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EIPC 2019夏季研讨会,第2天

十月 31, 2019 | Alun Morgan, Ventec
EIPC 2019夏季研讨会,第2天

编者注:点击此处阅读本文第1部分

第二天研讨会的第一场会议由EIPC董事会成员、Ilfa公司的Christian Behrendt主持,这场会议的主题为设计工艺可靠性。Behrendt首先感谢EIPC执行董事Kirsten Smit-Westenberg和EIPC项目经理Carol Pelzers精心组织了本次会议。

本场会议的第一篇论文题目为《用于扇出型面板级封装的高密度RDL技术》,主讲人是Fraunhofer IZM公司的Lars Böttcher。他首先介绍了嵌入式封装技术的现有方法,其连接从IC表面扇出,与嵌入有机树脂层压板和嵌入环氧模制化合物(EMC)的方法进行了对比。随后,Böttcher介绍了面板级封装(PLP)嵌入这一新概念,即使用层压板(PCB)芯材嵌入芯片从而提供较强的操纵稳定性并限制芯片移动。

Böttcher在开发这一概念时考虑了PCB芯材的选择,以及介质薄膜是否适合超精细线路重新分布层(RDL)结构、从目前的4μm线宽/线距发展到2μm线宽/线距且具有自适应性对准功能的直接成像显影。他还展示了PLP嵌入技术的现状,详细介绍了该技术所要求的工艺步骤并列举了一些例子,其中一种面板的规格已经达到了510mmx515mm,每块面板上包含660个模块(1320个芯片)。Böttcher最后总结时明确表示这项工艺是可行的,接下来的计划是降低工艺成本,并在更大的面板上实施。

紧接着,高密度封装用户组(HDPUG)的Martin Cotton以PCB走线的几何图形与效果为主题进行了演讲。他首先将PCB比做一种支撑“导线”的机械结构,而这些“导线”连接着各个电子器件。Cotton介绍了这些导线的(我们现在称之为走线)定位,定位的原因及效果与走线的宽度、厚度、表面、边缘、拐角、粘附力及几何方差有关。他表示,产品的设计与生产会对能否成功将走线布置到理想位置及其相互定位会产生重要影响,也会影响到走线的连接方式;在现代电子线路中,设计的核心是差分对。

Cotton使用仿真数据和堆叠建模进一步解释了差分对的设计,并展示了“阻抗三角形”图形,证实了在设计过程中介电常数相对于基板的损耗因数而言更重要。在结束之前他通过一个有趣的分析得出了结论——超低介电常数材料的普及使用将增加电路板的层密度,所以使用成本预计将减少15%。但Cotton最后说道,“本次演讲得出的结论仅代表我的个人看法。”

Picosun OY公司的Marko Pudas在他的演讲中提出了用一种新方法来解决一个老问题。他的论文题目为《使用原子层沉积法(ALD)和PCB工艺新流程来减缓锡晶须的产生》。Pudas首先介绍了Picosun公司和ALD工艺。他将ALD工艺描述为一种可以涂覆100 nm至0.5 µm厚度材料的批量涂覆工艺。他表示,Picosun公司解决了与欧洲航天局(ESA)合作研发的太空应用中的特殊问题,为这种应用开发的三防漆比采用传统方案涂覆的三防漆具有更多优点。新方案包括阻止锡晶须产生、添加防潮和气体阻隔层,能够返工且能够与其他涂覆方法相结合,同时重量几乎不会增加。

Pudas展示了测试板的结构,并解释称该工艺的第一阶段验证已经完成,证明可以减缓锡晶须且击穿电压大于80V。第二阶段涵盖了对第一阶段实验和布线规划的验证,从而确定如何为供应商提供ALD涂层验证以及如何针对太空使用环境和延长使用寿命测试塑料封装的ALD灌封效果,并测试目前处于报告阶段的太空级别和COTS(聚合物封装)电路板。Pudas在结束演讲前呼吁其他行业如汽车、医疗行业的与会代表采用ALD工艺验证他们的关键元器件。

接下来,Ericsson公司的Stig Källman为与会者带来了演讲——《准备好应对移动系统中更高的数据传输速率》。他介绍了5G的发展概况,并告知观众Ericsson公司已经交付了300多万个可支持5G的无线设备。他还从技术角度解释了导致信号损耗的各个因素,设计、介电常数、损耗因数这三个因素加在一起就占到了信号损耗的65%。Källman随后解释了减少工艺易变性的重要性,展示了线路宽度容差、基板厚度容差和层间对位容差的关键生产参数,并表示在2023年之前会将阻抗减少50%以满足新要求。

Källman还强调了基板选择、铜箔类型、氧化处理和阻焊层电气属性的重要性,他开玩笑称每个人都需要一个“秘密解码器”才能读懂铜箔轮廓的各种缩写名称。随后,他用视频展示了4G系统20ms延迟与5G系统承诺的1 ms延迟之间存在的差异。Källman展示了一个足球运动员罚球的视频,守门员在防守时戴着虚拟现实头盔设备观看球场上的转播画面。在4G延迟条件下,守门员的防守是无效的,而使用5G信号的时候,守门员轻轻松松就挡住了罚球;19 ms的差别竟然会起到这么大的作用!Källman在演讲最后总结道:“政治领域一直动荡不安,但技术的发展却不会放慢脚步。能够掌控5G物联网技术的国家将会掌控世界的发展。”

Rogers Corporation公司的Stefano Dada介绍了毫米波与高速数字应用的关键材料属性。他首先概述了高频电路材料的属性,并对比了使用编织玻璃与无纺玻璃的PTFE基材和烃基材料与使用陶瓷填料的同种材料。随后,Dada更详细地讲述了常见毫米波应用的关键材料属性,确定了铜表面粗糙度和表面处理、最终电镀层、损耗因数(Df)、介电常数(Dk)、编织玻纤的增强作用、Dk导热系数(TCDk)、损耗因数的导热系数(TCDf)以及吸湿率。接着,他展示了插入损耗与基板厚度的对比图,证明影响超薄电路的主要因素是导体损耗,而影响较厚电路的主要因素则是介质损耗。

Dada还介绍了铜箔的生产方法,并表示压延铜一直是PCB层压板所使用材料中轮廓最低和损耗最低的铜箔。人们在RF层压板中应用压延铜已经有50多年了,并且这种材料具有极佳的性能,尽管与标准电沉积铜箔相比价格要稍贵一些。Dada介绍了Rogers公司已经获得专利的铜箔处理工艺,并展示了相关数据来证明他们的材料与使用标准铜箔的材料相比在插入损耗方面取得了明显改善。他进一步说明了该材料对最终电镀涂层、Dk容差和玻纤编织效果的影响。在最后总结时,Dada表示新兴的5G毫米波设计需要材料可以提供多种厚度选择,并且需要一种理想的玻纤型号可以最小化高速信号传输中的信号偏移。

接下来的演讲继续以材料为主题, Elite Material Co.公司的Shannon Juan演讲了《有关高频PCB介入损耗的铜处理调查》。Juan首先介绍了Elite Material公司在全球层压板市场中的定位和其制造厂在全球的分布,随后用图按照时间顺序将数据传输速率绘制了出来,并表示未来对数据传输速率的要求将达到112 Gbps,这个图表明使用超低损耗材料将成为必然。此外,她还解释了插入损耗是关键因素,并证明了介质损耗和导体损耗都会导致插入损耗。随后,Juan继续详细介绍了铜箔的粗糙度,阐明了粗糙度较低的铜箔有利于提升信号完整性。

Juan还介绍了本研究的目标是通过使用两种不同的铜箔处理方式和另外三种氧化处理方式来确定不同的铜箔类型与表面处理方式对插入损耗的影响。测试设置是使用矢量网络分析仪(VNA)来测量频率高达40 GHz时的损耗情况,并使用了一种光学表面轮廓方法。该研究结果表明,使用轮廓较低的铜箔可以小幅改善损耗(2%),但最明显的效果是来自表面处理方式,组合使用最佳处理方式和最低轮廓的铜箔可以将损耗值从基准线提升13%。最后,Juan表示,铜箔的粗糙度和表面处理方式在未来高速应用中会起到重要作用,而且即使是在超低损耗PCB设计中使用较光滑的铜箔时,表面处理方式对于电气性能而言也是至关重要的。

短暂的茶歇之后,EIPC董事会成员、Dyconex公司的Hubert Zimmermann介绍了接下来的演讲主题是“自动化生产技术”。该环节的第一位主讲人是Notion Systems公司的Peter Walshe,他又继续回到了喷墨打印这一主题,为大家介绍了阻焊油墨打印技术。他首先介绍了使用喷墨打印技术可以消除使用传统技术时的5个工艺步骤,并表示一条通用的喷墨打印系统每年可以比传统阻焊油墨生产线节省12.4万欧元。

Walshe继续将喷墨打印技术与激光直接成像(LDI)、帘布涂覆/喷涂以及丝网印刷进行对比,强调了喷墨打印技术的优势。随后他又简述了喷墨打印技术的其他优点,例如喷墨打印技术可以局部调整高度,可以利用这个功能形成阻焊坝或其他结构,用户还可以选择表面反射等级。Walshe用一段视频结束了他的演讲,视频中展示了自动化的喷墨装置安装,包含了可在6个轴向上进行输入与输出操作的机器人。

下一位主讲人是Chemplate Materials SL公司的Víctor Lázaro,他为大家介绍了一种新型层压技术。他首先介绍了Chemplate公司,并表示他们的压合机通过感应的方式来产生必要的热量对层压板进行固化,这一点与目前使用的标准方法有很大的差异(即不会使用油、电加热器或蒸汽加热)。Lázaro表示,Chemplate系统的新颖之处在于固化复合树脂所需的热量仅在每块面板上的层压板材料中生成,同时也会产生相同的温度值,且不会出现任何导热延迟。
该系统以极致的封装堆叠,占用最小的空间,用极高的升温速率和极高的能源效率提供极高的温度。

Lázaro还进一步解释了感应加热的操作原理——将感应到的电能直接转化为隔离板中的热量。这种方式可以让层压板上下两面接触到的隔离板立即产生热量,使热快速传递贯穿整个叠层高度。他还总结了新系统的各个优点并详细介绍了新系统的技术功能。Lázaro在最后总结时表示,他看到了该系统在标准层压板加工、快速循环层压加工、先进材料及新型材料产业化研发领域的潜力。

下一位主讲人是Orbotech公司的Uwe Altmann,他为大家介绍了自己的论文——《AOI到AOS的工作流程》。他先是简要介绍了最先进的自动光学检测(AOI)系统,随后又介绍了自动光学成形(AOS)系统的功能,该系统可以消除验证台的使用,在提升工作流程效率方面显现出了巨大的潜力。系统在扫描完面板之后会将缺陷信息发送给远程多图像验证系统(RMIV),随后才会开始成形操作,而且所有缺陷都会以高品质图像的形式发送到成形缺陷分类(SDC)工作站。SDC工作站可服务于多个AOS系统,操作员可以在工作站上鉴别出真正的缺陷,因此可有效减少60%至70%的误报情况,并且能为开路和短路缺陷提供一站式解决方案。Altmann在演讲最后表示,消除验证台可以节省人力和工作空间、减少固定资本投入和面板处理工序,改善了整个工作流程。

本次会议最后一场主题演讲的演讲者是Tactotek公司的Outi Rusanen,她的演讲题目是《智能模制结构为表面处理注入新活力》。她首先对比了传统汽车照明和具备相同功能、用一体成型结构电子品(IMSE)生产出的产品在拆卸时用到的工具,前者需要用到25个工具和60多个组件,而后者只需要用到2个工具和1个组件,且重量轻70%、厚度减少95%。Rusanen表示,开发者通过这项技术可以避免使用复杂的多部件电子产品组件,并且能用更薄、更轻、更坚固的一体式结构来代替这些组件,同时又不会影响产品的功能性。

Rusanen又接着介绍了IMSE部件的成型过程,其中包括印制、(在平整薄膜上)完成表面贴装、成型以及最终注塑。她还分享了温度快速变化条件下(-40℃至+85℃)和稳态的温度及湿度环境下(85 °C/85% RH)获得的可靠性测试数据,数据表明使用该技术可以得到良好的效果。

Rusanen在结束前表示,IMSE具有巨大的发展潜力,是传统电子产品的一种可靠替代品,并且能够大幅减少产品的重量和厚度。

总结

在最后的小组讨论环节之后,我上台宣布本次会议圆满结束。在闭幕词中我感谢了AT&S、Adeon Technologies、Dyconex、Dupont、I-Connect007、Isola、Orbotech、Polar Instruments和Ventec International Group公司对本次研讨会的大力支持,并特别鸣谢Leoben市和AT&S公司对本次研讨会的赞助。同时我也感谢了会议各个环节的主持人、演讲人和与会代表。最后,我向会议组织者Kirsten Smit-Westenberg和Carol Pelzers表示了衷心感谢,虽然会议举办地点位于奥地利,但他们出色的组织让本次会议非常顺利。

编者注:十分感谢EIPC主席Alun Morgan在我撰写这篇文章过程中给予支持并为本文提供照片。非常感谢!——Pete Starkey

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