертификат соответствия.

Воздействие на конечного пользователя корректной температуры стеклования зависит от применения и оценочного испытания, если потребуется. Если окончательное использование, к примеру, офисное окружение, то риск отказа минимален. Однако, если окончательное использование — в автомобиле, то воздействие огромно. Автопродукция требует процесса оценки и проверки. Один из элементов этого процесса — термоудар. Испытание на термоудар начинается с множества прохождений через печь оплавления поверхностного монтажа. С последующим термоциклированием 500 или 1000 раз от -40°С до +140°С. Если, к примеру, материал с Tg 135°С был заявлен как с Tg 175°С, то ПП не выдержит испытаний на термоудар.

Расчёт стоимости отбракованной ПП из-за неправильного выбора материала будет различным для каждой компании. Если ПП поставлена конечному пользователю, то стоимость может включать отзыв продукта. Использование материала с высокой Tg в ситуации, где материал с низкой Tg работает успешно, должен остановить маркетологов, закупщиков и бухгалтеров от накрутки разницы в стоимости. Решением является указание точной температуры стеклования и проверка, именно её указывали в заказе.

******************************

Компания «БалтМедиа Партнёр» по дистрибьютерскому Соглашению с компанией «Emil Otto» помогает производителям электроники по внедрению и освоению на российском рынке широкого спектра флюсов, выпускаемых компанией: смываемые и несмываемые, концентраты, канифольные и органические, для свинцовой и бессвинцовой пайки, флюс-гели и очистители, поставляя, сопровождая и консультируя по составам и режимам обработки.

По возможному сотрудничеству следует использовать следующий контакт:

Санкт-Петербург, Таллиннское шоссе, д. 206

Электронная почта: office@bmptek.ru

Тел. +7 (921) 895−14−22

Управляющий проекта — Алексей Леонов

Подпишитесь на рассылку