Monikerroksisia piirilevyjä, joilla on monikerroksinen johtava rakenne ja vakaa sähköinen suorituskyky, käytetään laajalti huippuluokan aloilla, kuten tietoliikenne, palvelimet ja teollisuuden ohjaus. 8-kerros- ja 12{4}-kerrospiirilevyt kuuluvat korkean monikerroksisten piirilevyjen luokkaan, ja niissä on monimutkaiset prosessointimenetelmät, prosessiparametrien äärimmäisen korkeat vaatimukset. Vaikka niiden yleinen prosessikehys on samanlainen, keskeisissä osissa, kuten pinoamisessa, laminointiajoissa, kohdistustarkkuudessa, porauksessa ja galvanoinnissa, on merkittäviä eroja kerrosten lisääntymisen vuoksi. Seuraavassa osiossa, joka perustuu käytännön tuotantokokemukseen, hahmotellaan molempien monikerroksisten piirilevytyyppien täydellinen prosessointikulku ja keskeiset teknologiset kohdat.
1. Materiaalien esikäsittely ja pinoamisen suunnittelu
Materiaalin esikäsittely{0}}on keskeistä levyn vakauden varmistamiseksi. Sekä 8-- että 12{7}}-kerroksisissa piirilevyissä käytetään kupari-pinnoitettua laminaattia (CCL), prepreg-levyjä (PP-levyjä) ja kuparifoliota ydinmateriaalina, mikä eroaa vain pinoamismenetelmästä. Raaka-aineiden saapuessa ensimmäinen vaihe on leikkaus. Koko CCL-rulla leikataan vakiokokoisiksi{12}}sydänlevyiksi tuotantomäärittelyjen mukaan. Leikkattujen reunojen on oltava sileitä ja{13}vapaita purseesta, jotta vältytään myöhemmissä prosesseissa delaminaatioongelmista. Tämän jälkeen levyt paistetaan kosteuden poistamiseksi. Korkea-kerroksiset monikerroksiset levyt imevät helposti kosteutta; Korkeassa-lämpötiloissa paistaminen poistaa tämän kosteuden kokonaan ja estää vaurioita, kuten kuplia ja laminoinnin jälkeistä irtoamista. Kerrosten pinoamisessa 8-kerroksiset piirilevyt käyttävät tyypillisesti symmetristä 2+4+2 tai 4+4 pinoamiskuviota, joka on jaettu kahteen tai kolmeen moduuliin. Koko fuusiota varten tarvitaan vain kaksi täydellistä laminointia. Symmetrinen rakenne tasaa tehokkaasti lämpörasitusta ja vähentää levyn vääntymisen todennäköisyyttä. 12-kerrospiirilevyissä on vielä enemmän kerroksia, mikä kaksinkertaistaa sisäisten johtavien ja eristyskerrosten määrän. Yleisesti käytetään 4+4+4 kolmiosaista pinoamisrakennetta, joka vaatii kolme erillistä laminointitoimintoa. Jokaisen pinon segmentin on suoritettava itsenäisesti sisäkerroksen valmistus-, ruskistus- ja esipinoamisprosessit. Mitä enemmän kerroksia, sitä monimutkaisempi on kerrosten välinen pinoaminen ja sitä suurempi on kumulatiivisen poikkeaman riski, mikä tekee pinoamissekvenssin hallinnasta tiukempaa. Prepreg toimii kerrosten välisenä eriste- ja liimamateriaalina. Molemmille levytyypeille valitaan sopivat tiedot eristeen paksuuden ja impedanssivaatimusten perusteella, ja pinoamisessa noudatetaan tiukasti ydinlevyn ja prepregin vuorottelevan järjestelyn sääntöä.
2. Sisäkerroksen piirien valmistusprosessi
Sisäkerrokset ovat ydinkantoaaltoja signaalinsiirrolle monikerroksisissa piirilevyissä. 8- ja 12-kerroksisten PCB-levyjen sisäkerrosten valmistusprosessi on sama, mukaan lukien levyn pintakäsittely, kuvion siirto, syövytys, kalvon poisto, tarkastus ja ruskistuminen. Sisäkerrosten suuremman lukumäärän vuoksi kerroksen PCB-levyillä on korkeammat vaatimukset eräkäsittelyn konsistenssille.
Levyjen pintojen puhdistus ja karhennus
Leikkauksen jälkeen ydinlevy siirtyy ensin puhdistustuotantolinjalle, jossa kemialliset liuokset ja korkeapainevesipesu poistavat öljyn, pölyn ja oksidikerrokset levyn pinnalta. Tämän jälkeen kuparipinta läpikäy mikro-karhennuskäsittelyn valoherkän kalvon ja kuparipinnan välisen adheesion parantamiseksi, mikä estää kalvon irtoamisen ja piirin viat kuvion siirron aikana. Koko puhdistusprosessi suoritetaan puhdastilassa, ja ilmassa olevat hiukkaset valvotaan tarkasti, jotta estetään epäpuhtauksien tarttuminen levyn pintaan.
Kuvion siirto ja etsaus
Puhdistuksen jälkeen valoherkkä kuivakalvo levitetään tasaisesti ydinlevylle. Kuvion replikointi suoritetaan lasersuoralla kuvantamislaitteella. Tämä menetelmä tarjoaa korkean kohdistustarkkuuden ja voi täyttää hienopiirien käsittelyvaatimukset. Kuvaamisen jälkeen kehiteliuoksella liuotetaan kuiva kalvo valottamattomilta alueilta paljastaen syövytettävät kuparifolioalueet. Seuraavaksi etsausprosessi alkaa, käyttämällä erikoistunutta etsausliuosta ylimääräisen paljastetun kuparikalvon poistamiseksi, jättäen vain täydelliset sisäkerroksen johtavat viivat. Prosessoinnin aikana liuoksen lämpötilaa ja ruiskutuspainetta seurataan reaaliajassa, ja sivuttaissyövytyksen määrää valvotaan tiukasti linjareunojen siistien varmistamiseksi. Syövytyksen jälkeen poistetaan jäljellä oleva kuiva kalvo levyn pinnalta poistoliuoksella, mikä paljastaa puhtaan kuparin viivat.
Sisäkerroksen tarkastus ja ruskistumiskäsittely Kaikille sisemmän kerroksen ydinlevyille suoritetaan automaattinen optinen tarkastus, joka havaitsee nopeasti viat, kuten avoimet virtapiirit, oikosulut ja aukot. Vialliset levyt lajitellaan ja työstetään uudelleen. Hyväksytyt ydinlevyt pääsevät ruskistumaan, mikä on ratkaiseva vaihe ennen monikerroksisten levyjen laminointia. Kemiallisen käsittelyn avulla kuparipiirin pinnalle muodostuu tasainen, karkea oksidikerros, mikä parantaa merkittävästi kuparipinnan ja prepregin välistä sidoslujuutta ja estää kerrosten välisen delaminoitumisen. 12-kerroksisissa piirilevyissä, joissa on enemmän kuin 8 sisäkerrosta, ruskistumisparametrit on kalibroitava tasaisesti, jotta varmistetaan tasaiset karhennusvaikutukset jokaisessa sisemmän kerroksen ydinlevyssä.
3. Kerroslaminoinnin ydinprosessi
Laminointi on monikerroksisten piirilevyjen valmistuksen ydinprosessi ja merkittävä ero 8- ja 12-kerroksisten piirilevyprosessien välillä. Kerrosten määrän lisääminen johtaa kattavaan päivitykseen laminointien lukumäärässä, kohdistustarkkuudessa, lämpötilansäätöprofiileissa ja paineparametreissa, mikä määrää suoraan levyn rakenteellisen lujuuden ja tuoton.
1). Esiasetettu pinoaminen laminoinnit, mikä lisää merkittävästi kumulatiivisen kerrosten välisen poikkeaman riskiä. Keski-segmenttien pinoaminen ja yleinen pinoaminen edellyttävät laserpaikannusjärjestelmää, jonka paikannustarkkuus ylittää huomattavasti perinteisen mekaanisen paikantamisen ja varmistaa kymmenien kerrosten tarkan kohdistuksen. Väliaikainen niittaus suoritetaan pinoamisen jälkeen, jotta vältetään kerrosten kohdistusvirhe kuljetuksen aikana.
2). Tyhjiökuumapuristuskovetus Pinotut levyt lähetetään tyhjiölaminaattoriin. Tyhjiöympäristö poistaa kokonaan välikerrosilman ja estää kuplien muodostumisen. Molemmat levytyypit käyttävät segmentoitua lämmitys- ja gradienttipaineistusprosessia. Ensinnäkin alhaisen-lämpötilan esipuristus- antaa prepregin sulaa ja valua, mikä täyttää kerrosten väliset pienet raot. Sitten lämpötilaa ja painetta nostetaan pääpaineistamista varten, jolloin prepreg pystyy kyllästämään ydinlevyn pinnan täysin. Lopuksi kovetus suoritetaan vakiolämpötilassa, jolloin hartsi kovettuu täysin ja liimataan kaikki kerrokset yhtenäiseksi rakenteeksi. 8-kerroksisen piirilevyn kahden laminoinnin lämpötila- ja paineparametrit ovat suhteellisen laajat, mikä johtaa korkeampaan prosessivirheiden toleranssiin. 12-kerroksisessa piirilevyssä jokainen segmentoitu laminointi vaatii erikseen asetetun lämpötilan säätökäyrän. Useat kuumapuristimet keräävät jatkuvasti lämpörasitusta, joten lämmitys- ja jäähdytysnopeudet, pitoajat ja painetasot tarvitsevat kaikki tarkkaa hallintaa. Kunkin laminoinnin pitoaika on pidempi, jotta voidaan varmistaa useiden hartsikerrosten samanaikainen kovettuminen, mikä estää levyn muodonmuutoksen ja epätasaisen sisäisen jännityksen. Jokaisen laminointikierroksen jälkeen levyjen annetaan jäähtyä luonnollisesti huoneenlämpöön ennen seuraavan laminointi- ja puristuskierroksen alkamista, kunnes kaikki kerrokset on integroitu.
4. Poraus ja reiän metallointiprosessi
Laminoinnin jälkeen koko levy siirtyy porausprosessiin. Reiät ovat tärkeimmät kanavat kerrosten väliselle johtavuudelle. Erot levyn paksuudessa ja kerrosten lukumäärässä johtavat merkittäviin eroihin porausparametreissa, käsittelyn vaikeudessa ja galvanointiprosesseissa 8- ja 12-kerroksisten piirilevyjen välillä.
Mekaaninen poraus Korkea{0}}monikerroksisissa piirilevyissä käytetään kovametalliporanteriä mekaaniseen poraukseen, ja vastaavat poranterän tekniset tiedot on sovitettu erilaisiin reiän halkaisijavaatimuksiin. 8-kerrospiirilevyillä on ohuempi levy ja matalampi poraussyvyys; porausnopeuden ja syöttönopeuden parametrit asetetaan tavanomaisesti, ja reiän sijainnin tarkkuus on helposti säädettävissä. 12-kerrospiirilevyillä on suurempi kokonaispaksuus ja suurempi poraussyvyys; siksi poran syöttönopeutta on pienennettävä, nopeus optimoitava ja lastunpoiston tiheyttä lisättävä, jotta vältetään poranterän kuluminen korkeassa-lämpötiloissa, reikien seinien purseet ja reiän asentovirhe. Porauksen jälkeen kaikki reiät poistetaan ja kalkinpoisto suoritetaan hartsijäämien ja kuparilastujen poistamiseksi, mikä varmistaa tasaiset ja puhtaat reikien seinämät.
Reikien metallointi ja galvanointi Porauksen jälkeen levymateriaalille tehdään ensin kemiallinen kuparipinnoitus, jolloin eristysreikien seinämille kerrostetaan ohut kuparikerros rakentamaan johtavan peruskerroksen ja saavuttamaan ensimmäinen johtavuus reiän seinämien sisällä. Tätä seuraa täysi-levysähköpinnoitusprosessi, jossa elektrolyysi paksuntaa kuparikerrosta reikien seinillä ja kuparikerrosta levyn pinnalla, mikä varmistaa kerrosten välisen johtavuuden vakauden. 8--kerroksisille piirilevyille tavanomainen tasavirtasähköpinnoitus riittää täyttämään reiän kuparin paksuusvaatimukset. 12{9}}-kerroksisissa piirilevyissä, joissa on enemmän kerroksia ja pidempiä johtavia kerroksia, epätasainen virran jakautuminen joillakin tiheästi pakatuilla reikäalueilla edellyttää segmentoituja galvanointi- tai pulssisähköpinnoitusprosesseja, jotta varmistetaan tasainen kuparikerroksen paksuus reiän seinämissä ja estetään liian ohuiden kuparikerrosten aiheuttamat johtavuushäiriöt tietyillä alueilla. Joillekin suuritiheyksisille 12-kerroksisille levyille voidaan käyttää täyttösähköpinnoitusprosessia monimutkaisten reikärakenteiden sovittamiseksi. Galvanoinnin jälkeen reiän kuparin paksuus ja johtavuus tarkastetaan ja levyt, joissa on vaurioituneet kuparikerrokset reiän seinämissä, heitetään pois.
5. Ulkokerroksen piirien valmistusprosessi
Koko levyn porauksen ja metalloinnin jälkeen valmistetaan ulkokerroksen piiri. Tämä prosessi on suurelta osin sama kuin sisäkerroksen piiri, mutta koska levy on jo muodostettu, ohjausstandardit ovat tiukemmat. Ensin levyn pinta puhdistetaan perusteellisesti ja karhennetaan galvanointijäämien poistamiseksi. Sitten levitetään valoherkkä kuivakalvo. Useiden prosessien avulla, mukaan lukien laserkuvaus, kehitys, syövytys ja kalvon poisto, muodostetaan ulompi johtava piiri. Sisäkerrokseen verrattuna ulkokerroksen piirit ovat suoraan alttiina ulkoiselle ympäristölle. Syövytyksen jälkeen reunat ja viivan leveys tarkastetaan huolellisesti sen varmistamiseksi, että ulkonäkö ja suorituskyky vastaavat standardeja. Prosessin päätyttyä optista tarkastuslaitetta käytetään täydelliseen tarkastukseen ulkokerroksen piirien ulkonäkövirheiden tarkistamiseksi.
6. Juotosmaski, pintakäsittely ja muodonkäsittely
Juotosmaskin pinnoite Kun ulkokerroksen piiri on läpäissyt tarkastuksen, juotosmaskin muste päällystetään koko levyn pinnalle. Esipaistamisen, valottamisen, kehittämisen ja kovetuksen jälkeen vain johtavat alueet tulevat näkyviin, kun taas levyn muun pinnan peittää juotosmaskikerros. Juotosmaskikerros eristää ulkoisen kosteuden ja pölyn, estäen piirien hapettumista ja oikosulkuja ja parantaa samalla levyn eristyskykyä. Prosessi 8- ja 12-kerroksisille PCB-levyille on pohjimmiltaan sama tässä vaiheessa, ja ainoa ero on juotteeneston musteen valinta sovellusskenaarion perusteella.
Pintakäsittely Sopiva pintakäsittelymenetelmä valitaan käyttöskenaarion mukaan. Yleisiä prosesseja ovat kemiallinen nikkeli-kullaus, orgaaninen juotossuojakalvo ja kuumailmatasoitus. Tämän prosessin päätehtävänä on suojata alttiita johtavia alueita, parantaa hapettumisenkestävyyttä ja liitännän suorituskykyä. Kaksi monikerroslevytyyppiä voidaan sovittaa joustavasti prosessiin loppukäyttäjän vaatimusten mukaan.
Muodonkäsittely CNC-jyrsintäkoneilla tai meistillä levymateriaali työstetään asiakkaan haluamaan muotoon ja mittoihin sekä ylimääräiset reunat leikataan. Käsittelyn jälkeen levyjen reunat hiotaan sen varmistamiseksi, että reunat ovat tasaiset ja sileät ilman teräviä reunoja, delaminaatiota, lohkeilua tai muita ongelmia.
7. Lopputarkastus ja valmiiden tuotteiden lajittelu
Valmistuotevaiheessa tehdään kattava tarkastus, joka on jaettu kolmeen pääosaan: ulkonäkötarkastus, mittatarkastus ja sähkön jatkuvuuden tarkastus. Silmämääräinen tarkastus perustuu käsityön ja optisten laitteiden yhdistelmään vaurioiden, tahrojen ja värierojen tarkistamiseksi musteen, piirien ja levyn pinnan reikien varalta. Mittatarkastuksessa käytetään tarkkuusinstrumentteja levyn paksuuden, kokonaismittojen ja reiän koordinaattien tarkistamiseen, mikä varmistaa, että kaikki parametrit ovat standardien mukaisia. Sähkötarkastuksessa käytetään erikoislaitteita, jotka testaavat kerrosten välistä jatkuvuutta ja eristyksen suorituskykyä pistekohtaisesti ja tunnistavat piilotetut avoimet virtapiirit ja oikosulut. Kun kaikki tarkastukset on läpäissyt, 8-- ja 12-kerroksiset monikerroksiset piirilevyt puhdistetaan, suojataan kosteudelta ja pakataan ennen varastointia. Vialliset tuotteet luokitellaan ja kirjataan vikatyypin mukaan, mikä tarjoaa datatukea myöhempää prosessin optimointia varten.
8-- ja 12{9}}-kerroksisten monikerroksisten PCB-levyjen käsittely on erittäin kehittynyt toisiinsa yhdistettyjen prosessien järjestelmä. Vaikka niiden peruskäsittelylogiikka on samanlainen, keskeiset erot ovat neljällä avainalueella: kerrosten pinoaminen, laminointien määrä, kohdistustarkkuus ja poraus/pinnoitus. 12-kerroksinen piirilevy, jonka kerrosten määrä on kaksinkertainen, on huomattavasti monimutkaisempi, vaikeuttanut käsittelyä ja lisää tarkkuusstandardeja, mikä asettaa paljon korkeammat vaatimukset tuotantolaitteille, prosessiparametrien säädöille ja työpajan ympäristön hallintaan verrattuna 8-kerroksisiin piirilevyihin. Varsinaisessa tuotannossa parametrien hienosäätö ja yksityiskohtien hallinta kussakin prosessissa vaikuttavat suoraan valmiin tuotteen saantoon ja vakauteen. Vain noudattamalla tiukasti monikerroksisten levyjen käsittelyspesifikaatioita ja optimoimalla vastaavia prosessiratkaisuja eri levykerroksille voimme tuottaa korkealuokkaisia piirilevytuotteita, joiden suorituskyky on vakaa ja laatustandardit täyttävä, mikä täyttää erilaisten huippuluokan elektronisten laitteiden sovellustarpeet.