Interconexiones(orgánicas)

Multicapas, flexibles, de potencia y otras

SASE 2011

Fernando R. S. Craviotto

rfsanchez@ab-normal.com.ar

2

Temas

1 – Definiciones del termino genérico “circuito impr eso”

2 – Descripción de conceptos y tecnologías empleadas

3 – Ambientes y requisitos

4 – Materiales

5 - Métodos

6 – Proyecto y ensayos

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DEFINICIONES

4

Printed Board (PB) 60.1485The general term for completely processed printed circuit and printed wiring configurations. (This includes single-sided, double-sided and multilayer boards with rigid, flexible, and rigid-flex base materials.)

Printed Circuit 60.0912A conductive pattern that is composed of printed components, printed wiring, discrete wiring, or a combination there of, that is formed in a predetermined arrangement on a common base.(This is also a generic term that is used to describe a printed board that is produced by any of a number of techniques.)

IEC 60194 (2006)

5

Printed Circuit Board 60.1487Printed board that provides both point-to-point connections and printed components in a predetermined arrangement on a common base.

Printed Wiring Board 60.1489A printed board that provides point-to-point connections but not printed components in a predetermined arrangement on a common base.

Multilayer Printed Board 60.1227The general term for a printed board that consists of rigid or flexible insulation materials and three or more alternate printed wiring and/or printed circuit layers that have been bonded together and electrically interconnected.

IEC 60194 (2006)

6

Molded Interconnection Device 67.1926A combination of molded plastic substrate and conductive patterns that provide both the mechanical and electrical functions of an electronic interconnection package.

Multichip Module Deposited (MCM -D) 86.1929Mutlichip module where unreinforced dielectric and conductive materials are added sequentially to form an interconnecting structure on a substrate.

Multichip Module Laminate (MCM -L) 86.1930Multichip modules built primarily using printed board manufacturing processes and materials.

IEC 60194 (2006)

Optical boards, optical connectors aun no entraron en el diccionario.

7

En la actualidad se puede “poner”una interconexión del tipo “pista de circuito impreso”, sobre cualquier substrato. Es claro que hay condiciones pero es posible. Esto expande el concepto PCI.

Los cambios

8

Futuro visto hoy

Fuente: ITRS

9

Georgia Tech

The 3DASSM program’s long-term vision is a complete system that will be entirely silicon based.

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Tendencias

11

Tecnologías

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Tecnologías aplicables2.1 Mecánicas

Perforación (mecánica y láser)Fresar (ídem)PrensarRevestir / aplicar (rodillos, serigrafía, aspersión, filtración, ink jet , etc.)

2.2 QuímicasElectroquímicas (galvánicas)Químicas (electroless, desplazamiento)CatálisisDisolución química Polimerización térmica o por radiaciónPolimerización catalítica (PEDOT, PANI, etc.)PegadoCVD

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Continuación metodos2.2.1 Plasmas

Etch (remoción de material)Revestir directamente (con metales, cerámicas o plásticos)

2.2.2 FotoquímicasFotopolímeros para transferencia de imagen (definir trazados)Para mascaras antisoldantes (proteger áreas)Para definir dieléctricos (definir y crear áreas)ReducciónConversión CuO en Cu; idem AgLáseresEstructurarSinterizar plásticos, cerámicas y metales

2.3 FísicasPVD y “semejantes”

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micro vías

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Empaquetamiento

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Componentes Embutidos

17

Material y proceso para capacitor embutido (ejemplo)

Farad flex

18

Embutidos: capacitores

FRS1

Slide 18

FRS1 Fernando R. S. Craviotto, 2/14/2011

19

Material resistivo (NiCr)

Omegaply

20

Material resistivo (NiCr)

Omegaply

21

Embutidos: Resistencia

22

Material capacitivo

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Multicapa flexible en LCPLCP: Core 25µm, Outer 50µmVia-hole: 50µmLand pitch: 350µm

Nippon Mektron, ltd

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Hibridas

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Aviónica (Rockwell Collins)

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PotenciaPistas de cobre entre 1 e 10 oz

Mascara antisoldante

Substrato de aluminio o cobre (disipador/transmisor)

Dieléctrico térmicamente conductor

Revestimientos opcionales

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Multicapa para 25 A

28

Multicapa para 25 A

29

MIDs

30

MIDs

Definibles como “thermoplastics circuit carriers”.

Ventajas en la reducción de:Cantidad de componentesTamañoCantidad de piezas

Una característica es la robustez

LimitacionesAncho y separación de pistasCantidad de capas

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Multicapas moderno

32

Uso y tipos de MC

4 a 101,0 a 1,6Netbook

4 a 101,0 a 1,6Notebook

4 a 61,6Net top

4 a 61,6Desktop

8 a 121,6 a 2,4Servidores/estaciones de trabajo

14 a 322,4 a 3,5Grandes Servidoresmm

CapasEspesorSector de mercado

33

Placas modernas

34

I/O por cm3

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Particularidades de la PCI

Lo que diferencia la PCI de otros componentes tiene varios aspectos:

2 - A grande quantidade de etapas de fabricação

3 - A necesidad de nuevo herramental para cada model o

Aumenta la probabilidad de errores y los costos para evitarlos

1 – Las interacciones entre necesidades y disponibil idades

Equipos y métodos disponibles o conocidos, materiales, uso.

0 – Volumen a fabricar

Ambientes de operación

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Ambiente, peor caso Ensayo acelerado

Categoria de uso T min °C

T máx °C

∆T °C

tD

h

Ciclos por año

Años de servicio (típico)

Riesgo de fallas acept.

%

T min °C

T máx °C

∆T °C

tD

h

1 Consumo 0 60 35 12 365 1 – 3 1 25 100 75 15

2 Computador 15 60 20 2 1460 5 0.1 25 100 75 15 3 Telecomunicaçiones -40 85 35 12 365 7 – 20 0.01 0 100 100 15

4 Aeronaves comerciales

-55 95 20 12 365 20 0.001 0 100 100 15

100 100 15 5 Industrial y cabina de automóbiles

-55 95 20 40 60 80

12 12 12 12

185 100 60 20

10 0.1 0

y frio

100 100 15 6 Militar – tierra y água -55 95 40 60

12 12

100 265

10 0.1 0

y frio

100 100 15 7 Espacial -55 95 3 a 100

1 12

8760 365

5 – 30 0.001 0

y frio

100 100 15 8 aviacion militar a b c

-55 95 40 60 80

120

2 2 2 2

365 365 365 365

10 0.01 0

y frio

100 100 15 9 Automóbiles (en compartimiento de motor)

-55 125 60 100 140

1 1 2

1000 300 40

5 0.1 0 y frio mas amplio ∆T

Materiales

BasesProcesamientoRevestimiento

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ε = Constante Dieléctrica y factor de disipación

Tg = Temperatura de transición vítrea.

HPCT = Test de la olla de presión.

VO = inflamabilidad – característica de auto-extinción (UL 94).

Cu = Resistencia al despegue del cobre al laminado).

αz = Coeficiente de expansión térmica en eje Z.

P(t) = Perfil de la Superficie.

D estab. = Estabilidad Dimensional

Principales factores de interés en los laminados

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Topografía de la superficie del cobre

Estándar

Para HF

41

Características de pré-pregs

Tipos de tejido de vidrioEstilo Espesor mm Direcc. máquina Transversal fibras/cm

106 0,0356 ECD 900 - 1/0 ECD 900 - 1/0 22x22 681080 0,0584 ECD 450 - 1/0 ECD 450 - 1/0 24x19 601506 0,1500 ECE 110 - 1/0 ECE 110 - 1/0 19x16 481652 0,1143 ECDE 150 - 1/0 ECDE 150 - 1/0 20x202113 0,0737 ECE 225 - 1/0 ECD 450 - 1/0 24x22 562116 0,0965 ECE 225 - 1/0 ECE 225 - 1/0 24x23 462165 0,1016 ECE 225 - 1/0 ECG 150 - 1/0 24x202313 0,0813 ECE 225 - 1/0 ECD 450 - 1/0 24x25 553070 0,0787 ECDE 300 - 1/0 ECDE 300 - 1/0 27x273313 0,0838 ECDE 300 - 1/0 ECDE 300 - 1/0 24x25 557628 0,1727 ECG 75 - 1/0 ECG 75 - 1/0 17x12 437629 0,1778 ECG 75 - 1/0 ECG 75 - 1/0 17x137635 0,2032 ECG 75 - 1/0 ECG 50 - 1/0 17x11

% Resina

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43

44

Integración

45

Propiedades de aleaciones

Métodos de fabricación

Procesos

Proyecto y ensayos

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Aspectos de Confiabilidad en PCIProyecto electrónico

Análisis estructural

Construcción

A esto usualmente le son aplicados ensayos de evaluación de conformidad para constatar la “calida d”:

VisualesDimensionalesSuperficialesEléctricosFísicosEstructuralesAmbientalesOtros específicos da aplicación (ex.: radiaciones)

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Desempeño de la placa

En armado: planicidad y espesores, preservación de la soldabilidad, dimensiones, resistencia térmica, limpieza, apariencia, integridad eléctrica y mecánica, etc..

Desempeño durante la vida útil : fatiga, degradación, adecuación (demanda ambiental).

Ciclaje térmico

Son aspectos de conformidad con normas

Son aspectos de confiabilidad

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Ensayos de Integridad

Choque mecánico 11 muestras, 500 a 1500 g, 1 ms, 5x por eje

VibraciónFuerza, frecuencia resonante, tiempo

Choque térmicoTemperatura, tiempo, ciclos

Soldabilidad

Fuerzas de separación

Microsección

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Ensayos de desempeño

Vida o envejecimiento acelerado> 2000 h, 20 a 25 pzs

Almacenaje a alta o baja temperatura

Ciclaje térmico>100 ciclos

Calor húmedo> 2000 h, 80-85% HR, 50°C

Resistencia en humedad cíclica

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Aspectos de fabricación

Control de procesos

Técnicas estad ísticas comprendidas

Medición

Ensayo

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Capabilidad pistas Secuencia agujeros

Registro máscara Registro capas internas

Cupones para evaluación de capabilidad

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Resumen

• Lentamente disminuye el uso de PCI

• Las técnicas de semiconductores demandan varias formas de interconexiones aguas abajo.

• Innovación es la regla

• Inversiones cada vez mas elevadas