Care sunt pașii cheie în fabricarea PCB cu mai multe straturi?

Fabricarea PCB-urilor multistrat este tehnologia principală care susține dezvoltarea electronicii avansate, permițând integrarea dispozitivelor compacte și cu performanțe ridicate, utilizate pe scară largă în industria electronică de consum, aerospace și echipamente medicale. În timp ce PCB-urile cu unul sau două straturi se referă la unul sau două straturi de cupru, PCB-urile multistrat au trei sau mai multe straturi de cupru suprapuse și separate prin materiale izolatoare, ceea ce face posibilă o rutare mai complexă a circuitelor, o densitate mai mare de componente și o performanță electrică superioară. Cunoașterea etapelor principale ale fabricării PCB-urilor multistrat îi va face pe proiectanți, ingineri și achiziționari mai bine informați despre calitate, fiabilitate și capacitatea de producție.

Revizuirea proiectului și pregătirea tehnică

Pe lângă fabricarea fizică, realizarea unui PCB multistrat este în esență un produs al etapei de proiectare. Odată ce fișierele Gerber, detaliile de stratificare și cerințele tehnice sunt primite, inginerii analizează în mod atent proiectul. Ei examinează cu atenție lățimile traseelor, distanțele dintre acestea, cerințele de impedanță, alinierea straturilor, structurile de tip via și selecția materialelor.

Simularea și analiza pentru proiectarea orientată pe fabricabilitate (DFM) sunt obligatorii pentru plăcile foarte complicate.

Producători precum King Field pot ajuta la evitarea reviziilor costisitoare și pot garanta un flux de producție fără probleme, oferind rezultatele analizei DFM, astfel încât eventualele probleme — cum ar fi probleme de integritate a semnalului sau dificultăți la găurire — să fie identificate din timp.

Imagistica și gravura stratului interior

Fiecare strat intern de cupru este realizat separat. Inițial, suprafața unui laminat acoperit cu cupru este curățată și apoi se aplică un material fotosensibil pe aceasta. Într-un mod foarte precis, modelul circuitului este gravat pe materialul fotosensibil utilizând raze UV într-un proces numit foto-gravare.

Dezvoltarea elimină materialul fotosensibil expus la lumină, iar cuprul care nu este acoperit de acesta este atacat chimic prin coroziune cu un agent oxidant. La acest punct se utilizează o inspecție optică automată (AOI) pentru a verifica dacă lățimile liniilor și distanțele dintre ele sunt conform așteptărilor și dacă modelul este intact. Deoarece defectele descoperite după laminare nu pot fi corectate, este esențial să se asigure o calitate bună a straturilor interne.

Tratarea Oxidului Stratului Intern

Înainte de laminare, straturile interioare sunt tratate cu oxid sau alte suprafețe care facilitează lipirea. În timpul acestui tratament, suprafața cuprului este micro-aspectată la nivel atomic, ceea ce se consideră că îmbunătățește aderența straturilor de cupru la izolația din prepreg atunci când se realizează laminarea. Aderența între straturi este un factor foarte important pentru stabilitatea mecanică și fiabilitatea pe termen lung a PCB-urilor multistrat. Acest lucru este valabil în special pentru dispozitivele multistrat care vor funcționa în medii caracterizate de temperaturi ridicate sau vibrații.

Stivuire stratificată și laminare

Laminarea este fără îndoială una dintre cele mai caracteristice faze ale procesului de fabricare a PCB-urilor multistrat. Straturile interioare sunt așezate cu bucăți de prepreg (sticlă fibrilată impregnată cu rășină epoxidică) între ele, iar foițele exterioare de cupru sunt adăugate la partea superioară și inferioară conform designului de stivuire aprobat.

Stiva este apoi introdusă într-o presă de laminare unde este supusă unui ciclu controlat de căldură și presiune. Rezina prepreg se topește, curge, apoi se solidifică, rezultând o legătură bună a tuturor straturilor într-o singură placă. Este necesară o controlare precisă a temperaturii, presiunii și timpului pentru a garanta alinierea exactă a straturilor și pentru a evita defectele tipice, cum ar fi golurile sau deslipirea straturilor.

Găurire și formarea traseelor conductoare (vias)

După laminare, placa PCB multistrat este găurită pentru a crea orificii atât pentru componentele cu inserție cât și pentru traseele conductoare (vias) care vor conecta electric straturile. O mașină de găurit CNC creează orificiile mecanice, în timp ce pentru microvias în designurile cu interconectare densă (HDI) poate fi utilizată o unitate de găurit cu laser.

Pereții orificiilor sunt curățați și activați după găurire pentru a permite metalizarea orificiilor. Este evident că găurirea trebuie să fie foarte precisă, altfel o aliniere necorespunzătoare va deteriora conexiunea electrică între straturi.

Metalizare și placare cu cupru a găurilor

Pentru a face căile conductive, inițial se depune un strat subțire de cupru pe pereții găurilor printr-un proces de cupru electroless. Ulterior, se realizează etapa de placare electrolitică cu cupru pentru a crește grosimea până la un nivel care să fie fiabil din punct de vedere electric și mecanic.

Imagistica și coroziunea stratului exterior

Circuitul stratului final este dezvăluit prin aplicarea unui strat de fotorezist pe straturile exterioare, asemenea straturilor interioare. După procesele de fotolitografie și dezvoltare, cuprul în exces va fi îndepărtat prin coroziune, lăsând astfel circuitele completate pe straturile exterioare.

În această etapă, se stabilesc geometria pad-urilor, rutarea traseelor și punctele de conectare ale componentelor, influențând astfel atât randamentul asamblării, cât și performanța electrică.

Aplicarea mastului de lipit

O mască de lipit este un strat de polimer asemănător lacului care este aplicat peste PCB în scopul protejării traseelor de cupru de oxidarea neintenționată și de contaminare, precum și pentru reducerea riscului de punți de lipit între padurile adiacente. Deschiderile pentru paduri și vias care urmează să fie lipite sunt definite astfel doar în stratul măștii de lipit.

Precizia alinierii măștii de lipit devine foarte importantă în ceea ce privește fabricarea PCB-urilor multistrat, mai ales dacă componentele au pas fin. În acest sens, producători precum King Field utilizează echipamente moderne de imagistică și curățare pentru a oferi o acoperire uniformă și o performanță durabilă.

Finalizare suprafață

Lipirea este unul dintre avantajele finisajului de suprafață, alături de protejarea padurilor de cupru expuse. Cele mai comune opțiuni de finisaj de suprafață sunt HASL, ENIG, OSP, argint imers și staniu imers. Alegerea celei mai potrivite depinde de factori precum durata de stocare, metoda de asamblare și performanța electrică.

Datorită suprafeței sale plane și rezistenței excelente la coroziune, aplicațiile cu înaltă fiabilitate preferă adesea soluția ENIG.

Testare electrică și inspecție finală

Testarea și inspecția sunt ultimii pași în fabricarea PCB-urilor multistrat. Pentru a se asigura că nu există scurtcircuitări sau întreruperi la niciun strat al structurii multistrat foarte complexe, se efectuează testări electrice pentru verificarea condițiilor de continuitate și izolare. În plus, pot fi utilizate inspecții vizuale, măsurători (verificări dimensionale) și uneori radiografii cu raze X pentru a verifica alinierea corectă internă și calitatea vioanelor.

Doar plăcile care respectă toate specificațiile cerute sunt autorizate să avanseze spre etapa de ambalare și livrare.

Concluzie

Fabricarea PCB-urilor multistrat este extrem de dificilă, necesitând o precizie ridicată, o bogăție de experiență și elaborarea precum și respectarea unor măsuri stricte de control al calității la fiecare etapă. Prin urmare, este firesc ca performanța și fiabilitatea produsului să depindă în mod cert de implementarea corectă a tuturor acestor pași, precum și de testele efectuate, mai ales cele finale.

King Field a reușit să ofere PCB-uri multistrat care permit diferitelor industrii să creeze produse electronice de ultimă generație, utilizând echipamente sofisticate împreună cu o gestionare riguroasă a proceselor. Cunoașterea acestor straturi aduce mai multă lumină asupra complexității din spatele funcționării electronicii moderne, ajutând totodată clienții să facă alegeri corecte în ceea ce privește un partener fiabil de fabricare a PCB-urilor.