Çok Katmanlı PCB Üretiminin Temel Adımları Nelerdir?

Çok katmanlı PCB üretimi, tüketici elektroniği, havacılık ve tıbbi cihaz endüstrilerinde geniş uygulama alanına sahip kompakt ve yüksek performanslı cihazların entegrasyonunu sağlayan gelişmiş elektronik ürünlerin geliştirilmesini destekleyen öncü teknolojidir. Tek veya çift katmanlı PCB'ler yalnızca bir veya iki bakır katmandan oluşurken, çok katmanlı PCB'ler daha karmaşık devre yönlendirmesine, daha yüksek bileşen yoğunluğuna ve daha iyi elektriksel performansa olanak tanıyan, yalıtım malzemeleriyle ayrılmış üç ya da daha fazla bakır katmanın üst üste yerleştirilmesinden oluşur. Çok katmanlı PCB üretim sürecinin temel adımlarını anlamak, tasarımcıların, mühendislerin ve alıcıların kalite, güvenilirlik ve üretim kapasitesi konularında daha bilgili olmalarını sağlar.

Tasarım İncelemesi ve Mühendislik Hazırlığı

Fiziksel üretim sürecinin yanı sıra çok katmanlı PCB üretimi temelde tasarım aşamasının bir ürünüdür. Gerber dosyaları, katman yapısı detayları ve teknik gereksinimler alındıktan sonra mühendisler tasarımı çok ayrıntılı şekilde inceler. İz genişlikleri, aralık, empedans gereksinimleri, katman hizalama, geçit yapıları ve malzeme seçimi açısından tasarımı dikkatle analiz ederler.

İmalata uygunluk (DFM) analizi için simülasyon ve tasarım, çok karmaşık panolar için zorunludur.

King Field gibi üreticiler, sinyal bütünlüğü sorunları ve delme zorlukları gibi potansiyel problemlerin erken fark edildiği DFM sonuçlarını sağlayarak maliyetli revizyonların önüne geçmeye yardımcı olabilir ve üretim sürecinin sorunsuz ilerlemesini garanti altına alabilir.

İç Katman Görüntüleme ve Aşındırma

Her iç bakır katman ayrı olarak üretilir. İlk olarak, bakır kaplı laminatın yüzeyi temizlenir ve üzerine bir fotorezist uygulanır. Devre deseninin görüntüsü, UV ışınları kullanılarak yapılan ve fotografla oyma (fotoengraving) olarak adlandırılan bir süreçte çok hassas bir şekilde fotoreziste kazınır.

Geliştirme işlemi, ışığa maruz kalan rezisti ve rezistin kaplamadığı bakırı uzaklaştırır; bu bakır daha sonra bir oksitleyici ajan ile kimyasal olarak aşındırılır. Bu aşamada, hat genişliklerinin ve aralıklarının beklendiği gibi olduğundan ve desenin bozulmadan korunduğundan emin olmak için otomatik optik muayene (AOI) kullanılır. Lamine işleminden sonra tespit edilen hataların düzeltilmesi mümkün olmadığından, iç katmanların iyi kalitede olduğundan emin olmak esastır.

İç Katman Oksit İşlemi

Lamine işleminden önce, iç katmanlar yapışmayı kolaylaştıran oksit veya diğer yüzeylerle kaplanır. Bu işlem sırasında bakır yüzey atomik düzeyde pürüzlendirilir ve bu durum laminasyon yapılırken bakır katmanların prepreg yalıtımına daha iyi yapışmasını sağladığı düşünülür. Katmanlar arası yapışma, çok katmanlı PCB'lerin mekanik stabilitesi ve uzun vadeli güvenilirliği açısından çok önemli bir faktördür. Özellikle yüksek sıcaklıklara veya titreşime sahip ortamlarda çalışacak çok katmanlı cihazlar için bu doğrudur.

Katman Yapısı ve Laminasyon

Laminasyon, şüphesiz çok katmanlı PCB üretim sürecinin en karakteristik aşamalarından biridir. İç katmanlar, onlarla arasına yerleştirilen prepreg parçalarıyla (epoksi reçineyle emdirilmiş cam elyaf) istiflenir ve dış bakır folyolar, onaylanmış katman yapısı tasarımına göre üst ve alt kısımlara eklenir.

Daha sonra bu katman, kontrollü bir ısı ve basınç döngüsüne tabi tutulmak üzere bir lamine presine yerleştirilir. Prepreg reçinesi eriyerek akar ve ardından sertleşir, böylece tüm katmanlar tek bir sağlam levhaya bağlanır. Katmanların doğru hizalanmasını sağlamak ve boşluk ya da katman ayrılması gibi tipik kusurlardan kaçınmak için sıcaklık, basınç ve zamanın hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.

Delme ve Geçit Oluşturma

Laminasyondan sonra, çok katmanlı PCB, delikli bileşenler ve katmanları elektriksel olarak birbirine bağlayacak geçitler (vias) için delinir. Mekanik delikleri oluşturmak amacıyla CNC delme makinesi kullanılırken, yüksek yoğunluklu bağlantı (HDI) tasarımlarında mikro-geçitler için lazer delme cihazı kullanılabilir.

Delme işleminden sonra delik cidarları, deliklerin metal kaplanması amacıyla temizlenir ve aktive edilir. Delmenin çok hassas yapılması gerektiği aşikârdır; aksi takdirde hizalama hatası, katmanlar arasındaki elektriksel bağlantıyı bozar.

Delik Metalizasyonu ve Bakır Kaplanması

Viyaları iletken hale getirmek için ilk olarak, kimyasal bakır kaplama yöntemiyle delik duvarlarına ince bir bakır filmi biriktirilir. Bundan sonra, elektriksel ve mekanik olarak güvenilir hale gelmesi için elektrolitik bakır kaplama işlemi uygulanarak kalınlık artırılır.

Dış Katman Görüntüleme ve Aşındırma

Son katmanın devresi, iç katmanlar gibi dış katmanlara da fotorezist uygulanarak görüntülenir. Fotolitografi ve gelişim süreçlerinin ardından fazla bakır aşındırılarak dış katmanlardaki tamamlanmış devreler bırakılır.

Bu aşamada, yama geometrisi, iz yönlendirmesi ve bileşen bağlantı noktaları belirlenir ve bunun sonucunda hem montaj verimi hem de elektriksel performans etkilenir.

Lehim maskesi uygulamasından sonra yapılan kontroller

Lehim maskesi, bakır hatları istenmeyen oksitlenmeden ve kirlilikten korumak ve komşu lehim alanları arasında lehim köprüsü oluşma olasılığını azaltmak amacıyla devre kartı üzerine uygulanan lak benzeri bir polimer katmanıdır. Lehimlenecek lehim alanları ve geçiş delikleri için açıklamalar bu lehim maskesi katmanında tanımlanır.

Bileşenler dar aralıklıysa özellikle çok katmanlı devre kartlarının üretiminde, lehim maskesinin hizalanmasında hassasiyet büyük önem taşır. Bu amaçla King Field gibi üreticiler, eşit kaplama ve uzun ömürlü performans sunabilmek için son teknoloji görüntüleme ve sertleştirme ekipmanlarını kullanır.

Yüzey bitimi

Maruz kalmış bakır lehim alanlarını korumanın yanı sıra lehimlenebilirlik de yüzey kaplamasının sağladığı faydalardan biridir. En yaygın yüzey kaplama seçenekleri HASL, ENIG, OSP, daldırma gümüş ve daldırma kalayndır. En uygun seçimin belirlenmesi raf ömrü, montaj yöntemi ve elektriksel performans gibi faktörlere bağlıdır.

Düz yüzeyi ve mükemmel korozyon direnci nedeniyle yüksek güvenilirlik gerektiren uygulamalarda genellikle ENIG tercih edilir.

Elektriksel Test ve Nihai Muayene

Test ve muayene, çok katmanlı PCB imalatının son adımlarıdır. Çok karmaşık çok katmanlı yapıda herhangi bir katmanda kısa devre veya açık devre olmadığından emin olmak için elektriksel testler, süreklilik ve yalıtım durumlarını kontrol etmek amacıyla yapılır. Ayrıca, doğru iç hizalama ve geçit kalitesini doğrulamak için görsel muayeneler, ölçümler (boyutsal kontroller) ve bazen X-ışını da kullanılabilir.

Yalnızca tüm gerekli özelliklere uyan panolar, ambalajlama ve sevkiyat aşamasına ilerletilir.

Sonuç

Çok katmanlı PCB üretimi, her adımda yüksek hassasiyet, geniş bir deneyim birikimi ve katı kalite kontrol önlemlerinin geliştirilmesini ve uygulanmasını gerektirdiği için son derece zorlu bir süreçtir. Bu nedenle, ürünün performansı ve güvenilirliği, özellikle son testler de dahil olmak üzere tüm bu adımların doğru şekilde uygulanmasına kesinlikle bağlı olacaktır.

King Field, gelişmiş ekipmanları disiplinli bir süreç yönetimiyle birlikte kullanarak farklı sektörlerin son teknoloji elektronik ürünler geliştirmesine olanak tanıyan çok katmanlı PCB'ler sunmayı başarmıştır. Bu katmanlar hakkında bilgi sahibi olmak, modern elektroniğin işleyişindeki karmaşıklıkları daha iyi anlamayı sağlarken, müşterilerin güvenilir bir PCB üreticisi konusunda doğru seçimler yapmalarına da yardımcı olur.