微型 PCB 設(shè)計和制造的 11 項技巧

電子世界即將爆炸，或者我應(yīng)該說“內(nèi)爆”，它的定義是“暴力的向內(nèi)崩潰”。 這種內(nèi)爆將由電子產(chǎn)品尺寸的大幅縮小或電子產(chǎn)品功能的大幅提高所驅(qū)動，這將導(dǎo)致印刷電路板的小型化。 以下一些技巧可幫助您了解如何處理微型 PCB 的設(shè)計和制造。

如今，基本電路板尺寸的減小將使設(shè)計人員能夠?qū)?PCB 尺寸減小一半或原始尺寸的四分之一。 之所以說“今天”，是因為當(dāng)我寫這篇文章時，我知道有幾家公司開始涉足微電子印刷電路領(lǐng)域。 過去設(shè)計師無法使用的極細導(dǎo)線現(xiàn)在將成為主流，而原來75微米（3密耳）的絕對最小線寬將逐漸減小到30微米（1.2密耳）或更小。

對于更小的布線和過孔，需要新的設(shè)計規(guī)則，因為印刷電路板的制造方法完全不同且先進。 微電子印刷電路制造商無法使用標(biāo)準(zhǔn)的舊干膜、板和蝕刻工藝可靠地制造 75 微米以下的電線。 光刻是產(chǎn)生這些非常細的線條和空間的一種選擇方法。 轉(zhuǎn)向更小的線寬可能會讓相當(dāng)多的“陷入困境”的老印刷電路制造商感到驚訝，他們甚至不提供 3 百萬電阻器。 為了在不久的將來具有競爭力，PCB車間將需要提供至少50微米的線路和空間，甚至低至30微米。

隨著微電子業(yè)務(wù)的擴展以及越來越多的印刷電路公司找到制造40微米及以下極細線路所需的技術(shù)，設(shè)計人員將需要熟悉新的設(shè)計規(guī)則以及微電路制造的優(yōu)缺點。

如何設(shè)計微型 PCB

由于顯而易見的原因，非常細的 30 微米電線無法使用普通的 1 盎司銅。 當(dāng)我們減少線寬時，我們必須減少厚度。 在Sierra Circuits，我們使用18微米厚的銅來制作25微米的生產(chǎn)線，但這大約是上限。 除非您的設(shè)計使用更高的電流，否則更細的銅線應(yīng)該不是問題，在這種情況下，可以將特定的電線做得更寬以處理更高的電流。 30微米生產(chǎn)線堅固可靠，但不會遭受太多的物理虐待，這幾乎可以通過使用典型的阻焊層來消除。

細導(dǎo)線可能會引起許多設(shè)計人員的擔(dān)憂，但他們需要實現(xiàn)目前使用的 200 微米寬針腳，并將其減少到將芯片連接到芯片載體的 25 至 13 微米鋁或金圓線。 細線被封裝在多層內(nèi)層或通過阻焊劑，這意味著它們實際上被鎖定。 已經(jīng)開發(fā)出將銅附著到電路板表面的新方法。 這些新方法用于提高微痕跡對表面的整體附著力。 我們有一個帶有 40 微米跡線的示例板，沒有阻焊層，并且我們允許客戶用指甲刮擦。 到目前為止，沒有人留下任何痕跡。

最初的幾個微型設(shè)計具有從 30 微米跡線到焊盤的大圓角。 隨著時間的推移，事實證明這是沒有必要的。 直接到焊盤的接線非?？煽俊?事實證明，額外的圓角會增加圖像寫入時間和成本。

小通孔：微通孔的尺寸存在物理限制。 低于 50 微米（2 密耳），電鍍液將無法正確電鍍孔壁，導(dǎo)致通孔質(zhì)量較差。 我們的激光器可以鉆孔小至 20 微米，但我們無法對其進行電鍍。 層壓板的厚度控制通孔的最小直徑，電鍍通孔的上限為2:1。

例如，對于電鍍，3 密耳的微通孔僅限于 6 密耳厚的層壓板。 我們的 Yag 激光器打孔的深度也有限制。 隨著直徑減小，穿透層壓板形成干凈孔的能力降低。 FR4 中 3 密耳的通孔深度限制為 4 至 5 密耳，HDI 應(yīng)用中使用的無釉層壓板的深度限制為 6 至 7 密耳。 關(guān)于微孔的一切并不一定都是壞事。 微孔可能沒有痕跡那么小，但我們可以在鍋中添加甜味劑，因為微孔周圍的環(huán)會變得明顯更小。

當(dāng)我們生產(chǎn)第一塊微型 PCB 時，我們首先注意到的是通孔位于焊盤的中心。 該設(shè)計使用 9 mil 焊盤和 3 mil 通孔，這對于傳統(tǒng)印刷電路工程來說非常緊湊。 新的、更精確的激光制造方法將允許小至 5 密耳的焊盤和小至 3 密耳的通孔。

使用新的微電路設(shè)計技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的印刷電路技術(shù)可以節(jié)省大量空間。 如今，典型 75 微米線寬的最佳間距約為 。 通過75微米導(dǎo)線和250微米（10密耳）焊盤可以獲得5毫米和75微米（3密耳）。 墊圈之間的間距為 225 微米（9 密耳），墊圈之間只允許有一根 75 微米的線。 這個最低規(guī)格對于大多數(shù)商店來說都是困難的。

微型 PCB 的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

3mil過孔、5mil、30μm導(dǎo)線和30μm間距的微電路技術(shù)可以產(chǎn)生0.2mm間距的布局。

與標(biāo)準(zhǔn)3mil PCB布局相比，微電路技術(shù)可將使用面積減少五倍。 在以后的文章中，我們將討論減少所需組件面積的想法。 然而，即使使用相同的元件，僅改用 30 根微線和更小的焊盤也會顯著減少電路板面積。

布線時，使用相同的技術(shù)，但轉(zhuǎn)彎時嘗試傾斜線路，而不是使用 90 度轉(zhuǎn)彎。 拐角處的對角線將拐角應(yīng)力分布在更大的區(qū)域。

1. 微孔

當(dāng)使用添加到多層板頂部的HDI技術(shù)層或作為所有HDI的多層時，微通孔可用于在薄層之間進行連接。 可以鉆直徑為 590 密耳、最大厚度為 60 密耳的通孔，或者可以鉆直徑為 2-3 密耳的激光孔，但僅限于 2-4 密耳厚的 HDI 層壓板。 請記住，與激光打孔相比，鉆孔漂移較大，這限制了焊盤的孔尺寸。 對于鉆孔，請使用 12 mil 墊和 6 mil 孔。 對于激光鉆孔，請使用帶有 3 mil 通孔的 5 mil 焊盤。

2. 孔徑

雖然這似乎是顯而易見的，但值得重申的是，傳統(tǒng) PCB 設(shè)計的每個元素都需要進行調(diào)整，以適應(yīng)更小的微型尺寸。 這對于熟悉傳統(tǒng) PCB 設(shè)計的 PCB 布局工程師來說可能是一個挑戰(zhàn)。 我們在該區(qū)域看到的最常見錯誤是過大的孔。 事實上，微型PCB設(shè)計應(yīng)該具有激光微型通孔以在基板層之間互連。 如果設(shè)計中的孔太大（通常），微型PCB將無法正常工作，甚至無法正常工作。

這再次回到了與正確的微型 PCB 制造商合作的重要性。 當(dāng) PCB 公司成為合作伙伴時，您將擁有一位專家，他可以在 PCB 流程的每一步中尋求幫助，以確保您的微型 PCB 設(shè)計滿足所有必要的要求。

3、銅厚

正常的 3 密耳細線電路使用 1 盎司銅，每 30 微米寬度的微電路使用 1 盎司銅。 傳統(tǒng)的圖案電鍍用于制造微電路，這意味著走線不必從電路引出到電鍍總線，圖案電鍍連接到整個電路，而引線鍵合電鍍是化學(xué)或電氣的。

4、可靠性

最常見的印刷電路板可用于 HDI 或微電路，但它們有局限性。 微型單面和雙面電路可以由剛性 FR4 層壓板制成，但它們需要非常薄才能允許微型通孔。

5、電氣測試

目前，飛行探針甚至剛性探針（釘床）技術(shù)的下限為2-3密耳。 我們預(yù)計它會隨著時間的推移而減少，因為必要時需要更小的平臺。 如果您的微電路具有較小的點，例如邊緣條連接器，則明智的做法是將線路從電路延伸到 3-4 密耳焊盤。

6、耐焊膜

不幸的是，允許我們制造 30 根微絲的成像技術(shù)尚未轉(zhuǎn)移到阻焊層上。 75 微米的位置精度和圖像分辨率仍然是極限。

7. 識別標(biāo)志

典型的絲網(wǎng)印刷圖像精度對于微電路來說太大。 Sierra Proto 使用非常精細的噴墨打印機，這導(dǎo)致識別標(biāo)記分辨率非常小。

8. 安全標(biāo)志

可以將非常小的單個條形碼成像到阻焊層中，以正確識別印刷電路板。 條形碼非常小，人眼幾乎看不見。

9. 最終完成

提供常見的 PCB 飾面。 大多數(shù)微電路使用可焊接的軟金、錫或銀。

10.了解制造商的能力

到目前為止，無論您想要開發(fā)什么特定應(yīng)用或微電子類型，這都是設(shè)計微型 PCB 時要采取的最重要的步驟。

在開始任何 PCB 設(shè)計工作時，這項技術(shù)非常重要。 然而，了解其功能和服務(wù)對于微型 PCB 尤為重要。 這對于從未從事過微型PCB設(shè)計或從未與指定PCB制造公司合作過此類產(chǎn)品的公司來說至關(guān)重要。