Dagens mönsterkort blir allt mer komplexa, och de används i allt tuffare miljöer. Lösningen är mer avancerade tillverkningsmetoder och tätare koppling mellan konstruktion och tillverkning.


Mönsterkort, kretskort, PCB eller helt enkelt "kort" - det finns många namn på elektronikkomponenten som inte riktigt är en komponent bland andra komponenter. Mönsterkortet är istället elektronikens mekaniska bärare, som dessutom innehåller den elektriska infrastrukturen i form av ledare i skikt efter skikt.

Mönsterkortet är en dyr komponent. Ofta är den till och med dyrare än de dyraste komponenter som sedan sätts på kortet. Samtidigt följer mönsterkorten samma utveckling som andra komponenter. De blir mer komplexa och kräver alltmer invecklade tillverkningsprocesser. Fler kanaler, högre packning av komponenter, högre arbetsfrekvenser samt högre effekter och effekttätheter tvingar fram en alltmer raffinerad tillverkning.

Korten används också i miljöer som blir tuffare i alla avseenden: elektriskt, termiskt och mekaniskt. Motorrum i bilar är en hård miljö för korten, men det är också bärbar hemelektronik.

Eftersom allt fler komponenter ska packas in på allt mindre mönsterkort blir det svårare och svårare att och tillverka korten. Konstruktörernas optimism leder ibland till att de specificerar kort som knappt går att tillverka.

- Det vanligaste felet är att de tar till för små toleranser, säger Bernt Brännström vid mönsterkortstillverkaren Kretselektronik AB i Kalix.

- De vill ha för små hål eller för tätt mellan ledarna i förhållande till vad som är möjligt - eller snarare, i förhållande till vad som är rimligt. Visst kan man göra kort med väldigt små toleranser, men då blir det också väldigt dyrt.



Allt svårare konstruera


Miniatyriseringen, den tätare packningen, kapslar, stigande frekvenser och sjunkande drivspänningar försvårar även konstruktionen av mönsterkorten. Datorprogram för kortkonstruktion ger å andra sidan kortkonstruktörerna en hel del hjälp.

Programmen tar stor hänsyn till rent kretsmässiga aspekter. De har drag av det som ibland kallas för expertsystem eller kunskapsbaserade system, men "kunskapen" uttrycks inte med kretskonstruktörens vokabulär. Ett elektriskt villkor, till exempel för överhörning, kan uttryckas som en begränsning av till exempel ledarlängden eller avståndet mellan ett par ledare.

Vid små eller medelstora företag gör ofta elektronikkonstruktörerna själva layouten.

Så är det på Swedish Microwave i Motala. Företaget har 20 anställda och tillverkar mikrovågsutrustningar för frekvensområdet 1-15 GHz. Dit hör mikrovågshuvuden för satellitmottagare.

- Den som konstruerar kretsarna gör också kortlayouten och simuleringen, säger Torsten Ståhlberg, vd på Swedish Microwave.

Kortkonstruktionen måste simuleras för att man ska vara säker på att allt fungerar som avsett. Mikrovågsfrekvenser ställer extra stora krav på att ledarna har rätt bredd och längd.

- Det är framför allt två faktorer som styr hur simuleringen stämmer med verkligheten. Den ena är hur bra modellerna för simuleringen av funktioner är. Den andra är vilka egenskaper som komponenterna representeras av i programmet, särskilt s-parametrarna.



Simuleringarna avviker


- Simuleringarna stämmer inte riktigt med de mätningar som vi gör på de färdiga korten, särskilt inte när man kommer upp i frekvenser över 12 GHz. Det kan bero på s-parametrarna, men också på hur vi gör mätningarna. De fixturer som används vid mätningarna kan nog påverka resultatet, säger Torsten Ståhlberg.

Felen ser han inte som något problem, utan snarare som en avvikelse från idealen.

- Om en kortkonstruktion har klarat sig igenom simuleringen fungerar det också bra i verkligheten.

Simuleringen görs inte på hela konstruktionen på en gång, för det skulle bli för omfattande beräkningar. Istället simulerar man olika delar var för sig, något som går lika bra.

Programmet körs på en persondator under Windows 95. Vid Swedish Microwave har de använt samma program, låt vara i olika versioner, sedan flera år tillbaka. Programmet kommer från Barnard Microsystems Limited i England.

- Märkligt nog har datorprogrammen för att simulera och konstruera mikrovågskort utvecklats långsamt.

- Det kanske beror på att själva korten inte har blivit mer invecklade. Vid de här frekvenserna är det också ointressant med flerlagerskort och den teknik som behövs för det.



Mikrovia verkar lovande


Utvecklingen av mönsterkort för lägre frekvenser än mikrovågor utvecklas däremot snabbare. Den teknik som är mest lovande just nu kallas för mikrovia. Det är ett paraplybegrepp, som omfattar ett tjugotal olika varianter och metoder. På, eller i, mikroviakorten är komponenterna anslutna direkt till ledningsbanorna. Korten innehåller inre förbindningar, mikrovior, som förbinder vissa lager i korten. Hålen i korten är, liksom mikroviorna, mikroskopiskt små, med diametrar ned till 50 μm.

De hypertunna viorna och hålen gör att man utnyttjar kortlagren mycket bättre än med tidigare teknik. Därför kan man minska antalet lager, ibland ända ned till hälften. Kortytan blir också mindre med mikroviatekniken. Platsbesparingen blir 75-80 procent jämfört med tidigare teknik.

Vid Institutet för verkstadsteknisk forskning, IVF, driver man ett projekt där man provar mikrovia-teknik. Elva företag deltar i projektet, som kallas för "Assembler reliability aspects of microvia boards". På vanlig svenska innebär det att projektet går ut på att se hur mikroviatekniken påverkar tillförlitligheten.

- Vi tar reda på hur tillförlitligheten blir för kort med små komponenter och tät packning, säger Mats Lindgren, som är IVFs projektledare.

- Vi vill veta vad som händer inuti korten och hur komponenterna påverkas.

Mats Lindgren uppskattar att det tar minst två och en halv månad att analysera korten, som tillverkas av de företag som deltar i projektet. Resultatet ska publiceras som en rapport, som kommer ut i början av 1999.

Per Stymne

Frilansjournalist



Manuell borr för grov för mikroviahål


Mikroviahålen är så små att det inte går att borra dem med mekaniska borrar. Istället gör man hålen med hjälp av plasma- , foto- eller laserteknik.

Med plasma och fotometoderna gör man alla hål samtidigt. Plasmametoden bygger på att ett plasma etsar ut hålen genom ett täcklager av koppar och in i dielektrikumet under det. Det går att göra invecklade hål och vior, men många tillverkare anser att de nyare foto- och laserprocesserna är lättare att arbeta med.

Fotoviametoden är fotografisk. Där använder man masker, vilket gör att den är mer lik de klassiska metoderna för att göra mönsterkort. Det kan till och med gå att göra fotoviakort med delvis samma utrustning som används för att göra vanliga mönsterkort.

Ett tredje sätt är att borra med laser. Då borrar man hål efter hål i en följd. Trots att hålen borras sekvensiellt går det mycket snabbt. De nyaste laserborrarna borrar 20 000 hål i minuten. En inskränkning är att metoden inte kan användas för kort som är gjorda av glasfiber.

PS