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EIPC 2018冬季研讨会——第1天(续)

五月 09, 2018 | Pete Starkey, I-Connect007
EIPC 2018冬季研讨会——第1天(续)

编者按:如果您还未阅读本文的第一部分,请点击此处

Ventec国际集团OEM全球客户经理Tamara den Daas-Wijnen讨论了用于低损耗设计的超低Dk层压板。她说,高频PCB的设计师主要关注层压板的损耗角正切(Df),而不考虑其与介电常数(Dk)的组合,而这两种属性其实是不可分离的。她强调了理解“阻抗三角形”的重要性,用一个简单的图形表明对于给定的Dk和Df,受控阻抗导体距离参考平面越近,它就会越窄。结论是更薄的层需要更精细的布线,这可能导致产量降低。趋肤效应也是导致信号损耗的重要因素,导体越细,趋肤效应越明显。因此,导体尽可能宽是可取的。她表示,通过减小Dk,但维持阻抗,可增加布线宽度,因而可降低布线电阻。

Ventec已经成功开发了具有增强插入损耗性能的超低Dk材料系列产品,该系列产品已经鉴定,且非常经济,它以可在标准FR-4生产线上加工的反应型聚苯醚/ PTFE /烃树脂化学品为基础。目前的布线宽度可以通过较小的层间分离来保持,因此可以增加Z轴封装密度,同时保持或增加布线宽度,对于给定的PCB厚度,可实现更多层。

爱立信PCB全球元器件工程师StigKällman介绍了一种PCB材料工具箱,可以以最具成本效益和环保的方式,支持当前的3G和4G网络以及未来5G的高速需求。他用“巨无霸”作比喻来说明这个概念:“无论你走到哪里,使用统一的配方,味道都是一样的......”

为了达到标准化的目标,他讨论了层压板的材料构成:玻璃、玻璃纤维、铜、树脂。他的理念是:在考虑合适的树脂体系和选择材料供应商之前,要了解半固化片的影响、铜的影响以及工艺公差的影响。第一个目标是成本效益,使用成本效益高的叠层和导通孔结构,了解制造变化以避免过度设计,并实现在制板高利用率。

他列举并详述了公认的PCB技术驱动因素:更小、更快、温度更高、更具能效、更环保,并讨论了当前从标准FR-4.1到微波的无卤PCB材料的特性和需求。对未来而言,材料的实际Df值并不重要,而在一定温度范围内保持该值稳定更重要。尺寸稳定性将变得越来越重要。他评论说,层压板供应商数据表中引用的数字变得更加可靠。为了将来,迫切需要铜表面粗糙度的标准化,建议分成三个Ra级别。材料需要通过UL认证以适应更高的极限工作温度,并且应该在最小孔壁至孔壁距离中引入设计约束条件,以避免CAF影响。

关于5G,Källman通过视频演示了5G正在成为现实,爱立信已经建立了全球5G接入和传输的产品组合,许多其他硬件和软件产品正在开发中。

TTM Technologies公司从事先进技术研发的高级经理Erkko Helminen,阐明了作为PCB制造商对PCB技术和工艺驱动因素——5G效应的观点。

下一代蜂窝网络的关键特性是5G新无线电(NR),它是基于正交频分复用(OFDM)的新型空中接口的全球标准,旨在支持5G设备类型的广泛变化。 5G NR技术的研发已经在进行中,重点是数据速率、带宽、延迟和节能。随着频率从低于6GHz趋向100GHz,多输入多输出移动天线的设计和制造成为一项挑战,其中蚀刻和对准精度至关重要,创新工艺如激光结构化成为可能的替代方案,并正在寻求对当前毫米波基板的改进。

网络和计算方面的PCB加工挑战,包括成像精度、电镀质量、蚀刻精度,x、y和z轴上的层压公差、钻孔公差、层间对准、铜表面处理和热管理。新的具有成本效益的材料解决方案和创新要求:中度损耗、低损耗和超低损耗FR-4材料,以及具有更严苛的机械和电气公差要求的PTFE、LCP和挠性材料。

在信息和通信技术方面,下一代PCB技术的主要驱动因素是信号完整性、射频工程和元器件小型化,并且不可避免地要求越来越严苛的容差。在RF和高速PCB中HDI具有一定的优势。

智能手机发展的特点是先进的半导体封装技术日益复杂、天线集成和布局,以及电池容量的扩大。因此,PCB被迫进入更小的空间,将通过从100微米减成法技术HDI,通过50微米任意层,转向15微米SLP和mSAP,从而实现小型化。

驾驶辅助和安全系统以及自动驾驶汽车的发展是汽车电子技术的主要驱动力,重点在于可靠性、小型化和数字化。英特尔估计,从连接的需求看一辆自动驾驶汽车每24小时将产生约4000Gb的数据。

Helminen认为下一代PCB技术解决方案的候选项将包括基片集成波导、创新的挠性和电缆互连应用、创新材料解决方案,以及采用自动化和机器人技术的创新工艺技术,节约总体成本是主要目标。

来自UL的EIPC副主席Emma Hudson主持了第二场技术分会议,主题为可靠性。

瑞士First EIE的销售和市场经理Jean-Paul Birraux讨论了PCB和元器件的发展,例如在制板和卷对卷自动光学检测以及自动目视检测。他首先回顾了First EIE的产品系列,其中包括仍然拥有强大市场的光绘机、UV直接成像、自动光学和目视检测系统,以及喷墨打印机。趋势是朝着更大尺寸的机器发展。首先,EIE的直接成像技术基于单头DMD原理,具有平行直弧光灯UV源,可提供360至450 nm的全光谱输出。

该公司于2015年与日本Inspec公司合并,Inspec在封装和元器件的AOI和AVI方面拥有长期的经验,两家公司合并后,开发出了用于PCB检测的新一代自动目视检测系统。该系统的一项独特功能是能够通过单个样品创建主参考图像,可检查240 mm x 240 mm电路的正反两面,只需要用检查员所花时间的三分之一,可捕获到20微米的缺陷。目前的一个项目集成了First EIE最新的EDI成像仪和两个Inspec AVI系统,可以进行显影和蚀刻,从而可实现连续的卷对卷加工、显影后的抗蚀剂检测和蚀刻后的图形检测。

Gen3 System公司总经理Graham Naisbitt,是IPC、IEC和BSI标准委员会的积极成员,讨论了传统离子污染测试对于PCB和组件的局限性,并介绍了一种新方法,旨在将可溶性离子材料用作工艺指标,而不是洁净度测量,因为这可能会产生令人误解的结果,并且产生不合格的产品。最近Robert Bosch和Gen3 Systems联合发表的一篇论文证明了这种工艺监测方法的有效性,该方法在全球许多工厂显示出良好的重现性。IEC和IPC正在开展标准化活动,以反映这种方法的变化。Naisbitt正在率领团队开发IEC 61189-5-504标准,这是一种测试方法,旨在监测电路板、电子元件或组件的测试样品上存在的可溶性离子残留物。为了评估离子残留物的含量,可测量用于溶解离子残留物的溶液的电导率,并且通过再现对给定测试件测量的离子材料之前设定的限值来实现工艺控制。该测试持续时间短,只需要在室温下运行15分钟。

PWB Interconnect Solutions公司总裁Bill Birch报告了为期3年的高密度用户群Multi-lam项目的研究结果,该项目是为了确定多层微导通孔结构暴露于无铅组装下的可靠性而开展的。

Multi-lam项目侧重于“III型”HDI设计,其特点是将叠层微导通孔放置在埋孔的顶部或偏离埋孔。术语“堆叠”和“堆叠偏离”用于识别这两种设计变化。OEM数据显示,某些堆叠结构能被可靠地构建,但有必要确定什么样的结构、材料和其他参数的组合会导致可接受的可靠性。对各种堆叠和叠层偏离设计进行了互连应力测试(IST),有很多结构,包括一系列成品厚度、一系列z轴CTE的材料、各种BGA间距,提供了27种可能的结构和1100万微导通孔。在进行设计实验中,每个测试样品在互连应力测试之前都要通过6 x 260℃回流焊周期进行预处理。

与堆叠偏离设计相比,堆叠设计显示出更高的故障发生率,并且主要失效机理被确定为拔出了埋通孔的盖帽。建议避免堆叠设计。

在一项相关的研究中,调查了与背钻相关的失效模式中,已经观察到背钻孔在完全镀孔之前互连应力测试失败,并且浅背钻孔比深后钻孔不可靠。已经表明,当没有电镀铜的拐角处平衡z轴热膨胀时,由于孔内的剪切应力导致在不允许切割层处的铜箔内出现故障。建议避免浅背钻,除非为了鉴定其符合特定设计要求已进行了代表性测试。

让那些熟悉他总是会口若悬河停不下来的人感到高兴的是,Bill Birch在指定时间段内完成了他的演讲,大家为之鼓掌!

接下来是Alstom的3个简短介绍,包括对公司背景的介绍、对安全标准的见解,以及为车间和实验室参观做准备的品质和可靠性需求说明。

Jose Taborda介绍了全球铁路的电子需求,并概述了Alstom向全球提供的产品和服务范围。该公司在2016~2017年间的销售额为73亿欧元,目前订单为100亿欧元。其业务战略是继续以客户为中心,在运营和环保卓越的基础上,通过多元化和创业型人才,提供整套运输解决方案,通过创新创造价值。公司的愿景是致力于成为提供运输解决方案的首选合作伙伴。

Eric D'Almeida博士概述了适用于铁路的制约、标准和法规。适用的标准是车载电子设备的EN50155、路旁电子设备的EN50125和安全要求的EN5012x。一般来说,客户的规格比铁路标准更严格。电子设备需要在恶劣的环境中运行,环境温度为-40℃至+ 85℃,电路板温度高达并可能超过100°C,相对湿度可达95%(可能伴随冷凝),以及在海洋环境下的盐碱条件,还必须承受振动和冲击。要求使用寿命为20年,以及能够承受多次维修操作。关键要求是可靠性和安全性,且可靠性要求属于高性能类别,接近航空航天和国防产品要求。

Thomas Boutaric继续讨论了质量和可靠性,尤其是印制电路板和组件的可靠性。对于PCB,最低技术要求要达到IPC-A-600的2级要求,对于组件,最低技术要求要达到IPC-A-610 的3级要求,并且都要求具备技术、材料和制造工艺的资格认证。Alstom采用各种老化测试来证明性能和老化特性:热循环、振动和冲击、盐雾、SIR、湿热和循环湿热。许多用于PCB和PCBA制造的工艺都是特殊工艺,无论是在Alstom还是在其供应商内部,都需要进行认证、监控和控制。

在完成了整整一天的16个精彩演讲之后,代表们很高兴有机会离开会议室,出去走动一下。每个人穿上白大褂和鞋套,配上视听装置,大家被分成四组,每组都有一位知识渊博的Alstom导游,带领着大家参观了令人印象深刻的表面贴装组装和测试车间。代表中的某些希望能看到铁路车辆制造的火车爱好者,感到失望,因为重型工程和车辆制造业务在其他地方进行,这个工厂专注于铁路交通管理、安全和信息系统的设计、制造和测试。

电磁兼容性测试室

振动测试

SMT组装生产线

在大多数情况下,这个车间专注于多品种、小批量生产,尽管也包括一些长时间运行的作业以保持连续性运营。有一套完整的表面贴装生产线,配有2台每小时可贴装25,000个元件的新型贴片机、回流焊炉、AOI和X射线检测,以及焊接手动插入元件的波峰焊接生产线。Alstom继续使用锡铅焊料。经过24小时的静态老化之后,每个完成的组件都使用用于长期运行设计的针床和用于样品的飞针进行ICT测试。测试完成后,所有组件均手动涂敷上硅胶覆形涂层。每项操作都记录在控制系统中。每个组件在放入仓库或集成到机架,形成完整的系统之前,都要进行全面的标记,然后进行老化和全功能测试。

在一个单独的区域,代表们看到了Alstom的全球资格认证和环境测试实验室,那里所有新设计都比在生产中的测试级别高,样品生产组件也需经过定期再认证。环境测试包括温度循环、冲击和振动以及电磁兼容性测试。铁路设备的运行温度为-25℃至+ 70℃,在俄罗斯低至-40℃!Alstom的气候实验室配备了10个小密闭室,每个小室有1立方米大,并且设备可以在-50℃至+ 130℃的温度下运行,有湿热和盐雾两种选项。

一直到晚上,代表们谢过他们的导游,脱下防护服,疲惫地爬上巴士,回到市中心,在国际知名的Brasserie Georges参加丰盛的会议晚餐——大家可以放松和交流了。

 

一些老套又乏味的人(例如作者我本人)晚饭后不久就早早回去睡了;其他人则继续充分利用酒店酒吧进行交流,不过,据我得到的可靠消息,该派对在正常时间也散了。

最后,感谢Alun Morgan允许我使用他的照片。

标签:
#展览与会议  #EIPC  #欧洲 

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