Aké sú kľúčové kroky pri výrobe viacvrstvových dosiek plošných spojov?

Výroba viacvrstvových dosiek plošných spojov (PCB) je poprednou technológiou, ktorá podporuje vývoj pokročilej elektroniky a umožňuje integrovanie kompaktných a vysokovýkonných zariadení s širokým uplatnením v oblasti spotrebnej elektroniky, leteckej a vesmírnej techniky a priemyslu lekárskych prístrojov. Zatiaľ čo jednovrstvové alebo dvojvrstvové dosky PCB obsahujú len jednu alebo dve vrstvy medi, viacvrstvové dosky PCB majú tri a viac vrstiev medi, ktoré sú navrchované a oddelené izolačnými materiálmi, čo umožňuje komplikovanejšie prepojovanie obvodov, vyššiu hustotu súčiastok a lepší elektrický výkon. Porozumenie hlavným krokom výroby viacvrstvových dosiek PCB pomôže dizajnérom, inžinierom a nákupcom lepšie posúdiť kvalitu, spoľahlivosť a výrobnú schopnosť.

Preskúmanie návrhu a príprava technickej dokumentácie

Okrem fyzického výrobného procesu je výroba viacvrstvových dosiek plošných spojov v podstate produktom návrhovej fázy. Keď sú prijaté súbory Gerber, podrobnosti o vrstvení a technické požiadavky, inžinieri veľmi dôkladne preskúmajú návrh. Preskúmavajú návrh z hľadiska šírok tratí, medzier, požiadaviek na impedanciu, zarovnania vrstiev, štruktúr prechodových kontaktov a výberu materiálu.

Simulácia a analýza konštrukcie z hľadiska výrobnej prístupnosti (DFM) sú povinné pre veľmi komplikované dosky.

Výrobcovia ako King Field môžu pomôcť vyhnúť sa nákladným revíziám a zaručiť hladký výrobný proces tým, že poskytnú výsledky DFM, pri ktorých sa včas identifikujú potenciálne problémy, ako sú problémy s integritou signálu alebo obtiažne vŕtanie.

Obrázok vnútorných vrstiev a leptanie

Každá vnútorná mediaková vrstva je vyrobená samostatne. Najprv sa očistí povrch medeného laminátu a potiahne sa fotorezistom. Veľmi presne sa potom vzor obvodu vyrýpe do fotorezistu pomocou UV lúčov v procese nazývanom fotovyrývanie.

Vyvolávaním sa odstráni rezist vystavený svetlu a meď, ktorá nie je krytá rezistom, sa chemicky odstráni leptaním oxidačným činidlom. V tomto bode sa používa automatická optická kontrola (AOI), aby sa zabezpečilo, že šírky línií a vzdialenosti sú podľa očakávaní a že vzor je neporušený. Keďže chyby zistené po laminácii nie je možné opraviť, je nevyhnutné zaistiť, aby vnútorné vrstvy boli kvalitné.

Oxidová úprava vnútorných vrstiev

Pred lamináciou sú vnútorné vrstvy ošetrené oxidom alebo inými povrchmi, ktoré uľahčujú spojenie. Počas tejto úpravy je povrch medi atomárne drsnený, čo má podľa predstáv zlepšiť adhéziu medených vrstiev k izolácii prepregu počas laminácie. Adhézia medzi vrstvami je veľmi dôležitým faktorom mechanické stability a dlhodobej spoľahlivosti viacvrstvových dosiek plošných spojov. To platí obzvlášť pre viacvrstvové zariadenia, ktoré budú pracovať v prostredí charakterizovanom vysokými teplotami alebo vibráciami.

Skladba vrstiev a laminácia

Laminácia je bezpochyby jednou z najcharakteristickejších fáz výrobného procesu viacvrstvových dosiek plošných spojov. Vnútorné vrstvy sú usporiadané so základmi prepregu (sklolaminát impregnovaný epoxidovou živicou) medzi nimi a vonkajšie medené fólie sú pridané zhora a zdola podľa schváleného návrhu skladby vrstiev.

Potom sa zásobník vloží do laminovacej lisovacej linky, kde je vystavený kontrolovanému cyklu tepla a tlaku. Předimpregnovaná pryskyřice roztaje, roztečie sa a potom ztuhne, čím vznikne pevné spojenie všetkých vrstiev do jednej pevnej dosky. Na zabezpečenie presného zarovnania vrstiev a na vyhnutie sa typickým chybám, ako sú dutiny alebo odlepenie vrstiev, je nevyhnutná presná kontrola teploty, tlaku a času.

Vŕtanie a tvorba prechodiek

Po laminácii sa viacvrstvová doska plošných spojov vŕta za účelom vytvorenia otvorov pre cezotvorové súčiastky a prechodky, ktoré elektricky prepoja jednotlivé vrstvy. Mechanické otvory sú vytvorené CNC vŕtacím strojom, zatiaľ čo pri mikroprechodkách vo vysokohustotných prepojeniach (HDI) sa môže použiť laserové vŕtacie zariadenie.

Steny otvorov sa po vŕtaní vyčistia a aktivujú, aby bolo možné otvory metalizovať. Je samozrejmé, že vŕtanie musí byť veľmi presné, inak nesprávne zarovnanie zhorší elektrické spojenie medzi vrstvami.

Metalizácia otvorov a medené platie

Na to, aby boli vodiče vodivé, najprv sa na steny otvorov nanáša tenká vrstva medi nepriamym procesom medenatia. Následne sa vykoná elektrolytické medenatia, ktoré zvýši hrúbku tak, aby bola elektricky a mechanicky spoľahlivá.

Zobrazenie vonkajších vrstiev a leptanie

Obvod poslednej vrstvy sa odhalí tým, že sa na vonkajšie vrstvy aplikuje svetlocitlivý lak rovnako ako na vnútorné vrstvy. Po procesoch fotolitografie a vyvolávania sa odstráni prebytočná meď, čím na vonkajších vrstvách ostanú dokončené obvody.

V tomto štádiu sa určuje geometria plôšok, trasovanie spojov a pripojovacie body súčiastok, čo nakoniec ovplyvňuje jednak výťažok montáže, ako aj elektrický výkon.

Nanesení spájkovej masky

Súčasťou lakového náteru je vrstva polymérneho lakovaného povlaku, ktorý sa aplikuje na dosku plošných spojov (PCB) s cieľom chrániť medené vodiče pred nežiaducou oxidáciou a znečistením, ako aj znížiť riziko vzniku spájkových mostíkov medzi susediacimi ploškami. Otvory pre plošky a prechody, ktoré sa majú spájkovať, sú teda definované len vo vrstve spájkovej masky.

Presnosť pri zarovnaní spájkovej masky je mimoriadne dôležitá pri výrobe viacvrstvových dosiek plošných spojov, najmä ak ide o komponenty s jemným rozostupom vývodov. Výrobcovia ako napríklad King Field preto používajú najmodernejšie vybavenie na zobrazovanie a tuhnutie, ktoré zabezpečuje rovnomerné pokrytie a dlhodobý výkon.

Povrchové dokončenie

Spájkovateľnosť je jednou z výhod úpravy povrchu okrem ochrany odkrytých medených plôšok. Najbežnejšími možnosťami úpravy povrchu sú HASL, ENIG, OSP, ponorné striebro a ponorné cín. Voľba najvhodnejšej úpravy závisí od faktorov, ako je trvanlivosť, spôsob montáže a elektrický výkon.

Vzhľadom na svoj rovný povrch a vynikajúcu odolnosť voči korózii sa pri aplikáciách vysokej spoľahlivosti často uprednostňuje ENIG.

Elektrické testovanie a konečná kontrola

Testovanie a kontrola sú poslednými krokmi pri výrobe viacvrstvových dosiek plošných spojov. Aby sa zabezpečilo, že vo žiadnej vrstve veľmi komplexnej viacvrstvovej štruktúry neexistujú skraty ani prerušenia, vykonáva sa elektrické testovanie na overenie podmienok spojitosti a izolácie. Okrem toho sa môžu použiť vizuálne inšpekcie, merania (kontrola rozmerov) a niekedy aj röntgen na overenie správneho vnútorného zarovnania a kvality prechodových kontaktov.

Na pokračovanie do fázy balenia a expedície sú povolené iba dosky, ktoré spĺňajú všetky požadované špecifikácie.

Záver

Výroba viacvrstvových dosiek plošných spojov je mimoriadne náročná, vyžaduje vysokú presnosť, bohaté skúsenosti a vypracovanie prísnych opatrení na kontrolu kvality vo všetkých krokoch procesu. Je preto logické, že výkon a spoľahlivosť výrobku závisia od správneho dodržania všetkých týchto krokov vrátane testov, najmä záverečných.

Spoločnosť King Field sa podarilo ponúknuť viacvrstvové dosky plošných spojov, ktoré umožňujú rôznym odvetviam priemyslu vyrábať moderné elektronické výrobky pomocou sofistikovaného vybavenia v spojení s riadne organizovaným riadením procesov. Hlbšie pochopenie týchto vrstiev osvetľuje komplexnosť fungovania súčasnej elektroniky a pomáha zákazníkom pri rozhodovaní o vhodnom spoľahlivom partnerovi pre výrobu dosiek plošných spojov.