Viacvrstvové dosky plošných spojov so svojou viac{0}}vrstvovou vodivou štruktúrou a stabilným elektrickým výkonom sa široko používajú v špičkových{1}}oblastiach, ako sú komunikácie, servery a priemyselné riadiace. 8-vrstvové a 12{4}}vrstvové dosky plošných spojov spadajú do kategórie vysokovrstvových dosiek plošných spojov s komplexnými postupmi spracovania a extrémne vysokými požiadavkami na presnosť zariadenia, procesné parametre a prostredie. Zatiaľ čo ich celkový procesný rámec je podobný, existujú významné rozdiely v kľúčových aspektoch, ako je stohovanie, časy laminácie, presnosť zarovnania, vŕtanie a galvanické pokovovanie v dôsledku zvyšujúceho sa počtu vrstiev. Nasledujúca časť, založená na praktických výrobných skúsenostiach, načrtáva kompletný postup spracovania a kľúčové technologické body pre oba typy viacvrstvových DPS.
1. Pred-spracovanie materiálov a plánovanie stohovania
Predbežné{0}}spracovanie materiálu je základom zabezpečenia stability dosky. 8- aj 12{7}}vrstvové dosky plošných spojov používajú ako materiály jadra laminátové dosky (CCL) plátované meďou (CCL), predimpregnované lamináty (PP fólie) a medenú fóliu, pričom sa líšia iba metódou stohovania. Po príchode surovín je prvým krokom rezanie. Celá rolka CCL je narezaná na jadrové dosky štandardnej{12}}veľkosti podľa výrobných špecifikácií. Okraje rezu musia byť hladké{13}}bez otrepov, aby sa predišlo problémom s delamináciou pri následných procesoch. Následne sa dosky zapečú, aby sa odstránila vlhkosť. Vysoko-vrstvové viacvrstvové dosky ľahko absorbujú vlhkosť; Vysokoteplotné pečenie túto vlhkosť úplne odstráni a zabráni tak chybám, ako sú bubliny a delaminácia po laminácii. Na stohovanie vrstiev 8-vrstvové dosky plošných spojov zvyčajne používajú symetrický vzor stohovania 2+4+2 alebo 4+4, rozdelený na dva alebo tri moduly. Na celkové spojenie sú potrebné iba dve úplné laminácie. Symetrická štruktúra účinne kompenzuje tepelné namáhanie a znižuje pravdepodobnosť deformácie dosky{20}}Vrstva PCB má ešte viac vrstiev, čím sa zdvojnásobí počet vnútorných vodivých a izolačných vrstiev. Bežne sa používa 4+4+4 trojsegmentová stohovacia štruktúra, ktorá si vyžaduje tri nezávislé operácie laminácie. Každý segment stohu musí nezávisle dokončiť výrobu vnútornej vrstvy, zhnednutie a predbežné stohovanie. Čím viac vrstiev, tým vyššia je zložitosť stohovania medzi vrstvami a tým väčšie riziko kumulatívnej odchýlky, čím je kontrola postupnosti stohovania prísnejšia. Prepreg slúži ako medzivrstvová izolácia a spojovací materiál. Pre oba typy dosiek sa vyberajú príslušné špecifikácie na základe hrúbky izolácie a požiadaviek na impedanciu a stohovanie striktne dodržiava pravidlo striedavého usporiadania nosnej dosky a predimpregnovaného laminátu.
2. Proces výroby obvodu vnútornej vrstvy
Vnútorné vrstvy sú nosné jadro pre prenos signálu vo viacvrstvových PCB. Výrobný proces pre vnútorné vrstvy 8- a 12-vrstvových DPS je rovnaký, vrátane povrchovej úpravy dosky, prenosu vzoru, leptania, odstraňovania filmu, kontroly a zhnednutia. 12-vrstvových DPS, vzhľadom na väčší počet vnútorných vrstiev majú vyššie požiadavky na konzistenciu dávkového spracovania.
Čistenie a zdrsňovanie povrchov dosiek
Po rezaní sa jadrová doska najskôr dostane na čistiacu výrobnú linku, kde chemické roztoky a vysokotlakové umývanie{0}}vodou odstránia z povrchu dosky olej, prach a oxidové vrstvy. Následne je medený povrch podrobený mikro-zdrsneniu, aby sa zlepšila priľnavosť medzi fotosenzitívnym filmom a medeným povrchom, čím sa zabráni oddeleniu filmu a poruchám obvodu počas prenosu vzoru. Celý proces čistenia prebieha v čistej miestnosti a vzduchom prenášané častice sú prísne kontrolované, aby sa zabránilo priľnutiu nečistôt na povrch dosky.
Prenos vzoru a leptanie
Po vyčistení sa fotocitlivý suchý film rovnomerne nanesie na jadrovú dosku. Replikácia vzoru je dokončená pomocou laserového priameho zobrazovacieho zariadenia. Táto metóda ponúka vysokú presnosť zarovnania a môže spĺňať požiadavky na spracovanie jemných obvodov. Po zobrazení sa na rozpustenie suchého filmu v neexponovaných oblastiach použije vyvolávací roztok, čím sa obnažia oblasti medenej fólie, ktoré sa majú leptať. Ďalej sa začína proces leptania pomocou špecializovaného roztoku na leptanie na odstránenie prebytočnej odkrytej medenej fólie, pričom ponechajú len kompletné vodivé čiary vnútornej vrstvy. Počas spracovania sa teplota roztoku a tlak striekania monitorujú v reálnom čase a množstvo bočného leptania je prísne kontrolované, aby sa zabezpečili čisté okraje. Po leptaní sa použije stripovací roztok na odstránenie akéhokoľvek zostávajúceho suchého filmu z povrchu dosky, čím sa odkryjú čiary z čistej medi.
Kontrola vnútornej vrstvy a úprava zhnednutia Všetky dosky jadra vnútornej vrstvy prechádzajú automatizovanou optickou kontrolou, aby sa rýchlo identifikovali chyby, ako sú otvorené obvody, skraty a medzery. Chybné dosky sa priamo triedia a prerábajú. Kvalifikované jadrové dosky vstupujú do procesu hnednutia, čo je rozhodujúci krok pred viacvrstvovou lamináciou dosiek. Prostredníctvom chemického ošetrenia sa na povrchu medeného obvodu vytvorí rovnomerná drsná vrstva oxidu, čím sa výrazne zlepší pevnosť spojenia medzi povrchom medi a predimpregnovaným laminátom, čím sa zabráni delaminácii medzivrstvy. V prípade 12-vrstvových dosiek plošných spojov s viac ako 8 vnútornými vrstvami musia byť parametre hnednutia rovnomerne kalibrované, aby sa zabezpečili konzistentné zdrsňovacie účinky na každej jadrovej doske vnútornej vrstvy.
3. Základný proces vrstvenej laminácie
Laminovanie je základným procesom pri výrobe viacvrstvových PCB a významným rozdielom medzi 8-vrstvovými a 12-vrstvovými procesmi PCB. Zvýšenie počtu vrstiev vedie ku komplexnej modernizácii počtu laminácií, presnosti zarovnania, profilov regulácie teploty a parametrov tlaku, ktoré priamo určujú celkovú štrukturálnu pevnosť a výťažnosť dosky.
1). Pred-stohovanie a umiestnenie Podľa pred-nastavenej štruktúry stohu sa hnedá vnútorná jadrová doska, predimpregnovaný laminát a vonkajšia medená fólia ukladajú postupne. 8-vrstvové dosky plošných spojov, kvôli menšiemu počtu laminácií väčšinou používajú na umiestnenie mechanické kolíky, čo umožňuje kontrolu medzivrstvového posunu v rozumnom rozsahu, čím sa výrazne zvyšuje riziko medzivrstvových laminácií troch vrstiev. Stohovanie v strednom{7}}segmente a celkové stohovanie vyžadujú laserový polohovací systém, ktorého presnosť polohovania ďaleko prevyšuje tradičné mechanické polohovanie a zabezpečuje presné zarovnanie desiatok vrstiev. Dočasné nitovanie sa vykonáva po stohovaní, aby sa zabránilo posunutiu vrstvy počas prepravy.
2). Vytvrdzovanie vákuovým lisom Naskladané dosky sa posielajú do vákuového laminátora. Vákuové prostredie úplne odstraňuje medzivrstvový vzduch, čím zabraňuje tvorbe bublín. Oba typy dosiek využívajú segmentovaný proces ohrevu a gradientného tlakovania. Po prvé, nízkoteplotné predlisovanie-umožňuje predimpregnovanému laminátu, aby sa na začiatku roztopil a roztiekol, čím sa vyplnia malé medzery medzi vrstvami. Potom sa teplota a tlak zvýšia pre hlavné natlakovanie, čo umožní predimpregnovanému laminátu úplne impregnovať povrch jadrovej dosky. Nakoniec sa vytvrdzuje pri konštantnej teplote, pričom živica úplne vytvrdne a všetky vrstvy sa spoja do jednotnej štruktúry. Teplotné a tlakové parametre pre dve laminácie 8-vrstvovej PCB sú relatívne široké, čo vedie k vyššej tolerancii procesných chýb. V prípade 12-vrstvovej dosky plošných spojov vyžaduje každá segmentovaná laminácia samostatne nastavenú krivku regulácie teploty. Viacnásobné horúce lisy nepretržite akumulujú tepelné napätie, preto rýchlosť ohrevu a ochladzovania, časy zdržania a úrovne tlaku potrebujú presnú kontrolu. Doba zdržania pre každú lamináciu je dlhšia, aby sa zabezpečilo súčasné vytvrdnutie viacerých vrstiev živice, čím sa zabráni deformácii dosky a nerovnomernému vnútornému namáhaniu. Po každom kole laminácie sa dosky nechajú prirodzene vychladnúť na izbovú teplotu pred ďalším kolom laminácie a lisovania, kým sa všetky vrstvy nespojí.
4. Proces vŕtania a metalizácie otvorov
Po laminácii celá doska vstupuje do procesu vŕtania. Otvory sú kľúčovými kanálmi pre medzivrstvovú vodivosť. Rozdiely v hrúbke dosky a počte vrstiev majú za následok výrazné rozdiely v parametroch vŕtania, obtiažnosti spracovania a galvanizačných procesoch medzi 8-vrstvovými a 12-vrstvovými PCB.
Mechanické vŕtanie Viac{0}}vrstvové dosky plošných spojov používajú karbidové vrtáky na mechanické vŕtanie, pričom príslušné špecifikácie vrtákov zodpovedajú rôznym požiadavkám na priemer otvoru. 8-vrstvové dosky plošných spojov majú tenšiu dosku a menšiu hĺbku vŕtania; parametre rýchlosti vŕtania a rýchlosti posuvu sa nastavujú konvenčne a presnosť polohy otvoru sa ľahko kontroluje. 12-dosky plošných spojov vrstiev majú väčšiu celkovú hrúbku a väčšiu hĺbku vŕtania; preto je potrebné znížiť rýchlosť posuvu vrtáka, optimalizovať rýchlosť a zvýšiť frekvenciu odstraňovania triesok, aby sa predišlo opotrebeniu vrtáka pri vysokej teplote, otrepom na stenách otvoru a nesprávnemu nastaveniu polohy otvoru. Po vyvŕtaní sa všetky otvory odhrotujú a vykoná sa odstraňovanie okovín, aby sa odstránili zvyšky živice a medené hobliny, čím sa zaistia hladké a čisté steny otvorov.
Pokovovanie otvorov a galvanické pokovovanie Po vŕtaní sa materiál dosky najskôr podrobuje chemickému pomedeniu, pričom sa na steny izolačných otvorov nanesie tenká vrstva medi, aby sa vytvorila základná vodivá vrstva a dosiahla sa počiatočná vodivosť v stenách otvoru. Potom nasleduje úplný-proces galvanického pokovovania dosky, pri ktorom elektrolýza zahustí medenú vrstvu na stenách otvorov a medenú vrstvu na povrchu dosky, čím sa zabezpečí stabilita medzivrstvovej vodivosti. V prípade 8-vrstvových dosiek plošných spojov postačuje konvenčné galvanické pokovovanie jednosmerným prúdom na splnenie požiadaviek na hrúbku medi otvoru. V prípade 12-vrstvových dosiek plošných spojov s viacerými vrstvami a dlhšími spojeniami vodivej vrstvy si nerovnomerná distribúcia prúdu v niektorých husto uložených oblastiach otvorov vyžaduje segmentované galvanické pokovovanie alebo pulzné galvanické pokovovanie, aby sa zabezpečila rovnomerná hrúbka medenej vrstvy na stenách otvoru a zabránilo sa poruchám vodivosti spôsobeným príliš tenkými vrstvami medi v určitých oblastiach. Pri niektorých 12-vrstvových doskách s vysokou hustotou sa môže použiť proces galvanického pokovovania, aby sa zmestili zložité štruktúry otvorov. Po galvanickom pokovovaní sa skontroluje hrúbka a vodivosť dierovej medi a dosky s poškodenými medenými vrstvami na stenách dier sa vyhodia.
5. Proces výroby obvodov vonkajšej vrstvy
Po vyvŕtaní a pokovení celej dosky sa vyrobí obvod vonkajšej vrstvy. Tento proces je do značnej miery rovnaký ako obvod vnútornej vrstvy, ale pretože doska je už vytvorená, sú normy kontroly prísnejšie. Najprv sa povrch dosky dôkladne očistí a zdrsní, aby sa odstránili zvyšky galvanického pokovovania. Potom sa aplikuje fotosenzitívny suchý film. Prostredníctvom série procesov vrátane laserového zobrazovania, vyvolávania, leptania a odstraňovania filmu sa vytvára vonkajší vodivý obvod. V porovnaní s vnútornou vrstvou je obvod vonkajšej vrstvy priamo vystavený vonkajšiemu prostrediu. Po leptaní sa okraje a šírka čiary starostlivo skontrolujú, aby sa zabezpečilo, že vzhľad a výkon spĺňajú normy. Po dokončení procesu sa optické kontrolné zariadenie použije na úplnú kontrolu, aby sa skontrolovali akékoľvek chyby vzhľadu v obvodoch vonkajšej vrstvy.
6. Spájkovacia maska, povrchová úprava a tvarové spracovanie
Povlak masky na spájkovanie Potom, čo obvod vonkajšej vrstvy prejde kontrolou, atrament masky na spájkovanie sa nanesie na celý povrch dosky. Po pred-vypálení, expozícii, vyvolaní a vytvrdnutí sa odkryjú iba vodivé oblasti, zatiaľ čo zvyšok povrchu dosky je pokrytý vrstvou spájkovacej masky. Vrstva spájkovacej masky izoluje vonkajšiu vlhkosť a prach, zabraňuje oxidácii obvodu a skratom a zároveň zlepšuje izolačný výkon dosky. Proces pre 8-vrstvové a 12-vrstvové PCB je v tomto kroku v podstate rovnaký, s jediným rozdielom vo výbere spájkovacieho atramentu na základe aplikačného scenára.
Povrchová úprava Vhodná metóda povrchovej úpravy sa vyberie podľa aplikačného scenára. Bežné procesy zahŕňajú chemické pokovovanie niklom{1}}zlatením, organický spájkovací film a vyrovnávanie horúcim vzduchom. Hlavnou funkciou tohto procesu je chrániť exponované vodivé oblasti, zlepšiť odolnosť proti oxidácii a výkon pripojenia. Tieto dva typy viacvrstvových dosiek možno flexibilne zladiť s procesom podľa požiadaviek koncového-používateľa.
Tvarové opracovanie Pomocou CNC frézok alebo vysekávaním sa doskový materiál opracuje do požadovaného tvaru a rozmerov zákazníkom a prebytočné hrany sa ostrihajú. Po opracovaní sa hrany dosky obrúsia, aby boli hrany rovné a hladké, bez ostrých hrán, delaminácie, odštiepenia alebo iných problémov.
7. Záverečná kontrola a triedenie hotového výrobku
Komplexná kontrola sa vykonáva vo fáze hotového výrobku, rozdelená do troch hlavných častí: kontrola vzhľadu, kontrola rozmerov a kontrola elektrickej kontinuity. Vizuálna kontrola sa spolieha na kombináciu ručnej práce a optického zariadenia na kontrolu poškodenia, škvŕn a farebných rozdielov v atramente, obvodoch a otvoroch na povrchu dosky. Rozmerová kontrola využíva presné prístroje na overenie hrúbky dosky, celkových rozmerov a súradníc otvorov, čím sa zabezpečí, že všetky parametre spĺňajú normy. Elektrická kontrola využíva špecializované zariadenie na testovanie kontinuity medzivrstvy a izolačného výkonu bod-po{4}}bode, pričom identifikuje skryté prerušené obvody a skraty. Po absolvovaní všetkých kontrol sa 8-vrstvové a 12-vrstvové viacvrstvové dosky plošných spojov pred uskladnením vyčistia, odolajú vlhkosti a zabalia. Chybné produkty sú kategorizované a evidované podľa typu chyby, čo poskytuje dátovú podporu pre následnú optimalizáciu procesu.
Spracovanie 8-vrstvových a 12-vrstvových viacvrstvových PCB je vysoko sofistikovaný systém vzájomne prepojených procesov. Zatiaľ čo ich základná logika spracovania je podobná, hlavné rozdiely spočívajú v štyroch kľúčových oblastiach: stohovanie vrstiev, počet laminácií, presnosť zarovnania a vŕtanie/pokovovanie. 12-vrstvová doska plošných spojov s dvojnásobným počtom vrstiev predstavuje v porovnaní s 8vrstvovými doskami plošných spojov výrazne vyššiu zložitosť, náročnosť spracovania a presnejšie normy, pričom kladie oveľa vyššie nároky na výrobné zariadenia, úpravy parametrov procesu a kontrolu prostredia v dielni. Pri skutočnej výrobe dolaďovanie parametrov a kontrola detailov v každom procese priamo ovplyvňuje výťažnosť a stabilitu hotového produktu. Iba striktným dodržiavaním špecifikácií spracovania viacvrstvových dosiek a optimalizáciou zodpovedajúcich procesných riešení pre rôzne vrstvy dosiek môžeme vyrábať vysokovrstvové produkty PCB so stabilným výkonom a spĺňajúce normy kvality, čím uspokojíme aplikačné potreby rôznych špičkových elektronických zariadení.