مراحل کلیدی ساخت برد مدار چندلایه چیست؟

ساخت برد مدار چندلایه (Multilayer PCB) فناوری پیشرو در توسعه الکترونیک پیشرفته است که امکان ادغام دستگاه‌های کوچک و با عملکرد بالا را فراهم می‌کند و کاربردهای گسترده‌ای در صنایع الکترونیک مصرفی، هوافضا و تجهیزات پزشکی دارد. در حالی که برد مدار تک‌لایه یا دو لایه تنها به یک یا دو لایه مس اشاره دارد، برد مدار چندلایه شامل سه یا چند لایه مس است که با مواد عایق روی هم قرار گرفته‌اند و امکان مسیریابی پیچیده‌تر مدار، چگالی بالاتر قطعات و عملکرد الکتریکی بهتر را فراهم می‌کنند. آشنایی با مراحل اصلی ساخت برد مدار چندلایه به طراحان، مهندسان و خریداران کمک می‌کند تا از نظر کیفیت، قابلیت اطمینان و توانایی تولید آگاهی بیشتری داشته باشند.

بازبینی طراحی و آماده‌سازی مهندسی

علاوه بر تولید فیزیکی، ساخت برد چندلایه در اصل حاصل مرحله طراحی است. پس از دریافت فایل‌های جربر، جزئیات لایه‌بندی و الزامات فنی، مهندسان به‌صورت بسیار دقیقی به بررسی طراحی می‌پردازند. آن‌ها طراحی را از نظر عرض ردیف‌ها، فاصله‌گذاری، الزامات امپدانس، ترازبندی لایه‌ها، ساختارهای ویا و انتخاب مواد مورد بازرسی قرار می‌دهند.

شبیه‌سازی و تحلیل طراحی جهت امکان‌سنجی تولید (DFM) برای برد‌های بسیار پیچیده اجباری است.

تولیدکنندگانی مانند کینگ فیلد می‌توانند با ارائه نتایج DFM که در آن مشکلات احتمالی مانند مشکلات تمامیت سیگنال و دشواری‌های سوراخ‌کاری در مراحل اولیه شناسایی شده‌اند، از بازنگری‌های پرهزینه جلوگیری کرده و اطمینان حاصل کنند که فرآیند تولید به‌صورت روان پیش خواهد رفت.

تصویربرداری و اچ‌کاری لایه داخلی

هر لایه مسی داخلی به‌صورت جداگانه ساخته می‌شود. در ابتدا، سطح یک ورق روکش‌دار مسی تمیز شده و سپس یک فتو رزیست روی آن اعمال می‌شود. با دقت بسیار بالا، الگوی مدار توسط پرتوهای فرابنفش روی فتورزیست حکاکی می‌شود که این فرآیند به آن فتوحکاکی گفته می‌شود.

فرآیند توسعه (دِولُپ) فتورزیستی را که در معرض نور قرار گرفته است، از بین می‌برد و مسی که توسط فتورزیست پوشیده نشده است با یک عامل اکسیدکننده از طریق خوردگی شیمیایی حذف می‌شود. در این مرحله از بازرسی اپتیکی خودکار (AOI) استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که عرض خطوط و فواصل مطابق انتظار است و الگو سالم باقی مانده است. از آنجا که نقص‌های تشخیص داده شده پس از لايه‌گذاری قابل تصحیح نیستند، ضروری است که اطمینان حاصل شود لایه‌های داخلی از کیفیت مناسبی برخوردار هستند.

پردازش اکسید لایه داخلی

قبل از لایه‌چینی، لایه‌های داخلی با اکسید یا سطوح دیگری که به چسبندگی کمک می‌کنند، پوشش داده می‌شوند. در طول این فرآیند، سطح مس به صورت اتمی زبر می‌شود که تصور بر این است که این موضوع چسبندگی لایه‌های مس به عایق پرپрег را هنگام انجام لایه‌چینی بهبود می‌بخشد. چسبندگی بین لایه‌ها عامل بسیار مهمی در پایداری مکانیکی و قابلیت اطمینان بلندمدت برد چندلایه است. این موضوع به ویژه در مورد دستگاه‌های چندلایه‌ای که در محیط‌هایی با دمای بالا یا ارتعاشات عمل می‌کنند، صادق است.

چیدمان لایه‌ها و لایه‌چینی

لایه‌چینی بدون شک یکی از مراحل مشخص‌کننده فرآیند ساخت برد چندلایه است. لایه‌های داخلی با قطعات پرپрег (فیبرگلاس آغشته به رزین اپوکسی) بین آن‌ها چیده می‌شوند و ورقه‌های رویی و زیرین مس بر اساس طرح چیدمان تأییدشده در بالا و پایین قرار داده می‌شوند.

سپس این ساختار درون یک پرس لاکه‌گیری قرار می‌گیرد که در آن تحت چرخه‌ای کنترل‌شده از حرارت و فشار قرار می‌گیرد. رزین پیش‌آغشته ذوب شده، جریان می‌یابد و سپس به حالت جامد درمی‌آید و در نتیجه همه لایه‌ها به‌خوبی به یک برد یکپارچه متصل می‌شوند. کنترل دقیق دما، فشار و زمان برای تضمین تراز دقیق لایه‌ها و جلوگیری از عیوب متداولی مانند حفره‌ها یا جدایش لایه‌ها ضروری است.

سوراخ‌کاری و تشکیل ویا

پس از لاکه‌گیری، برد مدار چندلایه با استفاده از ماشین‌آلات سوراخ‌کاری عددی کنترل‌شده (CNC) برای ایجاد سوراخ‌های مورد نیاز قطعات عبوری و ویاها که لایه‌ها را از نظر الکتریکی به هم متصل می‌کنند، سوراخ‌کاری می‌شود. برای ویاهای ریز در طراحی‌های ارتباط متراکم بالا (HDI)، ممکن است از دستگاه سوراخ‌کاری لیزری استفاده شود.

دیواره سوراخ‌ها پس از سوراخ‌کاری تمیز و فعال می‌شوند تا بتوان آنها را فلزی‌سازی کرد. واضح است که سوراخ‌کاری باید بسیار دقیق انجام شود، در غیر این صورت عدم ترازبندی باعث ضعیف شدن اتصال الکتریکی بین لایه‌ها خواهد شد.

متالیزاسیون و روکش مس در سوراخ‌ها

برای اینکه ویاها رسانا شوند، ابتدا یک لایه نازک مس به‌روش مس بدون جریان بر دیواره‌های سوراخ‌ها نشانده می‌شود. پس از آن، مرحله آبکاری الکترولیتی مس انجام می‌شود تا ضخامت آن به حدی برسد که از نظر الکتریکی و مکانیکی قابل اعتماد باشد.

تصویربرداری و خراشیدن لایه خارجی

مدار لایه نهایی با اعمال مقاوم فوتون به روی لایه‌های خارجی، دقیقاً همان‌گونه که برای لایه‌های داخلی انجام شد، مشخص می‌شود. پس از مراحل فوتو لیتوگرافی و توسعه، مس اضافی خراشیده می‌شود و بدین ترتیب مدارهای کامل شده بر روی لایه‌های خارجی باقی می‌مانند.

در این مرحله، هندسه پد، مسیرکشی ردیف‌ها و نقاط اتصال مؤلفه‌ها تعیین می‌شوند و در نهایت هم بر بازده مونتاژ و هم بر عملکرد الکتریکی تأثیر می‌گذارند.

اعمال لایه ماسک لحیم

ماسک لحیم‌کاری لایه‌ای از پلیمر شبیه به لاک است که روی برد مدار چاپی (PCB) اعمال می‌شود تا از اکسیداسیون ناخواسته و آلودگی مس جلوگیری کند و همچنین احتمال ایجاد پل لحیم بین پدهای مجاور را کاهش دهد. بنابراین، سوراخ‌ها برای پدها و ویاس‌هایی که قرار است لحیم شوند، تنها در لایه ماسک لحیم‌کاری تعریف می‌شوند.

دقت در ترازبندی ماسک لحیم‌کاری در ساخت برد مدار چاپی چندلایه بسیار حیاتی است، به‌ویژه زمانی که قطعات فاصله کمی با یکدیگر دارند. به این منظور، تولیدکنندگانی مانند کینگ فیلد از تجهیزات پیشرفته تصویربرداری و پخت برای ارائه پوشش یکنواخت و عملکرد طولانی‌مدت استفاده می‌کنند.

پوشش سطحی

لحیم‌پذیری یکی از مزایای پرداخت سطح علاوه بر محافظت از پدهای مسی در معرض دید است. رایج‌ترین گزینه‌های پرداخت سطح شامل HASL، ENIG، OSP، نقره غوطه‌وری و قلع غوطه‌وری هستند. انتخاب مناسب‌ترین گزینه به عواملی مانند عمر انبارداری، روش مونتاژ و عملکرد الکتریکی بستگی دارد.

به دلیل سطح صاف و مقاومت عالی در برابر خوردگی، کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا اغلب ترجیح می‌دهند از ENIG استفاده کنند.

آزمون الکتریکی و بازرسی نهایی

آزمون و بازرسی، مراحل پایانی در ساخت برد مدار چندلایه هستند. برای اطمینان از عدم وجود اتصال کوتاه یا مدار باز در هیچ یک از لایه‌های ساختار بسیار پیچیده چندلایه، آزمون الکتریکی به منظور بررسی شرایط تداوم و عایق‌بندی انجام می‌شود. علاوه بر این، بازرسی‌های بصری، اندازه‌گیری‌ها (بررسی ابعادی) و گاهی اوقات تصویربرداری با اشعه ایکس نیز برای تأیید تراز داخلی صحیح و کیفیت دیواره‌های اتصالی (via) استفاده می‌شوند.

تنها برد‌هایی که تمام مشخصات مورد نیاز را رعایت کنند، اجازه ورود به مرحله بسته‌بندی و ارسال را دارند.

نتیجه‌گیری

ساخت برد چندلایه PCB بسیار پیچیده است و نیازمند دقت بالا، تجربه فراوان و ارائه و رعایت اقدامات کنترل کیفیت سختگیرانه در هر مرحله است. بنابراین منطقی است که عملکرد و قابلیت اطمینان محصول به طور قطع به اجرای صحیح تمام این مراحل علاوه بر آزمون‌ها، به ویژه آزمون‌های نهایی، بستگی داشته باشد.

کینگ فیلد موفق شده است تا برد چندلایه PCB را با بهره‌گیری از تجهیزات پیشرفته در کنار مدیریت فرآیند منظم ارائه دهد که صنایع مختلف را قادر می‌سازد تا محصولات الکترونیکی پیشرفته‌ای طراحی کنند. آگاهی از این لایه‌ها بیشتر به درک پیچیدگی‌های کارکرد الکترونیک مدرن کمک می‌کند و مشتریان را در انتخاب شریک معتبر تولید برد PCB یاری می‌رساند.