Optimasi Mikrovia Buta dengan Pengisian Tembaga untuk Performa PCB Unggul

Lompat ke: Pengisian Tembaga Mikrovia Buta | Apa Itu Mikrovia? | Apa Itu Via Buta dan Via Tersembunyi? | Keuntungan Mikrovia Buta Terisi Tembaga | Apa Itu Via Terisi Tembaga? | Tantangan yang Terkait | Konduktivitas Termal dan Listrik | Proses Pengisian Tembaga | Via Terisi Tembaga

Via, lubang yang digunakan untuk menghubungkan secara listrik pad yang tumpang tindih, merupakan bagian penting dari papan sirkuit cetak (PCB). Seiring meningkatnya popularitas perangkat elektronik, terutama ponsel pintar dan produk serupa, serta mengecilnya ukurannya, kemampuan untuk menempatkan via yang lebih kecil pada papan menjadi semakin bermanfaat.

Anda juga perlu dapat mentransfer sinyal secara andal melalui lapisan PCB — yang dapat dicapai dengan menambahkan lapisan tembaga pada substrat papan — namun mengisi via dengan tembaga memberikan kapasitas tambahan.

Mikrovia buta terisi tembaga memungkinkan papan interkoneksi padat tinggi (HDI) dan juga menyediakan transfer sinyal yang andal. Meskipun ada tantangan yang terkait dengan jenis via ini, mereka juga membawa banyak keuntungan. Terus baca untuk mempelajari lebih lanjut tentang proses ini dan mengapa hal ini mungkin berguna bagi Anda.

 

Apa Itu Mikrovia?

IPC mendefinisikan mikrovia sebagai "struktur buta (seperti yang dilapisi) dengan rasio aspek maksimum 1:1 ... yang diakhiri pada atau menembus land sasaran, dengan kedalaman total (X) tidak lebih dari 0,25 mm [0,00984 in] yang diukur dari capture foil land struktur ke land sasaran."

Sebelum definisinya diubah pada 2013, istilah ini didefinisikan sebagai lubang via dengan diameter lebih kecil dari 0,15 mm, atau 0,006 inci. Seiring waktu, ukuran itu menjadi lebih umum, dan IPC menyadari bahwa mereka harus terus memperbarui definisinya seiring semakin kecilnya via jika mereka terus mendefinisikan menggunakan diameter.

Laser digunakan untuk membuat lubang untuk mikrovia, dan perkembangan terbaru dalam pemboran laser telah memungkinkan penciptaan mikrovia sekecil 15 μm. Meskipun laser yang digunakan hanya dapat membuat lubang satu lapisan pada satu waktu, produsen PCB dapat menghasilkan via melalui mikrovia dengan membor beberapa lapisan secara terpisah lalu menumpuknya.

Anda lebih sedikit akan menemui defect manufaktur saat bekerja dengan mikrovia dibandingkan via normal karena pemboran laser tidak menghasilkan sisa material yang tertinggal dalam lubang bor. Mikrovia, namun, sama berisikonya mengalami masalah dengan plating dan solder reflow.

Karena ukurannya yang kecil, mikrovia dapat digunakan untuk PCB interkoneksi padat tinggi, yang penting saat ini seiring elektronik — terutama perangkat telekomunikasi dan komputasi — menjadi lebih canggih tetapi juga lebih kecil dalam ukurannya.

 

Apa Itu Via Buta dan Via Tersembunyi?

Mikrovia dapat berupa via buta atau tersembunyi. Mikrovia buta menghubungkan lapisan luar PCB ke satu atau lebih lapisan dalam dan tidak melalui seluruh papan. Mereka menghubungkan lapisan atas luar dan lapisan dalam yang mereka capai. Via buta bermanfaat untuk meningkatkan kepadatan kabeling. Jika Anda perlu meruteir jejak sinyal dari lapisan luar ke lapisan dalam, via buta sering kali merupakan rute terpendek untuk melakukannya.

Mikrovia tersembunyi menghubungkan dua atau lebih lapisan dalam dan tidak mencapai lapisan luar. Mereka tidak terlihat dari lapisan luar. Produsen biasanya membuatnya menggunakan laminasi berturut-turut.

 

Apa Itu Via Terisi Tembaga?

Via terisi tembaga adalah via yang diisi dengan tembaga murni atau epoksi resin dengan tembaga. Pengisian tembaga ini meningkatkan konduktivitas via, membantu mentransfer sinyal secara lebih efektif dari satu sisi papan ke sisi lain. Banyak jenis via dapat diisi tembaga, termasuk via standar, mikrovia, via buta, dan via tersembunyi.

Anda juga dapat mengisi via dengan bahan lain, seperti emas, perak, epoksi konduktif, epoksi non-konduktif, dan plating elektrokimia. Jenis isian via yang paling umum adalah epoksi non-konduktif. Pengisian tembaga, namun, memberikan keuntungan yang membuatnya ideal untuk aplikasi tertentu.

Keuntungan Mikrovia Buta Terisi Tembaga

Penggunaan mikrovia, baik buta maupun tersembunyi, bermanfaat untuk berbagai alasan, termasuk yang berikut.

 

Ruang

Salah satu keuntungan utama penggunaan mikrovia adalah mereka dapat menghemat ruang, yang pada akhirnya mengakibatkan biaya yang lebih rendah. Semakin besar ruang yang dihabiskan via, semakin banyak papan yang Anda butuhkan, dan semakin mahal proyek Anda akan menjadi.

Mikrovia adalah komponen krusial dari PCB HDI, yang sering kali menampilkan via melalui, via tersembunyi, via buta, konstruksi tanpa inti, konstruksi substrat pasif, dan konstruksi alternatif dari bangunan tanpa inti dengan pasangan lapisan. Selain ukuran dan bobot yang lebih kecil, papan ini juga memberikan performa listrik yang ditingkatkan karena jarak yang lebih pendek antara komponen dan jumlah transistor yang lebih tinggi.

Mikrovia juga dapat membantu Anda menggunakan via-in-pads (VIP) secara lebih efektif. VIP menghemat ruang dengan membuat koneksi di pad teknologi pemasangan permukaan (SMT). Karena ukurannya yang lebih kecil, mikrovia sangat cocok untuk digunakan dengan VIP. Via normal terkadang terlalu besar untuk muat di dalam pad untuk SMT. Mikrovia, namun, dapat muat di dalam pad tanpa masalah fabrikasi.

Mikrovia buta dan tersembunyi juga lebih mudah difabriksikan dibandingkan via buta dan tersembunyi reguler, yang dapat sulit difabriksikan. Mikrovia, namun, sudah dibuat lapis demi lapis, yang berarti lebih mudah untuk membuatnya buta atau tersembunyi — proses yang memerlukan pekerjaan lapis demi lapis.

Mikrovia juga berguna untuk memecah ball grid arrays (BGA). Mikrovia VIP dengan mudah muat di dalam pad BGA pitch halus. Mereka bahkan lebih bermanfaat di saluran breakout. VIP menghemat permukaan tetapi juga memerlukan jumlah lapisan yang tinggi untuk mendapatkan output ke bagian lain dari papan. Mikrovia dapat membantu Anda meningkatkan lebar jalur escape, yang dapat memungkinkan Anda menggunakan lebih sedikit lapisan untuk breakout BGA.

 

EMI yang Dikurangi

Mikrovia juga dapat membantu mengurangi interferensi elektromagnetik (EMI), yang terjadi ketika medan elektromagnetik mempengaruhi sirkuit listrik dan mengganggu operasi perangkat elektronik. Karena mereka datang dengan risiko EMI yang lebih rendah, mikrovia sangat berguna untuk sirkuit yang rentan terhadap EMI, seperti yang digunakan dalam aplikasi frekuensi tinggi atau kecepatan tinggi.

Sirkuit kecepatan tinggi sering mengalami masalah dengan radiasi dan refleksi sinyal di via. Namun, mengurangi ukuran via mengurangi potensi radiasi, yang berarti lebih sedikit EMI. Untuk sirkuit kecepatan tinggi, stubs — yang merupakan garis transmisi atau gelombang pranala yang hanya terhubung di satu ujung — adalah penyebab lain masalah EMI. Stubs dapat memantulkan sinyal kembali ke konduktor dan meredam atau bahkan membatalkan sinyal asli. Namun, karena mikrovia dibuat lapis demi lapis, Anda tidak akan memiliki stubs.

Garis transmisi frekuensi tinggi, seperti konduktor stripline gelombang mikro dan gelombang milimeter, memerlukan via untuk breakout sinyal. Via standar, namun, menciptakan terlalu banyak EMI untuk digunakan dalam garis strip frekuensi tinggi. Mikrovia, di sisi lain, menghasilkan sangat sedikit EMI dan tidak akan menurunkan integritas sinyal Anda. Sirkuit frekuensi tinggi digunakan semakin sering, membuat EMI menjadi kekhawatiran yang lebih umum.

Mengisi via dengan tembaga juga memberikan beberapa manfaat, terutama di bidang konduktivitas termal dan listrik.

 

Konduktivitas Termal dan Listrik

Penggunaan tembaga untuk mengisi via akan meningkatkan konduktivitas termal via, yang menjaga panas jauh dari papan, resulting in umur yang lebih panjang dan risiko defect yang lebih rendah. Alih-alih berjalan ke bagian berbeda dari papan, panas akan berjalan melalui tembaga ke sisi lain dari papan, melindungi komponennya. Tembaga memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada emas, yang merupakan bahan lain yang digunakan untuk mengisi via.

Tembaga juga memiliki konduktivitas listrik yang lebih tinggi daripada emas. Konduktivitas tembaga dalam via akan memungkinkan arus untuk menyeberang ke lapisan yang lebih dalam tanpa membebani PCB. Fitur ini membuat mikrovia terisi tembaga ideal untuk aplikasi tegangan tinggi dan yang memerlukan arus kuat untuk bepergian antara setiap sisi papan.

 

Tantangan yang Terkait dengan Mikrovia Buta Terisi Tembaga

Beberapa tantangan terkait dengan pembuatan mikrovia. Tantangan ini terkadang dapat menyebabkan defect interkoneksi (ICD), cacat yang terjadi di sekitar plating dan lapisan tembaga dalam. ICD ini dapat menyebabkan masalah keandalan, rangkaian terbuka, masalah intermiten pada suhu tinggi, dan kegagalan sirkuit. Mendeteksi ICD dapat sulit karena mereka mungkin bekerja dengan benar selama pengujian setelah tahap fabrikasi tetapi kemudian mengungkap masalah selama pengaturan atau penggunaan. Penting untuk waspada terhadap defect ini dan membuat papan dengan hati-hati untuk menghindarinya.

 

ICD Berbasis Debris

Salah satu jenis ICD umum terjadi karena debris tertinggal dalam lubang interkoneksi dan kemudian tertanam dalam tembaga lapisan dalam. Debris ini seringkali merupakan hasil dari proses pemboran lubang. Laser yang digunakan untuk membuat lubang mikrovia tidak membuat hampir sebanyak debris dibandingkan proses pemboran lubang lainnya, jadi mikrovia memiliki risiko ICD berbasis debris yang lebih rendah. Namun, tetap penting bagi produsen untuk memeriksa untuk memastikan semua lubang bebas dari semua debris, residu, drill smear, fiberglass, filler nonorganik, dan bahan lain sebelum diisi dengan tembaga.

Di seluruh berbagai jenis via, ICD berbasis debris semakin umum, mungkin karena lebih banyak fabrikan menggunakan bahan DK rendah/DF rendah. Bahan-bahan ini paling hemat biaya dalam banyak cara, tetapi mereka seringkali membuat lebih banyak debris dan lebih resisten secara kimiawi terhadap pembersihan dibandingkan bahan lain seperti bahan epoksi FR-4 standar.

 

ICD Kegagalan Ikatan Tembaga

Jenis ICD umum lainnya adalah kegagalan ikatan tembaga. Jenis ini mungkin terjadi karena stres tinggi selama pengaturan atau penggunaan, ikatan tembaga yang lemah, atau kombinasi dari kedua kondisi ini. Ketika ICD kegagalan ikatan tembaga terjadi, koneksi tembaga secara fisik terputus. Semakin lemah ikatan tembaga, semakin sedikit stres yang diperlukan untuk memutusnya.

Prevalensi ICD kegagalan ikatan tampaknya semakin meningkat, mungkin karena lebih banyak produsen menggunakan PCB yang lebih tebal dan suhu pengelasan bebas timbal yang lebih tinggi. Ukuran lubang yang lebih besar dan pengelasan gelombang juga dapat meningkatkan kemungkinan terjadinya kegagalan ikatan tembaga. Kegagalan ikatan tembaga terjadi pada mikrovia serta via standar.

 

Void dan Keandalan

Masalah umum yang terjadi dalam proses plating tembaga untuk mikrovia meliputi pengisian yang tidak lengkap, dimples, dan void. Defect ini dapat menyebabkan masalah keandalan. Menurut studi dari peneliti di Universitas Maryland, pengisian tembaga yang tidak lengkap meningkatkan tingkat stres pada mikrovia, mengurangi umur fatigue-nya, yaitu jumlah siklus beban (stres) yang dapat ditahan sampel sebelum gagal.

Dampak void pada keandalan mikrovia bergantung pada karakteristik void, seperti ukuran, bentuk, dan lokasi. Sebagai contoh, void bola kecil sedikit meningkatkan umur fatigue mikrovia, sedangkan kondisi void yang parah secara signifikan mengurangi umurnya.

 

Proses Pengisian Tembaga untuk Mikrovia Buta

Setelah membuat lubang mikrovia, produsen akan memasukkan tembaga murni atau epoksi resin dengan tembaga ke dalamnya untuk menghubungkan sirkuit lapisan dalam ke permukaan PCB. Tembaga ini memungkinkan Anda untuk menempatkan komponen atau konektor di permukaan papan dan memungkinkan sirkuit untuk terhubung antara lapisan.

Saat bekerja dengan mikrovia buta, mengisi lubang mikrovia tanpa additif biasanya menghasilkan terbentuknya void. Produsen selalu menyetorkan tembaga hingga via tertutup, tetapi jika additif tidak digunakan, lebih sedikit tembaga yang disetorkan di dalam via dibandingkan di permukaan, dan void dapat terbentuk.

Additif organik tertentu menghambat penyetoran di permukaan dan membantu meningkatkan plating dalam mikrovia buta, yang mengarah pada penyetoran konformal. Plating konformal juga meningkatkan rasio aspek mikrovia buta, yang membatasi solusi dan transportasi massa ke dalamnya. Proses ini terkadang menghasilkan mikrovia dengan lempeng di tengah.

Anda juga dapat mengisi mikrovia buta dengan tembaga menggunakan metode bottom-up, yang melibatkan penyetoran tembaga secara prioritas pada capture pad. Proses ini secara ideal akan menghasilkan dimple rendah dengan jumlah plating tembaga permukaan yang minimum.

Saat Anda mengisi lubang via dengan tembaga, penting untuk memastikan bahwa lapisan tembaga dalam via merata dan bahwa Anda tidak membuat lapisan luar terlalu tebal. Tembaga berlebih menambahkan bobot yang tidak perlu pada PCB dan dapat menghasilkan terlalu banyak tembaga pada traces. Masalah ini kemudian dapat menghasilkan defect, gagal memenuhi spesifikasi, atau biaya yang meningkat, yang bahkan lebih penting pada mikrovia dibandingkan via reguler karena spesifikasi desainnya lebih ketat.

Pertimbangan penting saat mengisi mikrovia buta adalah apakah akan menggunakan tembaga murni atau epoksi resin dan tembaga. Penggunaan tembaga murni adalah metode yang lebih tradisional, tetapi pendekatan ini dapat menyebabkan terbentuknya void. Kontaminan juga dapat tertangkap dalam tembaga. Membiarkan recess di bagian atas pengisian dapat membantu mencegah masalah ini dari terjadi.

Salah satu pendekatan untuk mengisi lubang melalui pada dasarnya menciptakan dua mikrovia buta. Proses ini melibatkan penggunaan plating konformal terlebih dahulu lalu beralih ke pulse plating agresif, yang menghasilkan pembentukan bentuk X dalam lubang yang dibentuk oleh dua segitiga tembaga di setiap dinding lubang. Bentuk ini pada dasarnya menciptakan dua mikrovia buta, satu di setiap sisi PCB. Pada langkah berikutnya, Anda akan mengisi BMV ini sepenuhnya.

Perkembangan terbaru, seperti pengembangan elektrolit tembaga baru, telah membantu membuatnya lebih mudah untuk mengisi mikrovia buta tanpa defect dan tembaga berlebih. Elektrolit untuk pengisian mikrovia buta seringkali memiliki konsentrasi tembaga yang tinggi, konsentrasi asam sulfat yang rendah, dan ion klorida. Additif elektrolit organik yang digunakan untuk mengontrol karakteristik lapisan biasanya mencakup starter, grain refiner, dan leveler.

 

Mikrovia Buta Terisi Tembaga dari Millennium Circuits Limited

Apakah Anda membutuhkan PCB dengan mikrovia terisi tembaga? Kami dapat mengkoordinir pembuatan PCB ini dan memastikan Anda menerima papan yang dibuat sesuai spesifikasi yang Anda butuhkan. Kami juga dapat menyediakan PCB dengan berbagai fitur khusus, finishing permukaan, dan bahan dasar lainnya. Kami akan memenuhi pesanan kecil dan besar dengan waktu turnaround yang cepat.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang via buta terisi tembaga dan kemampuan kami, kunjungi situs web kami, hubungi kami, atau minta penawaran hari ini.