Diseño de placas de circuito impreso en miniatura

A medida que el sector de la electrónica demanda componentes cada vez más pequeños, Jan Pederson analiza cómo esto afecta el 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 impone nuevas exigencias al diseño delplacas de circuito impreso(PCB) en los que están montados.Grupo NCABestá comprometida con el trabajo de la asociación de estándares globales IPC para desarrollar estándares para PCB ultradensos Ultra HDI, y estará en posición de entregarlos a los clientes este año.

En la actualidad, existen varias innovaciones y tecnologías emergentes dentro del diseño y la 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 las PCB flexibles que se utilizan en la electrónica flexible y portátil, donde la durabilidad y el factor de forma mejorados 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 las PCB también se está acelerando, al igual que el apilamiento 3D-IC, que implica apilar varias 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 calificada y capacitada en el uso de estas nuevas tecnologías. Además, se deben utilizar herramientas de diseño y simulación adecuadas para garantizar que el diseño de PCB esté optimizado para estas nuevas tecnologías y se pueda fabricar de manera confiable.

Estamos viendo una variedad 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, las PCB se fabrican con materiales flexibles que permiten un diseño y un paquete más versátiles. La próspera 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 cuidadosa consideración durante la fase de diseño para garantizar un rendimiento y una fiabilidad óptimos. Técnicas de empaquetado, 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'.

Para ser definido como unTarjeta Ultra HDI , una PCB debe tener varias características distintas. Primero, debe tener un ancho de conductor, distancia del aislador y espesor dieléctrico por debajo de 50 µm. Además, la placa de circuito impreso contará con un diámetro de microvía inferior a 75 µm y características de producto que superan el estándar IPC 2226 nivel C existente.

En NCAB, un grupo especial en nuestro consejo técnico interno está trabajando para ayudar a nuestras fábricas a desarrollar la capacidad para cumplir con estos requisitos de 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 ser grabado en una capa gruesa. Este proceso es mejor para el medio ambiente ya que se usa menos cobre.

El mayor nivel de miniaturización también requiere que el patrón se pueda transferir a la placa con una resolución suficientemente alta. Como tal, la fábrica debe tener capacidades de imágenes directas por láser (LDI) de última generación. Además, el entorno circundante debe estar extremadamente limpio para evitar la contaminación y el polvo, lo que implica una inversión considerable. Los procesos de prueba y el equipo de inspección óptica automatizada (AOI) también deben actualizarse para detectar y evitar posibles defectos en la placa. Del mismo modo, debe observar el equipo y la química cuando se realiza el recubrimiento de cobre. Como resultado, la miniaturización generará la necesidad de materiales más limpios y homogéneos.

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

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

Para hacer esto, lo primero que necesitamos es conocimiento interno sobre la gestión, el abastecimiento, la auditoría y la calificación de nuestra fábrica. Definimos nuestra capacidad junto con la fábrica, y en base a esto creamos Diseño para Fabricación (DfM) y seminarios para clientes. Después de un tiempo de lecciones aprendidas, podemos establecer unAnálisis de efecto de modo de falla(FMEA) que se retroalimenta en nuestro DfM y seminarios actualizados.

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

Jan Pederson es director de tecnología enNCAB