FLER ARTIKLAR RELATERADE TILL ÄMNET:

Elektronikindustrin av i dag präglas av en stark miniatyriseringstrend. Komponenter blir allt mindre, vilket även ställer nya krav på utformningen av de mönsterkort som de monteras på. NCAB Group är djupt involverat i IPC:s utveckling av en standard för extremt täta Ultra HDI-mönsterkort och kommer själva att kunna leverera dem till sina kunder under 2023.

Miniatyriseringen sprider sig till alltfler elektronikapplikationer. I dag finns till exempel BGA-komponenter (Ball Grid Array) som kräver mycket liten ledarbredd och kort isolationsavstånd på mönsterkorten, vilka måste göras ännu tätare än så kallade HDI-mönsterkort (High Density Interconnect). Med ledarbredd och isolationsavstånd på ned till 50 µm sågs tidigare dessa kort som mycket täta.

“Vi får dagligen förfrågningar som rör mönsterkort med krav på mindre ledarbredd och isolationsavstånd än på HDI-kort.“

Jan Pedersen, Director of Technology, NCAB Group

– De mycket miniatyriserade nya komponenterna har använts bland annat i teknik för 5G-telekommunikation, sensorer och i avancerade smartphones från de stora tillverkarna. Nu börjar vi se en spridning av tekniken till resten av industrin och på NCAB får vi dagligen förfrågningar som rör mönsterkort med krav på mindre ledarbredd och isolationsavstånd än på HDI-kort. Till exempel handlar det då om tillämpningar inom medicinteknik och fordonsindustri, förklarar Jan Pedersen, Director of Technology på NCAB Group.  

Branschstandard för Ultra HDI har saknats

Problemet har varit att det inte funnits någon branschstandard för hur dessa mönsterkort ska konstrueras och vilka prestanda- och kvalitetskrav de måste uppfylla. Producenter som hittills har stått för tillverkningen av Ultra HDI-kort har kontrakterats av storföretag som Apple, Intel, Samsung och liknande. De stora aktörerna har investerat mycket i fabrikerna i fråga och andra företag har därför haft svårt att få tillgång till tekniken.

Samtidigt finns det andra fabriker som erbjuder sig att tillverka mönsterkort med ledarbredd och isolationsavstånd under 50 µm, men inte klarar att gå hela vägen ner till små avstånd på kanske 20-25 µm som kan krävas i dag. För att råda bot på problemen och skapa en ordentlig, genomarbetad branschstandard har branschorganet IPC tillsatt en arbetsgrupp för den nya typ av teknik som under resans gång har döpts till Ultra HDI. Jan Pedersen är ordförande för gruppen.

– Jag var ordförande för IPC:s medicinska tilläggsutskott och där tog en diskussion om dessa nya krav och parametrar fart. Det ledde vidare till bildandet av denna arbetsgrupp. Under de tre senaste åren har gruppen arbetat med att utveckla en ny IPC-standard för vad vi nu kallar Ultra HDI-mönsterkort. Vi har tagit fram ett dokument som är ett slags vägledning för utvecklingen av standarder för konstruktion och produktion av dessa kort, vilket överlämnas till nästa grupp nu under hösten 2022, säger Jan Pedersen.

“De mycket miniatyriserade nya komponenterna har använts bland annat i teknik för 5G-telekommunikation, sensorer och i avancerade smartphones från de stora tillverkarna.“

Jan Pedersen, Director of Technology, NCAB Group

Stora investeringar för tillverkare

Ultra HDI-mönsterkort definieras som produkter med ledarbredd och isolationsavstånd samt dielektrisk tjocklek på under 50 µm, mikroviadiameter på under 75 µm samt egenskaper som går bortom den befintliga standarden IPC 2226 nivå C. För att fabrikerna ska klara av att tillverka Ultra HDI-kort måste många uppdateringar nu komma på plats. Det krävs stora investeringar i såväl utrustning som processer i tillverkningsledet.

Utvecklingen har tidigare präglats av en hönan-eller-ägget-problematik. Fabrikerna kunde inte tillverka något som kunderna inte visste hur de skulle konstruera och kunderna kunde inte beställa något som fabrikerna inte klarade av att tillverka. För att fabrikerna ska kunna bygga upp sin kapacitet måste det först finnas en standard för mönsterkorten som de kan leverera på. Med den vägledning som IPC:s arbetsgrupp släpper i höst finns det nu något gemensamt att utgå ifrån.

Internt arbete för att stötta fabriker

– På NCAB arbetar en särskild grupp inom vårt interna tekniska råd med att stötta våra fabriker i arbetet med att utveckla ny kapacitet för att klara Ultra HDI-kraven. En viktig metod är så kallad mSAP (modified Semi-Additive Processing), där man bygger på med koppar på ett tunt initialt lager istället för att etsa bort den från ett tjockt lager. Det är också bättre för miljön, eftersom man använder mindre koppar. Några fabriker klarar redan av att göra detta till en viss gräns, säger Jan Pedersen.

Den nya nivån på miniatyriseringen kräver också att mönstret kan överföras till kortet med tillräckligt hög upplösning. Fabriken behöver ha så kallad LDI-utrustning (Laser Direct Imaging) av senaste snitt. Det krävs vidare en extremt ren miljö för att undvika kontaminering och damm, vilket medför stora investeringar. Även processer för testning och utrustning för automatisk optisk inspektion (AOI) måste uppdateras så att det går att upptäcka och undvika eventuella defekter på korten. Likaså behöver man titta på utrustningen och kemin vid kopparplätering. Nya material som är renare och mer homogena krävs dessutom.

– För NCAB:s arbete med att stötta fabrikerna är det förstås fördel att jag har lett IPC-arbetsgruppen och därmed har god insyn i utmaningarna kring Ultra HDI. Våra fabriker, i synnerhet de i Kina, investerar nu för fullt i att utveckla sin kapacitet och vi räknar med att de kommer igång med leveranser av Ultra HDI-kort under 2023, förklarar Jan Petersen.

Vad gör NCAB Groups tekniska råd?

Som Director of Technology leder Jan Petersen NCAB:s interna tekniska råd. Här samlas samtliga, nära 60 tekniker från organisationens lokala bolag.

Inom rådet har man bildat ett antal mindre fokusgrupper – hittills 13 stycken – för att bygga upp specialkunskap inom till exempel olika teknologier och behov som finns inom branschen. En av dessa fokusgrupper är den Ultra HDI-grupp som nu arbetar med NCAB:s mönsterkortsfabriker för att de ska kunna möta miniatyriseringskraven. Jan Petersen lyfter fram ytterligare två grupper som kan tillföra mycket värde för NCAB:s kunder.

– Den ena håller på att ta fram en samling med vanliga teknikfrågor som vår Factory Management-avdelning får in från mönsterkortsfabrikerna vi samarbetar med. Frågorna är riktade till våra kunder och handlar typiskt om att deras konstruktioner inte lämpar sig för tillverkning. Vi sammanställer nu allt detta till ett utbildningsdokument som såväl kunder som fabriker och vi på NCAB kan lära av. Dokumentet låter kunder dra lärdomar kring mönsterkortskonstruktion och på leverantörssidan kan det hjälpa oss att bli bättre på att hantera frågeställningar av olika slag, menar han.

Teknik- och processval kan minska miljöpåverkan

Den andra fokusgruppen han nämner är en hållbarhetsgrupp som just har startats upp. Den tittar på möjligheterna att kunna väga in och beräkna effekten på hållbarhet vid olika teknik- och processval kopplade till mönsterkort.

– Hållbarhet är mycket viktigt för oss på NCAB. Vi vill därför göra det möjligt för våra kunder att fatta informerade beslut även ur ett hållbarhetsperspektiv. Det kan till exempel handla om att vi talar om för en kund vad det skulle få för miljöpåverkan att gå från ett 6- till ett 12-lagerskort. Vi letar nu sätt att kvantifiera och göra denna typ av saker mätbara, vilket skulle vara något helt nytt i branschen, avslutar Jan Pedersen.