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La industria electrónica actual se caracteriza por una fuerte tendencia a la miniaturización. Los componentes son cada vez más pequeños, lo que impone nuevas exigencias al diseño de las PCB y al montaje de componentes. NCAB Group tiene un firme compromiso con el trabajo de IPC en materia de desarrollo de estándares para placas de circuito impreso ultradensas Ultra HDI y estará en condiciones de entregarlas a los clientes en 2023.

La miniaturización forma parte de un número cada vez mayor de aplicaciones electrónicas. Hoy en día, por ejemplo, hay componentes BGA (Ball Grid Array, matriz de rejilla de bolas) en los que reducir el ancho de pista y la distancia entre estas son requisitos para un posterior uso en el diseño, que son incluso de una densidad más alta que las placas de circuito HDI (interconexión de alta densidad). Con espesores dieléctricos y separaciones de aislamiento de hasta 50 µm, estas placas solían considerarse muy densas.

«NCAB recibe consultas a diario sobre placas de circuitos impresos cuyos requisitos más destacados son anchuras del conductor y distancias de aislamiento inferiores a las de las placas HDI».

Jan Pedersen, Director de Tecnología, NCAB Group

«Los nuevos componentes altamente miniaturizados se han utilizado, entre otras cosas, en tecnología para telecomunicaciones 5G, sensores y en teléfonos inteligentes de gama alta de los principales fabricantes. Ahora estamos comenzando a ver que la tecnología se está extendiendo a otros segmentos de la industria.  NCAB recibe consultas a diario sobre placas de circuitos impresos cuyos requisitos más destacados son anchuras del conductor y distancias de aislamiento inferiores a las de las placas HDI. Por ejemplo, para aplicaciones en tecnología médica y la industria de la automoción», explica Jan Pedersen, director de Tecnología de NCAB Group.

Carencia de estándares del sector para los diseños Ultra HDI

El problema surge de la falta de estándares del sector en relación con el diseño de estas placas de circuito impreso y los requisitos de rendimiento y calidad que deben cumplir.  Los fabricantes que hasta la fecha han sido responsables de la producción de placas Ultra HDI han sido contratados en una etapa anterior por grandes empresas como Apple, Intel, Samsung y similares. Estos actores han invertido mucho en las correspondientes fábricas, lo que dificulta que otros logren acceder a la tecnología.

Hay otras fábricas que pueden fabricar PCB con espesor dieléctrico y distancias de aislamiento inferiores a 50 µm, pero no logran llegar a esas distancias realmente pequeñas (de 20-25 µm, por ejemplo) que se necesitan hoy en día.  En un intento de solventar los problemas y crear un estándar del sector que sea adecuado y esté bien pensado, IPC, el organismo de referencia del sector, estableció un grupo de trabajo para el nuevo tipo de tecnología, que finalmente llamaron Ultra HDI. Jan Pedersen es el presidente del grupo.

«Fui presidente del comité médico del IPC, donde discutimos el tema de los nuevos requisitos y parámetros. Esa conversación evolucionó gradualmente hasta desembocar en la formación de este grupo de trabajo. Durante los últimos tres años, el grupo ha estado trabajando en el desarrollo de un nuevo estándar IPC para lo que ahora conocemos como placas Ultra HDI. Hemos editado un documento que sirve como guía para construir estándares de diseño y producción para estas placas», comenta Jan Pedersen.

«Los nuevos componentes altamente miniaturizados se han utilizado, entre otras cosas, en tecnología para telecomunicaciones 5G, sensores y en teléfonos inteligentes de gama alta de los principales fabricantes».

Jan Pedersen, Director de Tecnología, NCAB Group

Necesidad de grandes inversiones

Las PCB Ultra HDI se definen como productos con anchuras de conductor, distancias de aislamiento y grosores dieléctricos inferiores a 50 µm, diámetros de microvía inferiores a 75 µm y características que superan el nivel C de la norma IPC 2226 existente. Para permitir que las fábricas fabriquen placas Ultra HDI aún se deben hacer una gran cantidad de actualizaciones. Deben hacerse inversiones en la etapa de fabricación, tanto en equipos como en procesos.

Anteriormente, los desarrollos se caracterizaban por un problema del tipo «el huevo o la gallina». Es decir, que las fábricas obviamente no podían producir algo que los clientes no supieran cómo diseñar, y los clientes no podían pedir componentes que las fábricas de PCB no podían fabricar. Para que las fábricas puedan desarrollar su capacidad, primero necesitan un estándar en el que basar la fabricación de las PCB. Con la guía que el grupo de trabajo de IPC publicará durante el otoño, el sector dispondrá de un modelo estándar común a partir del cual trabajar.

Trabajo interno de apoyo a las fábricas

– En NCAB hay un grupo especial en nuestro consejo técnico interno trabajando para ayudar a nuestras fábricas a desarrollar la capacidad para cumplir con los requisitos de la tecnología Ultra HDI. Un método importante es el llamado mSAP (procesamiento semiaditivo modificado), en el que el cobre se acumula sobre una fina capa inicial en lugar grabarse sobre una capa gruesa. También es mejor para el medio ambiente, ya que se utiliza menos cobre. Algunas fábricas ya tienen capacidad para hacer esto hasta cierto punto», afirma Jan Pedersen.

El mayor grado de miniaturización también requiere que el patrón se pueda transferir a la placa con una resolución lo suficientemente alta. La fábrica necesita contar con los llamados equipos LDI (Laser Direct Imaging, imagen directa por láser) de última generación. Además, el entorno tiene que estar extremadamente limpio para evitar la contaminación y el polvo, y esto implica una inversión considerable. Los procesos de prueba y el equipo de inspección óptica automatizada (AOI) también deben actualizarse para detectar y evitar posibles defectos en la placa. Del mismo modo, se deben tener en cuenta el equipo y la química para el chapado en cobre. La miniaturización también generará la necesidad de materiales más limpios y homogéneos.

«Para las tareas de apoyo a las fábricas de NCAB, es una clara ventaja haber encabezado el grupo de trabajo de IPC, ya que eso nos permite tener una buena perspectiva de los desafíos que implica la tecnología Ultra HDI. Nuestras fábricas, especialmente las de China, están ahora totalmente inmersas en el aumento de su capacidad y esperamos que comiencen a entregar placas Ultra HDI en 2023», explica Jan Pedersen.

¿Cuál es la tarea del Consejo Técnico de NCAB Group?

Como director de Tecnología, Jan Pedersen encabeza el Consejo Técnico interno de NCAB. Este Consejo reúne a 60 técnicos de las oficinas locales de la organización.

Se han formado pequeños grupos especializados dentro del Consejo (13 hasta el momento) para desarrollar conocimientos especificos, en  diferentes tecnologías y abordar diversas necesidades dentro del sector. Uno de estos grupos especializados es el grupo Ultra HDI, que actualmente está trabajando con las fábricas de PCB de NCAB para ayudarles a cumplir con los requisitos de miniaturización. Jan Pedersen destaca dos grupos más que pueden aportar mucho valor añadido a los clientes de NCAB.

«Uno se encarga de acumular y documentar preguntas técnicas comunes que nuestro departamento de Dirección de Fábricas recibe de las fábricas de PCB con las que colaboramos. Las preguntas están dirigidas a nuestros clientes y, por lo general, se refieren a cuestiones como los diseños que las fábricas han considerado inadecuados para la fabricación. Ahora estamos recopilando toda esta información en un documento formativo del que tanto los clientes como las fábricas y nosotros en NCAB podemos aprender. El documento permite a los clientes obtener más información sobre los diseños de placas y, por parte del proveedor, puede ayudarnos a mejorar la gestión de problemas de diversos tipos», afirma Jan.

Las opciones de tecnología y procesos pueden reducir el impacto ambiental

El segundo grupo especializado que menciona Jan es uno que se ha puesto en marcha recientemente y que se centra en la sostenibilidad. Este grupo examina hasta qué punto es posible tener en cuenta y calcular el impacto en la sostenibilidad de varias opciones de tecnología y procesos vinculados a la producción de PCB.

«La sostenibilidad es muy importante para nosotros en NCAB. Es justamente lo que nos impulsa a ayudar a nuestros clientes a tomar decisiones informadas que también incluyan una perspectiva de sostenibilidad. Por ejemplo, le explicamos a un cliente el impacto ambiental de pasar de una placa de 6 a 12 capas. Ahora estamos buscando formas de cuantificar y hacer medibles este tipo de factores, lo que sería algo completamente nuevo en el sector». concluye Jan Pedersen.