Wielowarstwowe płytki PCB dzięki swojej wielo-warstwowej strukturze przewodzącej i stabilnym parametrom elektrycznym są szeroko stosowane w-najwyższych dziedzinach, takich jak komunikacja, serwery i sterowanie przemysłowe.. 8-Warstwowe i 12-warstwowe płytki PCB należą do kategorii wielowarstwowych płytek drukowanych, charakteryzujących się złożonymi procedurami przetwarzania i niezwykle wysokimi wymaganiami dotyczącymi precyzji sprzętu, parametrów procesu i kontroli środowiska. Chociaż ogólne ramy procesu są podobne, istnieją znaczne różnice w podstawowych aspektach, takich jak układanie w stosy, czas laminowania, dokładność wyrównania, wiercenie i galwanizacja, ze względu na rosnącą liczbę warstw. Poniższa sekcja, oparta na praktycznym doświadczeniu produkcyjnym, przedstawia pełny przebieg przetwarzania i kluczowe punkty technologiczne dla obu typów wielowarstwowych płytek PCB.
1.-Wstępna obróbka materiałów i planowanie układania
Wstępna obróbka-materiału ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia stabilności płyty. Zarówno 8-warstwowe, jak i 12-warstwowe płytki PCB wykorzystują płyty rdzeniowe z laminatu-powlekanego miedzią (CCL), prepreg (arkusze PP) i folię miedzianą jako materiały rdzeniowe, różniące się jedynie metodą układania w stosy. Po przybyciu surowców pierwszym krokiem jest cięcie. Cała rolka CCL jest cięta na płyty nośne-o standardowych rozmiarach zgodnie ze specyfikacjami produkcyjnymi. Krawędzie cięcia muszą być gładkie i pozbawione zadziorów,-aby uniknąć problemów z rozwarstwianiem w kolejnych procesach. Następnie deski są wypalane w celu usunięcia wilgoci. Wysoko-wysokowarstwowe płyty wielowarstwowe łatwo wchłaniają wilgoć; Wypiekanie w wysokiej-temperaturze całkowicie usuwa tę wilgoć, zapobiegając defektom, takim jak pęcherze i rozwarstwianie po laminowaniu. W przypadku układania warstw 8-warstwowe płytki PCB zwykle wykorzystują symetryczny wzór układania 2+4+2 lub 4+4, podzielony na dwa lub trzy moduły. Do całkowitego stopienia potrzebne są tylko dwie pełne laminacje. Symetryczna struktura skutecznie kompensuje naprężenia termiczne i zmniejsza prawdopodobieństwo wypaczenia płytki.. 12-Warstwa PCB ma jeszcze więcej warstw, podwajając liczbę wewnętrznych warstw przewodzących i izolacyjnych. Powszechnie stosowana jest struktura składająca się z trzech segmentów, wymagająca trzech niezależnych operacji laminowania. Każdy segment stosu musi niezależnie zakończyć procesy wytwarzania warstwy wewnętrznej, brązowienia i wstępnego układania. Im więcej warstw, tym większa złożoność układania międzywarstwowego i tym większe ryzyko skumulowanych odchyleń, co sprawia, że kontrola kolejności układania jest bardziej rygorystyczna. Prepreg pełni funkcję izolacji międzywarstwowej i materiału spajającego. W przypadku obu typów płyt dobiera się odpowiednie specyfikacje w oparciu o grubość izolacji i wymagania dotyczące impedancji, a układanie odbywa się ściśle według zasady naprzemiennego ułożenia płyty głównej i prepregu.
2. Proces wytwarzania obwodów warstwy wewnętrznej
Warstwy wewnętrzne są głównymi nośnikami do transmisji sygnału w wielowarstwowych płytkach PCB. Proces produkcji wewnętrznych warstw 8-warstwowych i 12-warstwowych płytek PCB jest taki sam i obejmuje obróbkę powierzchni płytki, przenoszenie wzoru, trawienie, usuwanie folii, kontrolę i brązowienie. 12-warstwowych płytek PCB, ze względu na większą liczbę warstw wewnętrznych mają wyższe wymagania dotyczące spójności przetwarzania wsadowego.
Czyszczenie i szorstkowanie powierzchni desek
Po cięciu płyta nośna trafia najpierw na linię do czyszczenia, gdzie roztwory chemiczne i mycie wodą pod wysokim-ciśnieniem usuwają z powierzchni płyty warstwy oleju, kurzu i tlenków. Następnie powierzchnia miedzi jest poddawana obróbce mikro-szorstkowania w celu poprawy przyczepności pomiędzy folią światłoczułą a powierzchnią miedzi, zapobiegając odrywaniu się folii i defektom obwodów podczas przenoszenia wzoru. Cały proces czyszczenia odbywa się w pomieszczeniu czystym, a cząstki unoszące się w powietrzu są ściśle kontrolowane, aby zapobiec przyleganiu zanieczyszczeń do powierzchni płyty.
Transfer wzoru i trawienie
Po oczyszczeniu na płytę nośną równomiernie nakłada się światłoczułą suchą warstwę. Replikacja wzoru jest wykonywana przy użyciu sprzętu do bezpośredniego obrazowania laserowego. Metoda ta zapewnia wysoką dokładność wyrównania i może spełnić wymagania przetwarzania precyzyjnych obwodów. Po naświetleniu stosuje się roztwór wywołujący w celu rozpuszczenia suchej warstwy w nienaświetlonych obszarach, odsłaniając obszary folii miedzianej, które mają zostać wytrawione. Następnie rozpoczyna się proces trawienia, przy użyciu specjalistycznego roztworu trawiącego w celu usunięcia nadmiaru odsłoniętej folii miedzianej, pozostawiając jedynie kompletne linie przewodzące warstwy wewnętrznej. Podczas przetwarzania temperatura roztworu i ciśnienie natrysku są monitorowane w czasie rzeczywistym, a ilość trawień bocznych jest ściśle kontrolowana, aby zapewnić schludne krawędzie linii. Po wytrawieniu stosuje się roztwór do usuwania pozostałości suchej warstwy z powierzchni płyty, odsłaniając linie z czystej miedzi.
Kontrola warstwy wewnętrznej i obróbka przy brązowieniu Wszystkie płyty rdzeniowe z warstwą wewnętrzną poddawane są automatycznej kontroli optycznej w celu szybkiej identyfikacji defektów, takich jak przerwy w obwodach, zwarcia i przerwy. Wadliwe płyty są bezpośrednio sortowane i poddawane ponownej obróbce. Kwalifikowane płyty nośne wchodzą w proces brązowienia, będący kluczowym krokiem przed laminowaniem płyty wielowarstwowej. W wyniku obróbki chemicznej na powierzchni obwodu miedzianego powstaje jednolita, szorstka warstwa tlenku, co znacznie poprawia siłę wiązania pomiędzy powierzchnią miedzi a prepregiem, zapobiegając rozwarstwianiu się międzywarstw. W przypadku 12-warstwowych płytek PCB z więcej niż 8 warstwami wewnętrznymi parametry brązowienia muszą być równomiernie skalibrowane, aby zapewnić spójny efekt szorstkowania na każdej płycie rdzenia z warstwą wewnętrzną.
3. Podstawowy proces laminowania warstwowego
Laminowanie to podstawowy proces w produkcji wielowarstwowych płytek PCB i znacząca różnica między procesami 8-warstwowymi i 12-warstwowymi PCB. Zwiększanie liczby warstw prowadzi do kompleksowej poprawy liczby warstw, dokładności wyrównania, profili kontroli temperatury i parametrów ciśnienia, bezpośrednio determinujących ogólną wytrzymałość konstrukcyjną i plastyczność płyty.
1). Wstępne-układanie w stosy i pozycjonowanie Zgodnie z-ustaloną strukturą stosu, przyrumieniona wewnętrzna płyta rdzenia, prepreg i zewnętrzna folia miedziana są układane sekwencyjnie. 8-warstwowe płytki PCB, ze względu na mniejszą liczbę laminacji, do pozycjonowania w większości wykorzystują kołki mechaniczne, co pozwala na kontrolowanie przesunięcia międzywarstwowego w rozsądnym zakresie.. 12-Warstwowe płytki PCB poddawane są trzysegmentowej laminacji, znacznie zwiększając ryzyko skumulowanego odchylenia międzywarstwowego. Układanie-w środkowych segmentach i układanie w całości wymaga laserowego systemu pozycjonowania, którego dokładność pozycjonowania znacznie przewyższa tradycyjne pozycjonowanie mechaniczne, zapewniając precyzyjne ustawienie dziesiątek warstw. Po ułożeniu w stos wykonuje się tymczasowe nitowanie, aby zapobiec przemieszczeniu się warstw podczas transportu.
2). Utwardzanie próżniowe na gorąco Ułożone w stos płyty przesyłane są do laminatora próżniowego. Środowisko próżniowe całkowicie usuwa powietrze międzywarstwowe, zapobiegając tworzeniu się pęcherzyków. W obu typach płyt stosuje się segmentowy proces ogrzewania i gradientowego zwiększania ciśnienia. Po pierwsze, wstępne-prasowanie-w niskiej temperaturze umożliwia wstępne stopienie prepregu i płynięcie, wypełniając maleńkie szczeliny między warstwami. Następnie zwiększa się temperaturę i ciśnienie w celu uzyskania głównego ciśnienia, co pozwala prepregowi na całkowite zaimpregnowanie powierzchni płyty nośnej. Na koniec następuje utwardzanie w stałej temperaturze, co powoduje całkowite utwardzanie żywicy i spajanie wszystkich warstw w jednolitą strukturę. Parametry temperatury i ciśnienia dla dwóch warstw 8-warstwowej płytki PCB są stosunkowo szerokie, co skutkuje wyższą tolerancją na błędy procesu. W przypadku 12-warstwowej płytki drukowanej każde laminowanie segmentowe wymaga osobnego ustawienia krzywej kontroli temperatury. Wiele pras na gorąco stale gromadzi naprężenia termiczne, dlatego też szybkość nagrzewania i chłodzenia, czas przetrzymywania i poziomy ciśnienia wymagają precyzyjnej kontroli. Czas utrzymywania każdej laminacji jest dłuższy, aby zapewnić jednoczesne utwardzanie wielu warstw żywicy, zapobiegając deformacji płyty i nierównomiernym naprężeniom wewnętrznym. Po każdej rundzie laminowania płyty pozostawia się do naturalnego ostygnięcia do temperatury pokojowej przed rozpoczęciem kolejnej rundy laminacji i prasowania, aż do połączenia wszystkich warstw.
4. Proces wiercenia i metalizacji otworów
Po zalaminowaniu cała płyta przechodzi proces wiercenia. Otwory są kluczowymi kanałami przewodnictwa międzywarstwowego. Różnice w grubości płytki i liczbie warstw skutkują znaczącymi różnicami w parametrach wiercenia, trudnościach obróbki i procesach galwanizacji pomiędzy płytkami 8- i 12-warstwowymi.
Wiercenie mechaniczne W-wielowarstwowych płytkach PCB do wiercenia mechanicznego wykorzystywane są wiertła z węglików spiekanych, a odpowiednie specyfikacje wierteł odpowiadają różnym wymaganiom dotyczącym średnicy otworów.. 8-Warstwowe płytki PCB mają cieńszą płytkę i mniejszą głębokość wiercenia; prędkość wiercenia i parametry posuwu są ustawiane konwencjonalnie, a dokładność położenia otworu można łatwo kontrolować.. 12-Warstwowe płytki PCB mają większą całkowitą grubość i większą głębokość wiercenia; dlatego należy zmniejszyć posuw wiertła, zoptymalizować prędkość i zwiększyć częstotliwość usuwania wiórów, aby zapobiec-zużyciu wiertła w wysokiej temperaturze, zadziorom na ściankach otworu i niewspółosiowości położenia otworu. Po wierceniu wszystkie otwory są usuwane z zadziorów i usuwane są pozostałości żywicy oraz wióry miedziane, co zapewnia gładkie i czyste ściany otworów.
Metalizacja otworów i galwanizacja Po wierceniu materiał płyty jest najpierw poddawany chemicznej miedziowaniu, osadzając cienką warstwę miedzi na ściankach otworów izolacyjnych w celu zbudowania podstawowej warstwy przewodzącej i osiągnięcia początkowej przewodności w ścianach otworów. Następnie następuje proces galwanizacji-płytki, podczas którego elektroliza zagęszcza warstwę miedzi na ściankach otworów i warstwę miedzi na powierzchni płytki, zapewniając stabilność przewodności międzywarstwowej. W przypadku 8-warstwowych płytek PCB wystarczające jest konwencjonalne powlekanie galwaniczne prądem stałym, aby spełnić wymagania dotyczące grubości miedzi w otworze. W przypadku 12-warstwowych płytek PCB, z większą liczbą warstw i dłuższymi połączeniami warstw przewodzących, nierównomierny rozkład prądu w niektórych gęsto upakowanych obszarach otworów wymaga segmentowych procesów galwanizacji lub galwanizacji impulsowej, aby zapewnić jednolitą grubość warstwy miedzi na ściankach otworów i zapobiec awariom przewodności spowodowanym przez zbyt cienkie warstwy miedzi w niektórych obszarach. W przypadku niektórych 12-warstwowych płyt o dużej gęstości można zastosować proces galwanizacji z wypełnianiem, aby pomieścić złożone struktury otworów. Po galwanizacji sprawdza się grubość i przewodność miedzi w otworze, a płytki z uszkodzonymi warstwami miedzi na ściankach otworu są odrzucane.
5. Proces wytwarzania obwodów warstwy zewnętrznej
Po wywierceniu i metalizacji całej płytki wykonywany jest obwód warstwy zewnętrznej. Proces ten jest w dużej mierze taki sam, jak w przypadku obwodów warstwy wewnętrznej, ale ponieważ płytka jest już uformowana, standardy kontroli są bardziej rygorystyczne. W pierwszej kolejności powierzchnię płyty należy dokładnie oczyścić i zszorstkować w celu usunięcia pozostałości po galwanizacji. Następnie nakładana jest światłoczuła sucha warstwa. W wyniku szeregu procesów obejmujących obrazowanie laserowe, wywoływanie, trawienie i usuwanie folii powstaje zewnętrzny obwód przewodzący. W porównaniu z warstwą wewnętrzną, obwody warstwy zewnętrznej są bezpośrednio wystawione na działanie środowiska zewnętrznego. Po wytrawieniu krawędzie i szerokość linii są dokładnie sprawdzane, aby upewnić się, że wygląd i wydajność spełniają standardy. Po zakończeniu procesu sprzęt do kontroli optycznej przeprowadza pełną kontrolę w celu sprawdzenia wszelkich wad wyglądu w obwodach warstwy zewnętrznej.
6. Maska lutownicza, obróbka powierzchniowa i obróbka kształtu
Powłoka maski lutowniczej Po przejściu kontroli obwodu warstwy zewnętrznej tusz maski lutowniczej zostaje naniesiony na całą powierzchnię płytki. Po-wypieczeniu wstępnym, naświetleniu, wywołaniu i utwardzeniu odsłonięte są tylko obszary przewodzące, podczas gdy pozostała powierzchnia płytki jest pokryta warstwą maski lutowniczej. Warstwa maski lutowniczej izoluje zewnętrzną wilgoć i kurz, zapobiegając utlenianiu obwodu i zwarciom, jednocześnie poprawiając właściwości izolacyjne płytki. Proces dla 8-warstwowych i 12-warstwowych płytek PCB jest w zasadzie taki sam na tym etapie, z tą tylko różnicą, że wybór farby odpornej na lutowanie zależy od scenariusza zastosowania.
Obróbka powierzchniowa Odpowiednia metoda obróbki powierzchni jest wybierana w zależności od scenariusza zastosowania. Typowe procesy obejmują chemiczne niklowanie-złocenie, organiczną warstwę lutowniczą i wyrównywanie gorącym powietrzem. Główną funkcją tego procesu jest ochrona odsłoniętych obszarów przewodzących, poprawa odporności na utlenianie i wydajności połączenia. Obydwa typy płyt wielowarstwowych można elastycznie dopasowywać do procesu zgodnie z wymaganiami-użytkownika końcowego.
Obróbka kształtu Za pomocą frezarek CNC lub wykrawarek materiał płytowy jest przetwarzany do wymaganego przez klienta kształtu i wymiarów, a nadmiarowe krawędzie są przycinane. Po obróbce krawędzie płyt są szlifowane, aby krawędzie były płaskie i gładkie, bez ostrych krawędzi, rozwarstwień, odprysków i innych problemów.
7. Kontrola końcowa i sortowanie gotowego produktu
Kompleksowa kontrola przeprowadzana jest na etapie gotowego produktu, podzielona na trzy główne sekcje: kontrola wyglądu, kontrola wymiarów i kontrola ciągłości elektrycznej. Kontrola wzrokowa polega na połączeniu pracy ręcznej i sprzętu optycznego w celu sprawdzenia uszkodzeń, plam i różnic w kolorze atramentu, obwodów elektrycznych i dziur na powierzchni płytki. Kontrola wymiarowa wykorzystuje precyzyjne instrumenty do sprawdzenia grubości płyty, wymiarów całkowitych i współrzędnych otworów, zapewniając, że wszystkie parametry spełniają standardy. Inspekcja elektryczna wykorzystuje specjalistyczny sprzęt do testowania ciągłości międzywarstwowej i wydajności izolacji punkt--punkt, identyfikując ukryte otwarte obwody i zwarcia. Po przejściu wszystkich kontroli 8-warstwowe i 12-warstwowe wielowarstwowe płytki PCB są czyszczone, zabezpieczane przed wilgocią i pakowane przed przechowywaniem. Wadliwe produkty są kategoryzowane i rejestrowane według rodzaju wady, co zapewnia wsparcie danych dla późniejszej optymalizacji procesu.
Przetwarzanie 8-warstwowych i 12-warstwowych wielowarstwowych płytek PCB to wysoce wyrafinowany system wzajemnie powiązanych procesów. Chociaż podstawowa logika przetwarzania jest podobna, podstawowe różnice dotyczą czterech kluczowych obszarów: układania warstw, liczby laminacji, dokładności wyrównania oraz wiercenia/powlekania. 12-warstwowa płytka PCB z podwójną liczbą warstw charakteryzuje się znacznie większą złożonością, trudnością przetwarzania i standardami precyzji, stawiając znacznie wyższe wymagania sprzętowi produkcyjnemu, dostosowaniu parametrów procesu i kontroli środowiska w warsztacie w porównaniu z 8-warstwowymi płytkami PCB. W rzeczywistej produkcji dostrajanie parametrów i kontrola szczegółów w każdym procesie bezpośrednio wpływają na wydajność i stabilność gotowego produktu. Tylko poprzez ścisłe przestrzeganie specyfikacji przetwarzania płytek wielowarstwowych i optymalizację odpowiednich rozwiązań procesowych dla różnych warstw płytek możemy wytwarzać wielowarstwowe produkty PCB o stabilnej wydajności i spełniające standardy jakości, spełniając w ten sposób potrzeby aplikacyjne różnych wysokiej klasy urządzeń elektronicznych.