微型PCB設計和制造

2020-03-19

這里有一些技巧，可以幫助您了解如何進行微型PCB設計和制造。

如今，基本電路板的尺寸減小將使設計人員將其PCB的尺寸減小一半，或減小到原始尺寸的四分之一。設計師以前無法使用的非常細的線現在將成為主流，而原來的最小線寬75微米（3mils）逐漸減小到30微米（1.2mils）或更小。

對于較小的走線和過孔，需要新的設計規則，因為PCB電路板的制造方法完全不同且先進。微電子PCB電路制造商無法使用標準的舊干膜，平板和蝕刻工藝來可靠地制造75微米以下的線。光刻是產生這些非常細的線條和空間的一種選擇方法。轉向較小的線寬可能會使相當多的“卡在泥里”的老式印刷電路制造商措手不及，這些制造商現在甚至不提供3mils的電阻。為了在不久的將來保持競爭力，PCB車間將需要提供至少50微米的線和空間，甚至低至30微米。

微型PCB制造商群體

精細微電路的制造商分為四組。第一組主要是亞洲地區，為手機或iPod開發了獨特的細線工藝，可布置40-50微米的走線。第二組是數量有限的研發公司，僅在Kapton上制造少量的非常專業的電路，這些電路具有40微米以下的細線，而Kapton的成本很高，交貨時間長達三個月，并且產量很小。

第三集團正在以最快的速度擴大中型PCB電路公司的業務，它們提供較小的生產數量，線寬為75至40微米，幾周之內即可生產數千個。最后，第四組是正常的細線印刷電路板生產，尺寸為125至75微米，具有大批量生產和眾多參與者。我們將自己置于第五集團。我們開發了一種新的制造技術，能夠在FR4或Kapton上形成30微米的線和間距。

隨著微電子業務的擴展以及越來越多的PCB電路公司發現制造40微米及以下的非常細的線所必需的技術，電路設計人員將需要熟悉新的設計規則以及微電路制造的優點和缺點。

如何設計微型PCB

出于顯而易見的原因，非常細的30微米線不能使用普通的1盎司銅。當我們減小線寬時，我們必須減小厚度。在Sierra Circuits，我們使用18微米厚的銅制造了25微米的生產線，但這大約是上限。除非您的設計使用較高的電流，否則較細的銅走線應該不是問題，在這種情況下，可以將特定的走線做得更寬以應對較高的電流。30微米的生產線堅固而可靠，但是，它不會遭受太多的物理限制，而通過使用典型的阻焊膜可以幾乎消除這種物理缺陷。

細線可能會使許多設計人員擔心，但是，他們需要實現目前開始使用的200微米寬的線跡，并將其減少到將芯片連接到芯片載體的25至13微米的鋁或金圓線。細線被封裝在多層的內層中或通過阻焊劑封裝，這意味著它們實際上被鎖定了。已經開發了將銅附著到電路板表面的新方法，這些新方法用于改善微跡線的整體附著力到表面。

最初的一些微型設計從30微米跡線到焊盤都有很大的圓角。隨著時間的流逝，事實證明它是不必要的。將走線直接布線到焊盤非常牢固可靠。額外的魚片剛剛被證明會增加圖像寫入時間和成本。

小通孔：微型通孔的尺寸存在物理限制。低于50微米（2mils）時，電鍍液將無法正確電鍍孔壁，從而導致過孔質量變差。我們的激光器可以鉆出小至20微米的孔，但我們不能電鍍它們。層壓板的厚度控制通孔的最小直徑，對于電鍍微通孔，上限為2：1。

例如，就電鍍而言，3mils的微通孔限于6mils厚的層壓板。我們的Yag激光器可以鉆通孔的深度也有一個限制。隨著直徑減小，穿透層壓材料以形成干凈孔的能力也隨之降低。3mils的通孔在FR4中的深度限制為4到5mils，而在HDI應用中使用的無玻璃層壓板中則為6到7mils。關于微孔的一切并不一定是壞的。微孔可能無法像走線一樣小，但是我們可以向鍋中添加甜味劑，因為微孔周圍的環形圈會明顯變小。

當我們生產第一個微型PCB時，我們注意到的第一件事是通孔在焊盤中居中。該設計使用了9mils的焊盤和3mils的通孔，對于傳統的印刷電路工程來說，該通孔是緊的。新的更精確的激光制造方法將允許小至5mils的焊盤和3mils的通孔，從而節省了大量的電路板面積。

（ 9mils焊盤和3mils通孔，帶40微米線））

使用新的微電路設計技術代替常規的印刷電路技術可節省大量的空間。如今，典型的75微米線寬的最佳間距約為.5mm，通過75微米線和250微米（10mils）的焊盤可得到75微米（3mils）。墊片之間的間距為225微米（9mils），墊片之間僅允許一條75微米的線，對于大多數商店來說，這種最小規格是很難的。

微型PCB設計準則

利用3mils過孔，5mils，30微米線和30微米空間的微電路技術可產生0.2mm的間距布局。與標準的3mils印刷電路板布局相比，微電路技術可將使用的面積減少五倍。在以后的文章中，我們將討論減少所需組件面積的想法。但是，即使使用相同的組件，僅切換到30微米線和更小的焊盤也將顯著減小電路板面積。布線時，請使用相同的技術，但是在轉彎時嘗試使線傾斜，而不要使用90度的轉彎。拐角處的斜線將拐角應力分布在更大的區域。

1. 微通孔

當利用添加在多層板頂部或作為所有HDI多層的HDI技術層時，微通孔可用于連接薄層之間?？梢糟@出直徑為5.9mils（最大60mils）的通孔，也可以是直徑為2-3mils的激光鉆孔，但只能在2-4mils厚的HDI層壓板上。請記住，與激光創建的孔相比，鉆孔的漂移很大，這限制了焊盤到孔的大小。對于鉆孔，請使用12 mil的焊盤和6 mil的孔，而對于激光鉆孔的微孔，可以將5 mil的焊盤與3 mil的通孔一起使用。

2.孔尺寸

盡管看起來很明顯，但值得重申：傳統PCB設計的每個元素都需要進行調整，以適應更小的微型尺寸。對于熟悉傳統PCB設計的PCB布局工程師而言，這可能是一個挑戰。我們在該區域最常見的錯誤是過大的孔。實際上，微型PCB設計應具有激光微型通孔，以在基板層之間互連。如果設計中的孔過大（通常如此），將導致微型PCB不夠理想甚至失效。

這再次回到了與合適的微型PCB制造商合作的重要性。當PCB公司作為合作伙伴時，您將有一位專家可以在PCB工藝的每個步驟中尋求幫助，以確保您的微型PCB設計滿足所有必需的要求。

3.銅厚度

正常的3mils細線電路是1盎司銅，微電路每30微米寬度使用oz。普通圖案電鍍用于制造微電路，這意味著跡線不必從電路引出到電鍍總線，圖案電鍍連接到整個電路，而引線鍵合電鍍是化學的或電氣的。

4.可靠性

大多數普通的印刷電路板都可以用于HDI或微電路，但都有局限性。微型單面和雙面電路可以由剛性FR4型層壓板制成，但它們必須很薄才能留出微型通孔。

5.電氣測試

目前，飛行探針或什至是剛性探針（釘床）技術的下限為2-3mils。我們預計隨著時間的推移，它會降低，因為必要時需要更小的平臺。如果您的微電路具有較小的點（例如邊緣條連接器），則將電路以外的線路延伸到3-4 mil焊盤是明智的。

6.阻焊膜

不幸的是，允許我們制造30微米線的成像技術還沒有轉移到阻焊膜上。75微米的位置精度以及圖像分辨率仍然是極限。

7.識別標記

典型的絲網印刷圖像精度對于微電路而言太大。Sierra Proto使用非常精細的噴墨打印機，這會導致很小的識別標記分辨率。

8.安全標記

可以將非常小的單個條形碼成像到阻焊膜中，以正確識別印刷電路板。條形碼是如此之小，以至于人眼幾乎看不見。

8微米安全條形碼

研發15微米生產線

9.最終完成

可以使用普通印刷電路板。大多數微電路使用可焊線的軟金，浸錫或銀。

10.了解制造商的能力

到目前為止，無論您要開發微電子的具體應用或類型如何，這都是進行微型PCB設計時最重要的步驟。PCB設計在任何時候，基本技巧都非常重要。但是，了解它們的功能和服務對于微型PCB尤其重要。對于一家從未從事過微型PCB設計的公司，或者從未與指定的PCB制造公司合作開發此類產品的公司，這是至關重要的。原因很簡單：微型PCB的制造能力在一家PCB制造商與另一家PCB制造商之間差異很大。實際上，微型PCB仍相當新，并且足夠復雜，以至于許多PCB制造商將提供有限的微電子功能或支持。為了證明微型PCB設計成功，您需要確保制造商能夠滿足您的基本要求。請記住，您的設計需要符合其準則。如果您將制造商無法滿足的元素納入設計中，則需要進行返工。這將導致延誤，減慢周轉時間和上市速度。

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