Hva er de viktigste trinnene i fremstilling av flerlags PCB?

Fremstilling av flerlags PCB er ledende teknologi som støtter utviklingen av avanserte elektronikkprodukter, og muliggjør integrering av kompakte og høytytende enheter med bred bruk i konsumentelektronikk, luft- og romfart, samt medisinske instrumentindustrier. Mens enkelt- eller dobbeltlags PCB-er refererer til én eller to kopperlag, består flerlags PCB-er av tre eller flere kopperlag stablet oppå hverandre og atskilt med isolerende materialer, noe som gjør det mulig med mer kompleks kretsruting, høyere komponenttetthet og bedre elektrisk ytelse. Å forstå de viktigste trinnene i fremstillingen av flerlags PCB gjør at konstruktører, ingeniører og kjøpere blir mer kunnskapsrike om kvalitet, pålitelighet og produksjonskapasitet.

Designgjennomgang og teknisk forberedelse

I tillegg til den fysiske produksjonen, er flerlags PCB-produksjon i praksis et resultat av designstadiet. Når Gerber-filer, lagoppbygningsdetaljer og tekniske krav er mottatt, gjennomgår ingeniører designet i stor detalj. De vurderer designet med hensyn til banebredder, avstander, impedanskrav, lagjustering, gjennomforingsstrukturer og materialevalg.

Simulering og design for produksjonsvennlighet (DFM)-analyse er obligatorisk for svært kompliserte kretskort.

Produsenter som King Field kan hjelpe med å unngå kostbare revisjoner og sikre en jevn produksjonsprosess ved å levere DFM-resultater der potensielle problemer identifiseres tidlig, som signalintegritetsproblemer og boreutfordringer.

Avbildning og etsing av indre lag

Hver indre kobberlag er laget separat. Først rengjøres overflaten på en kobberkledde laminat, og et fotolakk påføres. Med stor nøyaktighet graveres kretsmønsteret i fotolakken ved hjelp av UV-stråler i en prosess som kalles fotogravering.

Utviklingen fjerner lakken som er eksponert for lys, og det kobberet som ikke er dekket av lakken, etses bort kjemisk ved hjelp av et oksiderende middel. Automatisk optisk inspeksjon (AOI) brukes nå for å sikre at linjebredder og avstander er som forventet og at mønsteret er intakt. Ettersom feil funnet etter laminering ikke kan rettes, er det avgjørende å sikre god kvalitet på de indre lagene.

Oksidbehandling av indre lag

Før laminering behandles de indre lagene med oksid eller andre overflater som letter bindingen. Overflaten på kobberet blir atomært ru under denne behandlingen, noe som antas å forbedre adhesjonen mellom kobberlagene og prepreg-isolasjonen når lamineringen gjennomføres. Adhesjon mellom lagene er en svært viktig faktor for den mekaniske stabiliteten og langtidspåliteligheten til flerlags PCB-er. Dette gjelder spesielt for flerlags enheter som skal brukes i miljøer med høye temperaturer eller vibrasjoner.

Lagoppbygging og laminering

Laminering er uten tvil en av de mest karakteristiske fasene i produksjonsprosessen for flerlags PCB-er. De indre lagene settes sammen med plater av prepreg (glassfiberimpregnert med epoksyharpiks) mellom seg, og ytterste kobberfolier legges til øverst og nederst i henhold til den godkjente lagoppbygningskonstruksjonen.

Stapelen settes deretter inn i en laminasjonspress hvor den utsettes for en kontrollert syklus av varme og trykk. Prepreg-harpen smelter, flyter og fastner deretter, noe som resulterer i en god binding av alle lag til ett solidt kretskort. Nøyaktig kontroll av temperatur, trykk og tid er nødvendig for å sikre presis lagjustering og unngå typiske feil som hulrom eller delaminering.

Boring og via-dannelse

Etter lamineringsprosessen blir flerlags PCB-en boret for å lage hull til både gjennomforingskomponenter og vias som skal elektrisk koble lagene. En CNC-boremaskin lager de mekaniske hullene, mens en laserbor kan brukes for mikroviass i høydensitets koblingsdesign (HDI).

Hullveggene rengjøres og aktiveres etter boring for å metallisere hullene. Det er selvsagt at boringen må være svært nøyaktig, ellers vil feiljustering forringe den elektriske forbindelsen mellom lagene.

Metallisering og kobberplate

For å gjøre gjennomgående hull ledende, avsettes først en tynn kobberfilm på hullveggene ved hjelp av en strømløs kobberprosess. Deretter utføres elektrolytisk kobberplate for å øke tykkelsen til et nivå som er elektrisk og mekanisk pålitelig.

Avbildning og etsing av ytterlag

Kretsen i det siste laget avdeksles ved at ytterlagene avbildes med fotolakk, akkurat som de indre lagene. Etter fotolitografi- og utviklingsprosessene etses overtallig kobber bort, noe som etterlater ferdige kretser på ytterlagene.

I dette trinnet bestemmes pad-geometri, sporrouting og komponenttilkoblingspunkter, noe som til slutt påvirker både monteringsutbytte og elektrisk ytelse.

Påføring av loddemaske

En loddemaske er et lakkaktig polymerlag som påføres PCB-en for å beskytte kobberbaner mot uønsket oksidasjon og forurensning, samt redusere sjansen for loddebrygging mellom tilstøtende loddeflater. Åpninger for loddeflater og gjennomgående hull som skal loddes defineres derfor kun i loddemaskelaget.

Nøyaktighet i justeringen av loddemasken blir svært viktig ved fremstilling av flerlags PCB, spesielt hvis komponentene har fin pitch. For å oppnå dette bruker produsenter som King Field moderne avbildnings- og herdeutstyr for å sikre jevn dekning og lang levetid.

Overflatefullføring

Loddeegenskaper er ett av fordelen med overflatebehandlingen, i tillegg til beskyttelse av eksponerte kobberflater. De vanligste overflatebehandlingene er HASL, ENIG, OSP, inntukket sølv og inntukket tinn. Valget av den mest passende typen avhenger av faktorer som holdbarhet, monteringsmetode og elektrisk ytelse.

På grunn av sin flate overflate og utmerkede korrosjonsbestandighet, foretrekkes ENIG ofte for høy-pålitelighetsapplikasjoner.

Elektrisk testing og sluttkontroll

Testing og inspeksjon er de siste trinnene i fremstilling av flerlags PCB. For å sikre at det ikke forekommer kortslutninger eller åpne forbindelser i noen lag av den svært komplekse flerlagsstrukturen, utføres elektrisk testing for å sjekke kontinuitet og isolasjonsforhold. I tillegg kan visuelle inspeksjoner, målinger (målekontroller) og noen ganger røntgen brukes for å bekrefte korrekt intern justering og kvalitet på gjennomganger.

Kun de kretskortene som samsvarer med alle kravspesifikasjonene, tillates å gå videre til emballasje og utsending.

Konklusjon

Fremstilling av flerlags PCB er svært utfordrende og krever høy presisjon, stor erfaring og utvikling samt overholdelse av strenge kvalitetskontrolltiltak i hvert trinn. Derfor er det kun logisk at ytelsen og påliteligheten til produktet helt sikkert avhenger av riktig gjennomføring av alle disse trinnene i tillegg til testene, spesielt de endelige.

King Field har klart å tilby flerlags PCB-er som muliggjør at ulike industrier kan utvikle elektroniske produkter av nyeste teknologi ved bruk av sofistikert utstyr i kombinasjon med godt strukturert prosesshåndtering. Å forstå disse lagene bedre, gir innsikt i kompleksiteten bak moderne elektronikk og hjelper samtidig kundene med å ta de rette valgene når det gjelder en pålitelig produsent av PCB.