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A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 2 2022

了解Ultra HDI的技术和制造要求

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当今的电子产业呈现出明显的微型化趋势。元器件变得越来越小,这也对安装元器件的电路板设计提出了新的要求。IPC正在制定ultra HDI电路板的标准,NCAB与这个进程强绑定,预计2023年即可具备向客户供应此类电路板的能力。

越来越多的电子产品部件都出现了微型化趋势。例如,就目前的BGA(球栅阵列)来说,电路板上的导体宽度和间距都必须极其微小,才能用于比HDI(高密度互连)电路板密度更高的设计。HDI电路板的介质厚度和绝缘间距最小为50µm,这些以往被认为是极高密度的设计。

Jan Pedersen | NCAB Group Norway

“NCAB集团每天都会收到有关电路板的咨询,询问如何设计导体宽度和绝缘间距比HDI更小的印刷电路板。”

Jan Pedersen, Director of Technology, NCAB Group

NCAB集团技术总监Jan Pedersen解释说,“这些高度微型化的新组件,已被用于5G电信技术、传感器和手机主要制造商的高端智能手机等领域。其影响正在扩散至其他领域。NCAB集团每天都会收到有关电路板的咨询,询问如何设计导体宽度和绝缘间距比HDI更小的印刷电路板。其涉及到的有关领域有医疗技术和汽车行业等。”

什么是Ultra HDI PCB?

符合Ultra HDI定义的电路板必须具备以下条件:

  • 导体宽度和绝缘间距小于50 µm
  • 介质厚度小于50 µm
  • 微孔直径小于75 µm
  • 产品特性超过现行IPC 2226 C级标准

Ultra HDI缺乏统一行业标准

问题在于,对于ultra HDI电路板的设计及必须达到的性能与品质要求,缺乏相应的行业标准。目前,负责制造ultra HDI的厂商已经在早期阶段就与APPLE,Intel,Samsung等头部企业达成合作,这些企业投入巨资建造相关工厂,其他厂商就很难在该项技术上有所突破。

Ultra HDI PCB - printed circuit board | NCAB Group
Ultra HDI PCB定义为导体宽度、绝缘间距及介质厚度小于 50 µm,微孔直径小于75 µm,且特性超过现行 IPC 2226 C级标准的产品。

其他厂商纵然能够制造介质厚度和绝缘间距小于50 µm的PCB,但可能无法攻破目前需要的极小间距,比如20-25 µm。为了解决这个问题并制定适当、周全的行业标准,IPC为这项新型技术(最终命名为Ultra HDI)成立了工作组,由Jan Pedersen担任主席。

Jan Pedersen表示,“在我担任IPC医疗委员会的主席期间,我们曾讨论过新要求和新参数的问题。这些讨论逐渐演变,最终成立了这个工作组。过去三年中,工作组一直致力于为现命名为Ultra HDI电路板的产品制定新的IPC标准。我们已完成一份文件,可作为此类电路板建立设计和生产标准的指引。”

” 这些高度微型化的新组件,已被用于5G电信技术、传感器和手机主要制造商的高端智能手机等领域。”

Jan Pedersen, Director of Technology, NCAB Group
Download Ultra HDI PCB design guidelines | NCAB Group

Ultra HDI电路板设计指南

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必要的巨额投资

Ultra HDI PCB定义为导体宽度、绝缘间距及介质厚度小于 50 µm,微孔直径小于75 µm,且特性超过现行 IPC 2226 C级标准的产品。工厂需要完成大量升级,才能够制造Ultra HDI电路板,因此必须对制造阶段的设备和工艺进行投资。

这是个“先有鸡还是先有蛋”的问题。显然,工厂无法生产客户都不知道如何设计的产品,而客户则无法订购 PCB工厂不能制造的部件。为了让工厂能够建立产能,首先需要制定相应的PCB标准,以此作为制造的基础。IPC工作组将在秋季发布此类电路板的指引意见,行业将以该指引作为共同的标准蓝图,指导行业工作。

Audit in one of the PCB factories NCAB Group work with.
工厂需要完成大量升级,才能够制造Ultra HDI电路板,因此必须对制造阶段的设备和工艺进行投资。

为工厂提供技术支持

Jan Pedersen表示,“NCAB的内部技术理事会成立了一个特别小组,努力支持合作工厂建立产能以满足Ultra HDI的要求。一个重要的方法是所谓 mSAP(改造半加成工艺),即在初始的薄镀层上镀加铜料,而非在厚镀层上蚀除铜料。这种工艺也更有利于环境,因为可减少铜料用量。部分工厂已经能够在某种程度上做到这一点。”

微型化程度上升,还要求图样能够以足够高的精度转移至电路板。工厂必须具备先进的所谓“LDI设备”(激光直接成像)。而且,环境必须极端清洁,避免污染和尘埃,而这需要大量投资。测试工艺和自动光学检测(AOI)设备也需要更新,来检测和避免潜在的电路板瑕疵。另外,必须关注镀铜过程中的设备状况和化学反应。微型化还要求材料更加清洁和匀质。

Jan Pedersen 解释说,“因为我担任IPC工作组的主席,因而深入了解Ultra HDI带来的挑战。这当然有利于NCAB为工厂提供技术支持。目前,我们的合作工厂,特别是中国境内的工厂正全力增强自身能力。我们预期,这些工厂将在2023年开始交付Ultra HDI电路板。”

制造Ultra HDI电路板所需的升级

制造Ultra HDI电路板的PCB 工厂,需要满足设备及制造环境方面的更严格要求。

  • 先进的LDI设备
  • 极端洁净的环境
  • 更细致的测试
  • 最新自动光学检测设备
  • 最新的镀铜设备和化学工艺
  • 诸如mSAP等新方法
  • 更清洁、更匀质的新材料
Discussion between technical experts at NCAB Group.
均来自NCAB瑞典公司的PCB工程师Bengt Boström和品质经理Luisa Lindstrand加入了NCAB的内部技术理事会,理事会汇聚了集团的所有技术人员。


NCAB集团技术理事会的任务是什么?

由技术总监Jan Pedersen领导的NCAB内部技术理事会汇聚了来自集团各地公司的60名技术人员。

理事会内部成立了若干细分的专题组(目前共有13个),积累不同技术领域的专业知识,应对行业内部的多种需求。Ultra HDI组便是上述专题组之一。该专题组目前正与NCAB的PCB工厂合作,帮助后者达到微型化要求。Jan Pedersen又着重介绍了两个可以给NCAB的客户带来大量增益的专题组。

Jan指出,“一个专题组负责收集和记录工厂管理部门从合作工厂收到的常见技术问题。这些问题面向我们的客户,一般是关于诸如工厂认为设计不匹配制造等事项。目前,我们正将这些问题编入培训文件,以便于客户、工厂及NCAB全体员工学习。客户能够基于该文件更多了解电路板设计;在供应商方面,该文件可以帮助我们更妥善处理各种问题。”

技术和工艺选择可减少环境影响

Jan提到的第二个专题小组是关于可持续发展的。该小组研究和明确PCB生产相关的各类技术和工艺选择,对可持续性发展的影响程度。

Jan Pedersen总结道,“可持续性发展对NCAB的每个人都非常重要,它驱使我们帮助客户做出明智决策,其中也包含了可持续性发展的视角。例如,这可能需要我们向客户说明从6层板转向12层板对环境造成的影响。目前,我们正想方设法量化此类因素,并令其可以测量,这是行业中的一个新事物和新方向。”