Проектирование печатных плат высокой сложности

Семинар 15 декабря 2007 г., Москва
Проектирование
многослойных печатных плат
высокой сложности
Докладчик:
Александр Игоревич Акулин
Технический директор ООО «ПСБ технолоджи»
http://www.pcbtech.ru
Проектирование печатных плат высокой сложности
Компания PCB technology,
проектирование, поставка и монтаж МПП.
2
Проектирование печатных плат высокой сложности
План доклада
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Материалы для изготовления печатных плат.
Волновое сопротивление (импеданс) проводников.
Технологические параметры многослойных плат.
Глухие и скрытые отверстия.
Типовые ошибки при проектировании МПП.
Ресурсы снижения стоимости заказа печатных плат.
Проектирование гибких шлейфов и гибко-жестких МПП.
Подготовка к автоматизированному монтажу.
Варианты трассировки BGA.
Проблемы перехода на бессвинцовые технологии и RoHS.
Дополнительные темы для обсуждения.
3
Проектирование печатных плат высокой сложности
Разделы доклада
RoHS
4
Проектирование печатных плат высокой сложности
1. Материалы для изготовления
печатных плат
5
Проектирование печатных плат высокой сложности
Материалы как элементы конструкции МПП
Вариант 1
Вариант 2
Фольга
(foil)
Препрег
(prepreg)
“Ядро”
(core)
Препрег
(prepreg)
“Ядро”
(core)
Препрег
(prepreg)
“Ядро”
(core)
Фольга
(foil)
Другие варианты конструкций – как комбинация этих двух.
6
Проектирование печатных плат высокой сложности
Базовые диэлектрики для печатных плат
Тип
Состав
Tg
Dk
Стоимость
FR4 Типовой стеклотекстолит.
Слоистый материал из
стекловолокна с эпоксидной
пропиткой
> 130°C
4.4…4.8
1
FR4 High Tg, Материал со сшитой сеткой,
FR5 повышенная термостойкость
(RoHS-совместимый)
> 160°C
4.3…4.7
x 1.2…1.4
> 130°C
4.0
x 1.3…1.5
> 260°C
3.5…4.6
x 5…6.5
От 2 до 10
x 32…70
RCC Эпоксидный материал без
стеклянной тканой основы
PD Полиимидная смола с
арамидной основой
PTFE Политетрафлуорэтилен со
240-280°C
стеклом или керамикой (СВЧ)
Tg – температура стеклования (разрушения материала)
Dk – диэлектрическая проницаемость (обозначают еще как εr)
7
Проектирование печатных плат высокой сложности
Фольга (внешние слои МПП)
Толщина, мкм
Наличие на складе
5 (1/8 oz)
По запросу
9 (1/4 oz)
По запросу
18 (1/2 oz)
Есть
35 (1 oz)
Есть
70 (2 oz)
По запросу
105 (3 oz)
По запросу
210 (6 oz)
По запросу
1. Для внешних слоев обычно используется фольга 18 мкм
с последующим наращиванием меди.
8
Проектирование печатных плат высокой сложности
«Ядро» (внутренние слои МПП)
Медь, мкм 18 (1/2 oz)
35 (1 oz)
70 (2 oz)
Толщина, мкм
105 (3 oz)
и 210 (6 oz)
50
По запросу
По запросу
По запросу
По запросу
75
По запросу
По запросу
По запросу
По запросу
100
Есть
Есть
Как правило
По запросу
200
Есть
Есть
Как правило
По запросу
… с шагом 100
Есть
Есть
Как правило
По запросу
1000
Есть
Есть
Как правило
По запросу
1. Допуск на толщину ядра: +/-10%, и это определяет допуск на общую
толщину МПП, независимо от дополнительных факторов.
2. Для внутренних слоев рекомендуется использовать ядра
с фольгой 35 мкм, в том числе при ширине проводника и зазора 0.1 мм.
9
Проектирование печатных плат высокой сложности
Препрег («связующие» слои МПП)
Тип препрега
Толщина после прессования
Наличие на складе
1080
66 мкм
Есть
2116
105 мкм
Есть
7628
180 мкм
Есть
2113
100 мкм
По запросу
106 no-flow
50 мкм
Для гибко-жестких ПП
1080 no-flow
66 мкм
Для гибко-жестких ПП
1. Возможное отклонение толщины слоя препрега: -5 / +25 мкм,
в зависимости от рисунка МПП.
2. Допустимое количество смежных слоев препрега в МПП – от 2 до 4.
3. Иногда можно использовать одиночный слой:
• медь 17 мкм – можно использовать 1 слой 1080, 2116 или 106
• медь 35 мкм – можно использовать 1 слой только для 2116
10
Проектирование печатных плат высокой сложности
Материалы СВЧ фирмы Rogers для МПП
Dk
Материал
Толщина дэлектрика, мм
Фольга, мкм
Ro4003
3.38
0.2, 0.51, 0.81
18, 35
Ro4350
3.48
0.17, 0.25, 0.51, 0.76, 1.52
18, 35
0.1
---
0.1
---
Препрег Ro4403
Препрег Ro4450
3.17
3.54
1. Толщина фольги с обеих сторон ядра одинакова.
2. Лазерная сверловка и металлизация «микро-виа» невозможна.
3. Сверление глухих отверстий допускается, диаметр не менее 0.2 мм.
4. Допускается для удешевления МПП использовать только некоторые
слои СВЧ, а остальные изготавливать из FR4.
Пример:
6 слоев, Rogers+FR4.
11
Проектирование печатных плат высокой сложности
Материалы СВЧ фирмы Arlon
Материал
Dk
Толщина диэлектрика, мм
Фольга, мкм
AR-1000
10
0.61
18
AD600L
6
0.78
35
AD255IM
2.55
0.76
35
AD350A
3.5
0.5, 0.76
35
DICLAD527
2.5
0.5, 0.76, 1.52
35
25N
3.38
0.5, 0.76
18, 35
25N 1080pp pre-preg
3.38
0.1
---
25N 2112pp pre-preg
3.38
0.15
---
25FR
3.58
0.5, 0.76
18, 35
4.4
По запросу, шаг 0.1
18, 35
Arlon 85N (полиимид)
Пример:
12 слоев, полиимид Arlon 85N.
Электрическая прочность 48 кВ/мм.
12
Проектирование печатных плат высокой сложности
Покрытия площадок печатной платы
Тип покрытия
Описание
Толщина, мкм
Припой (HASL или HAL,
англ. hot air solder leveling)
ПОС-61 или ПОС-63, выровненный
горячим воздухом
15…25
Иммерсионное золочение
(Immersion gold, ENIG)
Химическое тонкое золочение по
подслою никеля
Au 0.05…0.1
Ni 4.0…5.0
Органическое покрытие, защищает
поверхность меди от окисления.
20, при пайке
растворяется
Более плоская поверхность, чем HASL.
Однако есть технологические проблемы.
10…15
Состав – 99% олово плюс присадки.
15…25
Гальваническое толстое золочение
контактов разъема по подслою никеля
Au 0.2…0.5
Ni 4.0…5.0
Гальваническое тонкое золочение
площадок, плохая паяемость
Au 0.01…0.02
Ni 4.0…5.0
Органическое
(OSP, Entek)
Иммерсионное олово
(Immersion tin)
Бессвинцовый HAL
(lead-free HAL)
Золочение разъема
(hard gold, fingers)
Флэш-золочение
(hard gold, fingers)
13
Проектирование печатных плат высокой сложности
Покрытия поверхности печатной платы
Тип
Назначение
Паяльная маска
Для защиты при пайке
Маркировка
Для идентификации
Отслаиваемая маска
Для временной защиты
поверхности ПП
Графитовые площадки
Для создания клавиатур
Графитовые резисторы
Для создания резисторов
Серебряное покрытие
Для создания проводящих
перемычек на плате
Особенности
зеленый, синий, красный,
желтый, черный, белый
белый, желтый, черный
При необходимости легко
удаляется
Имеет высокую
износостойкость
Желательна лазерная
подгонка
Используется для ОПП и
иногда ДПП. Повышенная
надежность плат
(автоэлектроника)
14
Проектирование печатных плат высокой сложности
2. Волновое сопротивление (импеданс)
проводников
15
Проектирование печатных плат высокой сложности
Мотивы контроля волнового сопротивления.
Что дает контроль волнового сопротивления проводников?
Согласование линии обеспечивает распространение сигнала без
отражений, независимо от длины линии передачи.
Когда нужно рассматривать проводник как линию передачи?
Грубое правило: если время распространения фронта сигнала до
конца проводника превышает половину длительности фронта.
Пример: микросхемы Fast TTL, фронт сигнала = 2 нс.
Скорость сигнала (при Dk=4) около 1.5 x 108 м/с, или 1 мм за 6.7 пс.
За 1 нс фронт пройдет 150 мм, то есть критическая длина = 150 мм.
Однако 2 нс – это max по паспорту, реальный фронт гораздо короче,
а емкостные нагрузки существенно уменьшают скорость
распространения. Критическая длина – в несколько раз меньше.
Для фронта 2 нс критическая длина проводника около 30 мм.
16
Проектирование печатных плат высокой сложности
Микрополосковая линия и
симметричная полосковая линия
w
Микрополосок
t
h
Zo =
87
5.98h
ln
( Er + 1.41) 0.8w + t
Симметричный полосок
a
t
h
a
60
4h
Zo =
ln
( Er ) 0.67πw(0.8 + (t / w))
w
17
Проектирование печатных плат высокой сложности
Несимметричная полосковая линия
t
h
x
8x
60
A=
ln
(Er) 0.67πw(0.8 + (t / w))
B=
w
Zo=
60
8(h − x)
ln
(Er) 0.67πw(0.8 + (t / w))
2AB
A+B
18
Проектирование печатных плат высокой сложности
Дифференциальное волновое
сопротивление
19
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовые структуры, 4 слоя, 6 слоев, 1.6 мм
За базовую рекомендуется брать одну из типовых структур МПП,
и подбирать (менять) толщины слоев в соответствии с расчетами.
медь 25…45 мкм
медь 25…45 мкм
фольга 18 мкм
фольга 18 мкм
препрег 1080
препрег 1080
препрег 7628
препрег 7628
медь 35 мкм
медь 35 мкм
ядро FR4 1 мм
ядро FR4 0.36 мм
медь 35 мкм
препрег 7628
препрег 1080
фольга 18 мкм
медь 25…45 мкм
медь 35 мкм
препрег 7628
медь 35 мкм
ядро FR4 0.36 мм
медь 35 мкм
препрег 7628
препрег 1080
фольга 18 мкм
медь 25…45 мкм
20
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовые структуры, 8, 10 слоев, 1.6 мм
медь 25…45 мкм
фольга 18 мкм
препрег 1080
препрег 1080
препрег 1080
препрег 1080
медь 35 мкм
ядро FR4 0,13 мм
ядро FR4 0,25 мм
препрег 2116
медь 35 мкм
препрег 7628
медь 35 мкм
ядро FR4 0,21 мм
медь 35 мкм
препрег 7628
медь 35 мкм
ядро FR4 0,25 мм
медь 35 мкм
препрег 1080
ядро FR4 0,21 мм
препрег 2116
ядро FR4 0,21 мм
препрег 2116
ядро FR4 0,13 мм
препрег 1080
препрег 1080
препрег 1080
фольга 18 мкм
медь 25…45 мкм
21
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовая структура, 12 слоев, 1.6 мм
препрег 2116
ядро FR4 0,1 мм
препрег 2116
ядро FR4 0,1 мм
препрег 2116
ядро FR4 0,1 мм
препрег 2116
ядро FR4 0,1 мм
препрег 2116
ядро FR4 0,1 мм
препрег 2116
22
Проектирование печатных плат высокой сложности
3. Технологические параметры
многослойных плат
23
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовые технологические возможности
Параметры (размеры в мм)
1 Количество слоев МПП
Экономный
Стандарт
Сложный
до 6
до 24
до 64
0.15
0.1
0.075
0.15
0.14
0.12
0.3 / 0.6
0.2 / 0.48
0.1 / 0.35
0.4
0.35
0.3
6:1
10 : 1
12:1…18:1
0.8…2.4
0.5…4.5
0.3…8.0
300 x 400
400 x 600
1100 x 600
50 x 50
50 x 50
15 x 15
12 Зазор от металла до края ПП
0.5
0.25
0.2
13 Зазор от края отверстия до края ПП
0.5
0.4
0.3
14 Зазор от площадки до маски
0.15 0.1…0.075
0.05
15 Минимальная ширина полоски маски
0.15
0.1
0.075
0.2 / 0.6
0.15 / 0.45
0.1 / 0.3
2, 3 Ширина проводника / зазор
4 Поясок отверстия
5, 6 Диаметр сквозного отв-я и площадка
7 Зазор от отв-й во внутренних слоях
8 Отношение толщины к диаметру отв.
9 Толщина МПП
10 Максимальный размер ПП
11 Минимальный размер ПП
16, 17 "Глухое" отверстие и площадка
24
Проектирование печатных плат высокой сложности
Проблемы процесса травления
печатных проводников
1.
Травление поверхности меди.
Микро-протрав боковых сторон
печатного проводника под
металлорезистом
2.
Микро-протрав поверхности меди.
Подтрав боковых сторон
(ребер) печатного проводника
3.
Сквозное протравливание меди.
Боковой подтрав торцов (ребер)
печатного проводника
4.
Завершение процесса травления.
Удаление металлорезиста.
Потери ширины из-за бокового подтрава.
25
Проектирование печатных плат высокой сложности
Металлизация внешних слоев
Фольга,
мкм
Фольга,
Oz (унций)
Металлизация,
мкм
Финишная толщина,
мкм
Мин. Зазор /
Проводник, мкм
5 1/8
25…42
30…47
60
9 ¼
25…42
34…51
70
17 ½
25…42
42…59
80
35 1
25…42
60…77
100
70 2
25…42
95…112
200
105 3
25…42
130…147
300
210 6
25…42
235…250
700
26
Проектирование печатных плат высокой сложности
4. Глухие и скрытые отверстия (HDI)
27
Проектирование печатных плат высокой сложности
Терминология:
BLIND - «Глухие» или «Слепые».
BURIED - «Скрытые» или «Погребенные».
28
Проектирование печатных плат высокой сложности
Методы формирования глухих отверстий
1. Ультрафиолетовый лазер, луч 25 мкм, спиральный путь луча.
2. Лазер CO2 , луч 350 мкм, выжигание через трафарет.
3. Сверловка с контролем глубины сверления.
29
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовая конструкция 4-слойной ПП HDI
с 1 ядром внутри и микроотверстиями
Скрытое
отверстие
Глухие
отверстия
Материал внешнего слоя:
RCC 60µm, отв.90µm
106 prepreg 45µm , отв.90µm
1080 prepreg 65µm , отв.100µm
106x2 prepreg 100µm , отв.150µm
Вид материала:
FR4
FR4 без галогена
FR4 High Tg, Low CTE
Метод изготовления отв-й:
Лазерное сверление;
Сверление с контролем глубины
Медная металлизация
25…45 мкм (наращивание)
Срок поставки:
Удваивается.
30
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовая конструкция 4-слойной ПП HDI
с 2 ядрами, с глухими отверстиями
Глухие отверстия
(сверление слоев)
Материал внешнего слоя:
«Ядро» с фольгой 18 или 35 мкм
Вид материала:
FR4
FR4 без галогена
FR4 High Tg, Low CTE
Способ изготовления:
Послойное сверление и
металлизация отверстий
с последующим прессованием.
Срок поставки:
Удваивается.
31
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовые конструкции МПП
с микроотверстиями
Только глухие отв.
Глухие и скрытые
2-2-2
1-2-1
1-N-1
Стоимость
+30…50%
2-N-2, N от 4 до 12
Стоимость
+100%
32
Проектирование печатных плат высокой сложности
Параметры глухих микроотверстий
Тип материала и
толщина +/-30%
Отверстие,
µm
Внешняя
площадка, µm
Внутренняя
площадка, µm
1 x RCC 60µm
100
300
330
1 x 106 p/p 50µm
100
300
330
и минимум
90
250
300
1 x 1080 p/p 65µm
120
330
380
и минимум
100
300
350
2 x 106 p/p 100µm
150
360
400
33
Проектирование печатных плат высокой сложности
Другие виды микроотверстий –
перспективные технологии
Многоярусные отверстия
с заполнением медью
Многоярусные отверстия
(прожигание ядра)
Идея:
Увеличение
плотности
HDI.
Стоимость:
До 100%
к типовой HDI.
Срок поставки:
длительный
34
Проектирование печатных плат высокой сложности
Микроотверстия под шарик BGA –
заполнение и металлизация поверхности
Плоская площадка:
Микроотверстие заполняется
смолой и металлизируется
для обеспечения плоской
поверхности под шарик BGA.
Стоимость:
До 30% к типовой HDI.
35
Проектирование печатных плат высокой сложности
5. Типовые ошибки инженеров-конструкторов
при проектировании МПП
36
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовые ошибки инженеров-конструкторов
при проектировании МПП
Как свести к минимуму вероятность ошибки в заказе ПП?
а) используйте оптимальный формат данных - GERBER RS274X
б) при проектировании следуйте общепринятым правилам
проектирования и требованиям стандартов (ГОСТ, IPC, и т.д.)
в) не применяйте нетиповые конструктивные элементы
г) тщательно заполняйте описание заказа, описывайте все
особенности проекта
д) уточняйте технологические возможности производства перед
началом проектирования МПП, а не после его завершения
е) перед запуском в производство всегда проводите проверку на
соблюдение технологических параметров (Design Rules Check)
37
Проектирование печатных плат высокой сложности
Проводники и зазоры
Как выбирать проводника и зазор?
а) учитывайте финишную толщину меди
б) учитывайте наличие дополнительной металлизации
внешних слоев
в) учитывайте наличие дополнительной металлизации
внутренних слоев для глухих отверстий
г) понижайте класс точности для сетчатых полигонов
д) не злоупотребляйте узкими зазорами
и проводниками без необходимости.
Узкие зазоры – только в «узких» местах
38
Проектирование печатных плат высокой сложности
Отверстия и площадки
Как выбирать параметры отверстий?
а) обеспечивайте медный поясок отверстия (4)
б) проверяйте соотношение толщины платы и
диаметра отверстия (5)
в) уточняйте у производителя толщину медной
стенки в отверстии
г) проверяйте определение крепежных отверстий
д) предусматривайте «технологические» крепежные
отверстия
е) при удаленных внутренних площадках МПП
обеспечивайте расстояние от отверстий до металла
во внутренних слоях (7)
39
Проектирование печатных плат высокой сложности
Внутренние слои –
потенциальный источник ошибок
Как проектировать внутренние слои?
а) проверяйте корректность подсоединения
планов питания
б) проверяйте зазоры в планах питания
в) учитывайте возможные проблемы с
тесным расположением отверстий
Пример области, случайно
изолированной от плана питания.
Это отверстие предполагалось
подсоединить к плану питания.
40
Проектирование печатных плат высокой сложности
Внутренние слои –
потенциальный источник ошибок
Как проектировать внутренние слои?
г) учитывайте возможные проблемы с
неверным расположением отверстий
относительно линий раздела.
Пример случайного замыкания
двух планов питания.
Это отверстие предполагалось
подсоединить только к одному полигону,
но есть риск замыкания на второй.
41
Проектирование печатных плат высокой сложности
Глухие и скрытые отверстия
Как выбирать конструкцию МПП?
а) число видов глухих отверстий
б) согласование с производителем
в) симметричную схема глухих отверстий
г) пары слоев для скрытых отверстий не должны
пересекаться
Как выбирать структуру слоев МПП?
а) симметричность
б) согласование с производителем
в) наличие заданных толщин
г) наличие материалов
Описание структуры
42
Проектирование печатных плат высокой сложности
Структура слоев
Как выбирать структуру слоев МПП?
а) симметричность
б) согласование с производителем
в) наличие заданных толщин
г) наличие материалов
Описание структуры
43
Проектирование печатных плат высокой сложности
Маска и площадки SMT
Как задавать площадки и вырезы в маске?
а) рассчитывайте размер SMT площадок под автоматический монтаж
(в соответствии со стандартом IPC-7351 или IPC-SM-782A)
б) не располагайте переходные отверстия под SMT-площадками.
Расстояние от SMT-площадки до края отверстия не менее 0.5 мм
в) не подсоединяйте SMT-площадки непосредственно к полигонам.
Используйте термальные зазоры, иначе пайка будет ненадежной
г) не размещайте чип-компоненты на расстоянии ближе чем 1 мм,
а планарные микросхемы – ближе чем 1.5 мм друг к другу
д) обеспечивайте визуальную доступность площадок
е) обеспечивайте заданную ширину полоски и зазор маски.
При необходимости использовать «наползание» маски на площадки,
отмечайте это в чертеже, чтобы завод не воспринял это как ошибку
44
Проектирование печатных плат высокой сложности
Площадки BGA
Как проектировать платы с BGA?
а) закрывайте переходы под корпусом BGA тентированием
(указывайте опцию BGA via plugging в бланке заказа)
б) оптимизируйте площадки BGA под монтаж
и под рентген-проверку (это описано далее)
в) не подсоединяйте площадки BGA к полигону напрямую.
Используйте термальные зазоры, иначе пайка будет ненадежной
г) размещайте компоненты SMT и BGA:
• не очень близко к краю ПП
• не очень близко друг к другу
• не очень близко к другим BGA
45
Проектирование печатных плат высокой сложности
Маркировка
На что обращать внимание?
а) не допускайте наличия краски на площадках компонентов
б) проверяйте минимальную ширину линии и размер шрифта
в) устраняйте «выезд» рисунка маркировки за пределы платы
1. Выбрана слишком тонкая линия маркировки – 0.125 мм, высота
шрифта 0.8 мм, в результате – плохая читаемость.
2. Слово SYNC выполнено поверх площадки отверстия и не читаемо.
46
Проектирование печатных плат высокой сложности
Контур ПП, вырезы и панелизация
а) проверяйте обозначение контура и внутренних вырезов
б) указывайте допустимый внутренний радиус для пазов
в) проверяйте допуск на размеры
г) проверяйте минимальную ширину паза (то есть диаметр фрезы)
д) уточняйте размер перемычек при размещении плат на панели
е) при скрайбировании оставляйте свободную зону около края,
чтобы можно было разделить платы на специальном станке
Станок для разрезки по линиям скрайбирования
47
Проектирование печатных плат высокой сложности
6. Ресурсы снижения стоимости
заказа печатных плат
Пример: Оптимизация размещения плат на заводской заготовке
поворотом на 90˚. Типично для заводов Ю.Кореи.
48
Проектирование печатных плат высокой сложности
Ресурсы снижения стоимости
заказа печатных плат
Какие факторы влияют на стоимость заказа?
1.
Изготовление двух похожих типов МПП комплектом
2.
Отказ от использования глухих и скрытых отверстий
3.
Отказ от золочения контактных площадок
4.
Отказ от применения нетиповых структур МПП
5.
Отказ от дорогих материалов, или их комбинирование
6.
Оптимизация по срокам поставки каждого заказа
7.
Оптимизация по классу точности, количеству слоев, материалам
8.
Оптимизация размещения плат на панели
9.
Оптимизация размера панели к размеру заводской заготовки
49
Проектирование печатных плат высокой сложности
7. Проектирование гибких шлейфов
и гибко-жестких МПП
50
Проектирование печатных плат высокой сложности
Миниатюризация
Плата после монтажа собирается в миниатюрный «кубик»,
а за счет отсутствия разъемов удается уменьшить размеры изделия.
51
Проектирование печатных плат высокой сложности
Замена проводного монтажа, устранение
паяных соединений и разъемов
1.
2.
3.
4.
Замена проводного монтажа в блоке
на гибкие или гибко-жесткие соединительные платы:
повышение надежности
ускорение процесса сборки
получение большего пространства внутри блока
уменьшение габаритов
52
Проектирование печатных плат высокой сложности
Возможность автоматической сборки
Монтаж SMT-компонентов на гибко-жесткие ПП
может осуществляться на панелях групповым способом.
Но при оплавлении в печи гибкую часть надо защищать экраном.
53
Проектирование печатных плат высокой сложности
Виды гибких и гибко-жестких плат.
54
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовые материалы для гибких плат.
55
Проектирование печатных плат высокой сложности
Проектирование гибких плат.
56
Проектирование печатных плат высокой сложности
Проектирование гибких плат.
57
Проектирование печатных плат высокой сложности
Проектирование гибких плат.
58
Проектирование печатных плат высокой сложности
Проектирование гибких плат.
59
Проектирование печатных плат высокой сложности
Проектирование гибких плат. Монтаж.
60
Проектирование печатных плат высокой сложности
Подсоединение гибких плат.
61
Проектирование печатных плат высокой сложности
Динамическая гибкость.
62
Проектирование печатных плат высокой сложности
Динамическая гибкость.
Вид гибкой платы
Минимальный радиус перегиба
Однослойная
От 3 до 6 толщин платы
Двусторонняя
От 6 до 10 толщин платы
Многослойная
От 10 до 15 толщин платы
Однослойная
динамически гибкая
От 20 до 40 толщин платы (чем больше,
тем дольше время жизни)
63
Проектирование печатных плат высокой сложности
Оформление КД. Сборочный чертеж.
64
Проектирование печатных плат высокой сложности
Оформление КД. Структура слоев.
65
Проектирование печатных плат высокой сложности
Оформление КД. Слои МПП.
66
Проектирование печатных плат высокой сложности
Оформление КД. Технологическая панель.
67
Проектирование печатных плат высокой сложности
Стандарты.
68
Проектирование печатных плат высокой сложности
8. Подготовка к монтажу
на автоматах установки SMT-компонентов
69
Проектирование печатных плат высокой сложности
Панель для SMT-монтажа.
70
Проектирование печатных плат высокой сложности
Подготовка к автоматизированному монтажу
На что обратить внимание:
1. необходимость панелизации
2. минимальные размеры панели – не менее чем 60*60 мм
3. максимальные размеры панели – не более 300*300 мм
4. поля и крепежные отверстия – по рекомендации цеха
5. перемычки и расстояние между платами – по рекомендации цеха
6. скрайбирование, свободное пространство около линии реза
7. реперные точки, форма и расположение – по рекомендации цеха
71
Проектирование печатных плат высокой сложности
9. Варианты трассировки BGA-корпусов
Варианты в зависимости от шага выводов BGA:
1.25 мм: традиционные нормы, 4-й класс.
1.0 мм: повышенные нормы, 5-й класс.
0.8 мм: 5-й класс и выше, иногда применение глухих отверстий.
0.5 мм: выше 5-го класса, глухие отверстия обязательны.
Варианты вскрытий в маске:
а) Вскрытие в маске больше на 0.15 мм, чем диаметр площадки.
б) --//-- меньше на 0.2 мм, чем диаметр площадки.
Важно:
1.Рекомендации изготовителя микросхем BGA
2.Рекомендации монтажного цеха
3.Регулярная симметричная схема разводки BGA.
72
Проектирование печатных плат высокой сложности
Типовой пример разводки BGA по рядам.
Шаг выводов 1 мм, «косточки» (dogbone)
Слой Top – первые 2 ряда
Слой Int1 – последующие 2 ряда
Остальные ряды – по 1 слою на ряд.
Проводник 0.15, зазор 0.15, площадка BGA 0.5, переход 0.6/0.2 мм
73
Проектирование печатных плат высокой сложности
Технология «косточки» (dogbone)
Переход располагается между площадками BGA.
Преимущества
1.
Недорогая реализация МПП
2.
Легко рассчитываемая компоновка BGA
3.
Разводка сигналов послойно по порядку
4.
Хороший теплоотвод от BGA
5.
Хорошее качество пайки
Недостатки
1.
Все слои блокируются для разводки переходными отверстиями
2.
Применима не для всех типов BGA
3.
Необходимость подвода питания по множеству тонких проводников
4.
Опасность возникновения перемычек на стороне BGA
5.
Ограничения за счет жестких требований к паяльным маскам
6.
Потери места для разводки при механическом сверлении отверстий
74
Проектирование печатных плат высокой сложности
Параметры переходных отверстий
Сквозные
отверстия
Сверло,
µm
Отверстие,
µm
Площадка,
µm
Гарантийный
поясок, µm
Эконом
300
200
600
150
Стандарт
200
150
500
150
Экстра
200
150
450
125
Специальный 150
100
350
100
Глухие отверстия
Отверстие, µm
Площадка, µm
Стандарт
120
350
Экстра
100
300
Специальный
90
250
75
Проектирование печатных плат высокой сложности
Размер контактных площадок BGA
и переходных отверстий
Шаг,
мм
Площадка,
µm
Диагональ,
µm
Площадка перехода,
µm
Зазоры,
µm
1
600
1414
600
107
1
500
1414
600
157
1
400
1414
600
207
0.8
400
1131
530
100
0.8
300
1131
600
115
0.65
300
919
419
100
0.65
250
919
469
100
0.5
300
707
257
75
0.5
250
707
257
100
0.3
180
424
невозможно
76
Проектирование печатных плат высокой сложности
Маска на контактных площадках BGA
77
Проектирование печатных плат высокой сложности
Проблема типового подхода – уменьшение
числа каналов в каждом следующем слое
Проблема: BGA 780 контактов разводится в 8 слоях не полностью.
78
Проектирование печатных плат высокой сложности
Технология создания дополнительных
каналов для разводки
1. BGA разделяется по 4 квадрантам.
Переходы располагаются «от центра».
За счет этого появляются каналы, которые
создают дополнительные места для трасс.
2. Кроме того, имеются дополнительные
каналы по углам BGA.
Слой
Top
Слой
Int1
79
Проектирование печатных плат высокой сложности
Техника «диагональной» разводки BGA
Слой Top
Слой Int1
Слой Int2
За счет разводки преимущественно «угловых» и «внутренних»
контактов удается использовать максимальное число каналов в
каждом слое, и тем самым сократить общее число слоев.
80
Проектирование печатных плат высокой сложности
Пример «диагональной» разводки BGA
81
Проектирование печатных плат высокой сложности
Освобождение дополнительных каналов
за счет микроотверстий (µVia)
Слой Int1, µVia
Слой Int2, доп. каналы
Сечение µVia для технологии dogbone
(замена сквозных переходов)
Слой Int3
Слой Int4
µVia с заполнением медью (можно
ставить в центре площадки BGA)
82
Проектирование печатных плат высокой сложности
Проблемы с µVia, установленными
в центре площадки BGA
83
Проектирование печатных плат высокой сложности
Варианты трассировки BGA 0.5 мм
84
Проектирование печатных плат высокой сложности
Варианты трассировки BGA 0.5 мм.
Смещенные переходы.
85
Проектирование печатных плат высокой сложности
Рентген-контроль качества пайки BGA
«Оптимизированная» форма площадок для
автоматизации контроля – выступ на ½ диаметра, L=D/2.
Автоматически обнаруживаются пайки
ненадлежащего качества:
86
Проектирование печатных плат высокой сложности
10. Переход на бессвинцовые технологии,
RoHS. Пример термопрофиля пайки в печи
87
Проектирование печатных плат высокой сложности
Бессвинцовые технологии.
Покрытия
1. иммерсионное золото
2. иммерсионное олово
3. бессвинцовый HAL
4. OSP
Материалы
1. High Tg FR4, FR5
2. полиимид
Компоненты
1. особенности закупки у поставщиков
2. особенности разработки ПП
3. особенности хранения на складе
Монтаж
1. проблемы «смешанного» монтажа
2. проблемы монтажа BGA
88
Проектирование печатных плат высокой сложности
Дополнительные темы для обсуждения
А) отверстия для разъемов под запрессовку
Б) толстые внутренние слои меди для теплоотвода
В) металлизация бокового среза и пазов МПП
Г) платы на металлическом основании
Д) встроенные в печатную плату компоненты
89
Проектирование печатных плат высокой сложности
А) отверстия для разъемов под запрессовку
90
Проектирование печатных плат высокой сложности
Б) толстые слои меди для теплоотвода
91
Проектирование печатных плат высокой сложности
В) металлизация бокового среза и пазов
92
Проектирование печатных плат высокой сложности
Г) платы на металлическом основании
Материал
Толщина
Теплопроводность
Tracking index
Thermagon T-Lam
От 0.1 мм
3.0 Вт/м˚C
600
Bergquist MP
От 0.075 мм 1.3 Вт/м˚C
480
Препрег FR4
От 0.1 мм
250
0.3 Вт/м˚C
93
Проектирование печатных плат высокой сложности
Д) встроенные в печатную плату
компоненты
Виды встраиваемых компонентов:
•
резисторы
•
конденсаторы
•
индуктивности
•
метки RFID
Мотивы применения:
•
уменьшение габаритов ПП
•
уменьшение стоимости конечного изделия
•
обеспечение «разводимости» насыщенных МПП
•
упрощение монтажа, особенно для серийных изделий
•
встраивание радио-меток (RFID) для идентификации
•
повышение эффективности СВЧ-схем за счет экранирования
компонентов и за счет укорачивания сигнальных линий
•
герметизация компонентов
•
обеспечение плоской поверхности МПП
94
Проектирование печатных плат высокой сложности
Пример: Уменьшение габаритов МПП-10
вдвое при уменьшении стоимости.
Исходный дизайн
Дизайн со встроенными
резисторами
Слой Top
Слой GND
с резисторами
За счет встраивания в плату 80% резисторов (576 штук)
удалось уменьшить ее площадь вдвое. Часть микросхем
перенесена на сторону Bottom, где размещались резисторы.
Стоимость МПП (10 слоев) уменьшена на 15%.
95
Проектирование печатных плат высокой сложности
Встроенные резисторы
Пример резисторов, встроенных в слой плана питания МПП:
Показаны резисторы 7 номиналов: от 68 Ом до 12.4 кОм.
Некоторые из них имеют подсоединение в данном плане питания.
Соотношение длины L и ширины W резистора, и удельное
сопротивление ρ, определяют конечное сопротивление резистора.
Точность при лазерной подгонке +/-5%, без подгонки +/-20%.
96
Проектирование печатных плат высокой сложности
Пример требований к дизайну резисторов
Защитная область
200 µm
ширина
длина
350 µm
ширина, длина,
µm
µm
Мин.
350
280
Макс.
2800
3500
97
Проектирование печатных плат высокой сложности
Пример таблицы размеров резисторов
98
Проектирование печатных плат высокой сложности
Пример встраивания чип-компонентов
99
Проектирование печатных плат высокой сложности
Что дальше?
100
Проектирование печатных плат высокой сложности
Резюме
Основной вывод доклада:
Для повышения надежности и технологичности МПП
и для уменьшения количества ошибок при проектировании
консультируйтесь с поставщиками печатных плат.
101