A medida que la fabricación híbrida de PCB penetra más en la fabricación de microelectrónica, surgen nuevas herramientas de inspección.
Debido a la creciente necesidad de nuestra industria de placas de circuito impreso (PCB) más pequeñas, chip a bordo (CoB), flip chip y factores de forma de cable, la fabricación de microelectrónica está reemplazando la tecnología tradicional de montaje en superficie (SMT) y se está convirtiendo en un compañero de fabricación. vinculación Una variedad de herramientas tradicionales de prueba y verificación de fabricación SMT están bien probadas y en uso hoy en día. Por ejemplo, estos incluyen máquinas de rayos X, inspección óptica automatizada (AOI) y otras que se encuentran en las líneas de ensamblaje y plantas de fabricación de SMT.
Sin embargo, la fabricación de microelectrónica requiere otra nueva clase de microscopios láser de alta potencia y gran aumento, como se muestra en la Figura 1. Estas herramientas se utilizan para inspeccionar la microelectrónica en detalle extremadamente complejo y absoluto. En otras palabras, asegura que la placa y el troquel estén intactos durante la inspección entrante. Además, después de realizar la fabricación, estas herramientas calculan las medidas y obtienen lecturas precisas para confirmar que la fabricación de microelectrónica se realizó de acuerdo con las especificaciones originales y los requisitos del cliente.
Figura 1: La microscopía láser de alta potencia facilita la inspección de detalles complejos y absolutos. (Fuente: NexLogic Technologies, Inc.)
Para garantizar una fabricación microelectrónica confiable, estos microscopios láser de alta potencia realizan una variedad de valiosas tareas de inspección, calibración y verificación. Incluye troquel, epoxi, sangrado de máscara de soldadura, inspección de puente aéreo, cálculos de largo, ancho, alto (eje z) y creación de renderizado 3D.
Para la inspección del molde, revisamos la superficie del molde en busca de defectos con un microscopio. Estos pueden ser todo tipo de daños, como anomalías en la superficie, microfisuras y microfisuras en las esquinas del troquel, corrosión, contaminación y oxidación. En este caso, se espera que la inspección de moho cumpla con MIL STD 883 rev. G o E.
Además, en algunos casos, los ingenieros de procesos calculan mal la cantidad de epoxi necesaria debajo del troquel durante el proceso de fijación del troquel. Cuando esto sucede, se produce el llamado sangrado de resina epoxi. Cuando esto sucede, el troquel no está completamente adherido al sustrato. Más bien, se convierte en un “dado flotante”, por lo que el dado es inestable en un nivel óptimo.
En su lugar, el troquel debe estar 100 % adherido a la base del sustrato o intercalador. De esta manera, la unión de cables se puede realizar con un 100 % de precisión. En tales casos, se utiliza un microscopio láser de alta potencia para inspeccionar la resina epoxi en busca de sangrado para evitar este problema.
Se realiza otra prueba para el sangrado de la máscara de soldadura. Esto se debe a que la máscara puede sangrar en las almohadillas donde se implementan las uniones de alambre. Surge un problema cuando la máscara sobre la superficie de la almohadilla no es suficiente para una unión adecuada.
Un problema similar se refiere a las discrepancias en el tamaño y la colocación de las almohadillas. La Figura 2 muestra las discrepancias en el tamaño de la almohadilla primera, segunda y tercera. Una almohadilla mide 49,3 µm, o alrededor de 2 mils. La segunda almohadilla es de 44,5 µm. La tercera almohadilla es de 70,4 µm. Esto significa que hay aproximadamente una diferencia del tamaño de la almohadilla del 40 % entre la almohadilla n.° 1 y la almohadilla n.° 3. Esta diferencia no cumple con la precisión requerida para aplicaciones de unión de alambre de precisión.
Figura 2: Almohadillas no coincidentes del n.° 1 al n.° 2 al n.° 3 (Fuente: NexLogic Technologies, Inc.)
La razón por la que las almohadillas tienen que tener el tamaño exacto es porque estas almohadillas son muy pequeñas. Por ejemplo, 2 o 3 mils, o 50 o 75 µm, respectivamente. No solo deben tener un tamaño exacto, sino que la distancia entre las almohadillas debe ser uniforme en todo el patrón de las almohadillas en las que se ensamblan las uniones de cables.
¿Por qué son importantes la consistencia y la precisión del tamaño de la almohadilla? Estos factores de confiabilidad son importantes por la sencilla razón de que se utilizan cables muy finos para ensamblar microelectrónica. Estamos hablando de alambre de 1,5 mil y 2 mil. Por ejemplo, un cable de 2 mil de ancho unido a una almohadilla de menos de 2 mil es muy poco confiable. Esto no crea una unión de unión de cables robusta y confiable porque el tamaño de la almohadilla es menor que el ancho del cable montado en la placa o PCB.
Un microscopio láser de alta potencia encuentra estas discrepancias e imprecisiones. Inspeccione el tamaño de la almohadilla con tolerancias de micras con una precisión de ±0,5 micras. Calculan la distancia de un pad a otro así como pads simultáneos. Al hacerlo, la placa o PCB se puede volver a inspeccionar y ensamblar con éxito. Esto se denomina inspección de la placa entrante y, cuando se somete a la verificación del microscopio láser, se puede ver una impresión 2D de las conexiones de los cables, como se muestra en la Figura 3.
Figura 3: Impresión 2D de tres hilos dorados (Fuente: NexLogic Technologies, Inc.)
residuo
Además, los residuos de fundente y epoxi pueden causar problemas similares. Si se está realizando la fabricación híbrida de PCB (es decir, una combinación de fabricación SMT y microelectrónica), es probable que queden residuos de la fabricación SMT. Estos residuos pueden permanecer en el sustrato de la PCB o penetrar en las áreas donde se colocan los microelectrónicos. Por lo tanto, la superficie está contaminada. Cuando esto sucede, se vuelve difícil, si no imposible, hacer una unión con la almohadilla de unión de cables.
Por lo tanto, la limpieza es esencial. Cuanto más delgada sea la unión del cable, más precisión debe tener la almohadilla. Por lo general, los cables delgados que se usan para las almohadillas están muy cerca uno del otro. Cuando se utiliza el alambre más delgado o fino de 7/10 mil, se debe aplicar alcohol isopropílico (IPA) o gas argón durante la limpieza con plasma para dejar la superficie lo más limpia posible.
Un microscopio láser de alta potencia también confirma que el puente de aire está en el área activa y es adecuado. Como sugiere el nombre, se crea un puente de aire o bucle conectando un enlace de cable desde el punto A al punto C y pasando por el punto B, sin pasar por un componente entre otros dos componentes. Mire el puente de aire con un microscopio para asegurarse de que sea correcto. No doble ni toque los componentes puenteados. Si es así, eventualmente creará una junta corta o inestable que causará problemas primero o más tarde en el campo.
Además de este tipo de inspecciones, los cálculos precisos y las representaciones en 3D son importantes, ya que la fabricación de microelectrónica exige la máxima precisión. El papel que desempeñan estos microscopios láser de alta potencia es calcular la longitud, el ancho y la altura (eje z).
La unión de cables puede causar restricciones de altura. Por lo tanto, estos osciloscopios no solo miden el eje z en estos casos, sino que también calculan con mayor precisión la distancia entre dos componentes, como la distancia entre un troquel y un sustrato o almohadilla. Además, el tamaño de la almohadilla y los cálculos de espesor X, Y, Z para la máscara de soldadura colocada en la PCB son inconsistentes. Esto asegura que no se aplique una cantidad excesiva de pasta de soldar que interfiera con el proceso de unión de cables microelectrónicos.
También puede ser necesario montar el molde en cavidades sobre bases con acabado superficial Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) o Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold (ENEPIG). Los troqueles deben controlarse con mucha precisión en altura y deben poder encajar perfectamente en sus cavidades antes de unir los cables mediante la unión de cables después de unir los troqueles. Un telescopio de gran aumento es una gran herramienta para ver la profundidad de la cavidad y medir la altura a lo largo del eje z.
representación 3D
Finalmente, entra en juego el renderizado 3D. Estos osciloscopios crean representaciones en 3D de las almohadillas, la altura de la placa y la altura de la pasta, lo que permite a los ingenieros de procesos calcular la distancia entre la placa y las conexiones de los cables, y el grosor del epoxi o la pasta de soldadura que se utiliza. La figura 4 muestra una representación en 3D de los mismos tres enlaces de alambre de oro que se muestran en la figura 3, lo que brinda una imagen más realista.
Figura 4: Representación 3D de los mismos tres enlaces de alambre de oro que la Figura 3 (Fuente: NexLogic Technologies, Inc.)
El cálculo de perfiles de unión de alambres complejos y finos es absolutamente esencial. Por ejemplo, se crean perfiles 3D para mediciones de altura de precisión de 5 μm de bucles de unión de cables. Este perfil 3D te permite ver diferentes lados. Estos incluyen el espesor de la matriz y el epoxi, y la distancia entre el sustrato o intercalador y la matriz. La creación de este perfil 3D brinda una imagen muy clara y es fácil de medir. También ofrece imágenes muy agradables. Esta es una evidencia cuantitativa de un montaje microelectrónico eficaz y deficiente.
Como se mencionó aquí, las herramientas heredadas altamente efectivas están demostrando ser valiosas en la fabricación SMT actual. Sin embargo, un microscopio láser de alta potencia más nuevo y completamente diferente está dando a conocer su presencia en el ensamblaje y la fabricación de microelectrónica de PCB para inspeccionar y probar detalles complejos de micronivel.