Vilka är de viktigaste stegen i tillverkningen av flerskikts-PCB?

Tillverkning av flerlagers PCB är den ledande tekniken som stödjer utvecklingen av avancerad elektronik, vilket möjliggör integrering av kompakta och högpresterande enheter med breda tillämpningar inom konsumentelektronik, rymd- och flygindustri samt medicinsk instrumentering. Medan enkel- eller dubbelsidiga PCB:ar avser endast en eller två kopparlager, består flerlagers PCB av tre eller fler kopparlager staplade ovanpå varandra och separerade med isoleringsmaterial, vilket möjliggör mer komplex kretskonstruktion, högre komponenttäthet och bättre elektrisk prestanda. Att förstå de viktigaste stegen i tillverkningen av flerlagers PCB gör att konstruktörer, ingenjörer och inköpare får större kunskap om kvalitet, tillförlitlighet och produktionskapacitet.

Designgranskning och teknisk förberedelse

Förutom den fysiska tillverkningen är tillverkning av flerlagers PCB i huvudsak en produkt av designstadiet. När Gerber-filer, lageruppbyggnadsdetaljer och tekniska krav har tagits emot granskar ingenjörer designen mycket noggrant. De undersöker designen med avseende på spårbreddar, avstånd, impendanskrav, lagernoggrannhet, via-strukturer och materialval.

Simulering och design för tillverkbarhetsanalys (DFM) är obligatoriskt för mycket komplicerade kretskort.

Tillverkare som King Field kan hjälpa till att undvika kostsamma omarbetningar och säkerställa att produktionen går smidigt genom att tillhandahålla DFM-resultat där potentiella problem identifieras tidigt, till exempel signalintegritetsproblem och borrningssvårigheter.

Avbildning och ätsning av inre lager

Varje inre kopparlager tillverkas separat. Först rengörs ytan på en kopparbelagd laminat och ett fotolak appliceras på den. Med stor precision graveras kretsmönstret i fotolaket med UV-strålar i en process som kallas fotogravering.

Utvecklingen avlägsnar det fotolak som exponerats för ljus, och det koppar som inte är täckt av fotolaket etsas bort kemiskt med ett oxiderande medel. Automatisk optisk inspektion (AOI) används vid detta tillfälle för att säkerställa att linjebredderna och avstånden är som förväntat och att mönstret är intakt. Eftersom defekter som upptäcks efter lamineringen inte kan rättas till är det viktigt att säkerställa att de inre lagren är av god kvalitet.

Oxidbehandling av inre lager

Innan laminering behandlas de inre lagren med oxid eller andra ytor som underlättar sammanfogning. Ytan på kopparen grovas atomiskt under denna behandling, vilket anses förbättra adhesionen mellan kopparlagren och prepreg-isoleringen vid laminering. Sammanhäftningen mellan lager är en mycket viktig faktor för den mekaniska stabiliteten och långsiktiga tillförlitligheten hos flerlagers PCB. Detta gäller särskilt flerlagersenheter som ska arbeta i miljöer med höga temperaturer eller vibrationer.

Lageruppbyggnad och laminering

Laminering är utan tvekan en av de mest karaktäristiska faserna i tillverkningsprocessen för flerlagers PCB. De inre lagren läggs upp med skivor av prepreg (glasfiber impregnerad med epoxihart) emellan, och ytterligare kopparfolier läggs till ovanpå och under enligt den godkända stack-up-designen.

Stacken införs sedan i en lamineringpress där den utsätts för en kontrollerad cykel av värme och tryck. Prepreghartsen smälter, flödar och fastnar sedan, vilket resulterar i en god sammanfogning av alla lager till en solid platta. En noggrann kontroll av temperatur, tryck och tid är nödvändig för att säkerställa exakt lagralignmenting och undvika de typiska defekterna som tomrum eller avlamellering.

Borrning och via-formning

Efter laminering borras den flerskiktiga kretskortsplattan för att skapa hål för både genomgående komponenter och vias som ska elektriskt koppla samman skikten. En CNC-borrningsmaskin skapar de mekaniska hålen medan en laserborrenhet kan användas för mikroviaborrning i högdensitetsanslutningar (HDI).

Hålväggarna rengörs och aktiveras efter borrning för att metallisera hålen. Det är uppenbart att borrningen måste vara mycket noggrann, eftersom felpositionering annars försämrar den elektriska kontakt mellan skikten.

Metallisering och kopparplätering av hål

För att göra vialedningarna ledande avsätts först en tunn kopparfilm på hålväggarna genom en kemisk koparavlagringsprocess (eleclon). Därefter utförs elektrolytisk kopparplätering för att öka tjockleken tillräckligt för att säkerställa elektrisk och mekanisk pålitlighet.

Avbildning och etching av yttre lager

Kretsen i det sista lagret avslöjas genom att yttre lager bestrålas med fotolacker, på samma sätt som de inre lagren. Efter fotolitografi- och utvecklingsprocesserna kommer den överskottskopparn att avlägsnas genom etching, vilket lämnar färdiga kretsar på de yttre lagren.

I detta skede bestäms paddgeometri, spårutritning och komponentanslutningspunkter, vilket i slutändan påverkar både monteringsutbyte och elektrisk prestanda.

Lödmasktillämpning

En lödmask är ett lager lackliknande polymer som appliceras över kretskortet för att skydda kopparbanor från oönskad oxidation och föroreningar, samt minska risken för lödbryggor mellan angränsande lödpunkter. Öppningar för lödpunkter och viahål som ska lödas definieras därför endast i lödmasklagret.

Noggrannhet i justeringen av lödmasken blir mycket avgörande vid tillverkning av flerskiktskort, särskilt om komponenterna har fina avstånd mellan anslutningarna. För detta ändamål använder tillverkare som King Field modernaste bildbehandlings- och härdeutrustning för att säkerställa jämn täckning och långlivad prestanda.

Ytbehandling

Lödbarhet är en av fördelarna med ytbeklädnaden, utöver skydd av de exponerade kopparpunkterna. De vanligaste alternativen för ytbeklädnad är HASL, ENIG, OSP, immersionsilver och immersionstenn. Valet av det mest lämpliga alternativet beror på faktorer såsom hållbarhet, monteringsmetod och elektrisk prestanda.

På grund av sin plana yta och utmärkta korrosionsmotstånd föredrar man ofta ENIG för tillförlitliga applikationer.

Elektrisk provning och slutlig inspektion

Provning och inspektion är de sista stegen i tillverkningen av flerskiktad PCB. För att säkerställa att det inte finns några kortslutningar eller öppningar i något skikt av den mycket komplexa flerskiktade strukturen utförs elektrisk provning för att kontrollera kontinuitet och isolationsförhållanden. Dessutom kan visuella inspektioner, mätningar (dimensionskontroller) och ibland röntgen användas för att verifiera korrekt inre justering och via-kvalitet.

Endast de kretskort som överensstämmer med alla kravspecifikationer får gå vidare till förpackning och leverans.

Slutsats

Tillverkning av flerskikts-PCB är extremt utmanande och kräver hög precision, stor erfarenhet samt att ta fram och följa stränga kvalitetskontrollåtgärder i varje steg. Därför är det endast logiskt att produkten prestanda och tillförlitlighet helt klart beror på korrekt genomförande av alla dessa steg, förutom tester – särskilt de slutgiltiga.

King Field har lyckats erbjuda flerskikts-PCB som gör att olika branscher kan utveckla moderna elektroniska produkter genom att använda sofistikerad utrustning i kombination med välstrukturerad processhantering. Att förstå dessa skikt ger ytterligare insikt i komplexiteten bakom modern elektronik och hjälper kunderna att fatta rätt beslut när det gäller en pålitlig PCB-tillverkningspartner.