پردازش PCB چند لایه: فرآیندهای 8 لایه و 12 لایه

PCBهای چند لایه، با ساختار رسانای چند لایه و عملکرد الکتریکی پایدار خود، به طور گسترده در زمینه‌های پیشرفته- مانند ارتباطات، سرورها، و کنترل صنعتی. 8-لایه و 12{4}} PCBهای مدار چاپی در دسته بردهای مدار چندلایه بالا، با الزامات پیچیده محیطی برای تجهیزات پردازشی و فرآیندهای کنترلی بسیار بالا، روش‌های پردازشی پیش‌سنج و پارامترهای کنترلی بسیار بالا قرار می‌گیرند. در حالی که چارچوب فرآیند کلی آنها مشابه است، به دلیل افزایش تعداد لایه‌ها، تفاوت‌های قابل‌توجهی در جنبه‌های اصلی مانند انباشتگی، زمان لایه‌کاری، دقت هم‌ترازی، حفاری و آبکاری الکتریکی وجود دارد. بخش زیر، بر اساس تجربه عملی تولید، جریان پردازش کامل و نکات کلیدی فناوری را برای هر دو نوع PCB چند لایه نشان می‌دهد.

1. پیش-پردازش مواد و برنامه ریزی انباشته
پیش{0}}پردازش مواد برای تضمین پایداری برد اساسی است. PCBهای 8 لایه و 12 لایه هر دو از تخته‌های هسته‌ای با روکش مسی (CCL)، پیش آغشته‌سازی (ورق‌های PP) و فویل مسی به عنوان مواد هسته استفاده می‌کنند که فقط در روش انباشتگی متفاوت هستند. پس از ورود مواد اولیه، اولین مرحله برش است. کل رول CCL بر اساس مشخصات تولید به تخته‌های هسته استاندارد{12}}بریده می‌شود. لبه های برش باید صاف و بدون سوراخ{13}} باشند تا در فرآیندهای بعدی از مشکلات لایه برداری جلوگیری شود. به دنبال این، تخته ها برای از بین بردن رطوبت پخته می شوند. تخته های چندلایه{23}}بالا به راحتی رطوبت را جذب می کنند. پخت در دمای بالا این رطوبت را کاملاً از بین می‌برد و از عیوب مانند حباب‌ها و لایه‌برداری بعد از لمینیت جلوگیری می‌کند. برای انباشته شدن لایه ها، PCB های 8 لایه معمولاً از الگوی انباشتگی متقارن 2+4+2 یا 4+4 استفاده می کنند که به دو یا سه ماژول تقسیم می شود. فقط دو لمینیت کامل برای همجوشی کلی مورد نیاز است. ساختار متقارن به طور موثر تنش حرارتی را جبران می‌کند و احتمال تاب برداشتن تخته را کاهش می‌دهد{20}PCB لایه‌های بیشتری دارد و تعداد لایه‌های رسانا و عایق داخلی را دو برابر می‌کند. معمولاً از یک ساختار انباشته سه قسمتی 4+4+4 استفاده می‌شود که به سه عملیات لایه‌گذاری مستقل نیاز دارد. هر بخش از پشته باید به طور مستقل فرآیندهای ساخت لایه داخلی، قهوه ای شدن و پیش انباشتگی را تکمیل کند. هرچه تعداد لایه‌ها بیشتر باشد، پیچیدگی انباشته شدن بین لایه‌ها بیشتر می‌شود و خطر انحراف تجمعی بیشتر می‌شود و کنترل توالی انباشتگی را سخت‌تر می‌کند. Prepreg به عنوان عایق بین لایه ای و مواد اتصال دهنده عمل می کند. برای هر دو نوع تخته، مشخصات مناسب بر اساس ضخامت عایق و الزامات امپدانس انتخاب می‌شود، و انباشتگی کاملاً به قانون ترتیب متناوب تخته هسته و پیش آغشته کردن پایبند است.

2. فرآیند ساخت مدار لایه داخلی
لایه های داخلی حامل های اصلی برای انتقال سیگنال در PCB های چند لایه هستند. فرآیند ساخت لایه‌های داخلی PCB‌های 8 لایه و 12 لایه یکسان است، از جمله پردازش سطح تخته، انتقال الگو، اچ کردن، حذف فیلم، بازرسی و قهوه‌ای شدن{3}} PCB‌ها، به دلیل تعداد بیشتر لایه‌های داخلی، نیازمندی‌های بالاتری برای سازگاری پردازش دسته‌ای هستند.

تمیز کردن و زبر کردن سطح تخته
پس از برش، تخته هسته ابتدا وارد خط تولید نظافت می شود، جایی که محلول های شیمیایی و شستشوی آب با فشار بالا، روغن، گرد و غبار و لایه های اکسید را از سطح تخته پاک می کند. متعاقباً، سطح مس برای بهبود چسبندگی بین فیلم حساس به نور و سطح مس، تحت درمان زبری میکرو{2}} قرار می‌گیرد و از جدا شدن فیلم و نقص مدار در حین انتقال الگو جلوگیری می‌کند. کل فرآیند تمیز کردن در اتاق تمیز کامل می شود و ذرات معلق در هوا به شدت کنترل می شوند تا از چسبیدن ناخالصی ها به سطح تخته جلوگیری شود.

انتقال الگو و اچینگ
پس از تمیز کردن، فیلم خشک حساس به نور به طور یکنواخت روی صفحه اصلی اعمال می شود. تکرار الگو با استفاده از تجهیزات تصویربرداری مستقیم لیزری کامل می شود. این روش دقت تراز بالایی را ارائه می دهد و می تواند نیازهای پردازش مدارهای ظریف را برآورده کند. پس از تصویربرداری، از یک محلول در حال توسعه برای حل کردن فیلم خشک در نواحی در معرض دید استفاده می‌شود و نواحی فویل مسی را که قرار است حکاکی شوند، در معرض دید قرار می‌دهند. در مرحله بعد، فرآیند اچینگ با استفاده از یک محلول اچینگ تخصصی برای حذف فویل مس اضافی در معرض، شروع می شود و تنها خطوط رسانای لایه داخلی کامل باقی می ماند. در طول پردازش، دمای محلول و فشار اسپری در زمان واقعی کنترل می‌شود و مقدار اچ جانبی به شدت کنترل می‌شود تا از لبه‌های خط تمیز اطمینان حاصل شود. پس از اچ کردن، از محلول سلب برای حذف هر لایه خشک باقی مانده از سطح تخته استفاده می شود و خطوط مس خالص را در معرض دید قرار می دهد.

بازرسی لایه داخلی و درمان قهوه ای شدن همه بردهای هسته لایه داخلی تحت بازرسی نوری خودکار قرار می گیرند تا به سرعت عیوب مانند مدارهای باز، اتصال کوتاه و شکاف ها شناسایی شوند. تخته های معیوب مستقیما مرتب شده و دوباره کار می شوند. تخته‌های هسته واجد شرایط وارد فرآیند قهوه‌ای شدن می‌شوند، مرحله‌ای حیاتی قبل از لمینیت تخته چندلایه. از طریق عملیات شیمیایی، یک لایه اکسیدی یکنواخت و ناهموار بر روی سطح مدار مسی ایجاد می شود که به طور قابل توجهی استحکام پیوند بین سطح مس و پیش آغشته را بهبود می بخشد و از لایه برداری بین لایه ها جلوگیری می کند. برای PCB های 12 لایه با بیش از 8 لایه داخلی، پارامترهای قهوه ای شدن باید به طور یکنواخت کالیبره شوند تا از اثرات زبری ثابت بر روی هر تخته هسته لایه داخلی اطمینان حاصل شود.

3. فرآیند اصلی لمینیت لایه ای

لمینیت فرآیند اصلی در تولید PCB چند لایه است و تفاوت قابل توجهی بین فرآیندهای PCB 8 لایه و 12 لایه است. افزایش تعداد لایه ها منجر به ارتقای جامع در تعداد لمینیت ها، دقت تراز، پروفیل های کنترل دما و پارامترهای فشار می شود که مستقیماً استحکام ساختاری و بازده تخته را تعیین می کند.

1). پیش-انباشتگی و موقعیت‌یابی با توجه به ساختار پشته از پیش تنظیم‌شده، صفحه هسته داخلی قهوه‌ای رنگ، پیش آماده‌سازی و ورق مسی بیرونی به‌طور متوالی روی هم قرار می‌گیرند. 8- PCB‌های لایه‌ای، به دلیل لایه‌بندی‌های کمتر، عمدتاً از پین‌های مکانیکی برای موقعیت‌یابی استفاده می‌کنند و اجازه می‌دهند تا PCBهای بین‌لایه‌ای تحت کنترل در محدوده{5} قرار گیرند. سه لایه لایه بندی شده، به طور قابل توجهی خطر انحراف بین لایه ای تجمعی را افزایش می دهد. انباشته کردن بخش‌های میانی-و انباشته شدن کلی به یک سیستم موقعیت‌یابی لیزری نیاز دارد، با دقت موقعیت‌یابی بسیار فراتر از موقعیت‌یابی مکانیکی سنتی، که از تراز دقیق ده‌ها لایه اطمینان می‌دهد. پرچ کردن موقت پس از انباشته شدن برای جلوگیری از ناهماهنگی لایه ها در حین حمل و نقل انجام می شود.

2). عمل آوری پرس داغ با خلاء تخته های انباشته شده به دستگاه لمینت خلاء فرستاده می شوند. محیط خلاء هوای بین لایه را به طور کامل حذف می کند و از تشکیل حباب جلوگیری می کند. هر دو نوع تخته از فرآیند گرمایش تقسیم‌بندی شده و فشار گرادیان استفاده می‌کنند. ابتدا، فشار دادن-در دمای پایین از قبل-به پیش آغشته‌سازی اجازه می‌دهد در ابتدا ذوب و جاری شود و شکاف‌های کوچک بین لایه‌ها را پر کند. سپس، دما و فشار برای فشار اصلی افزایش می‌یابد و به پیش آغشته اجازه می‌دهد تا سطح تخته هسته را به طور کامل آغشته کند. در نهایت، عمل آوری در دمای ثابت انجام می شود، رزین کاملا سخت می شود و تمام لایه ها به یک ساختار یکپارچه متصل می شوند. پارامترهای دما و فشار برای دو لایه لایه مدار چاپی 8 لایه نسبتاً گسترده است و در نتیجه تحمل بالاتری برای خطاهای فرآیند ایجاد می کند. برای PCB 12 لایه، هر لایه لایه بندی شده نیاز به یک منحنی کنترل دما تنظیم شده جداگانه دارد. پرس های داغ متعدد به طور مداوم تنش حرارتی را جمع می کنند، بنابراین، نرخ گرمایش و سرمایش، زمان نگهداری و سطوح فشار همگی به کنترل دقیق نیاز دارند. زمان نگهداری برای هر لمینیت طولانی تر است تا از پخت همزمان چندین لایه رزین اطمینان حاصل شود و از تغییر شکل تخته و استرس داخلی نابرابر جلوگیری شود. پس از هر دور لمینیت، تخته ها اجازه داده می شوند تا قبل از شروع دور بعدی لمینیت و پرس، به طور طبیعی تا دمای اتاق خنک شوند تا زمانی که همه لایه ها یکپارچه شوند.

4. حفاری و فرآیند متالیزاسیون سوراخ

پس از لمینیت، کل تخته وارد فرآیند حفاری می شود. سوراخ ها کانال های کلیدی برای هدایت بین لایه ها هستند. تفاوت در ضخامت تخته و تعداد لایه ها منجر به تفاوت های قابل توجهی در پارامترهای حفاری، دشواری پردازش و فرآیندهای آبکاری بین PCB های 8 لایه و 12 لایه می شود.

حفاری مکانیکی PCBهای چندلایه-از مته‌های کاربیدی برای حفاری مکانیکی استفاده می‌کنند، با مشخصات مته‌های مربوطه مطابق با الزامات قطر سوراخ‌های مختلف. 8- PCB‌های لایه‌ای تخته نازک‌تر و عمق حفاری کمتری دارند. پارامترهای سرعت حفاری و نرخ تغذیه به‌طور معمول تنظیم می‌شوند و دقت موقعیت سوراخ به راحتی قابل کنترل است. 12- PCB‌های لایه‌ای ضخامت کلی بیشتری دارند و عمق حفاری افزایش می‌یابد. بنابراین، نرخ تغذیه مته باید کاهش یابد، سرعت بهینه شود، و فرکانس برداشتن تراشه افزایش یابد تا از ساییدگی مته در دمای بالا، سوراخ شدن دیواره‌های سوراخ‌ها و ناهماهنگی موقعیت سوراخ جلوگیری شود. پس از حفاری، تمام سوراخ ها جدا می شوند و رسوب زدایی برای حذف بقایای رزین باقیمانده و براده های مسی انجام می شود و دیواره های سوراخ صاف و تمیز را تضمین می کند.

متالیزاسیون سوراخ و آبکاری حفره پس از حفاری، مواد تخته ابتدا تحت پوشش شیمیایی مس قرار می گیرند، لایه نازکی از مس را روی دیواره های سوراخ عایق قرار می دهند تا یک لایه رسانا اولیه ایجاد شود و رسانایی اولیه در دیواره سوراخ حاصل شود. به دنبال آن یک فرآیند آبکاری کامل تخته-، که در آن الکترولیز باعث ضخیم شدن لایه مس روی دیواره‌های سوراخ و لایه مسی روی سطح تخته می‌شود، پایداری رسانایی بین لایه را تضمین می‌کند. برای PCBهای 8 لایه، آبکاری DC معمولی برای برآوردن الزامات ضخامت مس سوراخ کافی است. برای PCBهای 12 لایه، با لایه‌های بیشتر و اتصالات لایه‌های رسانای طولانی‌تر، توزیع ناهموار جریان در برخی از نواحی حفره‌ای متراکم، نیازمند فرآیندهای آبکاری قطعه‌ای یا آبکاری پالسی است تا از ضخامت لایه مسی یکنواخت بر روی دیواره‌های سوراخ اطمینان حاصل شود و از خرابی‌های رسانایی ناشی از لایه‌های مسی بیش از حد نازک در نواحی خاص جلوگیری شود. برای برخی از تخته‌های 12 لایه با چگالی بالا، ممکن است از فرآیند آبکاری پرکننده برای قرار دادن ساختارهای سوراخ پیچیده استفاده شود. پس از آبکاری، ضخامت و رسانایی مس سوراخ بررسی می شود و تخته هایی با لایه های مسی آسیب دیده روی دیواره سوراخ دور ریخته می شوند.

5. فرآیند ساخت مدار لایه بیرونی

پس از مته کاری و متالیز کردن کل برد، مدار لایه بیرونی ساخته می شود. این فرآیند تا حد زیادی مشابه مدار لایه داخلی است، اما از آنجایی که برد از قبل تشکیل شده است، استانداردهای کنترل دقیق تر هستند. ابتدا سطح تخته به طور کامل تمیز و زبر می شود تا بقایای آبکاری از بین برود. سپس، یک فیلم خشک حساس به نور اعمال می شود. از طریق یک سری فرآیندها از جمله تصویربرداری لیزری، توسعه، اچینگ و حذف فیلم، مدار رسانای بیرونی تشکیل می‌شود. در مقایسه با لایه داخلی، مدار لایه بیرونی مستقیماً در معرض محیط خارجی قرار دارد. پس از اچ کردن، لبه ها و عرض خط به دقت بررسی می شوند تا اطمینان حاصل شود که ظاهر و عملکرد مطابق با استانداردها است. پس از تکمیل فرآیند، از تجهیزات بازرسی نوری برای بازرسی کامل برای بررسی هرگونه نقص ظاهری در مدار لایه بیرونی استفاده می شود.

6. ماسک لحیم کاری، درمان سطح و پردازش شکل

پوشش ماسک لحیم کاری پس از بازرسی مدار لایه بیرونی، جوهر ماسک لحیم کاری بر روی کل سطح برد پوشانده می شود. پس از قبل از پخت، قرار گرفتن در معرض، توسعه و پخت، فقط نواحی رسانا در معرض دید قرار می گیرند، در حالی که بقیه سطح تخته توسط لایه ماسک لحیم پوشانده می شود. لایه ماسک لحیم کاری رطوبت و گرد و غبار خارجی را جدا می کند و از اکسید شدن مدار و اتصال کوتاه جلوگیری می کند و در عین حال عملکرد عایق برد را نیز بهبود می بخشد. فرآیند PCB های 8 لایه و 12 لایه اساساً در این مرحله یکسان است و تنها تفاوت آن انتخاب جوهر مقاوم در برابر لحیم کاری بر اساس سناریوی کاربردی است.

درمان سطحی روش درمان سطحی مناسب با توجه به سناریوی کاربردی انتخاب می شود. فرآیندهای متداول عبارتند از نیکل شیمیایی-آبکاری طلا، فیلم مقاوم در برابر لحیم کاری ارگانیک و تراز کردن هوای گرم. عملکرد اصلی این فرآیند محافظت از مناطق رسانا در معرض، بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون و عملکرد اتصال است. دو نوع تخته چندلایه را می توان با توجه به نیازهای کاربر نهایی به طور انعطاف پذیر با فرآیند مطابقت داد.

پردازش شکل با استفاده از ماشین های فرز CNC یا دای پانچ، مواد تخته به شکل و ابعاد مورد نیاز مشتری پردازش می شود و لبه های اضافی بریده می شود. پس از پردازش، لبه‌های تخته سمباده می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که لبه‌ها صاف و صاف هستند، بدون لبه‌های تیز، لایه‌برداری، بریدگی یا مشکلات دیگر.

7. بازرسی نهایی و مرتب سازی محصول نهایی

یک بازرسی جامع در مرحله محصول نهایی انجام می شود که به سه بخش اصلی تقسیم می شود: بازرسی ظاهری، بازرسی ابعادی و بازرسی تداوم الکتریکی. بازرسی بصری بر ترکیبی از کار دستی و تجهیزات نوری برای بررسی آسیب، لکه‌ها و تفاوت‌های رنگ در جوهر، مدار و سوراخ‌های روی سطح برد متکی است. بازرسی ابعادی از ابزار دقیق برای تأیید ضخامت تخته، ابعاد کلی و مختصات سوراخ استفاده می کند و اطمینان حاصل می کند که تمام پارامترها مطابق با استانداردها هستند. بازرسی الکتریکی از تجهیزات تخصصی برای آزمایش تداوم بین لایه و عملکرد عایق نقطه به نقطه، شناسایی مدارهای باز پنهان و مدارهای کوتاه استفاده می کند. پس از گذراندن همه بازرسی ها، PCBهای چند لایه 8 لایه و 12 لایه قبل از ذخیره سازی تمیز، ضد رطوبت و بسته بندی می شوند. محصولات معیوب با توجه به نوع نقص دسته بندی و ثبت می شوند و از داده ها برای بهینه سازی فرآیند بعدی پشتیبانی می کنند.

پردازش PCBهای چند لایه 8-لایه و ۱۲- یک سیستم بسیار پیچیده از فرآیندهای به هم پیوسته است. در حالی که منطق اصلی پردازش آنها مشابه است، تفاوت های اصلی در چهار زمینه کلیدی نهفته است: انباشته شدن لایه ها، شمارش لایه لایه، دقت تراز، و سوراخ کاری/آبکاری. PCB 12 لایه، با تعداد لایه‌های دوبرابر آن، پیچیدگی، دشواری پردازش و استانداردهای دقیق را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد، در مقایسه با PCB‌های 8 لایه، تقاضاهای بسیار بیشتری را برای تجهیزات تولید، تنظیمات پارامترهای فرآیند و کنترل محیط کارگاه ایجاد می‌کند. در تولید واقعی، تنظیم دقیق پارامترها و کنترل جزئیات در هر فرآیند مستقیماً بر عملکرد و پایداری محصول نهایی تأثیر می گذارد. تنها با پیروی دقیق از مشخصات پردازش بردهای چندلایه و بهینه سازی راه حل های فرآیندی مربوطه برای لایه های مختلف بردها، می توانیم محصولات PCB چند لایه بالا با عملکرد پایدار و مطابق با استانداردهای کیفیت تولید کنیم، بنابراین نیازهای کاربردی دستگاه های الکترونیکی پیشرفته مختلف را برآورده می کنیم.