EN
Η κατασκευή πολυστρωματικών PCB είναι η κυρίαρχη τεχνολογία που υποστηρίζει την ανάπτυξη προηγμένων ηλεκτρονικών, επιτρέποντας την ενσωμάτωση μικρών και υψηλής απόδοσης συσκευών με ευρεία εφαρμογή στη βιομηχανία καταναλωτικών ηλεκτρονικών, αεροδιαστημικής και ιατρικών οργάνων. Ενώ τα μονο- ή διπλοστρωματικά PCB αναφέρονται μόνο σε ένα ή δύο στρώματα χαλκού, τα πολυστρωματικά PCB αποτελούνται από τρία ή περισσότερα στρώματα χαλκού, τα οποία τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο και χωρίζονται με μονωτικά υλικά, επιτρέποντας πιο περίπλοκη διαδρομή κυκλωμάτων, μεγαλύτερη πυκνότητα εξαρτημάτων και καλύτερη ηλεκτρική απόδοση. Η κατανόηση των βασικών σταδίων κατασκευής πολυστρωματικών PCB θα κάνει τους σχεδιαστές, τους μηχανικούς και τους αγοραστές πιο ενημερωμένους για την ποιότητα, την αξιοπιστία και τη δυνατότητα παραγωγής.
Επισκόπηση Σχεδίασης και Προετοιμασία Μηχανικού
Εκτός από τη φυσική παραγωγή, η κατασκευή πολυεπίπεδων PCB είναι ουσιαστικά προϊόν της φάσης σχεδιασμού. Αφού ληφθούν τα αρχεία Gerber, τα στοιχεία διάταξης (stack-up) και οι τεχνικές απαιτήσεις, οι μηχανικοί εξετάζουν λεπτομερώς τον σχεδιασμό. Ελέγχουν προσεκτικά το σχέδιο ως προς τα πλάτη των ίχνων, τις αποστάσεις, τις απαιτήσεις σύμβασης, την ευθυγράμμιση των επιπέδων, τις δομές διαύλων και την επιλογή υλικών.
Η προσομοίωση και η ανάλυση σχεδιασμού για την κατασκευασιμότητα (DFM) είναι υποχρεωτικές για πολύ περίπλοκα χωνάκια.
Κατασκευαστές όπως η King Field μπορούν να βοηθήσουν στην αποφυγή ακριβών αναθεωρήσεων και να εξασφαλίσουν ομαλή ροή παραγωγής, παρέχοντας τα αποτελέσματα της DFM όπου εντοπίζονται έγκαιρα πιθανά προβλήματα, όπως ζητήματα ακεραιότητας σήματος και δυσκολίες διάτρησης.
Απεικόνιση και Διάβρωση Εσωτερικού Επιπέδου
Κάθε εσωτερικό στρώμα χαλκού κατασκευάζεται ξεχωριστά. Αρχικά, ο διηλεκτρικός υλικός επικαλυμμένος με χαλκό καθαρίζεται και στη συνέχεια εφαρμόζεται φωτοαντίσταση. Με μεγάλη ακρίβεια, το σχέδιο του κυκλώματος χαράσσεται στη φωτοαντίσταση με χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας, σε μια διαδικασία που ονομάζεται φωτοχάραξη.
Η εξέλιξη αφαιρεί τη φωτοαντίσταση που εκτέθηκε στο φως και ο χαλκός που δεν καλύπτεται από την αντίσταση διαβρώνεται χημικά με έναν οξειδωτικό παράγοντα. Σε αυτό το στάδιο χρησιμοποιείται αυτόματος οπτικός έλεγχος (AOI) για να διασφαλιστεί ότι τα πλάτη των γραμμών και οι αποστάσεις είναι αυτά που αναμένονται και ότι το σχέδιο είναι ανέπαφο. Δεδομένου ότι τα ελαττώματα που εντοπίζονται μετά την επικόλληση δεν μπορούν να διορθωθούν, είναι ζωτικής σημασίας να διασφαλιστεί ότι τα εσωτερικά στρώματα είναι υψηλής ποιότητας.
Επεξεργασία Οξείδωσης Εσωτερικού Στρώματος
Πριν από τη συμπίεση, οι εσωτερικές στρώσεις επεξεργάζονται με οξείδιο ή άλλες επιφάνειες που διευκολύνουν τη σύνδεση. Η επιφάνεια του χαλκού αναβαθμίζεται ατομικά κατά τη διάρκεια αυτής της επεξεργασίας, κάτι που θεωρείται ότι βελτιώνει την πρόσφυση των στρώσεων χαλκού στη μόνωση prepreg κατά τη διαδικασία συμπίεσης. Η πρόσφυση μεταξύ στρώσεων είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας για τη μηχανική σταθερότητα και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία των πολύστρωτων PCBs. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για πολύστρωτες συσκευές που λειτουργούν σε περιβάλλοντα με υψηλές θερμοκρασίες ή ταλαντώσεις.
Διάταξη Στρώσεων και Συμπίεση
Η συμπίεση είναι χωρίς αμφιβολία μία από τις πιο χαρακτηριστικές φάσεις της διαδικασίας κατασκευής πολύστρωτων PCBs. Οι εσωτερικές στρώσεις τοποθετούνται μαζί με κομμάτια prepreg (υφασματίνο γυαλί εμποτισμένο με εποξειδική ρητίνη) ανάμεσά τους, ενώ οι εξωτερικές φύλλες χαλκού προστίθενται στην κορυφή και στον πάτο σύμφωνα με το εγκεκριμένο σχέδιο διάταξης.
Η διάταξη εισάγεται στη συνέχεια σε πρέσσα λαμινάρισματος, όπου υπόκειται σε έλεγχο κύκλου θερμότητας και πίεσης. Η ρητίνη του προ-εμπεγνυμένου υλικού τήκεται, ρέει και στη συνέχεια στερεοποιείται, οδηγώντας σε καλή συγκόλληση όλων των στρώσεων σε μία ενιαία πλακέτα. Απαιτείται ακριβής έλεγχος της θερμοκρασίας, της πίεσης και του χρόνου για να εξασφαλιστεί ακριβής ευθυγράμμιση των στρώσεων και να αποφευχθούν τα τυπικά ελαττώματα όπως οι κενότητες ή η αποφλοιώνηση.
Διάτρηση και Δημιουργία Vias
Μετά το λαμίνωμα, η πολύστρωτη PCB διατρύεται για να δημιουργηθούν οι οπές για τα εξαρτήματα διαμπερούς οπής και τα vias, τα οποία θα συνδέσουν ηλεκτρικά τα στρώματα. Μια μηχανή CNC δημιουργεί τις μηχανικές οπές, ενώ για microvias σε σχεδιασμούς υψηλής πυκνότητας (HDI) μπορεί να χρησιμοποιηθεί μονάδα λέιζερ διάτρησης.
Οι τοίχοι των οπών καθαρίζονται και ενεργοποιούνται μετά τη διάτρηση προκειμένου να μεταλλώσουν τις οπές. Είναι αυτονόητο ότι η διάτρηση πρέπει να είναι εξαιρετικά ακριβής, διαφορετικά η εκτροπή θα επιδεινώσει την ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ των στρωμάτων.
Μεταλλοποίηση Οπών και Επίχρωση Χαλκού
Για να γίνουν οι διάδρομοι αγώγιμοι, αρχικά εναποτίθεται ένα λεπτό φιλμ χαλκού στα τοιχώματα των οπών μέσω μιας διεργασίας χωρίς ρεύμα. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται η βήμα της ηλεκτρολυτικής επίχρωσης χαλκού για να αυξηθεί το πάχος τόσο, ώστε να είναι ηλεκτρικά και μηχανικά αξιόπιστο.
Απεικόνιση και Προσβολή Εξωτερικού Στρώματος
Το κύκλωμα του τελικού στρώματος αποκαλύπτεται με την απεικόνιση των εξωτερικών στρωμάτων με φωτοαντίσταση, όπως ακριβώς και τα εσωτερικά στρώματα. Μετά τις διεργασίες φωτολιθογραφίας και ανάπτυξης, θα αφαιρεθεί ο περίσσευος χαλκός, αφήνοντας έτσι τα ολοκληρωμένα κυκλώματα στα εξωτερικά στρώματα.
Σε αυτό το στάδιο, αποφασίζονται η γεωμετρία των πάνελ, η διαδρομή των ίχνων και τα σημεία σύνδεσης των εξαρτημάτων, επηρεάζοντας έτσι τελικά την απόδοση συναρμολόγησης και την ηλεκτρική απόδοση.
Εφαρμογή μάσκας συγκόλλησης
Η μάσκα κολλήσεως είναι ένα στρώμα πολυμερούς, παρόμοιου με λάκκα, το οποίο εφαρμόζεται πάνω στο PCB με σκοπό την προστασία των αγωγών χαλκού από ανεπιθύμητη οξείδωση και μόλυνση, καθώς και τη μείωση της πιθανότητας δημιουργίας γέφυρας κολλήσεως μεταξύ γειτονικών παδ. Επομένως, ανοίγματα για παδ και βίες που πρόκειται να κολληθούν ορίζονται μόνο στο στρώμα της μάσκας κολλήσεως.
Η ακρίβεια στην ευθυγράμμιση της μάσκας κολλήσεως γίνεται εξαιρετικά κρίσιμη όταν πρόκειται για την κατασκευή πολυεπίπεδων PCB, ειδικά αν τα εξαρτήματα έχουν μικρή απόσταση ακροδεκτών. Για τον σκοπό αυτό, κατασκευαστές όπως η King Field χρησιμοποιούν εξοπλισμό εικονικής απεικόνισης και στέγνωσης τελευταίας τεχνολογίας για να παρέχουν ομοιόμορφη κάλυψη και μακράς διαρκείας απόδοση.
Φινίρισμα επιφάνειας
Η κολλησιμότητα είναι ένα από τα πλεονεκτήματα του τελικού επιπέδου, εκτός από την προστασία των εκτεθειμένων παδ χαλκού. Οι πιο συνηθισμένες επιλογές τελικού επιπέδου είναι HASL, ENIG, OSP, εναπόθεση αργύρου και εναπόθεση κασσιτέρου. Η επιλογή του πιο κατάλληλου εξαρτάται από παράγοντες όπως η διάρκεια ζωής, η μέθοδος συναρμολόγησης και η ηλεκτρική απόδοση.
Λόγω της επίπεδης επιφάνειάς του και της εξαιρετικής αντοχής του στη διάβρωση, σε εφαρμογές υψηλής αξιοπιστίας προτιμάται συχνά το ENIG.
Ηλεκτρικός Έλεγχος και Τελική Επιθεώρηση
Ο έλεγχος και η επιθεώρηση αποτελούν τα τελευταία βήματα στην κατασκευή πολυεπίπεδων PCB. Για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν βραχυκυκλώματα ή ανοιχτά κυκλώματα σε οποιοδήποτε επίπεδο της πολύπλοκης πολυεπίπεδης δομής, πραγματοποιείται ηλεκτρικός έλεγχος για να ελεγχθούν η συνέχεια και οι συνθήκες μόνωσης. Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθούν οπτικές επιθεωρήσεις, μετρήσεις (έλεγχοι διαστάσεων) και μερικές φορές ακτίνες Χ για να επαληθευτεί η σωστή εσωτερική ευθυγράμμιση και η ποιότητα των διαύλων.
Μόνο τα κυκλώματα που συμμορφώνονται με όλες τις απαιτούμενες προδιαγραφές επιτρέπεται να προχωρήσουν στο στάδιο συσκευασίας και αποστολής.
Συμπέρασμα
Η κατασκευή πολυστρωματικών PCB είναι εξαιρετικά δύσκολη, απαιτεί υψηλή ακρίβεια, μεγάλη εμπειρία και την ανάπτυξη αυστηρών μέτρων ελέγχου ποιότητας σε κάθε βήμα, τα οποία πρέπει να τηρούνται. Επομένως, είναι λογικό η απόδοση και η αξιοπιστία του προϊόντος να εξαρτώνται οπωσδήποτε από τη σωστή εφαρμογή όλων αυτών των βημάτων, καθώς και από τις δοκιμές, ειδικά τις τελικές.
Η King Field κατάφερε να προσφέρει πολυστρωματικά PCB που επιτρέπουν σε διάφορες βιομηχανίες να αναπτύξουν εξαιρετικά ηλεκτρονικά προϊόντα, χρησιμοποιώντας εξειδικευμένο εξοπλισμό σε συνδυασμό με καλά οργανωμένη διαχείριση διαδικασιών. Η γνώση αυτών των στρωμάτων βοηθά περαιτέρω στην κατανόηση των περιπλοκών που κρύβονται πίσω από τη λειτουργία της σύγχρονης ηλεκτρονικής, καθώς και τους πελάτες να κάνουν τις σωστές επιλογές όσον αφορά έναν αξιόπιστο συνεργάτη κατασκευής PCB.
