1

Особенности проектирования и производства специализированных печатных плат

3 апреля 2014 г. Александр Акулин Технический директор PCB technology, WWW.PCBTECH.RUОсновано на информационных материалах фирм:AT&S, Wurth, Альтоника, EPEC и др.открытых источниках

2

Высокочастотные печатные платы.Особенности выбора материалов СВЧ

3

Гибридные структуры СВЧ МПП

Ядро СВЧ

Препрег

Ядро FR4

Несимметричная структура

Симметричная структура (предпочтительно)

4

Пример композитной структуры, 4 слоя

Layer 1 СВЧ-сигналыCore High Frequency – 0.2 ммLayer 2 Полигон GroundPrepreg FR4 – 0.2 ммLayer 3 Полигон VCCCore FR4 – 0.5 ммLayer 4 Цифровые сигналы

5

Пример композитной структуры МПП8

6

Частично-гибридная структура

Ядро СВЧ

Препрег

Ядро FR4

Обеспечивает существенную экономиюпри серийных заказах.

Ядро FR4 Ядро FR4

7

Пример применения частично-гибридной платы

Монтаж на общей плате

Питание, логика, цифровые сигналы

СВЧ-компоненты

СВЧ ИС Переход с волновода на микрополосковую линию

8

Тестирование гибридных плат

Гибридные платы успешно проходят испытания:Термостресс - 288°С, 10 сек, 3 циклаТемпература и влажность - 85°С, 85%, 168 чТермоциклирование – от -55 до 125°С, 100 цикловОплавление в печи – 5 циклов (бессвинцовый профиль)

9

Обратная сверловка

Устранение «лишних» участков переходных отверстийс помощью сверления с контролем глубины

10

Обратная сверловка – типовые правила

11

Силовая электроника. Совмещение обычной меди

и толстой меди в одном слое ПП

• За счет осаждения дополнительной меди можно достичь толщины меди 0.35, 0.7 и даже 1 ммтолько в заданных областях платы

12

Совмещение обычной медии толстой меди в одном слое ПП

• Управляющие цепи имеют толщину 70 мкм, а питающие сильноточные цепи в том же слое – 0.7 мм.

13

Какой ток может передать медный проводник, в зависимости от толщины и ширины

Медь, мкм

Ширина 1.6 мм 3.2 мм 6.4 мм 12.7 мм 25.4 мм 50.8 мм 101 мм

35 4.6 7.6 12.5 20.7 34.2 56.6 93.6

70 7.6 12.5 20.7 34.2 56.6 93.6 154.7

140 12.5 20.7 34.2 56.6 93.6 154.7 255.6

210 16.8 27.8 46 76 125.5 207.5 343

280 20.7 34.2 56.6 93.6 154.7 255.6 422.5

350 24.4 40.3 66.5 110 181.8 300.5 496.7

420 27.8 46 76 125.5 207.5 343 566.9

490 31.1 51.4 84.9 140.4 232 383.6 634

560 34.2 56.6 93.6 154.7 255.6 422.5 698.4

630 37.3 61.7 101.9 168.4 278.4 460.2 760.7

700 40.3 66.5 110 181.8 300.5 496.7 821.1

• Указанные значения – при нагреве трассы на DT = 20°C• Формула по IPC 2221A: I = 0.048 * DT(0.44) * (W * Th)(0.725)

14

Повышенные требования к надежности МПП.Особенности проектирования ППразных классов точности

Класс точности ПП (ГОСТ 23752)

Проводник,мм

Зазор,мм

Перех. отверстие / площадка, мм

3-й 0.25 0.25 0.5 / 1.0

4-й 0.15 0.15 0.3 / 0.6

5-й 0.1 0.1 0.2 / 0.45

Выше 5-го (6-й) 0.075 0.075 0.15 / 0.35

Проводник

Зазор

Отверстиеи площадка

15

Минимальный проводник и зазорв зависимости от толщины меди

Конечнаятолщина меди

Подтрав с 2 сторон

Проводники зазор, мм

Возможные отклонения, мкм

17.5 мкм -9 мкм 0.075 ±12.5

35 мкм -17.5 мкм 0.1 ±20

45 мкм -22.5 мкм 0.125 ±25

55 мкм -27.5 мкм 0.125…0.15 ±30

70 мкм -35 мкм 0.2 ±40

16

Диаметр отверстия, сверла и площадки

A. Диаметр отверстия, мм

B. Диаметр сверла, мм

C. Диаметр площадки, мм

D. Диаметр выреза в полигоне, мм

A A + 0.1…0.15 A+0.35 A+0.65

0.3 0.45 0.65 0.95

0.2 0.35 0.55 0.85

0.15 0.25 0.45 (min.0.35) 0.8 (min.0.7)

A

B

C

D

D

A

B

17

Отступ вокруг отверстий во внутренних слоях – особое внимание!

≥0.25 мм от сверла,т.е. 0.32 от отверстия!!!

18

Гарантийный поясок вокруг отверстий – особое внимание!

В дизайне PCB по IPC class 3:площадка ≥100 мкм от сверлаили ≥0.15 мм от финишного диаметра после металлизации!!!(на каждую сторону)

IPC class 3: ≥25 мкм IPC class 2: допустимо Недопустимо

На готовой плате:поясок ≥25 мкм от отверстия

19

Приложения повышенной надежности.Проблемы выбора материалов, покрытий и технологии изготовления МПП.

1) Диэлектрик: FR4, HTg, полиимид, Rogers…2) Покрытие: ПОС, золото, олово, серебро, OSP…3) Паяльная маска4) Толщина металлизации отверстий5) Защита переходных отверстий от коррозии6) Технология «только микроотверстия»7) Проблемы бессвинцовой пайки BGA и деградация

переходных отверстий

20

Новая технология выполнения Via

1) Заполнение2) Покрытие медью3) Защита от коррозии4) Via-In-Pad

21

Металлизация поверхности заполненного отверстия

Заполнение смолой происходит в вакуумной камере,что исключает образование пустот и пузырей.

22

Лазерные микроотверстия, Via-In-Pad

Уровень сложности Отверстие, µm Площадка, µm

Стандарт 120 350

Экстра 100 300

Специальный 90 250

23

Варианты трассировки BGA 0.5 мм.Переходы в площадке.

Возможно образование пустот и ненадежное соединение

24

Микропереход в площадке

При использовании

«микропереходов в площадке»

не применяйте вариант

«маска на площадке» -

это снижает надежность пайки

из-за образования пустот.

25

Металлизация поверхности µVia

Плоская площадка:Микроотверстие заполняетсясмолой и металлизируетсядля обеспечения плоскойповерхности под шарик BGA.

Стоимость:Надбавка до 30%

26

Заполнение µVia медью

µVia с заполнением медью (можно ставить в центре площадки BGA)

27

Параметры микроотверстий - подробнее

Тип материала итолщина +/-30%

Отверстие,µm

Внешняяплощадка, µm

Внутренняяплощадка, µm

1 x RCC 60µm 100 300 330

1 x 106 p/p 50µm 100 300 330

и минимум 90 250 300

1 x 1080 p/p 65µm 120 330 380

и минимум 100 300 350

2 x 106 p/p 100µm 150 360 400

28

Типовые конструкции МППс микроотверстиями

Только глухие отв.

1-2-1

1-N-1 2-N-2, N от 4 до 12

2-2-2

Стоимость +30…50%

Стоимость +100%

Глухие и скрытые

29

Стековые микроотверстияповерх заполненного отверстия

Металлизация поверхности заполненного отверстияобеспечивает надежность стековых микроотверстий.

30

Надежность лазерных отверстий

Симуляция процесса оплавления в печи 260°СТест HATS по IPC-18R-E (ускоренный термошок)Диапазон температур -40…+145°С, 500 циклов

31

Нормы проектирования МПП,в зависимости от шага выводов BGA

Шаг BGA Класс точности ПП

Проводник,мм

Зазор,мм

Глухие отверстия

1.25 мм 4-й 0.15…0.12 0.15…0.12 Нет

1 мм 5-й 0.1 0.1 Нет

0.8 мм 5-й и выше 0.1…0.075 0.1…0.075 Иногда

0.65-0.4 мм 6-й 0.075 0.075 Обязательно

32

Проектирование BGA с шагом 0.8 мм

33

BGA 0.75 мм

34

BGA 0.65 мм

35

BGA 0.5 мм

36

BGA 0.4 мм

37

Рекомендации по параметрам МПП HDI

38

Услуги холдингаPCB technology

• Обучение инженеров-конструкторов МПП• Контрактная разработка МПП по ТЗ заказчиков• Моделирование печатных плат заказчиков• Поставка и контрактное производство печатных плат• Поставка САПР печатных плат Cadence Allegro• Внедрение сквозного маршрута проектирования МПП• Проведение консультаций и семинаров по МПП и САПР

Сайт www.pcbtech.ruE-mail pcb@pcbtech.ruТелефон 8 (800) 333-9722 (бесплатный по России)

39

Спасибо за внимание!

Есть ли у вас вопросы?

Александр Игоревич Акулинтехнический директор

PCB technology (контрактное производство)КБ «Схематика» (дизайн-центр печатных плат)PCB SOFT (поставка САПР Cadence Allegro)

http://www.pcbtech.ru