EN
Fremstilling af flerlags PCB er den førende teknologi, der understøtter udviklingen af avanceret elektronik, og muliggør integrationen af kompakte og højtydende enheder med bred anvendelse inden for forbrugerelektronik, luft- og rumfart samt medicinske instrumenter. Mens enkelt- eller dobbeltlags PCB'er henviser til én eller to lag af kobber, består flerlags PCB'er af tre eller flere kobberlag stablet oven på hinanden og adskilt med isoleringsmaterialer, hvilket gør det muligt at opnå mere kompleks routing af kredsløb, højere komponenttæthed og bedre elektrisk ydeevne. At forstå de vigtigste trin i fremstillingen af flerlags PCB gør designere, ingeniører og købere mere kyndige i forhold til kvalitet, pålidelighed og produktionskapacitet.
Designgennemgang og teknisk forberedelse
Ud over den fysiske produktion er flerlags PCB-produktion i væsentlig grad et produkt af designfasen. Når Gerber-filer, lagopbygningsdetaljer og tekniske krav er modtaget, gennemgår ingeniørerne designet meget detaljeret. De undersøger designet nøje med hensyn til banebredder, afstande, impedanskrav, lagjustering, via-strukturer og materialevalg.
Simulering og design for fremstillingsvenlighed (DFM) analyse er obligatorisk for meget komplicerede kredsløbsplader.
Producenter som King Field kan hjælpe med at undgå dyre revisioner og sikre en problemfri produktion ved at levere DFM-resultater, hvor potentielle problemer identificeres tidligt, såsom signalintegritetsproblemer og udfordringer ved boring.
Belysning og ætsning af indre lag
Hver indre kobberlag fremstilles separat. Først rengøres overfladen af et belagt kobberlaminat, og derefter påføres en fotolak på overfladen. Med stor præcision graveres kredsløbsmønsteret i fotolakken ved hjælp af UV-stråler i en proces kaldet fotogravering.
Udviklingen fjerner den eksponerede lak, og det kobber, der ikke er dækket af lakken, ætses væk kemisk ved hjælp af et oxidationsmiddel. Automatisk optisk inspektion (AOI) anvendes på dette tidspunkt for at sikre, at ledningsbredder og afstande er som forventet, og at mønsteret er intakt. Da eventuelle defekter, der opdages efter laminering, ikke kan rettes, er det afgørende at sikre, at de indre lag er af god kvalitet.
Oxidbehandling af indre lag
Før laminering behandles de indre lag med oxid eller andre overflader, der lettes bindingen. Overfladen af kobberet gøres atomart ru under denne behandling, hvilket anses for at forbedre kobberlagenes vedhæftning til prepreg-isoleringen, når lamineringen udføres. Forbindelsen mellem lagene er en meget vigtig faktor for den mekaniske stabilitet og langsigtede pålidelighed af flerlags PCB'er. Dette gælder især for flerlags enheder, der skal fungere i omgivelser med høje temperaturer eller vibrationer.
Lagopbygning og laminering
Laminering er uden tvivl en af de mest karakteristiske faser i fremstillingen af flerlags PCB'er. De indre lag opstilles med stykker af prepreg (fiberglas impregneret med epoksyharpe) imellem, og de ydre kobberfolier føjes til top og bund i henhold til den godkendte lagopbygningsdesign.
Stakken føres derefter ind i en lamineringepresse, hvor den udsættes for en kontrolleret cyklus af varme og tryk. Prepreg-harpen smelter, strømmer og hærder derefter, hvilket resulterer i en god forbindelse mellem alle lag til ét solidt kort. En nøjagtig kontrol med temperatur, tryk og tid er nødvendig for at sikre præcis lagjustering og undgå typiske defekter som huller eller delaminering.
Boring og via-dannelse
Efter laminering bores det flerlagede print for at skabe huller til gennemforbundne komponenter og vias, som elektrisk forbinder lagene. En CNC-boremaskine danner de mekaniske huller, mens der ved mikroviasser i højdensitets-forbindelsesdesign (HDI) kan anvendes en laserboringsenhed.
Hullernes vægge rengøres og aktiveres efter boring for at metallisere hullerne. Det er selvfølgelig nødvendigt, at boringen er meget præcis, da unøjagtigheder vil forringe den elektriske forbindelse mellem lagene.
Hulmetallisering og kobberplatering
For at gøre forbindelserne ledende, afsættes først et tyndt kobberlag på hullets vægge ved hjælp af en elektrolysfri kobberproces. Derefter udføres elektrolytisk kobberplatering for at øge lagtykkelsen, så den er elektrisk og mekanisk pålidelig.
Billedbehandling og ætsning af yderlag
Kredsløbet i det sidste lag afsløres ved, at yderlagene belyses med fotolac lige som de indre lag. Efter fotolitografi- og udviklingsprocesser ætses det overskydende kobber væk, hvorved færdige kredsløb efterlades på yderlagene.
I dette trin besluttes pad-geometri, signalruteplanlægning og komponentforbindelsespunkter, hvilket til sidst påvirker både monteringens yield og den elektriske ydeevne.
Loddemaskenanvendelse
En lodmaske er et lag af laklignende polymer, der påføres PCB'et for at beskytte kobberbaner mod uønsket oxidation og forurening samt reducere risikoen for lodbrodannelse mellem nabopads. Åbninger til pads og viahuller, der skal loddes, defineres derfor kun i lodmaskelaget.
Nøjagtighed i alignment af lodmasken bliver meget afgørende ved fremstilling af flerlags PCB, især hvis komponenterne har fin pitch. I den henseende anvender producenter som King Field state-of-the-art imaging- og herdeudstyr for at sikre ensartet dækning og lang levetid.
Overfladeafslutning
Lodbarhed er en af fordelene ved overfladebehandlingen ud over beskyttelse af de udsatte kobberpads. De mest almindelige overfladebehandlinger er HASL, ENIG, OSP, immersionssølv og immersions tin. Valget af den mest velegnede afhænger af faktorer såsom holdbarhed, monteringsmetode og elektrisk ydeevne.
På grund af sin flade overflade og fremragende korrosionsbestandighed vælger man ofte ENIG til applikationer med høj pålidelighed.
Elektrisk testning og endelig inspektion
Testning og inspektion er de sidste trin i fremstillingen af flerlags PCB. For at sikre, at der ikke er kortslutninger eller åbne forbindelser i nogen lag af den meget komplekse flerlagsstruktur, udføres elektrisk testning for at kontrollere sammenhæng og isolation. Desuden kan visuelle inspektioner, målinger (dimensionelle kontroller) og undertiden røntgen bruges til at verificere korrekt intern justering og via-kvalitet.
Kun de kredsløbsplader, der overholder alle krævede specifikationer, må fortsætte til emballage og afsendelse.
Konklusion
Fremstilling af flerlags PCB'er er ekstremt udfordrende og kræver høj præcision, stor erfaring samt udarbejdelse og overholdelse af strenge kvalitetskontrolforanstaltninger i alle trin. Derfor er det kun logisk, at ydeevnen og pålideligheden af produktet helt sikkert afhænger af korrekt gennemførelse af alle disse trin samt testene, især de endelige.
King Field har formået at levere flerlags PCB'er, der gør det muligt for forskellige industrier at udvikle elektroniske produkter på verdensklasseniveau ved brug af sofistikerede udstyr i kombination med velordnet processtyring. At kende disse lag mere i detaljer belyser yderligere kompleksiteten bag moderne elektroniks funktion og hjælper samtidig kunderne med at træffe de rigtige valg, når det gælder en pålidelig producent af PCB'er.
