Миниатюрные печатные платы на пересечении формы и функции

В последние годы мы наблюдаем рост количества новых электронных приложений, требующих меньших размеров, новых форм-факторов, более низкого энергопотребления и расширенной функциональности, включая встроенную обработку сигналов, датчики, интерфейсы визуализации и компоненты управления питанием - все они интегрированы в компактных размерах, а иногда даже гибкие подложки. Эта тенденция создает множество проблем для традиционных технологий печатных плат. В то время как раньше твердые печатные платы с плоской поверхностью были основой, появление умных часов, устройств Интернета вещей и других компактных систем стимулировало разработку новых усовершенствованных миниатюрных печатных плат, предназначенных для соответствия контурам постоянно уменьшающихся размеров корпусов. Это новое поколение печатных плат почти не похоже на поколение, которое ему предшествовало, и дизайнеры изо всех сил пытались адаптироваться.

Эти тенденции побудили дизайнеров сделать упор на производственных технологиях в сторону более тонких проводящих линий, высокоскоростных линий передачи сигналов, сложного контроля импеданса и методов размещения переходных отверстий, а также модифицированных подложек и большей зависимости от встроенных устройств. Это налагает многочисленные ограничения, связанные с конструкцией печатной платы, со значительными последствиями для надежности, функциональности, управления питанием и общего успеха проекта.

Множество проблем с дизайном

Время автономной работы, конечно же, является важным фактором для нового поколения компактных электронных устройств, и это влияет на конструкцию печатной платы множеством способов. Разработчики должны помнить о проблемах потери и распространения сигнала, которые приведут к сокращению срока службы батареи, и уделять повышенное внимание целостности сигнала, управлению питанием и проблемам электромагнитных помех. Проблемы с целостностью сигнала могут быть особенно заметны для гибких печатных плат, где контроль импеданса может быть затруднен в случаях, когда высокоскоростные сигналы искажены из-за изгиба печатной платы.

Дополнительные пассивные устройства, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, потребуются для противодействия вышеупомянутым сигналам и помехам, а отсутствие доступного места в корпусе обычно требует, чтобы эти устройства были встроены в печатную плату. Но встраивание пассивных устройств в печатные платы не является зрелой, развитой возможностью и может привести к проблемам с функциональностью - возможно, устройство не выдержит питание или надежность не будет такой, как хотелось бы - и на процесс проектирования накладываются многочисленные ограничения. P>

Увеличение функциональности компактных электронных устройств часто влечет за собой использование радиочастотной связи ближнего поля - еще одна функция, которая должна быть встроена в конструкцию печатной платы. В обычной электронике ВЧ-компоненты выполнены из прочных, жестких и более дорогих материалов с достаточным пространством для размещения. Однако компактные устройства требуют использования более тонких и гибких материалов, что заставляет разработчиков отклоняться от основных принципов проектирования печатных плат. Медные следы нужно формировать с гораздо большей точностью, а расстояния между линиями намного меньше. Также это влияет на размещение переходных отверстий между слоями печатной платы, что влияет на размер и расположение этих межсоединений, и может потребоваться замена альтернативных материалов для усиления этих переходных отверстий в тех случаях, когда окружающие слои печатной платы не используют композицию стекловолокна обычного жесткие печатные платы.

Инновации в производстве миниатюрных печатных плат

Для решения ключевых задач, присущих новым поколениям компактных электронных устройств, производители печатных плат все чаще используют системы прямого лазерного изображения (DI) для формирования очень тонких проводников с размером элемента 10 микрон. Идеальное решение DI должно обеспечивать баланс между высокой точностью регистрации и оптимальным качеством даже при высоких скоростях производства. Достаточно высокая глубина резкости должна обеспечить благоприятные результаты при изменении топографии печатной платы с точной однородностью линий. Эти системы представляют собой недорогую альтернативу входной литографии, а благодаря постоянным инновациям в технологии позиционирования паяльной маски отрасль встраиваемой электроники скоро будет готова к выпуску линий толщиной менее 10 микрон.

Рисунок. Direct Imaging теперь позволяет использовать mSAP и усовершенствованную печатную плату HDI с размером элемента 10 мкм. (Источник:Orbotech)

Параллельно с этим можно использовать передовые системы УФ-лазерного сверления для сверления небольших переходных отверстий в широком диапазоне материалов различной толщины и прочности, включая ABF, полиимид, керамику, смолу, составы для форм, металл и припой, без остатков или повреждений. нижняя часть переходного отверстия и отсутствие поднутрения с точностью регистрации до 6 микрон.

Эти системы, разработанные для оптимизации производственных процессов современных электронных устройств, поскольку они становятся тоньше, меньше, гибче и обладают большей функциональностью, позволяют производителям миниатюрных печатных плат повышать точность и качество производства, одновременно повышая производительность.

Что касается бизнеса, инвестиции в эти производственные системы должны в конечном итоге улучшить совокупный доход поставщиков ПХД и, следовательно, увеличить их прибыль. Многие производственные предприятия избегают производства высокофункциональных устройств с миниатюрными печатными платами из-за проблем с управлением доходами. Новое поколение систем контроля печатных плат, визуализации и лазерного сверления значительно снижает риски выхода продукции. В то же время эти системы подходят для меньших размеров и для более новых материалов для печатных плат с возможностью ремонта, что позволяет удерживать выход на приемлемом уровне даже при жестких ограничениях, налагаемых продолжающейся миниатюризацией печатных плат.

Гил Тидхар является соруководителем организации Orbotech Global Product Organization (GPO), где он отвечает за управление всей деятельностью подразделения, а также за разработку продуктов аддитивного производства. Гил имеет более чем 25-летний опыт работы в качестве технического лидера и менеджера в различных областях электрооптики, физики и системной инженерии, где он имеет проверенный опыт внедрения фундаментальных и прикладных научных разработок от концепции до развернутых систем, как в промышленности, так и в начинающие компании. Гил имеет ряд патентов в своих областях знаний и опубликовал несколько статей. Он также был членом комитета конференции и председателем сессии международного ежегодного симпозиума SPIE DSS.