Які основні етапи виготовлення багатошарових друкованих плат?

Виготовлення багатошарових друкованих плат є провідною технологією, яка забезпечує розвиток сучасної електроніки, дозволяючи створювати компактні та високопродуктивні пристрої з широким застосуванням у галузях побутової електроніки, авіаційно-космічної промисловості та медичного приладобудування. Якщо одно- або двошарові друковані плати мають лише один або два шари міді, то багатошарові друковані плати складаються з трьох і більше шарів міді, які розташовані один над одним і розділені ізоляційними матеріалами, що дозволяє реалізовувати складніші схеми маршрутизації, досягати вищої щільності компонентів і покращеної електричної продуктивності. Розуміння основних етапів виготовлення багатошарових друкованих плат допоможе конструкторам, інженерам та закупівельникам краще орієнтуватися у питаннях якості, надійності та виробничих можливостей.

Перевірка проекту та підготовка документації

Крім фізичного виробництва, виготовлення багатошарових друкованих плат по суті є результатом етапу проектування. Як тільки отримано файли Gerber, деталі стек-апу та технічні вимоги, інженери ретельно аналізують конструкцію. Вони уважно перевіряють проект щодо ширини слідів, відстаней між ними, вимог до імпедансу, вирівнювання шарів, структур переходів та вибору матеріалів.

Моделювання та аналіз конструкції на технологічність (DFM) є обов’язковими для дуже складних плат.

Виробники, такі як King Field, можуть допомогти уникнути дорогих коректив та гарантувати плавний процес виробництва, надаючи результати DFM, в яких потенційні проблеми, такі як порушення цілісності сигналу та ускладнення свердління, виявляються на ранніх етапах.

Фотолітографія внутрішніх шарів та травлення

Кожен внутрішній мідний шар виготовляється окремо. Спочатку поверхня фольгованого діелектрика очищається, після чого наноситься світлочутливий опір. З великою точністю малюнок схеми проявляється на світлочутливому опорі за допомогою ультрафіолетових променів у процесі, який називається фототравлення.

Проявлення видаляє опір, що піддався впливу світла, а мідь, яка не захищена опором, хімічно витравлюється окиснювальним реагентом. На цьому етапі використовується автоматична оптична інспекція (AOI), щоб переконатися, що ширини ліній і відстані між ними відповідають вимогам, а також що малюнок є цілісним. Оскільки дефекти, виявлені після ламінування, неможливо виправити, критично важливо забезпечити високу якість внутрішніх шарів.

Обробка внутрішніх шарів оксидом

Перед ламінуванням внутрішні шари обробляють оксидом або іншими матеріалами, що сприяють зчепленню. Поверхня міді на атомному рівні шорсткується під час цієї обробки, що, як вважається, покращує адгезію мідних шарів до ізоляції прегреґу під час ламінування. Зчеплення між шарами є дуже важливим чинником механічної стабільності та довготривалої надійності багатошарових друкованих плат. Це особливо актуально для багатошарових пристроїв, які працюватимуть в умовах високих температур або вібрацій.

Конструкція шарів і ламінування

Ламінування безперечно є однією з найхарактерніших фаз процесу виготовлення багатошарових друкованих плат. Внутрішні шари укладають разом із шарами прегреґу (скловолокна, просоченого епоксидною смолою), а зовнішні мідні фольги додають зверху та знизу відповідно до затвердженого проекту конструкції шарів.

Потім пакет вводять у прес для ламінування, де його піддають контрольованому циклу нагрівання та тиску. Препрег-смола плавиться, розтікається, а потім затвердіває, забезпечуючи міцне з'єднання всіх шарів у єдину плату. Для гарантії точного вирівнювання шарів і запобігання типовим дефектам, таким як пори чи розшарування, необхідно точно контролювати температуру, тиск і час.

Свердління та формування монтажних отворів

Після ламінування багатошарова друкована плата свердлиться для створення отворів як для компонентів з наскрізним монтажем, так і для монтажних отворів, які електрично з'єднують шари. Механічні отвори утворюються за допомогою свердлильного верстата з ЧПУ, а для мікроотворів у конструкціях з високою щільністю монтажу (HDI) може використовуватися лазерна установка.

Після свердління стінки отворів очищають і активують для металізації отворів. Зрозуміло, що свердління має бути дуже точним, інакше невирівнювання погіршить електричне з'єднання між шарами.

Металізація отворів та мідне покриття

Для того щоб перехідні отвори стали провідними, спочатку на стінках отворів наносять тонку плівку міді за допомогою безелектролітного міднення. Після цього виконується електролітичне міднення для збільшення товщини шару до такого рівня, щоб забезпечити електричну та механічну надійність.

Формування зовнішніх шарів та травлення

Контур остаточного шару визначається шляхом нанесення світлочутливого фоторезиста на зовнішні шари, подібно до внутрішніх шарів. Після процесів фотолітографії та проявлення зайва мідь витравлюється, у результаті чого на зовнішніх шарах залишаються готові контури.

На цьому етапі визначаються геометрія контактних майданчиків, трасування доріжок і точки підключення компонентів, що врешті-решт впливає як на вихід придатних плат, так і на електричні характеристики.

Нанесення лаку для паяння

Спінка для паяння — це шар лакоподібного полімеру, який наноситься на друковану плату з метою захисту мідних провідників від небажаного окиснення та забруднення, а також зменшення ймовірності утворення містків паяльного сплаву між сусідніми контактними площадками. Отже, отвори для площадок і переходних отворів, які підлягають паянню, визначаються лише у шарі спінки для паяння.

Точність вирівнювання спінки для паяння має критичне значення під час виготовлення багатошарових друкованих плат, особливо якщо компоненти мають дрібний крок виводів. З цією метою виробники, такі як King Field, використовують сучасне обладнання для візуалізації та затвердіння, щоб забезпечити рівномірне покриття та довговічну експлуатацію.

Фінішне покриття

Здатність до паяння — одна з переваг поверхневого покриття, окрім захисту оголених мідних площадок. Найпоширенішими варіантами поверхневих покриттів є HASL, ENIG, OSP, іммерсійне срібло та іммерсійне олово. Вибір найбільш підходящого покриття залежить від таких факторів, як термін зберігання, метод складання та електричні характеристики.

Через свою плоску поверхню та відмінну стійкість до корозії, для високонадійних застосувань часто вибирають ENIG.

Електричне випробування та остаточний контроль

Випробування та перевірка є останніми етапами виготовлення багатошарових друкованих плат. Щоб переконатися, що у складній багатошаровій структурі немає коротких замикань або обривів на будь-якому шарі, проводять електричні випробування для перевірки умов неперервності та ізоляції. Крім того, можуть використовуватися візуальний огляд, вимірювання (перевірка розмірів) та іноді рентгенівське просвічування для підтвердження правильного внутрішнього вирівнювання та якості монтажних отворів.

Лише ті плати, які відповідають усім необхідним специфікаціям, допускаються до етапу упаковки та відправлення.

Висновок

Виготовлення багатошарових друкованих плат є надзвичайно складним процесом, який вимагає високої точності, великої кількості досвіду та розробки й суворого дотримання заходів контролю якості на кожному етапі. Тому цілком логічно, що продуктивність і надійність продукту безумовно залежатимуть від правильного виконання всіх цих етапів, а також тестів, особливо фінальних.

Компанії King Field вдалося запропонувати багатошарові друковані плати, що дають змогу різним галузям створювати сучасні електронні продукти, використовуючи складне обладнання в поєднанні з чітким управлінням технологічними процесами. Розуміння цих шарів докладніше розкриває складність роботи сучасної електроніки, а також допомагає клієнтам ухвалювати правильний вибір щодо надійного партнера з виробництва друкованих плат.