EN
Производство многослойных печатных плат является ведущей технологией, способствующей развитию передовой электроники, позволяя интегрировать компактные и высокопроизводительные устройства, которые широко применяются в потребительской электронике, аэрокосмической промышленности и медицинском приборостроении. В то время как одно- или двухслойные печатные платы имеют только один или два слоя меди, многослойные печатные платы состоят из трёх и более слоёв меди, уложенных друг на друга и разделённых изолирующими материалами, что позволяет реализовать более сложную трассировку цепей, достичь более высокой плотности компонентов и улучшить электрические характеристики. Понимание основных этапов производства многослойных печатных плат поможет конструкторам, инженерам и закупщикам лучше ориентироваться в вопросах качества, надёжности и производственных возможностей.
Проверка проекта и подготовка к производству
Помимо физического производства, изготовление многослойных печатных плат по сути является результатом этапа проектирования. Как только получаются файлы Gerber, детали конструкции слоев и технические требования, инженеры тщательно изучают проект. Они анализируют проект с точки зрения ширины трасс, расстояний между ними, требований к импедансу, выравнивания слоев, структур переходных отверстий и выбора материалов.
Моделирование и анализ технологичности конструкции (DFM) обязательны для очень сложных плат.
Производители, такие как King Field, могут помочь избежать дорогостоящих изменений и гарантировать бесперебойный производственный процесс, предоставляя результаты анализа DFM, на основании которых потенциальные проблемы, такие как проблемы целостности сигнала и трудности сверления, выявляются на раннем этапе.
Формирование рисунка внутренних слоев и травление
Каждый внутренний медный слой изготавливается отдельно. Сначала поверхность медного фольгированного диэлектрика очищается, после чего на неё наносится фотополимер. С помощью ультрафиолетовых лучей с высокой точностью на фотополимер наносится рисунок схемы в процессе, называемом фотохимическим травлением.
При проявлении удаляется фотополимер, подвергшийся воздействию света, а медь, не покрытая фотополимером, химически вытравливается окисляющим агентом. На этом этапе используется автоматическая оптическая инспекция (AOI) для проверки того, что ширина линий и расстояния между ними соответствуют ожидаемым значениям и что рисунок остаётся неповреждённым. Поскольку дефекты, обнаруженные после ламинирования, невозможно исправить, крайне важно убедиться в высоком качестве внутренних слоёв.
Оксидная обработка внутренних слоёв
Перед ламинированием внутренние слои обрабатываются оксидом или другими поверхностями, способствующими соединению. В ходе этой обработки поверхность меди становится атомарно шероховатой, что, как считается, улучшает адгезию медных слоев к изоляции препреги при выполнении ламинирования. Сцепление между слоями является очень важным фактором механической стабильности и долгосрочной надежности многослойных печатных плат. Это особенно актуально для многослойных устройств, которые будут работать в условиях высоких температур или вибраций.
Структура слоев и ламинирование
Ламинирование, безусловно, является одной из наиболее характерных фаз процесса изготовления многослойных печатных плат. Внутренние слои укладываются с прокладками из препреги (стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой), между ними, а наружные медные фольги добавляются сверху и снизу в соответствии с утвержденной конструкцией пакета слоев.
Затем пакет помещается в ламинировочный пресс, где подвергается контролируемому циклу нагрева и давления. Пропиточная смола плавится, растекается и затем затвердевает, обеспечивая надежное соединение всех слоев в одну монолитную плату. Для гарантии точного совмещения слоев и предотвращения типичных дефектов, таких как пустоты или расслоение, требуется точный контроль температуры, давления и времени.
Сверление и формирование переходных отверстий
После ламинирования многослойная печатная плата сверлится для создания отверстий под компоненты с выводами и монтажные переходные отверстия, которые будут электрически соединять слои. Механические отверстия выполняются на станке с ЧПУ, а для микроотверстий в конструкциях с высокой плотной компоновкой (HDI) может применяться лазерное сверление.
После сверления стенки отверстий очищаются и активируются для металлизации. Само собой разумеется, что сверление должно быть очень точным, иначе несовпадение приведет к ухудшению электрического соединения между слоями.
Металлизация отверстий и меднение
Для обеспечения проводимости переходных отверстий сначала на их стенки наносится тонкая пленка меди методом химического меднения. После этого выполняется этап электролитического меднения для увеличения толщины слоя до значения, обеспечивающего электрическую и механическую надежность.
Формирование рисунка и травление внешних слоев
Рисунок цепи последнего слоя формируется путем нанесения фоторезиста на внешние слои, аналогично внутренним слоям. После процессов фотолитографии и проявления избыток меди удаляется травлением, в результате чего на внешних слоях остаются готовые цепи.
На этом этапе определяются геометрия контактных площадок, трассировка проводников и точки подключения компонентов, что в конечном итоге влияет как на выход годных при сборке, так и на электрические характеристики.
Нанесения паяльной маски
Слой паяльной маски — это полимерное покрытие, наносимое на печатную плату для защиты медных проводников от нежелательного окисления и загрязнения, а также для снижения вероятности образования перемычек при пайке между соседними контактными площадками. Отверстия для контактных площадок и переходных отверстий, подлежащих пайке, определяются именно в слое паяльной маски.
Точность совмещения паяльной маски становится крайне важной при изготовлении многослойных печатных плат, особенно если используются компоненты с малым шагом выводов. В связи с этим производители, такие как King Field, применяют современное оборудование для экспонирования и отверждения, обеспечивающее равномерное покрытие и длительную надежность.
Покрытие поверхности
Паяемость является одним из преимуществ финишного покрытия, помимо защиты оголённых медных контактных площадок. Наиболее распространённые варианты финишных покрытий — HASL, ENIG, OSP, иммерсионное серебро и иммерсионное олово. Выбор наиболее подходящего варианта зависит от таких факторов, как срок хранения, метод сборки и электрические характеристики.
Благодаря плоской поверхности и отличной коррозионной стойкости, в высоконадёжных приложениях часто предпочитают использовать ENIG.
Электрические испытания и окончательный контроль
Испытания и проверка являются заключительными этапами изготовления многослойных печатных плат. Для обеспечения отсутствия коротких замыканий или обрывов на любом слое очень сложной многослойной структуры выполняются электрические испытания, проверяющие условия непрерывности и изоляции. Кроме того, для проверки правильности внутреннего расположения и качества переходных отверстий могут использоваться визуальный осмотр, измерения (проверка размеров) и иногда рентгеновский снимок.
На этап упаковки и отправки допускаются только те платы, которые соответствуют всем требуемым техническим характеристикам.
Заключение
Изготовление многослойных печатных плат является чрезвычайно сложным процессом, требующим высокой точности, большого опыта и разработки, а также строгого соблюдения мер контроля качества на каждом этапе. Поэтому вполне логично, что производительность и надёжность изделия будут напрямую зависеть от правильного выполнения всех этих этапов, а также тестов, особенно финальных.
Компании King Field удалось предложить многослойные печатные платы, позволяющие различным отраслям промышленности создавать передовую электронную продукцию, применяя сложное оборудование в сочетании с дисциплинированным управлением производственными процессами. Понимание этих слоёв дополнительно раскрывает сложности функционирования современной электроники, а также помогает клиентам сделать правильный выбор надёжного партнёра по производству печатных плат.
