EN
Monikerroksisen PCB:n valmistus on johtava teknologia, joka tukee edistyneiden elektroniikkalaitteiden kehittämistä, mahdollistaen kompaktien ja suorituskykyisten laitteiden integroinnin, joilla on laajat sovellukset kuluttaja-elektroniikassa, ilmailussa ja lääkintälaitetekniikassa. Yhden tai kahden kerroksen PCB:t viittaavat vain yhteen tai kahteen kuparikerrokseen, kun taas monikerroksisissa PCB:ssä on kolme tai useampia kuparikerroksia, jotka on pinottu ja erotettu eristysmateriaaleilla, mikä mahdollistaa monimutkaisemman piirireitin, korkeamman komponenttitiheyden ja paremman sähköisen suorituskyvyn. Monikerroksisen PCB:n valmistuksen keskeisten vaiheiden ymmärtäminen tekee suunnittelijoista, insinööreistä ja ostajista tietoisempia laadusta, luotettavuudesta ja tuotantokyvystä.
Suunnittelun tarkastus ja tekninen valmistelu
Useiden kerrosten PCB-valmistuksen lisäksi fyysinen valmistus on oleellisesti suunnitteluvaiheen tuote. Kun Gerber-tiedostot, kerrosrakenteen tiedot ja tekniset vaatimukset on vastaanotettu, insinöörit tarkastelevat suunnitelmaa erittäin huolellisesti. He arvioivat suunnittelua johdinleveys-, väli-, impedanssi-, kerrosten kohdistus-, viakonstruktioiden ja materiaalivalintojen osalta.
Simulointi ja valmistettavuuden suunnittelu (DFM) -analyysi ovat pakollisia erittäin monimutkaisille piirilevyille.
Valmistajat kuten King Field voivat auttaa välttämään kalliita revisioita ja taata sileän tuotantoprosessin tarjoamalla DFM-analyysin tulokset, joissa mahdolliset ongelmat kuten signaalin eheyden häiriöt ja porausvaikeudet tunnistetaan varhaisessa vaiheessa.
Sisäkerroksen kuvaus ja syövytys
Jokainen sisempi kuparikerros valmistetaan erikseen. Aluksi kuparilla päällystetyn laminaatin pinta puhdistetaan ja sille levitetään valomuovi. Piirin kuviointi kaiverretaan valomuoviin erittäin tarkasti ultraviolettisäteillä prosessissa, jota kutsutaan valokaiverrukseksi.
Kehitysprosessi poistaa valolle altistuneen resistanssin, ja resistanssin suojaamaton kupari syövytetään pois kemiallisesti hapettavalla aineella. Tässä vaiheessa käytetään automatisoitua optista tarkastusta (AOI) varmistaakseen, että linjojen leveydet ja välimatkat ovat odotetun mukaiset ja että kuviointi on virheetön. Koska laminoinnin jälkeen havaitut virheet ei voida korjata, on välttämätöntä varmistaa, että sisäkerrokset ovat hyvää laatua.
Sisäkerroksen oksidikäsittely
Laminaation ennen sisäkerroksia käsitellään hapella tai muilla pinnoitteilla, jotka edistävät liitosta. Tässä vaiheessa kuparin pinta karhentuu atomitasolla, mikä katsotaan parantavan kuparikerrosten adheesiota prepeg-eristeeseen laminaation aikana. Kerrosvälisen liitoksen lujuus on erittäin tärkeä tekijä monikerroksisten piirilevyjen mekaanisessa stabiilisuudessa ja pitkän aikavälin luotettavuudessa. Tämä pätee erityisesti monikerroksisiin laitteisiin, jotka toimivat korkeissa lämpötiloissa tai värähtelyalttiissa ympäristöissä.
Kerrospinoa ja laminaatiota
Laminaatio on epäilemättä yksi tunnusomaisimmista vaiheista monikerroksisten piirilevyjen valmistusprosessissa. Sisäkerrokset kasataan prepeg-palojen (epoksiharjalla impregnoitua lasikuitua) väliin, ja ulkoiset kuparikalvot lisätään päälle ja alapuolelle hyväksytyn kerrospino-asetelman mukaisesti.
Pinnoite asetetaan sitten laminoitussäätöön, jossa sitä käsitellään tarkasti ohjatulla lämpö- ja paineohjelmalla. Esikyllästetty resiini sulaa, virtaa ja kiinteytyy, mikä johtaa kaikkien kerrosten hyvään yhteenliittymiseen yhdeksi kiinteäksi levymateriaaliksi. Tarkka lämpötilan, paineen ja ajan säätö on välttämätöntä tarkkojen kerrosten kohdistuksen varmistamiseksi sekä tyhjien tilojen tai kerrosten irtoamisen kaltaisten virheiden estämiseksi.
Poraus ja viapisteiden muodostus
Laminoinnin jälkeen monikerroksinen piirilevy porataan reikiin komponenttien läpivientikytkentöjä ja kerroksia yhdistäviä via-reikiä varten. CNC-porakone muodostaa mekaaniset reiät, kun taas mikroviapisteet tiheästi kytketyissä (HDI) rakenteissa voidaan tehdä laserporauksella.
Porauksen jälkeen reikien seinämät puhdistetaan ja aktivoitavat, jotta reiät voidaan metallisoida. On itsestään selvää, että porauksen täytyy olla erittäin tarkka, muuten epätarkkuudet heikentävät sähköistä yhteyttä kerrosten välillä.
Reikien metallointi ja kuparipinnoitus
Jotta viat saadaan johtaviksi, reikien seiniin depositoidaan aluksi ohut kuparikalvo elektrolyysittömän kuparipinnoituksen avulla. Tämän jälkeen suoritetaan elektrolyyttinen kuparipinnoitus, jolla kasvatetaan paksuutta siten, että se on sähköisesti ja mekaanisesti luotettava.
Ulkoisten kerrosten kuvaus ja syövytys
Viimeisen kerroksen piiri paljastetaan kuvaamalla ulkokerrokset valokuvauksella valomuovilla aivan kuten sisäkerroksetkin. Valokuvauksen ja kehitysprosessin jälkeen ylimääräinen kupari syövytetään pois, jolloin ulkokerroksille jäävät valmiit piirit.
Tässä vaiheessa määritetään padigeometria, jäljen reititys sekä komponenttien liitäntäpisteet, mikä vaikuttaa lopulta sekä kokoonpanon hyötysuhteeseen että sähköiseen suorituskykyyn.
Solder maskin sovellus
Juotosmaski on levymäinen lakkimainen polymeerikerros, joka päällystetään piirilevylle suojatakseen kupariratoja epätoivottulta hapettumiselta ja saastumiselta sekä vähentääkseen juotoksen siltojen muodostumisen mahdollisuutta vierekkäisten liitinpaikkojen välillä. Juotettavien liitinpaikkojen ja viapilkkujen avaukset määritellään siis ainoastaan juotosmaskikerroksessa.
Juotosmaskin tarkka linjaus on erittäin tärkeää monikerroksisen piirilevyn valmistuksessa, erityisesti jos komponentit ovat tiheäpihdillisiä. Tätä tarkoitusta varten valmistajat kuten King Field käyttävät huippuluokan kuvantamis- ja kovetuslaitteita saadakseen tasaisen peittävyyden ja pitkäikäisen suorituskyvyn.
Pinta- käännetty suomeksi
Juotettavuus on yksi pintakäsittelyn hyödyistä alttien kupariliitinpaikkojen suojaamisen lisäksi. Yleisimmät pintakäsittelyvaihtoehdot ovat HASL, ENIG, OSP, upotuss hopea ja upotustin. Soveltuvimman vaihtoehdon valinta riippuu tekijöistä, kuten säilytysajasta, asennusmenetelmästä ja sähköisestä suorituskyvystä.
Tasaisen pinnan ja erinomaisen korroosionkeston vuoksi monia korkean luotettavuuden sovelluksia suositellaan käyttämään ENIG:ää.
Sähköinen testaus ja lopullinen tarkastus
Testaus ja tarkastus ovat viimeiset vaiheet monikerroksisen PCB:n valmistuksessa. Varmistaakseen, että hyvin monimutkaisessa monikerroksisessa rakenteessa ei ole oikosulkuja tai katkoksia missään kerroksessa, sähköisiä testejä suoritetaan jatkuvuuden ja eristysolosuhteiden tarkistamiseksi. Lisäksi visuaalisia tarkastuksia, mittauksia (mittojen tarkistukset) ja joskus röntgensäteitä voidaan käyttää sisäisen kohdistuksen ja viakan laadun varmentamiseen.
Vain ne levyt, jotka täyttävät kaikki vaaditut määritykset, voidaan siirtää pakkaus- ja toimitusvaiheeseen.
Johtopäätös
Monikerroksisen PCB:n valmistus on erittäin haastavaa, vaatien suurta tarkkuutta, runsasta kokemusta sekä tiukkojen laadunvalvontatoimenpiteiden kehittämistä ja noudattamista jokaisessa vaiheessa. Siksi on vain loogista, että tuotteen suorituskyky ja luotettavuus riippuvat ehdottomasti kaikkien näiden vaiheiden oikeasta toteutuksesta lisäksi testeistä, erityisesti lopputesteistä.
King Field on onnistunut tarjoamaan monikerroksisia PCB:itä, jotka mahdollistavat eri teollisuudenalojen kehittää huipputeknisiä elektroniikkatuotteita käyttämällä sophistikoitunutta kalustoa yhdessä hyvin kohdennetun prosessinhallinnan kanssa. Näiden kerrosten tunteminen lisää tietoa modernin elektroniikan toiminnan monimutkaisuuksista sekä auttaa asiakkaita tekemään oikeat valinnat luotettavan PCB-valmistajan osalta.
