Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Krönikor | 12 december 2005

Mikroviatekniken ger inspiration till miniatyrisering av delsystem

Vi upphör aldrig att förvÄnas över hur halvledarkomponenternas struktur stÀndigt förfinas, samtidigt som de behÄller samma höga prestanda.
De Ă€r viktiga faktorer för hur snabbt elektronikutvecklingen gĂ„r framĂ„t, och kretskortssidan har svĂ„rt att hĂ€nga med. Mikroelektroniken har under de senaste Ă„ren blivit allt mer betydelsefull inom mĂ„nga omrĂ„den, frĂ„n bilindustrin till industrielektroniken. Den har dessutom kommit att bli en viktig del i intelligenta enheter och system. Mindre volym och vikt, bĂ€ttre systemprestanda med kortare signalöverföringstider, ökad driftsĂ€kerhet och minimerade systemkostnader har blivit allt viktigare. Som ett resultat av detta stiger ocksĂ„ kraven pĂ„ utvecklare och layoutingenjörer. Mikroviatekniken har sedan lĂ€nge varit produktionsstandard inom telekommunikationsindustrin, och börjar nu Ă€ven komma in pĂ„ andra marknadssegment dĂ€r den erbjuder möjligheten att uppfylla kraven pĂ„ tekniskt perfekta lösningar och effektiv produktion. Mikroviatekniken förenar med andra ord modern teknik och lönsamhet. Om man tittar pĂ„ hur kretskortsindustrin ser ut i praktiken Ă€r det uppenbart att den förfogar över kostnadseffektiv, sĂ€ker och beprövad teknik. NĂ€r man integrerar moderna komponenter med hjĂ€lp av mikrovior i korten krĂ€vs endast smĂ€rre förĂ€ndringar av flerlagerskonstruktionen. Detta innebĂ€r att mĂ„nga av de krav som stĂ€lls pĂ„ elektroniska produkter kan uppfyllas utan problem. HDI (High Density Interconnect) innebĂ€r att man anvĂ€nder mikrovior för hög packningstĂ€thet av komponenter och funktioner inom ett begrĂ€nsat utrymme. HĂ„len i mikroviakort borras inte med mekanisk borr pĂ„ konventionellt sĂ€tt utan med laserborr. Drivkrafterna bakom HDI-mikroviatekniken Ă€r de olika komponentformaten, som COB (Chip on Board), flipchip, CSP (Chip Size Packaging) och BGA (Ball Grid Arrays), som beskrivs som foot-print eller bendelning. Foot-print avser utformningen av lödytan och anslutningsytan för ytmonterade komponenter. Bendelningen Ă€r avstĂ„ndet mellan de enskilda lödytornas mittpunkter. MĂ„nga nya komponenter kommer ut pĂ„ marknaden med ett stort antal anslutningar och liten bendelning, vilket krĂ€ver ökad packningstĂ€thet pĂ„ kretskortet. Detta visar varför de tekniska utmaningar som kretskortstillverkaren möter och de implementeringsmöjligheter som finns Ă€r sĂ„ viktiga för nya komponenter. Redan pĂ„ det hĂ€r stadiet avgörs kortens lönsamhet, liksom deras rationella tekniska möjligheter och processkompatibilitet. Detta belyser hur starkt kretskortsutvecklingen pĂ„verkas av utvecklingen av komponenter och deras geometriska utformning. Tidigare var mikrovior förskjutna i förhĂ„llande till varandra för att skapa förbindelser mellan flera lager. Man har konstaterat att nya tekniker, dĂ€r mikrovior skapar förbindelser mellan tvĂ„ lager, Ă€r sĂ€rskilt kostnadseffektiva och förenklar tillverkningsprocessen. Dessa hĂ„l kan produceras i ett enda program med början i det yttre lagret. Kopparfyllda mikrovior Ă€r den senaste utvecklingen som Ă€r klar för serieproduktion. Teknikens speciella egenskaper innebĂ€r att viorna kan placeras direkt ovanpĂ„ varandra. Med denna metod Ă€r det möjligt att placera komponenter Ă€ven i mycket begrĂ€nsade geometrier. NĂ€r Ă€r det lönsamt med mikrovior? Inga handböcker anger var grĂ€nsen gĂ„r mellan mekaniskt borrade hĂ„l och laserhĂ„l. Hur mikrovior anvĂ€nds avgörs trots allt inte bara av komponenttekniken eller komponentgeometrin och följaktligen inte heller av kretskortsgeometrin. FrĂ„gor om lönsamhet besvaras dock entydigt nĂ€r man anvĂ€nder mikrovior. Mot bakgrund av WĂŒrth Elektroniks erfarenhet utifrĂ„n dagens perspektiv, kan en tydlig teknisk grĂ€ns dras vid en BGA med 0,8 mm bendelning. HĂ€r möter den konventionella tekniken med mekaniskt borrade vior sin begrĂ€nsning, och mikrovior (laserborrade blinda vior) mĂ„ste anvĂ€ndas. Ekonomiska skĂ€l spelar naturligtvis en viktig roll. En jĂ€mförelse mellan olika borrkostnader avslöjar hur överlĂ€gsen mikroviatekniken Ă€r jĂ€mfört med mekanisk borrning (Ø 0,3 mm) Ă€ven nĂ€r det rör sig om ett relativt litet antal hĂ„l. Den 100 gĂ„nger högre borrhastigheten och verktygskostnaderna pĂ„ nĂ€stintill noll gör laserborrning extremt snabb och billig. Ju fler hĂ„l det rör sig om desto större blir effekten. JĂ€mförelsen visar tydligt vilken besparingspotential som mikroviatekniken har. WĂŒrth Elektroniks erfarenheter visar att rĂ€tt tillĂ€mpning av den hĂ€r tekniken leder till besparingar pĂ„ mellan Ă„tta och tio procent av den totala kostnaden för konventionella kretsar. Fördelen med viateknik blir oerhört mycket större om man mĂ„ste anvĂ€nda mindre borr av geometriska skĂ€l. Med konventionell borrning ökar dĂ„ kostnaderna för borrenheterna dramatiskt och borrförsĂ€nkarnas livslĂ€ngd sjunker. Kostnadsskillnaden blir enorm om man jĂ€mför Ø 0,1 mm mekaniskt borrade vior med Ø 0,1 mm laserborrade mikrovior. I det hĂ€r fallet Ă€r skillnader i kostnader cirka 500:1. En enkel jĂ€mförelse av storleken mellan en konventionell borr och en mikrovia visar pĂ„ ett slĂ„ende sĂ€tt förhĂ„llandet mellan de relativa ytorna och ytkravet. Hur Ă€r ocksĂ„ viktigt NĂ€r det gĂ€ller konventionellt borrade "hundbenstrukturer" med en BGA med 0,8 mm bendelning befinner sig hĂ„lkragarna sĂ„ nĂ€ra lödöarna att fluktueringar i processen kan leda till problem. En liten förskjutning i lödmasken, en hĂ€ftig borrörelse eller en instabil struktur hos de yttre lagren kan till slut innebĂ€ra att borrhĂ„len Ă€r bristfĂ€lligt skyddade av lödmasken. DĂ„ kan dessa vior utöva en kapillĂ€rkraft pĂ„ lödön vilket kan leda till dĂ„liga lödningar. Till följd av lodets och hĂ„lkragarnas geometriska konfiguration Ă€r det yttre lagret inte heller tillgĂ€ngligt som komponentlager. En liknande konfiguration kan Ă€ven förekomma med mikrovior. Lödöarna Ă€r anslutna med viorna genom den upprĂ€ttade "hundbenstrukturen". De ovan nĂ€mnda problemen minskar avsevĂ€rt. Men den hĂ€r konfigurationen kan trots detta Ă€ven innebĂ€ra att en komponentlayout pĂ„ det yttre lagret inte alltid Ă€r möjlig. Den smidigaste lösningen Ă€r "via-i-lödön", dĂ„ mikroviorna borras direkt i lödön. Detta öppnar upp tillrĂ€ckligt utrymme mellan lödöarna för att dra ledningsbanor. En jĂ€mförelse av de tre varianterna: vior som borrats mekaniskt genom kretskortets samtliga lager (avstĂ„nd BGA-kapsel till via-lödö = 110 ”m; dragning av ledningsbanor: endast i de yttre raderna), mikrovior indelade i hundbenstruktur (avstĂ„nd BGA-kapsel till via-lödö = 190 ”m; dragning av ledningsbanor: begrĂ€nsad!), mikrovior borrade direkt i BGA-kapseln (avstĂ„nd BGA-kapsel till via-lödö = 780 ”m, dragning av ledningsbanor: problemfri) Till följd av miniatyriseringen Ă€r kretskortsytan som Ă€r tillgĂ€nglig för komponentmontering mycket viktig. Med en konventionell komponentlayout som anvĂ€nder mekaniskt borrade vior, utesluter borrningstĂ€theten i en BGA montering pĂ„ kortets ovansida. De inre lagren, framför allt jord- och matningsplan, pĂ„verkas ocksĂ„ av de vertikala borrhĂ„len. Mikrovior, Ă„ andra sidan, upprĂ€ttar helt enkelt den nödvĂ€ndiga kontakten mellan tvĂ„ lager. Kretskort kan följaktligen monteras dubbelsidigt inom ett begrĂ€nsat utrymme. Nya minneschips, som SRAM frĂ„n Samsung, har ofta integrerats med existerande utformningar. I dessa fall avgör utformningen av BGA-komponenter med 0,75 mm bendelning om mikrovior ska anvĂ€ndas. Det Ă€r numera praxis att analysera hur lönsam en omformning blir vid integrering av sĂ„dana komponenter. Endast korrekt anvĂ€ndning av mikroviateknik leder till besparingar och den totala omfattningen visar sig först vid noggranna berĂ€kningar. Om komponenter med Ă€nnu finare bendelning anvĂ€nds, sĂ„som PXA 26x-processorsortimentet frĂ„n Intel, rĂ€cker inte lĂ€ngre enlagersmikrovior till komponentlayouten. Denna komponent har 294 ben pĂ„ sex rader i följd och en bendelning pĂ„ endast 0,650 mm. I det hĂ€r fallet krĂ€vs tre nivĂ„er för ledningsdragning. Laserborrning frĂ„n lager ett till lager tvĂ„, och frĂ„n lager ett till lager tre samtidigt, öppnar upp dessa tre layoutnivĂ„er i ett borrningsprogram. För att fĂ„ kortast möjliga vĂ€g till strömförsörjning och jordning placeras mikroviorna direkt pĂ„ anslutna dolda vior. I dag arbetar vi med BGA med 0,5 mm bendelning. Detta mĂ„tt rekommenderas bland annat för 10 Gbps XAUI-transceivern frĂ„n Texas Instruments. Alla strukturella mĂ„tt Ă€r reducerade till ett minimum i det hĂ€r fallet och Ă€r exakt matchade. Förskjutningen av lödmasken till lödön visar mycket tydligt hur snĂ€va tillverkningstoleranserna verkligen Ă€r. En mittpunktsförskjutning pĂ„ omkring 30 ”m leder till att lödmasken nĂ€stan nuddar lödön. Ur dagens perspektiv nĂ„r detta en BGA med tĂ€tast möjliga bendelning som kan serietillverkas. "piggyback-procedur" med Panasonic Bluetooth-modulen BTZ 4002A Panasonic Bluetooth-modulen BTZ 4002A tas upp som det sista exemplet pĂ„ dynamiken inom miniatyriseringen. Detta modulĂ€ra kretskort utnyttjar pĂ„ ett optimalt sĂ€tt fördelarna med mikroviateknik i kombination med kantplĂ€tering. SĂ€rskilt anmĂ€rkningsvĂ€rt Ă€r kortets modulĂ€ra egenskaper. Komplexa delsystem integreras pĂ„ ett kretskort i en "piggyback-procedur" för att slutligen bilda en enkel och kostnadseffektiv krets. FramgĂ„ngsrik integrering av moderna komponenter bygger i allt större utstrĂ€ckning pĂ„ mikroviateknik. Mikroviateknikens besparingspotential blir allt viktigare, och den tekniska utvecklingen omfattar Ă€ven signalintegritet och krav pĂ„ högre överföringshastighet som ger en högre informationshastighet. I kombination med andra tekniker, bland annat kylare och inbĂ€ddade passiva, öppnar mikrovior upp nya möjligheter och tillĂ€mpningsomrĂ„den dĂ€r tekniken kan utnyttjas optimalt. Roland Schönholz WĂŒrth Elektronik GmbH and Co. KG
Annons
Annons
Visa fler nyheter
2019-02-19 15:52 V12.2.2-2