Diseño de placas de circuito impreso en miniatura

Mientras el sector electrónico demanda componentes cada vez más pequeños, Jan Pederson analiza cómo esto afecta al diseño de las placas de circuito impreso.

La industria electrónica actual se caracteriza por una fuerte tendencia a la miniaturización. Los componentes son cada vez más pequeños, lo que también plantea nuevas exigencias en el diseño delplacas de circuito impreso(PCB) en los que están montados.Grupo NCABestá comprometido con el trabajo de la asociación de estándares globales IPC para desarrollar estándares para PCB Ultra HDI ultradensos y estará en condiciones de entregarlos a los clientes este año.

En la actualidad, existen varias innovaciones y tecnologías emergentes dentro del diseño y fabricación de PCB. El primero esInterconexión de alta densidad (HDI), que permite una mayor densidad de componentes y un rendimiento mejorado en factores de forma más pequeños. Otra área de innovación son los PCB flexibles utilizados en electrónica flexible y portátil, donde la mejora de la durabilidad y el factor de forma son cuestiones de interés.

Además, las microvías (utilizadas como interconexiones entre capas en HDI y PCB) están ganando interés en el sector, con vías más pequeñas que permiten una mayor densidad de componentes y una mejor integridad de la señal. El uso de materiales especiales como cerámica, compuestos y nanomateriales para mejorar el rendimiento y la confiabilidad de los PCB también está ganando ritmo, al igual que el apilamiento de circuitos integrados 3D, que implica apilar múltiples capas de circuitos integrados para aumentar la densidad de los componentes y mejorar el rendimiento.

Para implementar estas tecnologías, sabemos que los fabricantes deben invertir en equipos y procesos actualizados, así como desarrollar una fuerza laboral capacitada en el uso de estas nuevas tecnologías. Además, se deben utilizar herramientas adecuadas de diseño y simulación para garantizar que el diseño de PCB esté optimizado para estas nuevas tecnologías y pueda fabricarse de manera confiable.

Estamos viendo una proliferación de productos innovadores que están impulsando la necesidad de HDI, como en los dispositivos portátiles donde los PCB se están integrando en dispositivos portátiles como relojes inteligentes, rastreadores de actividad física y ropa. En este caso, los PCB se fabrican con materiales flexibles que permiten un diseño y encapsulado más versátil. El próspero Internet de las cosas (IoT), la inteligencia artificial (IA) y la tecnología 5G son algunas de las industrias que están acelerando la fabricación a un nuevo nivel. Estas tecnologías deben integrarse, por lo que la implementación implica una consideración cuidadosa durante la fase de diseño para garantizar un rendimiento y confiabilidad óptimos. Técnicas de embalaje, como chip-on-board (COB) y flip-chip, junto con la integración de estas tecnologías directamente en untarjeta de circuito impresopuede denominarse "sustrato como PCB".

Ser definido como unPlaca Ultra HDI , una PCB debe tener varias características distintas. En primer lugar, debe tener un ancho de conductor, una distancia de aislador y un espesor dieléctrico inferior a 50 µm. Además, la PCB contará con un diámetro de microvía inferior a 75 µm y características del producto que exceden el estándar IPC 2226 nivel C existente.

En NCAB, un grupo especial de nuestro consejo técnico interno está trabajando para ayudar a nuestras fábricas a crear capacidad para cumplir con estos requisitos Ultra HDI. Un método importante implementado es el procesamiento semiaditivo modificado (mSAP), donde el cobre se acumula en una capa inicial delgada en lugar de grabarse en una capa gruesa. Este proceso es mejor para el medio ambiente ya que se utiliza menos cobre.

El mayor nivel de miniaturización también requiere que el patrón pueda transferirse a la placa con una resolución suficientemente alta. Como tal, la fábrica debe contar con capacidades de imágenes directas por láser (LDI) de vanguardia. Además, el entorno circundante debe estar extremadamente limpio para evitar la contaminación y el polvo, lo que supone una inversión considerable. Los procesos de prueba y los equipos de inspección óptica automatizada (AOI) también deben actualizarse para detectar y evitar posibles defectos en las placas. Del mismo modo, hay que tener en cuenta el equipo y la química al realizar el cobreado. Como resultado, la miniaturización generará la necesidad de materiales más limpios y homogéneos.

Las fábricas de NCAB ahora están totalmente comprometidas con el aumento de sus capacidades Ultra HDI y esperan comenzar a entregar placas Ultra HDI en 2023.

Para lograrlo, NCAB cuenta con una nueva herramienta para monitorear qué tan preparada está la empresa con respecto a la introducción de una nueva tecnología, llamadaInforme de preparación para nuevas tecnologías (NTRR). El informe se basa en definir qué hará y qué no hará la empresa con transparencia hacia nuestros clientes.

Para ello, lo primero que necesitamos es conocimiento interno sobre la gestión, el abastecimiento, la auditoría y la cualificación de nuestra fábrica. Definimos nuestras capacidades junto con la fábrica y, en base a esto, creamos Diseño para la Fabricación (DfM) y seminarios para los clientes. Después de un tiempo de lecciones aprendidas, podemos establecer unaAnálisis de efectos del modo de falla(FMEA) que se retroalimenta en nuestros seminarios y DfM actualizados.

Durante esto, actualizamos nuestra preparación en un NTRR que sea transparente para los clientes; Durante la introducción de una nueva tecnología, debemos identificar los elementos de seguridad en una etapa temprana y actualizar las lecciones aprendidas. Luego podemos construir un AMEF donde monitoreamos el tipo de falla, agregamos pruebas e inspecciones y luego monitoreamos la ocurrencia, detección y gravedad. El objetivo es aumentar el rendimiento y alcanzar un nivel aceptable.

Jan Pederson es director de tecnología enNCAB