Daugiasluoksnės PCB gamybos technologijos: nuo medžiagų pasirinkimo iki galutinio surinkimo

Daugiasluoksnė PCB yra spausdintinė plokštė (PCB), kurią sudaro trys ar daugiau laidžios medžiagos sluoksnių. Šie sluoksniai yra atskirti izoliacinėmis medžiagomis ir yra tarpusavyje sujungti per angas, įskaitant aklas, palaidotas arba per skylutes. Daugiasluoksnių PCB gamyba reikalauja itin tikslumo ir pažangių technologijų, siekiant užtikrinti aukštą patikimumą bei didelį našumą ribotoje erdvėje.

Medžiagos ir jų pasirinkimo principai

Kiekviena medžiaga parenkama atsižvelgiant į mechaninį stiprumą, terminį stabilumą ir dielektrines savybes, kad būtų patenkinti uždaviniai elektriniai ir aplinkosauginiai reikalavimai. Išvardyti populiariausi variantai: FR4, metalinė šerdis, Arlon, Taconic, Nelco, Isola, be halogenų, PTFE, PI ir Rogers aukšto dažnio laminatai.

Paviršiaus apdailos apima HASL, bešvinį HASL, ENIG(+ G/F), panardinamąjį sidabrą/alavą, OSP, ENEPIG ir gryną varį. Šios dangos apsaugo atvirus vario paviršius ir užtikrina litavimą surinkimo metu. Pažangios funkcijos apima auksinius pirštus, nulupamas kaukes, charakteristikų varžos valdymą ir standaus-lankstaus dizaino suderinamumą.

Techninės galimybės ir dizaino parametrų ribos

Gamyboje leidžiama sukurti didelį plokštės tankį: 0.3 mm iki 12 mm galutinis storis, iki 1000 μm vario storio laidininkai. Minimalūs mechaninio grąžto dydžiai - 0.1 mm. Minimalūs laidininko plotis ir tarpai - 1.8 milio (0.048 mm) atitinkamai. Makro-lauko specifikacijos, tokių jungčių kaip QFP, BGA, siūlai, laikomi pagal gamintojų reikalavimus: QFP plotį/tarpą - 0.15 mm/0.25 mm, BGA skersmenį/tarpą - 0.2 mm/0.35 mm. Aklas, palaidotas ar varinu užpildytas kiaurymes reikalingas atidžiai subalansuotam maršrutizavimui bei mechaniniam tvirtumui.

Procesas: nuo paruošimo iki galutinės plokštės

1. Rudosios oksidacijos (rudinimo) linija - padidina vario paviršiaus šiurkštumą ir pagerina sukibimą su laminavimo medžiagomis; nuvalomi nešvarumai.
2. Laminavimas - sudedami vario folija, prepreg ir vidiniai sluoksniai; vakuuminis laminavimas užtikrina jų sujungimą ir izoliaciją; plokštės prieš laminavimą laikomos kontrolinėje patalpoje su griežta temperatūra ir drėgme.
3. Gręžimas - NPTH ir PTH skylės po laminavimo; kompensuojamas skersmuo dėl susitraukimo; naudojami volframo karbido grąžtai; centreimas ir apsauga skylės kraštų.
4. Šurmuliavimas ir šerpetojančių dalelių šalinimas - užtikrina lygiu adheziją vario dengimo ir tolesniam procesui.
5. Valymas - pašalinami gręžimo likučiai, siekiama išvengti lydinio ir litavimo proceso sutrikimų.
6. Išorinių sluoksnių formavimas ir paviršiaus apdaila - apjungia išorinius sluoksnius ir užtikrina litavimą; tikslumas registracijoje labai svarbus.
7. Litavimas - vario dengimas ir tolesnis paviršiaus apdailos procesas; alavo sluoksnio saugojimas nuo pažeidimų.
8. Paviršiaus apdailos - ENIG, HASL ar OSP; užtikrina patikimą litavimą ir atsparumą oksidacijai.
9. Šilkografija - etiketės ir identifikacijos ženklai; tikslumas svarbesnis už estetiką.
10. Profilavimas - plokštės atskyrimas nuo pločio; švarūs kraštai sumažina įtrūkimus
11. Kokybės kontrolė - AOI, elektriniai matavimai ir vizualiai patikra; nuolatinė kokybės užtikrinimo sistema.
12. Pakuotė - plokštės laikomos sausai, laikomos ESD saugausje aplinkoje; apsauga nuo drėgmės.

Kai plokščių sluoksnių skaičius didėja, reikia sudėtingesnių valdymo strategijų (įskaitant tieksimą į HDI ir microvia technologijas), kad būtų išlaikomas signalo vientisumas, sumažintas triukšmas ir užtikrintas mechaninis patvarumas.

HDI ir microvia technologijų vaidmuo

HDI (High-Density Interconnect) ir microvia technologijos augina tankį ir trumpina signalų kelius, leidžiant dizaineriams kurti kompaktiškus, didelio našumo įrenginius. Mikroperforacijos ir lazerinis gręžimas naudojami siekiant sumažinti skaičių sloksnių, pagerinti paviršiaus išdėstymą, o „Via-in-Pad“ technologija su užpildymu BGA leidžia trumpinti signalų kelią ir pagerinti patikimumą.

Gamybos įrangos ir rezultatų laikymas

Daugiasluoksnės PCB gamyba reikalauja tikslios įrangos ir griežtos procesų kontrolės: sloksnių išlyginimas, daugybinis laminavimas, gręžimas, dengimas, šlifavimas ir testavimas. Vietoje esantys matavimo ir AOI etapai užtikrina, kad defektai būtų identifikuojami ankstyvoje stadijoje, o galutinė plokštė atitiktų IPC-A-600 standartą.

Taikymo sritys

Didelės įvairovės pramonės vardo laikomos įprastomis: telekomunikacijos įranga, medicinos įranga, automobilių elektronika, pramoninė automatika, RF ir mikrobangų sistemos, aviacija ir kosmosas, pramoninė elektronika, LED apšvietimas, IoT įrenginiai, vaizdo apdorojimo įranga ir kt. Daugiasluoksnės plokštės suteikia didesnį grandinių tankį bei signalų integraciją, kas išlieka svarbu moderniose sistemose.

Papildomi technologiniai sprendimai ir įranga

Kai kurios įmonės siūlo specialias medžiagas (Rogers, Isola, Taconic) bei didelio TG FR-4, silver/patinavimo ar hidrofobinių dangų sprendimus. Taip pat gali būti teikiama laikmena su foil laminavimu ir galimybe naudoti impendanso kontrolę (±10%) didelio greičio signalams. Blind ir buried vias leidžia dar didesnį tankį, o via-in-pad su BGA - dar glaudesnį dizainą.

Gamybos įmonių kontekstas Lietuvoje ir platesnėje Europoje

Europos rinkai daugiasluoksnės PCB gamyba užtikrina trumpesnius pristatymo terminus, IPC ir aukštą kokybės standartų atitikimą. Pateikimo į rinką patirtis, paslaugos, įskaitant prototipų gamybą, platus medžiagų pasirinkimas ir nuoseklūs kokybės tikrinimai, užtikrina patikimumą ir konkurencingą kainą.

Gamybos ir testavimo procesų apibendrinimas

1) Vidinių sluoksnių gamyba: formavimas, AOI patikra; 2) Laminavimas ir presavimas: tikslūs įtempiai, Tg atitikimas; 3) Gręžimas ir via formavimas: mechaninis ir lazerinis gręžimas; 4) Išoriniai sluoksniai: litavimas, paviršiaus apdaila; 5) Testavimas: 100% elektrinis testavimas ir AOI; 6) Pakuotė: saugojimas nuo drėgmės ir statinės energijos.

Kokybės užtikrinimas

Kokybės procesai apima AOI, IKT ir funkcinius bandymus, siekiant užtikrinti patikimumą ir atitikimą techniniams reikalavimams. Daugiasluoksnės PCBD testavimas ir sekcija yra būtini norint išvengti klaidų tiek kūrimo, tiek galutiniame surinkime.

Gamybos privalumai ir trūkumai

• Privalumai: didelis grandinių tankis, mažesnis plokštės dydis, sumažintas triukšmas, geresnė EMC, galimybė įtraukti daugiau funkcijų, patikimas didelio našumo signalo perdavimas.
• Trūkumai: didesnės išlaidos, didesnė gamybos sudėtingumas, reikalavimai kvalifikuotam dizaineriui, ilgesni gamybos laikai ir didesni rizikos faktoriai.

Naujausios tendencijos: HDI, microvia ir lankstus dizainas

HDI ir microvia technologijos leidžia dar didesnį tankį, trumpesnius takus ir mažesnį standų paviršių. Lanksčios arba lankstai-lankstytos plokštės suteikia galimybę kurti kompaktiškus dizainus ir sudėtingus posistemus.

Dažnai užduodami klausimai

1. Kiek sluoksnių galima pagaminti? - 4-32 sluoksniai, standartiniai 4-8, sudėtingesni 10-32; diegimas gali užtrukti 5-20 darbo dienų priklausomai nuo sudėtingumo.
2. Kokios medžiagos tinka? - FR-4, High-Tg FR-4, Rogers, Isola, Isola, Taip pat galima naudoti Al ir polimerines medžiagas Flex/Nebi.
3. Kokios yra blind/buried vias? - Akloji vias jungia išorinį sluoksnį su vidiniais; užkastos vias jungia tik vidinius sluoksnius.
4. Ar galima prototipų gamyba? - Taip, nuo 1 vnt. iki masinės gamybos; ekspresas gali būti 24-48 valandas prototipams.

Esminiai techniniai duomenys table

Oro uostas: susijusios paslaugos ir sertifikatai

Gamyba atitinka tarptautinius standartus ( IPC-A-600) ir laikina RoHS bei REACH reikalavimus, o sertifikatai rodo, kad gamyba atitinka ISO bei IATF reikalavimus. Siūlomos paslaugos - nuo prototipų gamybos iki pilno surinkimo (SMT, THT, BGA litavimas, testavimas). Taip pat teikiama DFM analizė, kuri padeda optimizuoti dizainą ir sumažinti klaidas gamybos metu.

tags: #тфгвгщещы #daugiasluoksnes #plokstes