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L’industria elettronica di oggi è caratterizzata da una forte tendenza alla miniaturizzazione. I componenti stanno diventando sempre più piccoli, imponendo così anche nuove esigenze alla progettazione dei PCB su cui sono montati. Il gruppo NCAB è molto impegnato nel gruppo di lavoro di IPC, che sta sviluppando gli standard per circuiti stampati ad alta densità, Ultra HDI, che saranno disponibili nella nostra offerta a partire dal 2023.

La miniaturizzazione è presente in un numero sempre crescente di applicazioni elettroniche. Oggi, per esempio, esistono componenti BGA (Ball Grid Array) in cui larghezze del conduttore estremamente ridotte e l’isolamento minimo sulle schede sono prerequisiti per l’uso in progetti ancora più ad alta densità rispetto alle schede HDI (High Density Interconnect). Con uno spessore dielettrico e distanze di isolamento che arrivano a 50 µm, queste schede erano considerate a densità estremamente alta.

“NCAB riceve quotidianamente richieste di informazioni sui circuiti stampati, in cui i requisiti sono larghezze dei conduttori e distanze di isolamento inferiori rispetto alle schede HDI”.

Jan Pedersen, Director of Technology, NCAB Group

“I nuovi componenti altamente miniaturizzati sono stati utilizzati anche nella tecnologia delle telecomunicazioni 5G, nei sensori e negli smartphone di fascia alta dei principali produttori. Ora stiamo iniziando a vedere la diffusione della tecnologia in altri segmenti del settore. NCAB riceve quotidianamente richieste di informazioni di circuiti stampati, in cui i requisiti sono larghezze dei conduttori e distanze di isolamento inferiori rispetto alle schede HDI. Ad esempio, per le applicazioni nel settore della tecnologia medica e dell’industria automobilistica”, spiega Jan Pedersen, responsabile delle tecnologie di NCAB Group.

Mancanza di standard di settore per Ultra HDI

Il problema deriva dalla mancanza di standard di settore per quanto riguarda la progettazione di queste schede e i requisiti di prestazioni e qualità che devono soddisfare. I produttori che finora sono stati responsabili della produzione di schede Ultra HDI adesso vengono contattati in una fase iniziale da importanti aziende come Apple, Intel, Samsung e simili. Questi operatori hanno investito in maniera importante nelle fabbriche in questione, rendendo difficile ad altri accedere alla tecnologia.

Ci sono altre fabbriche che possono produrre PCB con spessore dielettrico e distanze di isolamento inferiori a 50 µm, ma non sono in grado di scendere fino a distanze estremamente ridotte, per esempio 20-25 µm, che potrebbero essere richieste oggi. Per risolvere i problemi e creare standard di settore appropriati e ben ponderati, IPC ha creato un gruppo di lavoro dedicato a questo nuovo tipo di tecnologia, che è stato definito Ultra HDI. Jan Pedersen è il presidente del gruppo.

“Sono stato presidente del comitato medico dell’IPC, dove abbiamo esaminato la questione dei nuovi requisiti e parametri. Questo dibattito si è gradualmente evoluto fino a portare alla formazione di questo gruppo di lavoro. Negli ultimi tre anni, il gruppo ha lavorato allo sviluppo di un nuovo standard IPC per quelle che ora conosciamo come schede Ultra HDI. Abbiamo quindi prodotto un documento che serve da guida per costruire standard di progettazione e produzione per queste schede”, afferma Jan Pedersen.

“I nuovi componenti altamente miniaturizzati sono stati utilizzati, tra le altre cose, nella tecnologia delle telecomunicazioni 5G, nei sensori e negli smartphone di fascia alta dei principali produttori”.

Jan Pedersen, Director of Technology, NCAB Group

Sono necessari investimenti significativi

Le PCB Ultra HDI sono definite come prodotti con le larghezze dei conduttori, distanze di isolamento e spessori dielettrici inferiori a 50 µm, diametri delle microvie inferiori a 75 µm e caratteristiche che superano lo standard esistente IPC 2226 livello C. Per consentire alle fabbriche di produrre schede Ultra HDI, è necessario eseguire numerosi aggiornamenti. Gli investimenti devono essere effettuati in fase di produzione, sia per quanto riguarda le attrezzature che i processi.

In precedenza, gli sviluppi dovevano affrontare il problema “dell’uovo o della gallina”. Ovviamente, le fabbriche non erano in grado di produrre qualcosa che i clienti non sapevano come progettare e i clienti non potevano ordinare componenti che le fabbriche di PCB non erano in grado di realizzare. Affinché gli stabilimenti possano potenziare le loro capacità, hanno bisogno innanzitutto di uno standard su cui basare la loro produzione. Con la guida che il gruppo di lavoro dell’IPC farà uscire in autunno, il settore avrà un programma standard comune da cui partire per lavorare.

Lavoro interno a supporto degli stabilimenti

“Alla NCAB, un gruppo speciale del nostro consiglio tecnico interno sta lavorando per supportare i nostri stabilimenti nell’impostare capacità che soddisfino i requisiti dell’Ultra HDI. Un metodo importante è il cosiddetto mSAP (modified Semi-Additive Processing), dove il rame viene accumulato su uno strato iniziale sottile anziché essere corroso da uno strato spesso. È anche migliore per l’ambiente, poiché si utilizza meno rame. Alcuni stabilimenti sono già in grado di farlo fino a un certo livello”, afferma Jan Pedersen.

Un maggiore livello di miniaturizzazione richiede anche che il pattern possa essere trasferito alla scheda con una risoluzione sufficientemente elevata. Lo stabilimento deve disporre di apparecchiature cosiddette LDI (Laser Direct Imaging) all’avanguardia. Inoltre, l’ambiente deve essere estremamente pulito, per evitare contaminazioni e polveri, e questo implica investimenti notevoli. Anche i processi di test e le apparecchiature di ispezione ottica automatizzata (AOI) devono essere aggiornati per rilevare ed evitare potenziali difetti nelle schede. Allo stesso modo, è necessario monitorare l’apparecchiatura e i processi chimici quando viene eseguita la placcatura in rame. La miniaturizzazione comporta inoltre la necessità di materiali più puliti e omogenei.

“Per il lavoro di supporto di NCAB agli stabilimenti, è ovviamente un vantaggio il fatto che io abbia guidato il gruppo di lavoro IPC e quindi abbia una buona comprensione delle sfide che l’Ultra HDI comporta. Ora i nostri stabilimenti, soprattutto quelli in Cina, sono totalmente impegnati ad aumentare le loro capacità e ci aspettiamo che possano iniziare a fornire schede Ultra HDI nel 2023”, spiega Jan Pedersen.

Qual è il compito del consiglio tecnico del gruppo NCAB?

In qualità di responsabile delle tecnologie, Jan Pedersen dirige il consiglio tecnico interno di NCAB. Questo riunisce 60 tecnici delle aziende locali dell’organizzazione.

All’interno del consiglio sono stati formati diversi focus group più piccoli – finora 13 – per sviluppare conoscenze specialistiche, ad esempio, nelle diverse tecnologie e per affrontare le diverse esigenze del settore. Uno di questi focus group è il gruppo Ultra HDI, che sta attualmente lavorando con le fabbriche di PCB di NCAB per consentire loro di soddisfare i requisiti di miniaturizzazione. Jan Pedersen mette in evidenza altri due gruppi che possono aggiungere molto valore ai clienti di NCAB.

“Un gruppo sta mettendo insieme e documentando le domande tecniche più comuni che il nostro reparto di gestione dello stabilimento riceve dalle fabbriche di PCB con cui collaboriamo. Le domande sono rivolte ai nostri clienti e riguardano, in genere, problemi come i progetti che le fabbriche hanno trovato inadatti alla produzione. Ora stiamo trasferendo tutto questo materiale in un documento di formazione dal quale i clienti, le fabbriche e noi di NCAB possiamo trarre insegnamento. Il documento consentirà ai clienti di acquisire maggiori informazioni sul design delle schede e, lato fornitore, potrà aiutarci a migliorare la gestione di problemi di vario tipo”, afferma Jan.

La tecnologia e le scelte di processo possono ridurre l’impatto ambientale

Il secondo focus group di cui Jan parla è stato avviato di recente e si concentra sulla sostenibilità. Questo gruppo esamina in che misura è possibile prendere in considerazione ed elaborare l’impatto sulla sostenibilità delle varie tecnologie e scelte di processo legate alla produzione di PCB.

“La sostenibilità è molto importante per noi di NCAB. È ciò che ci spinge ad aiutare i nostri clienti a prendere decisioni informate, che includano anche una prospettiva di sostenibilità. Ad esempio, potrebbe essere necessario descrivere a un cliente l’impatto ambientale del passaggio da una scheda a 6 ad una a 12 strati. In questo momento, stiamo cercando dei modi per quantificare e rendere misurabili questo tipo di fattori, qualcosa di completamente nuovo nel settore”, conclude Jan Pedersen.