EN
De fabricage van multilayer PCB's is de toonaangevende technologie die de ontwikkeling van geavanceerde elektronica ondersteunt, waardoor de integratie van compacte en krachtige apparaten mogelijk wordt met brede toepassingen in de consumentenelektronica-, lucht- en ruimtevaart- en medische instrumentenindustrie. Terwijl enkel- of dubbellagige PCB's verwijzen naar één of twee koperlagen, bestaan multilayer PCB's uit drie of meer koperlagen die opgestapeld zijn en gescheiden door isolatiematerialen, waardoor complexere bedrading, hogere componentdichtheid en betere elektrische prestaties mogelijk zijn. Het begrijpen van de belangrijkste stappen in de fabricage van multilayer PCB's zorgt ervoor dat ontwerpers, ingenieurs en inkopers beter geïnformeerd zijn over kwaliteit, betrouwbaarheid en productiecapaciteit.
Ontwerpbeoordeling en engineeringvoorbereiding
Naast de fysieke productie is de fabricage van multilayer PCB's in wezen een product van het ontwerpstadium. Zodra de Gerber-bestanden, stack-upgegevens en technische eisen zijn ontvangen, bestuderen ingenieurs het ontwerp zeer gedetailleerd. Zij analyseren het ontwerp op spoorbreedtes, afstand tussen banen, impedantie-eisen, laaguitlijning, via-structuren en materiaalkeuze.
Simulatie en ontwerp voor fabricageanalyse (DFM) zijn verplicht voor zeer complexe printplaten.
Fabrikanten zoals King Field kunnen dure herzieningen voorkomen en garanderen dat de productiestroom soepel verloopt door DFM-resultaten te bieden waarbij mogelijke problemen vroegtijdig worden geïdentificeerd, zoals signalitegriteitsproblemen en boorproblemen.
Imageren en etsen van binnenlagen
Elke binnenkoperlaag wordt apart gemaakt. Aanvankelijk wordt het oppervlak van een koperbedekte laminaat gereinigd en wordt er een fotolac aangebracht. Op zeer nauwkeurige wijze wordt het patroon van de schakeling in het fotolac gegraveerd met behulp van UV-licht, in een proces dat foto-etsen wordt genoemd.
Tijdens het ontwikkelen wordt het fotolac dat blootgesteld is aan licht verwijderd, en het koper dat niet bedekt is door het fotolac wordt chemisch weggeëtst door middel van een oxideermiddel. Geautomatiseerde optische inspectie (AOI) wordt op dit punt gebruikt om ervoor te zorgen dat de lijnbreedtes en de tussenruimten overeenkomen met de verwachting en dat het patroon intact is. Aangezien gebreken die na laminering worden gevonden niet kunnen worden gecorrigeerd, is het essentieel om ervoor te zorgen dat de binnenlagen van goede kwaliteit zijn.
Oxidatiebehandeling binnenlaag
Vóór de laminatie worden de binnenlagen behandeld met oxide of andere oppervlakken die hechting bevorderen. Tijdens deze behandeling wordt het koperoppervlak atomair verhard, wat verondersteld wordt de hechting van de koperlagen aan de prepreg-isolatie te verbeteren wanneer de laminatie plaatsvindt. De hechting tussen lagen is een zeer belangrijke factor voor de mechanische stabiliteit en langetermijnbetrouwbaarheid van meerdere laag PCB's. Dit geldt in het bijzonder voor meerdere laag apparaten die moeten werken in omgevingen met hoge temperaturen of trillingen.
Laagopbouw en Laminatie
Laminatie is zonder twijfel een van de meest kenmerkende fasen van het fabricageproces van meerdere laag printplaten. De binnenlagen worden opgebouwd met tussenliggende stukken prepreg (glasvezel geïmpregneerd met epoxyhars) en de buitenste koperfolies worden bovenop en onderaan toegevoegd volgens het goedgekeurde stack-up ontwerp.
De stapel wordt vervolgens in een laminatiepers gebracht, waarbij een gecontroleerde cyclus van hitte en druk wordt toegepast. De voorverharste hars smelt, stroomt en verhardt daarna, waardoor alle lagen goed met elkaar verbonden worden tot één solide plaat. Een nauwkeurige regeling van temperatuur, druk en tijd is vereist om precieze uitlijning van de lagen te garanderen en typische fouten zoals lege ruimtes of ontlaagtering te voorkomen.
Boren en via-vorming
Na de laminatie wordt de meervoudige printplaat geboord om gaten te maken voor zowel doorverende componenten als vias die de lagen elektrisch met elkaar verbinden. Een CNC-boormachine maakt de mechanische gaten, terwijl voor microvias in high-density interconnect (HDI) ontwerpen een laserbooreenheid kan worden gebruikt.
De wanden van de gaten worden na het boren gereinigd en geactiveerd om de gaten te metalliseren. Het spreekt voor zich dat het boren zeer nauwkeurig moet zijn, omdat anders verkeerde uitlijning de elektrische verbinding tussen de lagen zal verzwakken.
Gatenmetallisatie en Koperplatering
Om de via's geleidend te maken, wordt eerst een dunne laag koper aangebracht op de gatwanden door middel van een stroomloos koperproces. Daarna vindt de elektrolytische koperplatering plaats om de dikte zodanig te vergroten dat het elektrisch en mechanisch betrouwbaar is.
Imageren en etsen van de buitenlaag
De bedrading van de laatste laag wordt zichtbaar gemaakt door de buitenlagen te belichten met fotolac, net als bij de binnenlagen. Na de fotolithografie- en ontwikkelprocessen wordt het overtollige koper weggeëtst, waardoor de voltooide circuits op de buitenlagen overblijven.
In dit stadium worden de padgeometrie, signaalleidingrouting en verbindingspunten voor componenten bepaald, wat uiteindelijk zowel de assemblageopbrengst als de elektrische prestaties beïnvloedt.
Aanbrengen van soldeermasker
Een soldeermasker is een laag lak-achtige polymer die wordt aangebracht over de PCB om koperbanen te beschermen tegen ongewenste oxidatie en vervuiling, en om de kans op soldeerbruggen tussen aangrenzende paden te verkleinen. Openingen voor paden en via's die moeten worden gesoldeerd, zijn dus uitsluitend gedefinieerd in de soldeermaskerlaag.
Nauwkeurigheid bij de uitlijning van het soldeermasker wordt zeer cruciaal bij de fabricage van meervoudige PCB's, vooral wanneer de componenten fijn gepitcht zijn. Fabrikanten zoals King Field gebruiken daarom geavanceerde beeldvormings- en uithardingsapparatuur om uniforme bedekking en duurzame prestaties te garanderen.
Oppervlakfinish
Soldeerbaarheid is één van de voordelen van de oppervlaktebehandeling, naast de bescherming van blootliggende koperpaden. De meest gangbare opties voor oppervlaktebehandeling zijn HASL, ENIG, OSP, immissie zilver en immissie tin. De keuze van de meest geschikte variant hangt af van factoren zoals houdbaarheid, assemblagemethode en elektrische prestaties.
Vanwege het vlakke oppervlak en de uitstekende corrosieweerstand wordt voor ENIG vaak gekozen bij toepassingen die hoge betrouwbaarheid vereisen.
Elektrische testen en eindinspectie
Testen en inspectie zijn de laatste stappen in de fabricage van multilagen PCB's. Om ervoor te zorgen dat er geen kortsluitingen of onderbrekingen aanwezig zijn op welke laag dan ook van de zeer complexe multilagenstructuur, wordt elektrisch getest op continuïteit en isolatievoorwaarden. Daarnaast kunnen visuele inspecties, metingen (afmetingscontroles) en soms röntgen worden gebruikt om de juiste interne uitlijning en via-kwaliteit te verifiëren.
Alleen de platen die voldoen aan alle vereiste specificaties mogen doorgaan naar de verpakkings- en verzendfase.
Conclusie
De fabricage van multilagen PCB's is uiterst uitdagend en vereist hoge precisie, veel ervaring en het opstellen en naleven van strikte kwaliteitscontrolemaatregelen in elke stap. Daarom is het logisch dat de prestaties en betrouwbaarheid van het product volledig afhangen van de correcte uitvoering van al die stappen, evenals van de tests, met name de eindtests.
King Field is erin geslaagd multilagen PCB's aan te bieden die verschillende industrieën in staat stellen om geavanceerde elektronische producten te ontwikkelen, door gebruik te maken van geavanceerde apparatuur in combinatie met een goed gedisplineerd procesmanagement. Inzicht in deze lagen verduidelijkt verder de complexiteit achter het functioneren van moderne elektronica en helpt klanten bij het maken van de juiste keuze voor een betrouwbare partner op het gebied van PCB-productie.
