Проблемы печатных и одноразовых чипов. Часть 1.

автор Сьюзен Рэмбо (Susan Rambo), Эд Сперлинг (Ed Sperling). Перевод: Сергей Шихов | |   Статьи А-КОНТРАКТ

При поддержке компании А-КОНТРАКТ в журнале «Технологии в электронной промышленности» № 5’2020 опубликована новая статья «Проблемы печатных и...

Далее

Новая цифровая PPL — самая маленькая в мире. Часть 2

автор Перевод: Сергей Шихов | |   Статьи А-КОНТРАКТ

Статья переведена и подготовлена к публикации в журнале "Компоненты и технологии" (№8, 2020г.) при поддержке компании А-КОНТРАКТ.

Далее

Характеристики монтажа печатных плат третьего уровня

Или почему необходимо «внедрить», а не просто «установить» детали? В целом до сегодняшнего дня монтаж печатных плат был достаточно традиционен. Технология поверхностного монтажа заняла прочные позиции и стала основной технологией монтажа по сравнению со сквозными отверстиями. Однако, сегодня монтаж печатных плат выходит на новый уровень технологии, сложности и сервисных требований. На первом уровне контрактные производители требуют стандартных устройств, базируемых на стандартных определенных процессах, и ожидают 100% доходности или близкой к этому.

Опубликовано: 01 Июля 2014
Автор: Mueed Khan

Или почему необходимо «внедрить», а не просто «установить» детали

В целом до сегодняшнего дня монтаж печатных плат был достаточно традиционен. Технология поверхностного монтажа заняла прочные позиции и стала основной технологией монтажа по сравнению со сквозными отверстиями. Однако, сегодня монтаж печатных плат выходит на новый уровень технологии, сложности и сервисных требований. На первом уровне контрактные производители требуют стандартных устройств, базируемых на стандартных определенных процессах, и ожидают 100% доходности или близкой к этому.
На втором уровне возникают проблемы, но технология и ожидания контрактных производителей определены, а доходность все же относительно высока. Обычно контрактный производитель транслирует свои требования в терминах последней версии IPC, функциональности и производительности. С этой информацией производитель разрабатывает процесс и выполняет требования заказчика.
Новый «третий уровень» начинает распознаваться в сборочном цехе. В этом случае, ожидания заказчика (контрактного производителя) не очень определены даже для него самого. При типичных обстоятельствах неизвестно, будет ли разработка успешной до того момента, пока не произведен рабочий прототип. Для производителя (EMS провайдера) необходимо и обязательно понимать эти ожидания заказчика, чтобы определить способы выполнения проекта и использовать скорее подход «внедрения», чем подход «установки», для того, чтобы соблюсти эти требования.
Что же определяет этот «третий уровень» монтажа? Сборка печатных плат может быть лучше всего охарактеризована как меняющаяся, развивающаяся и становящаяся комплексной в контексте используемых корпусов: высокая частота (свыше 5GHz), требования к монтажу и, конечно, ожидания заказчика. Например, устройством третьего уровня будет цифровая плата с высокой плотностью, чрезвычайно заполненной поверхностью или высоко интегрированная, двусторонняя, полностью заполненная плата с µBGA, DSP, LGA, цифровыми корпусами wafer-level (на базе подложки кристалла), и миниатюры, такие как 01005. Третий уровень таит в себе значительное количество серых областей, таких как опция процесса для высокой плотности цифрового наполнения платы, которая может существенно отличаться о той, что требуется для микроволнового/RF монтажа. Инструментарий и процессы для создания успешного прототипа будут меняться соответственно.
Высокочастотные цифровые, микроволновые и RF устройства точно соответствуют третьему уровню монтажа по схожести проблем. Сходство заключается в том, что производитель и контрактный производитель должны разработать комплексный подход к производству и разработке дизайна для производства (DfM), дизайна для монтажа (DfA) и дизайна для тестирования (DfT) для создания прототипа, и при этом не забывать о согласовании ожиданий заказчика и требований монтажа. Более того, каждая из этих зон монтажа требует большей глубины в контексте соответствия требованиям конкретного проекта устройства третьего уровня.

Проверка разработки, оптимизация эффективности, шум и вопросы электромагнитных помех играют ключевую роль. Они очень важны, так как контрактный производитель продвигает разработку, которая еще не проверена и не подтверждена. Зачастую у производителя электронных блоков нет достаточного опыта в критических аспектах определения процесса и разработки, и определенная проверка необходима до того, как деньги и усилия будут потрачены на перемещение сборки на прототип или проведение контроля первого образца (FAI). Это говорит о важности комплексного подхода, включающего разработку исследований и обоих уровней выполнения корпусов и разработки процесса монтажа для прототипа. В случае с высокоскоростными устройствами очень важно подтвердить, что печатная плата находится в соответствии с требованиями контрактного производителя (создателя DfM). Иногда необходимо провести определенные тестирования на этапе пустой платы, чтобы определить целостность сигнала, проблемы с утечкой или производительностью. Свыше 750MHz эффективность устройства может кардинально измениться, если следующие вопросы не будут решены:

  • До-монтажное тестирование ПП по импедансу и двухпунктовой линии.
  • Выполнение на стадии планировки дизайна для производства (DfM) по спецификациям для материалов (ВоМ) и чертежей всех критических частей.
  • Сопоставление требований процесса монтажа с различными корпусами: LGA, DSP, RF фильтры, PoP (корпус на корпусе), BGA и все низкопрофильные корпуса.
  • Выбор паяльной пасты: мокрая очистка или нечистая. Если нечистая, то требуется ли чистка остатков флюса на дальнейших этапах монтажа?

Помните, что данный список предоставляет только некоторые аспекты; существуют и другие. Важно отметить, что в любом электронном устройстве, такие факторы как генерирование сигнала, передача, процессинг, сила, управление шумом, являются ключевыми для оптимизации функционирования схемы. На этой стадии контрактный производитель не совсем уверен в том, что можно ожидать, до тех пор, пока первые несколько образцов не будут успешно произведены и протестированы, и комплексный дизайн исследований процесса монтажа прототипа не будет разработан.

«Внедри, а не просто установи».
Ключевым моментов процесса монтажа прототипа является разработка процесса, где LGA, µBGAs, многовыводные BGA, DSPs, PoP и RF фильтры и корпуса могут быть должным образом внедрены без потери эффективности, с минимальным шумом и с корректным решением проблем по передаче тепла. Поэтому жизненно необходимо не просто «установить» корпуса, а «внедрить». В то же время необходимо проверять и сокращать серые области. Эти серые области могут создавать проблемы, непредусмотренные производителями. Есть два главных отличия между внедрением и установкой. Когда корпус внедрен, пользователь точно знает, что от него ожидать, уровень частоты, на котором корпус будет работать, вид усталости корпуса, которую он может выдержать от вибрации и термических циклов, и так далее. Кроме того, когда корпуса внедрены, другие соображения включают выбор правильной паяльной пасты, разработка шаблона паяльной пасты и первичный профиль поверхностного монтажа, выбор правильной монтажной захватывающей линии и разработка надлежащего процесса для удаления остатков флюса.
Любой остаток флюса под корпусом или на печатной плате может изменить производительность корпуса и привести к полному нарушению работы устройства. Каждый шаг очень важен для создания успешного прототипа, ведущего к массовому производству с высокой доходностью. Например, любая передача тепла должна должным образом выполняться, такая как тепло, припой, остатки флюса под LGA и низкопрофильными корпусами. В случае с LGA, если у корпуса недостаточные столбиковые выводы припоя, могут сформироваться недостаточные паяные соединения, если не внедрен надлежащий дизайн шаблона. Коробление платы или корпуса или припой, оставленный после процесса, могут привести к ненадлежащему функционированию устройства и снизить доходность.

Расчет на высокую доходность.
При требованиях 100% или близкой к этому доходности, каждое устройство и корпус требует дополнительного внимания во время дизайна ПП и разработки процесса. Особенно это касается µBGA, BGA, DSP (die-scale packages), LGA, PoP, и других корпусов. Шаги, которые нужно предпринять, включают в себя проверку равномерности распределения меди, насколько это возможно по всей площади устройства. Размер площадки должен быть «без паяльной маски» (NSMD) для BGA, µBGA и некоторых других корпусов, что генерирует дополнительное тепло. Площадки NSDM более устойчивы к термической усталости.
Детальное рентгеновское обследование на IPC-7095 играет важную роль для определения дефектов устройства. Важно определить наличие пустот. Определенное количество пустот в паяных соединениях BGA может изменить эффективность работы устройства. Стандарты IPC позволяют наличие 25% пустот во всех типах паяных соединений. Но в случае с высокоскоростными устройствами, необходимо определить, какой процент пустот позволителен. Необходима эндоскопическая инспекция, и она должна быть выполнена близко к шарикам BGA, чтобы определить и проверить тип деформации шарика и искривления корпуса.

BGA с большим количеством выводов имеют свои серые зоны. Например, чтобы компенсировать дефекты «голова на подушке» (head-in-pillow - HiP), необходимо включить дополнительную медь на внешние площадки. Для корпусов µBGAs и CSP во время монтажа и при выполнении термального профиля, разместите по меньшей мере 3-4 термопары, покрывающие все BGA, чтобы определить, что температурная вариация не превышает 5⁰C. Кроме того, время после плавления (TAL) должно быть равным в корпусе BGA, когда он проходит цикл охлаждения. В противном случае требуется, чтобы приспособление для пайки избегало HiP дефектов.

Корпуса DSP также имеют свои серые зоны. Этот корпус был некоторое время в монтажном цеху и представляет различные трудности. В этом случае, целый кристалл или чип внедрен без радиатора. Это требует тяжелого термального переходника от корпуса к земле, чтобы корпус не сгорел. Таким образом, тут проблемы на уровне заземления.

Далее обсудим неопределенные области проекта. Они происходят, если контрактный производитель не совсем уверен в некоторых критических параметрах, корпусах или вопросах разработки. Кроме того, для устройств с частотой свыше 750MHz, важно учитывать такие факторы, как выбор паяльной пасты, вторичная очистка (если требуется), критический объем паяльной пасты, пустоты и их влияние на эффективность устройства. Хотя стандарты IPC позволяют до 25% пустот в паяных соединениях даже в устройствах третьего уровня, в высокочастотных схемах пустоты могут стать причиной шума и потери сигнала, что повлияет на производительность всего устройства. Поверхностное покрытие ПП может также внести свой вклад в количество пустот.

В случаях, подобных этому, чтобы уравновесить эту неуверенность контрактного производителя, EMS провайдер должен разработать комплексный процесс. Все процессы и предположения должны базироваться на предыдущем опыте и так называемых «знаниях отрасли». Чтобы разрешить задачи, поставленные контрактным производителем, EMS провайдер должен предпринять следующие шаги:

  • Разработка комплексного процесса монтажа.
  • Проведение успешной проверки первого образца (FAI).
  • Поддержка клиента в тестировании (летающий щуп или ICT).
  • Обеспечение любых улучшений, необходимых для процесса монтажа.
  • Разработка ввода в производство нового изделия в максимальной детализации.
  • Обеспечение детальной пошаговой инструкции, как определено заказчиком.

Эти шаги могут представлять собой неизведанные земли для контрактного производителя, но только не для EMS провайдера. В противном случае, если не применить необходимые ноу-хау и опыт, заказчик в лице контрактного производителя понесет расходы, значительно выше запланированных.
В электронном производстве хорошо известно, что проверка первого образца и прототипы подтверждают разработку, а прогонка первых образцов через монтаж обеспечивает результаты, отвечающие требованиям заказчика. До этой стадии заказчик не знает точно, что ожидать от устройства. Если это конкретное устройство не функционирует должным образом, тогда эти нежелательные результаты могут послужить базой для дальнейших ожиданий заказчика.
Поэтому именно EMS провайдер должен взять на себя инициативу и помочь контрактному производителю лучше определить свои ожидания. Это может быть выполнено за счет улучшения производительности путем выбора наиболее эффективного процесса для минимизации шума и утечек, также как и поддержание хорошей целостности сигнала среди других важных улучшений. На этой стадии прототипа, контрактный производитель будет в состоянии определить свои ожидания от устройства.

Источник: pcdandf.com

Назад