EN
Việc sản xuất mạch in nhiều lớp (PCB) là công nghệ hàng đầu hỗ trợ sự phát triển của các thiết bị điện tử tiên tiến, cho phép tích hợp các thiết bị nhỏ gọn và hiệu suất cao với ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử tiêu dùng, hàng không vũ trụ và thiết bị y tế. Trong khi các mạch in một lớp hoặc hai lớp chỉ có một hoặc hai lớp đồng, thì mạch in nhiều lớp bao gồm ba lớp đồng hoặc hơn được xếp chồng lên nhau và tách biệt bằng các vật liệu cách điện, giúp thực hiện việc định tuyến mạch phức tạp hơn, mật độ linh kiện cao hơn và hiệu suất điện tốt hơn. Việc hiểu rõ các bước chính trong quy trình sản xuất mạch in nhiều lớp sẽ giúp các nhà thiết kế, kỹ sư và người mua hàng hiểu biết sâu sắc hơn về chất lượng, độ tin cậy và năng lực sản xuất.
Kiểm tra Thiết kế và Chuẩn bị Kỹ thuật
Ngoài việc sản xuất vật lý, việc chế tạo mạch in nhiều lớp về cơ bản là kết quả của giai đoạn thiết kế. Khi các tệp Gerber, chi tiết cấu trúc xếp lớp và các yêu cầu kỹ thuật đã được nhận, các kỹ sư sẽ xem xét một cách rất chi tiết thiết kế đó. Họ kiểm tra kỹ lưỡng thiết kế về độ rộng đường dẫn, khoảng cách, yêu cầu trở kháng, sự căn chỉnh lớp, cấu trúc lỗ thông (via) và lựa chọn vật liệu.
Mô phỏng và phân tích thiết kế nhằm đảm bảo khả năng sản xuất (DFM) là bắt buộc đối với những mạch phức tạp.
Các nhà sản xuất như King Field có thể giúp tránh những lần hiệu đính tốn kém và đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra suôn sẻ bằng cách cung cấp kết quả phân tích DFM, trong đó các vấn đề tiềm ẩn như sự cố về độ toàn vẹn tín hiệu và khó khăn trong khoan lỗ được phát hiện sớm.
In và ăn mòn lớp bên trong
Mỗi lớp đồng bên trong được chế tạo riêng biệt. Ban đầu, bề mặt của tấm laminate phủ đồng được làm sạch và một lớp photoresist được phủ lên trên. Bằng cách rất chính xác, họa tiết mạch điện được khắc lên lớp photoresist bằng tia UV trong một quá trình gọi là quang khắc.
Quá trình phát triển sẽ loại bỏ lớp resist bị chiếu sáng và phần đồng không được lớp resist bảo vệ sẽ bị ăn mòn hóa học bởi một tác nhân oxy hóa. Kiểm tra quang học tự động (AOI) được sử dụng tại thời điểm này để đảm bảo rằng chiều rộng đường dẫn và khoảng cách giữa các đường là đúng như yêu cầu và họa tiết vẫn còn nguyên vẹn. Vì các lỗi phát hiện sau khi ép lớp không thể sửa chữa được, nên điều thiết yếu là phải đảm bảo các lớp bên trong có chất lượng tốt.
Xử lý Oxy hóa Lớp Trong
Trước khi ép lớp, các lớp bên trong được xử lý bằng oxit hoặc các bề mặt khác để hỗ trợ liên kết. Trong quá trình xử lý này, bề mặt đồng bị làm nhám ở cấp độ nguyên tử, điều này được cho là cải thiện độ bám dính giữa các lớp đồng với lớp cách điện prepreg khi tiến hành ép lớp. Độ bám dính giữa các lớp là yếu tố rất quan trọng đối với độ ổn định cơ học và độ tin cậy lâu dài của các mạch in nhiều lớp (PCB). Điều này đặc biệt đúng với các thiết bị nhiều lớp sẽ hoạt động trong môi trường có nhiệt độ cao hoặc rung động.
Xếp lớp và ép lớp
Ép lớp chắc chắn là một trong những giai đoạn đặc trưng nhất của quá trình sản xuất mạch in nhiều lớp (PCB). Các lớp bên trong được xếp xen kẽ với các miếng prepreg (sợi thủy tinh tẩm keo epoxy) ở giữa, sau đó các lá đồng ngoài được đặt lên trên cùng và dưới cùng theo đúng thiết kế xếp lớp đã được phê duyệt.
Sau đó, chồng lớp được đưa vào máy ép cán nơi nó chịu một chu trình kiểm soát nhiệt độ và áp suất. Nhựa prepreg nóng chảy, lan tỏa và sau đó đông cứng lại, tạo nên liên kết chắc chắn giữa tất cả các lớp thành một tấm mạch đồng nhất. Việc kiểm soát chính xác nhiệt độ, áp suất và thời gian là cần thiết để đảm bảo sự căn chỉnh chính xác các lớp và tránh các khuyết tật điển hình như khoảng rỗng hay bong tách lớp.
Khoan và Tạo lỗ dẫn (Via)
Sau khi ép cán, bảng mạch in nhiều lớp được khoan để tạo lỗ cho cả linh kiện dạng chân cắm và các lỗ dẫn (via) nhằm nối điện giữa các lớp. Máy khoan CNC tạo ra các lỗ cơ học, trong khi đối với các lỗ dẫn vi mô trong thiết kế kết nối mật độ cao (HDI), có thể sử dụng thiết bị khoan laser.
Thành lỗ được làm sạch và kích hoạt sau khi khoan để thực hiện quá trình mạ kim loại lên lỗ. Rõ ràng rằng việc khoan phải cực kỳ chính xác, nếu không thì lệch tâm sẽ làm suy giảm kết nối điện giữa các lớp.
Mạ lỗ và mạ đồng
Để làm cho các lỗ dẫn điện, ban đầu một lớp mỏng đồng được phủ lên thành lỗ bằng quá trình đồng không điện phân. Sau đó, bước mạ đồng điện phân được thực hiện để tăng độ dày đến mức đảm bảo độ tin cậy về mặt điện và cơ học.
Tạo ảnh và ăn mòn lớp ngoài
Mạch của lớp cuối cùng được thể hiện bằng cách phủ keo ảnh lên các lớp ngoài tương tự như các lớp bên trong. Sau các quá trình quang khắc và phát triển, lượng đồng dư thừa sẽ bị ăn mòn đi, từ đó chỉ còn lại các mạch hoàn chỉnh trên các lớp ngoài.
Ở giai đoạn này, hình học pad, định tuyến dây nối và các điểm kết nối linh kiện đều được xác định, do đó cuối cùng ảnh hưởng đến cả năng suất lắp ráp và hiệu suất điện.
Thi công lớp phủ hàn
Lớp phủ hàn là một lớp polymer giống như sơn được phủ lên bề mặt PCB nhằm bảo vệ các đường dẫn đồng khỏi hiện tượng oxy hóa và nhiễm bẩn không mong muốn, đồng thời giảm nguy cơ xảy ra hiện tượng cầu hàn giữa các pad liền kề. Các vị trí mở cho pad và via cần hàn sẽ được xác định duy nhất ở lớp phủ hàn.
Độ chính xác trong việc căn chỉnh lớp phủ hàn trở nên cực kỳ quan trọng khi sản xuất PCB nhiều lớp, đặc biệt khi các linh kiện có khoảng cách chân nhỏ. Vì mục đích này, các nhà sản xuất như King Field sử dụng thiết bị chụp ảnh và đóng rắn hiện đại để đảm bảo độ phủ đồng đều và hiệu suất bền lâu.
Hoàn thiện bề mặt
Khả năng hàn là một trong những lợi ích của lớp hoàn thiện bề mặt bên cạnh việc bảo vệ các pad đồng trần. Các lựa chọn lớp hoàn thiện bề mặt phổ biến nhất gồm HASL, ENIG, OSP, bạc nhúng và thiếc nhúng. Việc lựa chọn loại phù hợp nhất phụ thuộc vào các yếu tố như thời hạn lưu trữ, phương pháp lắp ráp và hiệu suất điện.
Do bề mặt phẳng và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao thường ưu tiên sử dụng ENIG.
Kiểm tra Điện và Kiểm tra Cuối cùng
Kiểm tra và kiểm định là những bước cuối cùng trong quá trình sản xuất mạch in nhiều lớp. Để đảm bảo không có hiện tượng nối tắt hoặc đứt mạch ở bất kỳ lớp nào của cấu trúc nhiều lớp rất phức tạp, kiểm tra điện được thực hiện để xác minh điều kiện dẫn thông và cách ly. Ngoài ra, các kiểm tra bằng mắt, đo lường (kiểm tra kích thước) và đôi khi chụp X-quang có thể được sử dụng để xác minh độ chính xác của việc căn chỉnh bên trong và chất lượng lỗ via.
Chỉ những mạch nào đáp ứng đầy đủ các thông số kỹ thuật yêu cầu mới được phép chuyển sang giai đoạn đóng gói và giao hàng.
Kết Luận
Việc sản xuất mạch in nhiều lớp cực kỳ phức tạp vì đòi hỏi độ chính xác cao, kinh nghiệm dồi dào, cũng như việc xây dựng và tuân thủ nghiêm ngặt các biện pháp kiểm soát chất lượng ở từng bước. Do đó, là hoàn toàn hợp lý khi hiệu suất và độ tin cậy của sản phẩm chắc chắn sẽ phụ thuộc vào việc thực hiện đúng tất cả các bước đó cùng với các bài kiểm tra, đặc biệt là các bài kiểm tra cuối cùng.
King Field đã thành công trong việc cung cấp các mạch in nhiều lớp giúp các ngành công nghiệp khác nhau phát triển các sản phẩm điện tử tiên tiến bằng cách sử dụng thiết bị hiện đại kết hợp với quản lý quy trình chặt chẽ. Việc hiểu rõ hơn về các lớp này sẽ làm sáng tỏ sự phức tạp đằng sau hoạt động của các thiết bị điện tử hiện đại, đồng thời hỗ trợ khách hàng đưa ra lựa chọn đúng đắn về một đối tác sản xuất mạch in đáng tin cậy.
