如何進(jìn)行微型PCB設(shè)計(jì)和制造

這里有一些技巧，可以幫助您了解如何進(jìn)行微型PCB設(shè)計(jì)和制造。

如今，基本電路板的尺寸減小將使設(shè)計(jì)人員將其PCB的尺寸減小一半，或減小到原始尺寸的四分之一。設(shè)計(jì)師以前無(wú)法使用的非常細(xì)的線現(xiàn)在將成為主流，而原來(lái)的最小線寬75微米（3mils）逐漸減小到30微米（1.2mils）或更小。

對(duì)于較小的走線和過(guò)孔，需要新的設(shè)計(jì)規(guī)則，因?yàn)镻CB電路板的制造方法完全不同且先進(jìn)。微電子PCB電路制造商無(wú)法使用標(biāo)準(zhǔn)的舊干膜，平板和蝕刻工藝來(lái)可靠地制造75微米以下的線。光刻是產(chǎn)生這些非常細(xì)的線條和空間的一種選擇方法。轉(zhuǎn)向較小的線寬可能會(huì)使相當(dāng)多的“卡在泥里”的老式印刷電路制造商措手不及，這些制造商現(xiàn)在甚至不提供3mils的電阻。為了在不久的將來(lái)保持競(jìng)爭(zhēng)力，PCB車間將需要提供至少50微米的線和空間，甚至低至30微米。

微型PCB制造商群體

精細(xì)微電路的制造商分為四組。第一組主要是亞洲地區(qū)，為手機(jī)或iPod開發(fā)了獨(dú)特的細(xì)線工藝，可布置40-50微米的走線。第二組是數(shù)量有限的研發(fā)公司，僅在Kapton上制造少量的非常專業(yè)的電路，這些電路具有40微米以下的細(xì)線，而Kapton的成本很高，交貨時(shí)間長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月，并且產(chǎn)量很小。

第三集團(tuán)正在以最快的速度擴(kuò)大中型PCB電路公司的業(yè)務(wù)，它們提供較小的生產(chǎn)數(shù)量，線寬為75至40微米，幾周之內(nèi)即可生產(chǎn)數(shù)千個(gè)。最后，第四組是正常的細(xì)線印刷電路板生產(chǎn)，尺寸為125至75微米，具有大批量生產(chǎn)和眾多參與者。我們將自己置于第五集團(tuán)。我們開發(fā)了一種新的制造技術(shù)，能夠在FR4或Kapton上形成30微米的線和間距。

隨著微電子業(yè)務(wù)的擴(kuò)展以及越來(lái)越多的PCB電路公司發(fā)現(xiàn)制造40微米及以下的非常細(xì)的線所必需的技術(shù)，電路設(shè)計(jì)人員將需要熟悉新的設(shè)計(jì)規(guī)則以及微電路制造的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

如何設(shè)計(jì)微型PCB

出于顯而易見的原因，非常細(xì)的30微米線不能使用普通的1盎司銅。當(dāng)我們減小線寬時(shí)，我們必須減小厚度。在Sierra Circuits，我們使用18微米厚的銅制造了25微米的生產(chǎn)線，但這大約是上限。除非您的設(shè)計(jì)使用較高的電流，否則較細(xì)的銅走線應(yīng)該不是問(wèn)題，在這種情況下，可以將特定的走線做得更寬以應(yīng)對(duì)較高的電流。30微米的生產(chǎn)線堅(jiān)固而可靠，但是，它不會(huì)遭受太多的物理限制，而通過(guò)使用典型的阻焊膜可以幾乎消除這種物理缺陷。

細(xì)線可能會(huì)使許多設(shè)計(jì)人員擔(dān)心，但是，他們需要實(shí)現(xiàn)目前開始使用的200微米寬的線跡，并將其減少到將芯片連接到芯片載體的25至13微米的鋁或金圓線。細(xì)線被封裝在多層的內(nèi)層中或通過(guò)阻焊劑封裝，這意味著它們實(shí)際上被鎖定了。已經(jīng)開發(fā)了將銅附著到電路板表面的新方法，這些新方法用于改善微跡線的整體附著力到表面。

最初的一些微型設(shè)計(jì)從30微米跡線到焊盤都有很大的圓角。隨著時(shí)間的流逝，事實(shí)證明它是不必要的。將走線直接布線到焊盤非常牢固可靠。額外的魚片剛剛被證明會(huì)增加圖像寫入時(shí)間和成本。

小通孔：微型通孔的尺寸存在物理限制。低于50微米（2mils）時(shí)，電鍍液將無(wú)法正確電鍍孔壁，從而導(dǎo)致過(guò)孔質(zhì)量變差。我們的激光器可以鉆出小至20微米的孔，但我們不能電鍍它們。層壓板的厚度控制通孔的最小直徑，對(duì)于電鍍微通孔，上限為2：1。

例如，就電鍍而言，3mils的微通孔限于6mils厚的層壓板。我們的Yag激光器可以鉆通孔的深度也有一個(gè)限制。隨著直徑減小，穿透層壓材料以形成干凈孔的能力也隨之降低。3mils的通孔在FR4中的深度限制為4到5mils，而在HDI應(yīng)用中使用的無(wú)玻璃層壓板中則為6到7mils。關(guān)于微孔的一切并不一定是壞的。微孔可能無(wú)法像走線一樣小，但是我們可以向鍋中添加甜味劑，因?yàn)槲⒖字車?a target="_blank">環(huán)形圈會(huì)明顯變小。

當(dāng)我們生產(chǎn)第一個(gè)微型PCB時(shí)，我們注意到的第一件事是通孔在焊盤中居中。該設(shè)計(jì)使用了9mils的焊盤和3mils的通孔，對(duì)于傳統(tǒng)的印刷電路工程來(lái)說(shuō)，該通孔是緊的。新的更精確的激光制造方法將允許小至5mils的焊盤和3mils的通孔，從而節(jié)省了大量的電路板面積。

（ 9mils焊盤和3mils通孔，帶40微米線））

使用新的微電路設(shè)計(jì)技術(shù)代替常規(guī)的印刷電路技術(shù)可節(jié)省大量的空間。如今，典型的75微米線寬的最佳間距約為.5mm，通過(guò)75微米線和250微米（10mils）的焊盤可得到75微米（3mils）。墊片之間的間距為225微米（9mils），墊片之間僅允許一條75微米的線，對(duì)于大多數(shù)商店來(lái)說(shuō)，這種最小規(guī)格是很難的。

微型PCB設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

利用3mils過(guò)孔，5mils，30微米線和30微米空間的微電路技術(shù)可產(chǎn)生0.2mm的間距布局。與標(biāo)準(zhǔn)的3mils印刷電路板布局相比，微電路技術(shù)可將使用的面積減少五倍。在以后的文章中，我們將討論減少所需組件面積的想法。但是，即使使用相同的組件，僅切換到30微米線和更小的焊盤也將顯著減小電路板面積。布線時(shí)，請(qǐng)使用相同的技術(shù)，但是在轉(zhuǎn)彎時(shí)嘗試使線傾斜，而不要使用90度的轉(zhuǎn)彎。拐角處的斜線將拐角應(yīng)力分布在更大的區(qū)域。

1. 微通孔

當(dāng)利用添加在多層板頂部或作為所有HDI多層的HDI技術(shù)層時(shí)，微通孔可用于連接薄層之間?？梢糟@出直徑為5.9mils（最大60mils）的通孔，也可以是直徑為2-3mils的激光鉆孔，但只能在2-4mils厚的HDI層壓板上。請(qǐng)記住，與激光創(chuàng)建的孔相比，鉆孔的漂移很大，這限制了焊盤到孔的大小。對(duì)于鉆孔，請(qǐng)使用12 mil的焊盤和6 mil的孔，而對(duì)于激光鉆孔的微孔，可以將5 mil的焊盤與3 mil的通孔一起使用。

2.孔尺寸

盡管看起來(lái)很明顯，但值得重申：傳統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)的每個(gè)元素都需要進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)更小的微型尺寸。對(duì)于熟悉傳統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)的PCB布局工程師而言，這可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。我們?cè)谠搮^(qū)域最常見的錯(cuò)誤是過(guò)大的孔。實(shí)際上，微型PCB設(shè)計(jì)應(yīng)具有激光微型通孔，以在基板層之間互連。如果設(shè)計(jì)中的孔過(guò)大（通常如此），將導(dǎo)致微型PCB不夠理想甚至失效。

這再次回到了與合適的微型PCB制造商合作的重要性。當(dāng)PCB公司作為合作伙伴時(shí)，您將有一位專家可以在PCB工藝的每個(gè)步驟中尋求幫助，以確保您的微型PCB設(shè)計(jì)滿足所有必需的要求。

3.銅厚度

正常的3mils細(xì)線電路是1盎司銅，微電路每30微米寬度使用oz。普通圖案電鍍用于制造微電路，這意味著跡線不必從電路引出到電鍍總線，圖案電鍍連接到整個(gè)電路，而引線鍵合電鍍是化學(xué)的或電氣的。

4.可靠性

大多數(shù)普通的印刷電路板都可以用于HDI或微電路，但都有局限性。微型單面和雙面電路可以由剛性FR4型層壓板制成，但它們必須很薄才能留出微型通孔。

5.電氣測(cè)試

目前，飛行探針或什至是剛性探針（釘床）技術(shù)的下限為2-3mils。我們預(yù)計(jì)隨著時(shí)間的推移，它會(huì)降低，因?yàn)楸匾獣r(shí)需要更小的平臺(tái)。如果您的微電路具有較小的點(diǎn)（例如邊緣條連接器），則將電路以外的線路延伸到3-4 mil焊盤是明智的。

6.阻焊膜

不幸的是，允許我們制造30微米線的成像技術(shù)還沒有轉(zhuǎn)移到阻焊膜上。75微米的位置精度以及圖像分辨率仍然是極限。

7.識(shí)別標(biāo)記

典型的絲網(wǎng)印刷圖像精度對(duì)于微電路而言太大。Sierra Proto使用非常精細(xì)的噴墨打印機(jī)，這會(huì)導(dǎo)致很小的識(shí)別標(biāo)記分辨率。

8.安全標(biāo)記

可以將非常小的單個(gè)條形碼成像到阻焊膜中，以正確識(shí)別印刷電路板。條形碼是如此之小，以至于人眼幾乎看不見。

8微米安全條形碼

研發(fā)15微米生產(chǎn)線

9.最終完成

可以使用普通印刷電路板。大多數(shù)微電路使用可焊線的軟金，浸錫或銀。

10.了解制造商的能力

到目前為止，無(wú)論您要開發(fā)微電子的具體應(yīng)用或類型如何，這都是進(jìn)行微型PCB設(shè)計(jì)時(shí)最重要的步驟。PCB設(shè)計(jì)在任何時(shí)候，基本技巧都非常重要。但是，了解它們的功能和服務(wù)對(duì)于微型PCB尤其重要。對(duì)于一家從未從事過(guò)微型PCB設(shè)計(jì)的公司，或者從未與指定的PCB制造公司合作開發(fā)此類產(chǎn)品的公司，這是至關(guān)重要的。原因很簡(jiǎn)單：微型PCB的制造能力在一家PCB制造商與另一家PCB制造商之間差異很大。實(shí)際上，微型PCB仍相當(dāng)新，并且足夠復(fù)雜，以至于許多PCB制造商將提供有限的微電子功能或支持。為了證明微型PCB設(shè)計(jì)成功，您需要確保制造商能夠滿足您的基本要求。請(qǐng)記住，您的設(shè)計(jì)需要符合其準(zhǔn)則。如果您將制造商無(wú)法滿足的元素納入設(shè)計(jì)中，則需要進(jìn)行返工。這將導(dǎo)致延誤，減慢周轉(zhuǎn)時(shí)間和上市速度。
編輯：hfy