ما هي الخطوات الرئيسية في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات؟

تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات (Multilayer PCB) هو التكنولوجيا الرائدة التي تدعم تطوير الإلكترونيات المتقدمة، مما يتيح دمج أجهزة مدمجة وعالية الأداء تُستخدم على نطاق واسع في صناعات الإلكترونيات الاستهلاكية والفضاء والطائرات والأجهزة الطبية. بينما تشير لوحات الدوائر المطبوعة ذات الطبقة الواحدة أو المزدوجة إلى طبقة نحاس واحدة أو اثنتين فقط، فإن لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات تتكون من ثلاث طبقات نحاسية أو أكثر، تكون مكدسة ومقسومة بمواد عازلة، ما يسمح بتوجيه دوائر أكثر تعقيدًا وكثافة أعلى للمكونات وأداء كهربائي أفضل. إن فهم الخطوات الأساسية لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات يجعل المصممين والمهندسين والمشترين أكثر إلمامًا بالجودة والموثوقية وقدرات الإنتاج.

مراجعة التصميم والإعداد الهندسي

إلى جانب التصنيع الفعلي، فإن تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات هو في جوهره نتيجة لمرحلة التصميم. بمجرد استلام ملفات جربر وتفاصيل الترتيب الطبقي والمتطلبات الفنية، يقوم المهندسون بفحص التصميم بدقة شديدة. ويقومون بتحليل التصميم من حيث عرض المسارات، والتباعد، ومتطلبات العَكْمِية (الممانعة)، ومحاذاة الطبقات، وهياكل الثقوب الموصلة، واختيار المواد.

تُعد المحاكاة والتصميم بهدف إمكانية التصنيع (DFM) أمراً إلزامياً للوحات المعقدة جداً.

يمكن لشركات تصنيع مثل King Field أن تساعد في تجنب التعديلات المكلفة وتضمن سير عملية الإنتاج بسلاسة من خلال تقديم نتائج تحليل DFM حيث يتم تحديد المشكلات المحتملة في وقت مبكر، مثل مشكلات سلامة الإشارة وصعوبات الحفر.

تصوير الطبقة الداخلية والنقش

يتم تصنيع كل طبقة نحاسية داخلية بشكل منفصل. في البداية، يتم تنظيف سطح صفيحة النحاس المغلفة ثم يتم تطبيق مادة مقاومة للضوء عليها. وبطريقة دقيقة للغاية، يُنحت نمط الدائرة الكهربائية على المادة المقاومة باستخدام أشعة فوق بنفسجية في عملية تُعرف بالنقش الضوئي.

تُزال عملية التطوير الطبقة المقاومة التي تعرضت للضوء، ويتم أكل النحاس غير المحمي بواسطة الطبقة المقاومة كيميائيًا بواسطة عامل مؤكسد. وتُستخدم في هذه المرحلة فحوصات بصرية آلية (AOI) للتأكد من أن عروض الخطوط والمسافات بينها كما هو متوقع، وأن النمط سليم. وبما أن العيوب التي تُكتشف بعد التصفيح لا يمكن إصلاحها، فمن الضروري التأكد من أن الطبقات الداخلية ذات جودة عالية.

معالجة أكسدة الطبقة الداخلية

قبل التصفيح، تُعامل الطبقات الداخلية بأكاسيد أو أسطح أخرى تساعد على الربط. أثناء هذه المعالجة، يُصبح سطح النحاس خشنًا على المستوى الذري، ويعتقد أن ذلك يحسن التصاق طبقات النحاس مع عوازل البريجيت عند إجراء عملية التصفيح. إن التصاق الطبقات البينية يعتبر عاملاً مهمًا جدًا في الاستقرار الميكانيكي والموثوقية طويلة الأمد للوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات. ويكون ذلك صحيحًا بشكل خاص بالنسبة للأجهزة متعددة الطبقات التي تعمل في بيئات تتسم بارتفاع درجات الحرارة أو الاهتزازات.

تجميع الطبقات والتصفيح

تُعد عملية التصفيح بلا شك واحدة من أكثر المراحل تميزًا في عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات. حيث تُرتب الطبقات الداخلية مع قطع من مادة البريجيت (الألياف الزجاجية المشربة براتنج الإيبوكسي) بينها، وتُضاف أوراق النحاس الخارجية في الأعلى والأسفل وفقًا لتصميم التجميع المعتمد.

ثم يتم إدخال الرزمة إلى مكبس ترقق، حيث تخضع لدورة منظمة من الحرارة والضغط. تنصهر راتنجات الأولي المسبقة، وتتدفق ثم تتصلب، مما يؤدي إلى التصاق جيد لجميع الطبقات في لوحة واحدة صلبة. ويُشترط التحكم الدقيق بدرجة الحرارة والضغط والزمن لضمان المحاذاة الدقيقة للطبقات وتجنب العيوب النموذجية مثل التجاويف أو التشقق الطبقي.

الحفر وتكوين الثغرات

بعد عملية الترقق، يتم حفر لوحة الدوائر الكهربائية متعددة الطبقات لتوفير فتحات لمكونات الحفر العابر وللثغرات التي ستربط الطبقات كهربائيًا. تقوم آلة الحفر ذات التحكم الرقمي (CNC) بتشكيل الفتحات الميكانيكية، بينما قد تُستخدم وحدة حفر بالليزر بالنسبة للثغرات الدقيقة في تصاميم التوصيل الكثيفة العالية (HDI).

تُنظف وجدران الفتحات وتُفعّل بعد الحفر من أجل طلائها بطبقة معدنية. ومن البديهي أن يكون الحفر دقيقًا للغاية، وإلا فإن سوء المحاذاة سيؤدي إلى تدهور الاتصال الكهربائي بين الطبقات.

تحلية الثقوب وتغطية النحاس

لجعل الثقوب موصلة، يُجرى في البداية ترسيب طبقة رقيقة من النحاس على جدران الثقب باستخدام عملية النحاس غير الإلكتروليتي. بعد ذلك، تُجرى خطوة تغطية النحاس الإلكتروليتية لزيادة السماكة إلى حد يجعلها موثوقة كهربائيًا وميكانيكيًا.

تصوير الطبقة الخارجية ونقشها

يتم الكشف عن دائرة الطبقة النهائية من خلال تصوير الطبقات الخارجية بمقاومة ضوئية تمامًا كما هو الحال مع الطبقات الداخلية. وبعد عمليات التصوير الضوئي والتطوير، سيتم نقش النحاس الزائد، مما يترك الدوائر المكتملة على الطبقات الخارجية.

في هذه المرحلة، يتم تحديد هندسة الوسادات، ومسار التوصيلات، ونقاط توصيل المكونات، مما يؤثر في النهاية على عائد التجميع والأداء الكهربائي على حد سواء.

تطبيق عازل اللحام

قناع اللحام هو طبقة من البوليمر تشبه الورنيش تُطبق على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لحماية مسارات النحاس من الأكسدة غير المرغوب فيها والاتساخ، وكذلك لتقليل احتمالية حدوث جسر لحام بين الوسادات المجاورة. لذلك، يتم تحديد الفتحات الخاصة بالوسادات والثقوب الواصلة التي يُراد لحامها فقط في طبقة قناع اللحام.

تُصبح دقة محاذاة قناع اللحام بالغة الأهمية عند تصنيع لوحات الدوائر متعددة الطبقات، خاصةً إذا كانت المكونات ذات درجة تباعد ضيقة. ولتحقيق ذلك، تعتمد شركات التصنيع مثل كينغ فيلد أحدث معدات التصوير والعناية للحصول على تغطية موحدة وأداء طويل الأمد.

اللمسة النهائية للسطح

تُعد قابلية اللحام إحدى فوائد التشطيب السطحي إلى جانب حماية وسادات النحاس المكشوفة. ومن أكثر خيارات التشطيب السطحي شيوعًا: HASL، ENIG، OSP، الفضة الغاطسة، والقصدير الغاطس. ويعتمد اختيار الأنسب منها على عوامل مثل العمر الافتراضي، وطريقة التجميع، والأداء الكهربائي.

نظرًا لسطحه المسطح ومقاومته الممتازة للتآكل، غالبًا ما تُفضَّل تقنية ENIG في التطبيقات عالية الموثوقية.

الاختبار الكهربائي والتفتيش النهائي

يُعد الاختبار والتفتيش هما الخطوتان الأخيرتان في تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات. ولضمان عدم وجود دوائر قصيرة أو مفتوحة في أي طبقة من هيكل متعدد الطبقات معقد للغاية، يتم إجراء اختبار كهربائي للتحقق من حالات الاستمرارية والعزل. بالإضافة إلى ذلك، قد تُستخدم عمليات الفحص البصري، والقياسات (التحقق من الأبعاد)، وأحيانًا أشعة سينية للتأكد من المحاذاة الداخلية الصحيحة وجودة الثقوب الانتقالية.

لا يُسمح إلا للوحات التي تستوفي جميع المواصفات المطلوبة بالانتقال إلى مرحلة التعبئة والشحن.

الاستنتاج

تُعد عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات صعبة للغاية، وتتطلب دقة عالية وخبرة واسعة، بالإضافة إلى وضع إجراءات صارمة لمراقبة الجودة والالتزام بها في كل خطوة. ولذلك، من المنطقي تمامًا أن تعتمد أداء وموثوقية المنتج بشكل قطعي على التنفيذ السليم لجميع تلك الخطوات، فضلاً عن الاختبارات، لا سيما الاختبارات النهائية.

نجحت شركة King Field في تقديم لوحات دوائر مطبوعة متعددة الطبقات تمكن مختلف الصناعات من تطوير منتجات إلكترونية حديثة ومتطورة، وذلك باستخدام معدات متطورة جنبًا إلى جنب مع إدارة عملية منضبطة بدقة. إن معرفة هذه الطبقات بشكل أعمق يساعد على إدراك التعقيدات الكامنة وراء عمل الإلكترونيات الحديثة، كما يسهم في مساعدة العملاء على اتخاذ القرارات الصحيحة فيما يتعلق بشريك تصنيع موثوق للوحات الدوائر المطبوعة.