הפצת חומרי מיגון EMI: חלופה לקפיצה

הגנה על מערכות אלקטרוניות מפני הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) הפכה לנושא חם. התקדמות טכנולוגית בתקני 5G, טעינה אלחוטית לאלקטרוניקה ניידת, שילוב אנטנות במארז, והכנסת System in Package (SiP) מניעה את הצורך במיגון ובבידוד EMI טובים יותר בחבילות רכיבים ובאפליקציות מודולריות גדולות יותר. עבור מיגון קונפורמי, חומרי מיגון EMI עבור המשטחים החיצוניים של האריזה מופקדים בעיקר באמצעות תהליכי שקיעת אדים פיזיים (PVD) תוך שימוש בטכנולוגיית אריזה מוקדמת עבור יישומי אריזה פנימיים. עם זאת, בעיות המדרגיות והעלות של טכנולוגיית הריסוס, כמו גם ההתקדמות בחומרים מתכלים, מובילים לבחינת שיטות ריסוס חלופיות עבור מיגון EMI.
המחברים ידונו בפיתוח תהליכי ציפוי בהתזה ליישום חומרי מיגון EMI על המשטחים החיצוניים של רכיבים בודדים על רצועות ואריזות SiP גדולות יותר. באמצעות חומרים וציוד חדש שפותחו ומשופרים לתעשייה, הוכח תהליך המעניק כיסוי אחיד על אריזות בעובי של פחות מ-10 מיקרון וכיסוי אחיד סביב פינות האריזה ודפנות האריזה. יחס עובי דופן צד 1:1. מחקר נוסף הראה כי ניתן להפחית את עלות הייצור של מריחת מיגון EMI על אריזות רכיבים על ידי הגדלת קצב הריסוס ויישום ציפויים סלקטיביים באזורים ספציפיים של האריזה. בנוסף, עלות ההון הנמוכה של הציוד וזמן ההקמה הקצר יותר של ציוד ריסוס בהשוואה לציוד ריסוס משפרים את יכולת הגדלת כושר הייצור.
בעת אריזת אלקטרוניקה ניידת, חלק מהיצרנים של מודולי SiP מתמודדים עם הבעיה של בידוד רכיבים בתוך ה-SiP זה מזה ומהחוץ כדי להגן מפני הפרעות אלקטרומגנטיות. חריצים נחתכים סביב הרכיבים הפנימיים ומשחה מוליכה מוחלת על החריצים כדי ליצור כלוב קטן יותר של Faraday בתוך המארז. ככל שעיצוב התעלה מצטמצם, יש צורך לשלוט בנפח ובדיוק של מיקום החומר הממלא את התעלה. מוצרי הפיצוץ המתקדמים האחרונים שולטים בנפח ורוחב זרימת האוויר הצר מבטיח מילוי תעלה מדויק. בשלב האחרון, החלק העליון של תעלות מלאות משחה אלו מודבקים זה לזה על ידי מריחת ציפוי מיגון EMI חיצוני. ציפוי ריסוס פותר את הבעיות הקשורות בשימוש בציוד קיצוץ ומנצל את חומרי ה-EMI וציוד ההשקעה משופרים, ומאפשר לייצר אריזות SiP בשיטות אריזה פנימיות יעילות.
בשנים האחרונות, מיגון EMI הפך לדאגה גדולה. עם האימוץ המיינסטרים ההדרגתי של טכנולוגיית 5G אלחוטית וההזדמנויות העתידיות ש-5G יביא לאינטרנט של הדברים (IoT) ולתקשורת קריטית למשימה, גדל הצורך להגן ביעילות על רכיבים ומכלולים אלקטרוניים מפני הפרעות אלקטרומגנטיות. חִיוּנִי. עם תקן ה-5G האלחוטי הקרוב, תדרי האות ב-600 מגה-הרץ עד 6 ג'יגה-הרץ ורצועות גל מילימטר יהפכו נפוצים וחזקים יותר ככל שהטכנולוגיה תאומצם. כמה מקרי שימוש ויישומים מוצעים כוללים חלונות לבנייני משרדים או תחבורה ציבורית כדי לעזור לשמור על תקשורת למרחקים קצרים יותר.
מכיוון שלתדרי 5G יש קושי לחדור קירות וחפצים קשים אחרים, יישומים מוצעים אחרים כוללים משחזרים בבתים ובבנייני משרדים כדי לספק כיסוי הולם. כל הפעולות הללו יובילו לעלייה בשכיחות האותות בפסי התדרים של 5G ולסיכון גבוה יותר לחשיפה להפרעות אלקטרומגנטיות בפסי התדרים הללו ובהרמוניות שלהם.
למרבה המזל, ניתן להגן על EMI על ידי מריחת ציפוי מתכת דק ומוליך על רכיבים חיצוניים והתקני System-in-Package (SiP) (איור 1). בעבר, מיגון EMI יושם על ידי הצבת פחיות מתכת מוטבעות סביב קבוצות של רכיבים, או על ידי מריחת סרט מיגון על רכיבים בודדים. עם זאת, ככל שהחבילות והתקני הקצה ממשיכים להיות ממוזערים, גישת המיגון הזו הופכת לבלתי מקובלת בשל מגבלות הגודל והגמישות להתמודד עם תפיסות החבילות המגוונות והלא אורתוגונליות שנמצאות יותר ויותר בשימוש באלקטרוניקה ניידת ולבישה.
כמו כן, כמה עיצובי חבילות מובילים נעים לקראת כיסוי סלקטיבי רק אזורים מסוימים של החבילה עבור מיגון EMI, במקום לכסות את כל החלק החיצוני של החבילה בחבילה מלאה. בנוסף למיגון EMI חיצוני, מכשירי SiP חדשים דורשים מיגון מובנה נוסף המובנה ישירות בחבילה כדי לבודד נכון את הרכיבים השונים זה מזה באותה חבילה.
השיטה העיקרית ליצירת מיגון EMI על אריזות רכיבים יצוקים או התקני SiP יצוקים היא ריסוס שכבות מרובות של מתכת על פני השטח. על ידי קפיצה, ניתן להפקיד ציפויים אחידים דקים מאוד של מתכת טהורה או סגסוגות מתכת על משטחי אריזה בעובי של 1 עד 7 מיקרומטר. מכיוון שתהליך הקפיצה מסוגל להפקיד מתכות ברמת האנגסטרם, המאפיינים החשמליים של הציפויים שלו היו יעילים עד כה עבור יישומי מיגון טיפוסיים.
עם זאת, ככל שהצורך בהגנה גדל, לקפיצה יש חסרונות מהותיים המונעים ממנו לשמש כשיטה ניתנת להרחבה עבור יצרנים ומפתחים. עלות ההון הראשונית של ציוד ריסוס גבוהה מאוד, בטווח של מיליוני דולרים. בשל התהליך הרב קאמרי, קו ציוד ההתזה דורש שטח גדול ומגדיל עוד יותר את הצורך בנדל"ן נוסף עם מערכת העברה משולבת לחלוטין. תנאים טיפוסיים של תא הקפיצה יכולים להגיע לטווח של 400 מעלות צלזיוס כאשר עירור הפלזמה מקרטז את החומר ממטרה המקרטעת אל המצע; לכן, נדרש מתקן הרכבה של "צלחת קרה" כדי לקרר את המצע כדי להפחית את הטמפרטורות שחוו. במהלך תהליך השקיעה, המתכת מופקדת על מצע נתון, אך ככלל, עובי הציפוי של הקירות הצדדיים האנכיים של חבילת תלת מימד הוא בדרך כלל עד 60% בהשוואה לעובי שכבת השטח העליונה.
לבסוף, בשל העובדה שקפיצה היא תהליך שקיעה בקו ראייה, חלקיקי מתכת לא יכולים להיות מופקדים באופן סלקטיבי או שיש להפקיד אותם מתחת למבנים תלויים וטופולוגיות, מה שעלול להוביל לאובדן חומר משמעותי בנוסף להצטברותו בתוך קירות החדר; לכן, זה דורש תחזוקה רבה. אם יש להשאיר אזורים מסוימים של מצע נתון חשופים או שאין צורך במיגון EMI, יש גם להסוות את המצע מראש.
הגנה על מערכות אלקטרוניות מפני הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) הפכה לנושא חם. התקדמות טכנולוגית בתקני 5G, טעינה אלחוטית לאלקטרוניקה ניידת, שילוב אנטנות במארז, והכנסת System in Package (SiP) מניעה את הצורך במיגון ובבידוד EMI טובים יותר בחבילות רכיבים ובאפליקציות מודולריות גדולות יותר. עבור מיגון קונפורמי, חומרי מיגון EMI עבור המשטחים החיצוניים של האריזה מופקדים בעיקר באמצעות תהליכי שקיעת אדים פיזיים (PVD) תוך שימוש בטכנולוגיית אריזה מוקדמת עבור יישומי אריזה פנימיים. עם זאת, בעיות המדרגיות והעלות של טכנולוגיית הריסוס, כמו גם ההתקדמות בחומרים מתכלים, מובילים לבחינת שיטות ריסוס חלופיות עבור מיגון EMI.
המחברים ידונו בפיתוח תהליכי ציפוי בהתזה ליישום חומרי מיגון EMI על המשטחים החיצוניים של רכיבים בודדים על רצועות ואריזות SiP גדולות יותר. באמצעות חומרים וציוד חדש שפותחו ומשופרים לתעשייה, הוכח תהליך המעניק כיסוי אחיד על אריזות בעובי של פחות מ-10 מיקרון וכיסוי אחיד סביב פינות האריזה ודפנות האריזה. יחס עובי דופן צד 1:1. מחקר נוסף הראה כי ניתן להפחית את עלות הייצור של מריחת מיגון EMI על אריזות רכיבים על ידי הגדלת קצב הריסוס ויישום ציפויים סלקטיביים באזורים ספציפיים של האריזה. בנוסף, עלות ההון הנמוכה של הציוד וזמן ההקמה הקצר יותר של ציוד ריסוס בהשוואה לציוד ריסוס משפרים את יכולת הגדלת כושר הייצור.
בעת אריזת אלקטרוניקה ניידת, חלק מהיצרנים של מודולי SiP מתמודדים עם הבעיה של בידוד רכיבים בתוך ה-SiP זה מזה ומהחוץ כדי להגן מפני הפרעות אלקטרומגנטיות. חריצים נחתכים סביב הרכיבים הפנימיים ומשחה מוליכה מוחלת על החריצים כדי ליצור כלוב קטן יותר של Faraday בתוך המארז. ככל שעיצוב התעלה מצטמצם, יש צורך לשלוט בנפח ובדיוק של מיקום החומר הממלא את התעלה. מוצרי הפיצוץ המתקדמים האחרונים שולטים בנפח ורוחב זרימת אוויר צר מבטיח מילוי תעלה מדויק. בשלב האחרון, החלק העליון של תעלות מלאות משחה מודבקות זו לזו על ידי מריחת ציפוי מגן EMI חיצוני. ציפוי ריסוס פותר את הבעיות הקשורות בשימוש בציוד קיצוץ ומנצל את חומרי ה-EMI וציוד ההשקעה משופרים, ומאפשר לייצר אריזות SiP בשיטות אריזה פנימיות יעילות.
בשנים האחרונות, מיגון EMI הפך לדאגה גדולה. עם האימוץ המיינסטרים ההדרגתי של טכנולוגיית 5G אלחוטית וההזדמנויות העתידיות ש-5G יביא לאינטרנט של הדברים (IoT) ולתקשורת קריטית למשימה, גדל הצורך להגן ביעילות על רכיבים ומכלולים אלקטרוניים מפני הפרעות אלקטרומגנטיות. חִיוּנִי. עם תקן ה-5G האלחוטי הקרוב, תדרי האות ב-600 מגה-הרץ עד 6 ג'יגה-הרץ ורצועות גל מילימטר יהפכו נפוצים וחזקים יותר ככל שהטכנולוגיה תאומצם. כמה מקרי שימוש ויישומים מוצעים כוללים חלונות לבנייני משרדים או תחבורה ציבורית כדי לעזור לשמור על תקשורת למרחקים קצרים יותר.
מכיוון שלתדרי 5G יש קושי לחדור קירות וחפצים קשים אחרים, יישומים מוצעים אחרים כוללים משחזרים בבתים ובבנייני משרדים כדי לספק כיסוי הולם. כל הפעולות הללו יובילו לעלייה בשכיחות האותות בפסי התדרים של 5G ולסיכון גבוה יותר לחשיפה להפרעות אלקטרומגנטיות בפסי התדרים הללו ובהרמוניות שלהם.
למרבה המזל, ניתן להגן על EMI על ידי מריחת ציפוי מתכת דק ומוליך על רכיבים חיצוניים והתקני System-in-Package (SiP) (איור 1). בעבר, מיגון EMI יושם על ידי הצבת פחיות מתכת מוטבעות סביב קבוצות של רכיבים, או על ידי מריחת סרט מיגון על רכיבים מסוימים. עם זאת, ככל שהחבילות והתקני הקצה ממשיכים להיות ממוזערים, גישת המיגון הזו הופכת לבלתי מקובלת בשל מגבלות הגודל והגמישות להתמודד עם מגוון מושגי החבילה הלא אורתוגונליים שנמצאים יותר ויותר באלקטרוניקה ניידת ולבישה.
כמו כן, כמה עיצובי חבילות מובילים נעים לקראת כיסוי סלקטיבי רק אזורים מסוימים של החבילה עבור מיגון EMI, במקום לכסות את כל החלק החיצוני של החבילה בחבילה מלאה. בנוסף למיגון EMI חיצוני, מכשירי SiP חדשים דורשים מיגון מובנה נוסף המובנה ישירות בחבילה כדי לבודד נכון את הרכיבים השונים זה מזה באותה חבילה.
השיטה העיקרית ליצירת מיגון EMI על אריזות רכיבים יצוקים או התקני SiP יצוקים היא ריסוס שכבות מרובות של מתכת על פני השטח. על ידי קפיצה, ניתן להפקיד ציפויים אחידים דקים מאוד של מתכת טהורה או סגסוגות מתכת על משטחי אריזה בעובי של 1 עד 7 מיקרומטר. מכיוון שתהליך הקפיצה מסוגל להפקיד מתכות ברמת האנגסטרם, המאפיינים החשמליים של הציפויים שלו היו יעילים עד כה עבור יישומי מיגון טיפוסיים.
עם זאת, ככל שהצורך בהגנה גדל, לקפיצה יש חסרונות מהותיים המונעים ממנו לשמש כשיטה ניתנת להרחבה עבור יצרנים ומפתחים. עלות ההון הראשונית של ציוד ריסוס גבוהה מאוד, בטווח של מיליוני דולרים. בשל התהליך הרב קאמרי, קו ציוד ההתזה דורש שטח גדול ומגדיל עוד יותר את הצורך בנדל"ן נוסף עם מערכת העברה משולבת לחלוטין. תנאים טיפוסיים של תא הקפיצה יכולים להגיע לטווח של 400 מעלות צלזיוס כאשר עירור הפלזמה מקרטז את החומר ממטרה המקרטעת אל המצע; לכן, נדרש מתקן הרכבה של "צלחת קרה" כדי לקרר את המצע כדי להפחית את הטמפרטורות שחוו. במהלך תהליך השקיעה, המתכת מופקדת על מצע נתון, אך ככלל, עובי הציפוי של הקירות הצדדיים האנכיים של חבילת תלת מימד הוא בדרך כלל עד 60% בהשוואה לעובי שכבת השטח העליונה.
לבסוף, בשל העובדה שקפיצה היא תהליך שקיעה בקו ראייה, חלקיקי מתכת אינם יכולים להיות מופקדים באופן סלקטיבי או שחייבים להיות מופקדים מתחת למבנים תלויים וטופולוגיות, מה שעלול לגרום לאובדן חומר משמעותי בנוסף להצטברותו בתוך קירות החדר; לכן, זה דורש תחזוקה רבה. אם יש להשאיר אזורים מסוימים של מצע נתון חשופים או שאין צורך במיגון EMI, יש גם להסוות את המצע מראש.
נייר לבן: כאשר עוברים מייצור מבחר קטן לגדול, אופטימיזציה של התפוקה של מספר קבוצות של מוצרים שונים היא קריטית למיצוי פרודוקטיביות הייצור. ניצול קו כללי... הצג את הספר הלבן