Многослойные печатные платы с их много-проводящей структурой и стабильными электрическими характеристиками широко используются в высокотехнологичных-областях, таких как связь, серверы и промышленное управление.. 8-слойные и 12-слойные печатные платы относятся к категории высокомногослойных печатных плат со сложными процедурами обработки и чрезвычайно высокими требованиями к точности оборудования, параметрам процесса и контролю окружающей среды. Хотя их общая технологическая схема аналогична, существуют существенные различия в основных аспектах, таких как укладка, время ламинирования, точность выравнивания, сверление и гальваника, из-за увеличения количества слоев. В следующем разделе, основанном на практическом опыте производства, описан полный процесс обработки и ключевые технологические моменты для обоих типов многослойных печатных плат.
1. Предварительная-обработка материалов и планирование штабелирования
Предварительная-обработка материала имеет основополагающее значение для обеспечения стабильности платы. Как в 8-слойных, так и в 12-слойных печатных платах в качестве материалов сердцевины используются ламинированные платы-покрытые медью (CCL), препрег (листы ПП) и медная фольга, отличающиеся только методом укладки. По прибытии сырья первым этапом является резка. Весь рулон CCL разрезается на основные плиты стандартного-размера в соответствии с производственными спецификациями. Края обреза должны быть гладкими и-без заусенцев, чтобы избежать проблем с расслоением в последующих процессах. После этого доски обжигаются для удаления влаги. Высоко-многослойные плиты легко впитывают влагу; высокая-выпечка при высокой температуре полностью удаляет эту влагу, предотвращая такие дефекты, как пузыри и расслоение после ламинирования. Для укладки слоев в 8-слойных печатных платах обычно используется симметричная схема укладки 2+4+2 или 4+4, разделенная на два или три модуля. Для полного слияния необходимы только два полных слоя. Симметричная структура эффективно компенсирует термическое напряжение и снижает вероятность деформации платы.. 12-Печатные платы имеют еще больше слоев, что удваивает количество внутренних проводящих и изолирующих слоев. Обычно используется трехсегментная штабелированная структура 4+4+4, требующая трех независимых операций ламинирования. Каждый сегмент стопки должен независимо выполнять процессы изготовления внутреннего слоя, подрумянивания и предварительной укладки. Чем больше слоев, тем выше сложность межслойной укладки и выше риск кумулятивного отклонения, что делает контроль последовательности укладки более строгим. Препрег служит межслойным изоляционным и связующим материалом. Для обоих типов плат подбираются соответствующие характеристики, исходя из требований к толщине изоляции и сопротивлению, а при укладке строго соблюдается правило попеременного расположения основной платы и препрега.
2. Процесс изготовления схемы внутреннего слоя
Внутренние слои являются основными носителями для передачи сигналов в многослойных печатных платах. Процесс производства внутренних слоев 8-слойных и 12-слойных печатных плат одинаков, включая обработку поверхности платы, перенос рисунка, травление, удаление пленки, проверку и подрумянивание.. 12-Из-за большего количества внутренних слоев печатные платы предъявляют более высокие требования к единообразию пакетной обработки.
Очистка поверхности платы и придание шероховатости
После резки основная плита сначала поступает на линию очистки, где химические растворы и промывка водой под высоким-давлением удаляют жир, пыль и оксидные слои с поверхности плиты. Впоследствии медная поверхность подвергается микро-обработке шероховатости для улучшения адгезии между светочувствительной пленкой и медной поверхностью, предотвращая отслоение пленки и дефекты схемы во время переноса рисунка. Весь процесс очистки выполняется в чистом помещении, при этом частицы в воздухе строго контролируются, чтобы предотвратить прилипание загрязнений к поверхности плиты.
Перенос рисунка и травление
После очистки сухая светочувствительная пленка равномерно наносится на основу. Репликация рисунка выполняется с использованием оборудования для прямой лазерной визуализации. Этот метод обеспечивает высокую точность выравнивания и может удовлетворить требования к обработке тонких схем. После визуализации используется проявляющий раствор для растворения сухой пленки на неэкспонированных участках, обнажая участки медной фольги, подлежащие травлению. Затем начинается процесс травления с использованием специального травильного раствора для удаления излишков открытой медной фольги, оставляя только полные проводящие линии внутреннего слоя. Во время обработки температура раствора и давление распыления контролируются в режиме реального времени, а объем бокового травления строго контролируется, чтобы обеспечить аккуратные края линий. После травления используется раствор для удаления остатков сухой пленки с поверхности платы, обнажая линии из чистой меди.
Проверка внутреннего слоя и обработка потемнением. Все основные платы внутреннего слоя подвергаются автоматическому оптическому контролю для быстрого выявления дефектов, таких как обрывы цепей, короткие замыкания и разрывы. Дефектные платы сразу сортируются и перерабатываются. Квалифицированные основные плиты подвергаются процессу подрумянивания, что является важным этапом перед многослойным ламинированием. Благодаря химической обработке на поверхности медной схемы образуется равномерный шероховатый оксидный слой, что значительно улучшает прочность соединения между поверхностью меди и препрегом, предотвращая межслоевое расслоение. Для 12-слойных печатных плат с более чем 8 внутренними слоями параметры подрумянивания должны быть одинаково откалиброваны, чтобы обеспечить одинаковый эффект придания шероховатости каждому внутреннему слою основной платы.
3. Основной процесс многослойного ламинирования
Ламинирование является основным процессом в производстве многослойных печатных плат и существенной разницей между процессами изготовления 8- и 12-слойных печатных плат. Увеличение количества слоев приводит к комплексному улучшению количества ламинаций, точности выравнивания, профилей контроля температуры и параметров давления, напрямую определяющих общую структурную прочность и текучесть плиты.
1). Предварительная -укладка и позиционирование В соответствии с предварительно-заданной структурой стопки, коричневая внутренняя несущая плата, препрег и внешняя медная фольга укладываются последовательно.. 8-Печатные платы из-за меньшего количества слоев, в основном для позиционирования используются механические штыри, что позволяет контролировать межслоевое смещение в разумных пределах.. 12-Печатные платы слоев подвергаются трехсегментному ламинированию, что значительно увеличивает риск совокупного межслоевого отклонения. Укладка среднего-сегмента и общая укладка требуют лазерной системы позиционирования, точность позиционирования которой намного превосходит традиционное механическое позиционирование, обеспечивая точное выравнивание десятков слоев. После штабелирования производится временная клепка, чтобы предотвратить перекос слоев при транспортировке.
2). Отверждение горячим прессом в вакууме. Сложенные друг на друга платы отправляются в вакуумный ламинатор. Вакуумная среда полностью удаляет межслойный воздух, предотвращая образование пузырьков. В обоих типах плат используется процесс сегментированного нагрева и градиентного давления. Во-первых, низко-предварительное-прессование позволяет препрегу сначала расплавиться и растекаться, заполняя крошечные зазоры между слоями. Затем температуру и давление повышают для основного давления, позволяя препрегу полностью пропитать поверхность сердцевины плиты. Наконец, отверждение проводится при постоянной температуре, полностью затвердевая смолу и связывая все слои в единую структуру. Параметры температуры и давления для двух слоев 8-слойной печатной платы относительно широкие, что обеспечивает более высокую устойчивость к ошибкам процесса. Для 12-слойной печатной платы для каждой сегментированной пластины требуется отдельно установленная кривая контроля температуры. Несколько горячих прессов постоянно накапливают термическое напряжение, поэтому скорость нагрева и охлаждения, время выдержки и уровень давления требуют точного контроля. Время выдержки каждого ламинирования увеличено, чтобы обеспечить одновременное отверждение нескольких слоев смолы, предотвращая деформацию плиты и неравномерное внутреннее напряжение. После каждого этапа ламинирования плитам дают остыть естественным путем до комнатной температуры перед началом следующего этапа ламинирования и прессования, пока все слои не соединятся.
4. Процесс сверления и металлизации отверстий.
После ламинирования вся плата подвергается процессу сверления. Дырки являются ключевыми каналами межслоевой проводимости. Различия в толщине платы и количестве слоев приводят к значительным различиям в параметрах сверления, сложности обработки и процессах гальваники между 8- и 12-слойными печатными платами.
Механическое сверление.-В многослойных печатных платах для механического сверления используются твердосплавные сверла, при этом соответствующие характеристики сверл соответствуют различным требованиям к диаметру отверстий.. 8-Слоистые печатные платы имеют более тонкую плату и меньшую глубину сверления; параметры скорости сверления и подачи задаются традиционным образом, а точность положения отверстий легко контролируется. 12-слойные печатные платы имеют большую общую толщину и увеличенную глубину сверления; поэтому необходимо уменьшить скорость подачи сверла, оптимизировать скорость и увеличить частоту удаления стружки, чтобы предотвратить высоко-температурный износ сверла, появление заусенцев на стенках отверстия и перекос положения отверстия. После сверления все отверстия очищаются от заусенцев и удаляются остатки смолы и медной стружки, что обеспечивает гладкие и чистые стенки отверстий.
Металлизация отверстий и гальваника. После сверления материал платы сначала подвергается химическому меднению, при котором тонкий слой меди наносится на изолирующие стенки отверстий для создания основного проводящего слоя и достижения начальной проводимости внутри стенок отверстий. Затем следует -процесс полного гальванического покрытия платы, при котором электролиз утолщает слой меди на стенках отверстий и слой меди на поверхности платы, обеспечивая стабильность межслоевой проводимости. Для 8-слойных печатных плат обычной гальваники постоянного тока достаточно, чтобы удовлетворить требования к толщине медных отверстий. Для 12-слойных печатных плат с большим количеством слоев и более длинными соединениями проводящих слоев неравномерное распределение тока в некоторых плотно упакованных областях отверстий требует процессов сегментированного или импульсного гальванического покрытия, чтобы обеспечить равномерную толщину медного слоя на стенках отверстий и предотвратить нарушения проводимости, вызванные слишком тонкими медными слоями в определенных областях. Для некоторых 12-слойных плат высокой плотности можно использовать процесс заполнения гальванопокрытием для размещения сложных структур отверстий. После гальваники проверяют толщину и проводимость меди отверстия, а платы с поврежденными медными слоями на стенках отверстий отбраковывают.
5. Процесс изготовления схемы внешнего слоя
После сверления и металлизации всей платы изготавливается схема внешнего слоя. Этот процесс во многом аналогичен созданию схемы внутреннего слоя, но поскольку плата уже сформирована, стандарты управления более строгие. Сначала поверхность платы тщательно очищают и придают шероховатость для удаления остатков гальванического покрытия. Затем наносится светочувствительная сухая пленка. Внешняя проводящая схема формируется посредством ряда процессов, включая лазерную визуализацию, проявку, травление и удаление пленки. По сравнению с внутренним слоем, схема внешнего слоя напрямую подвергается воздействию внешней среды. После травления края и ширина линий тщательно проверяются, чтобы убедиться, что внешний вид и характеристики соответствуют стандартам. После завершения процесса оборудование для оптического контроля используется для полной проверки на наличие каких-либо внешних дефектов в схеме внешнего слоя.
6. Паяльная маска, обработка поверхности и обработка формы.
Покрытие паяльной маски После того, как схема внешнего слоя прошла проверку, чернила паяльной маски наносятся на всю поверхность платы. После предварительного-обжига, экспонирования, проявления и отверждения обнажаются только проводящие участки, а остальная поверхность платы покрывается слоем паяльной маски. Слой паяльной маски изолирует внешнюю влагу и пыль, предотвращая окисление цепи и короткие замыкания, а также улучшая изоляционные характеристики платы. Процесс для 8- и 12-слойных печатных плат на этом этапе в основном одинаков, с той лишь разницей, что в зависимости от сценария применения необходимо выбрать паяльные чернила.
Обработка поверхности Соответствующий метод обработки поверхности выбирается в соответствии со сценарием применения. Обычные процессы включают химическое никелирование-позолотой, нанесение органической припойной резистивной пленки и выравнивание горячим воздухом. Основная функция этого процесса — защитить открытые проводящие участки, улучшить стойкость к окислению и улучшить характеристики соединения. Два типа многослойных плат можно гибко сочетать с процессом в соответствии с требованиями конечного-пользователя.
Обработка формы С помощью фрезерных станков с ЧПУ или штамповки материал плиты обрабатывается до требуемой формы и размеров заказчика, а лишние кромки обрезаются. После обработки края доски шлифуются, чтобы края были ровными и гладкими, без острых кромок, расслоений, сколов и других проблем.
7. Окончательная проверка и сортировка готовой продукции.
На этапе готовой продукции проводится комплексная проверка, разделенная на три основных раздела: проверка внешнего вида, проверка размеров и проверка целостности электрической цепи. Визуальный осмотр основан на сочетании ручного труда и оптического оборудования для проверки повреждений, пятен и различий в цвете чернил, схем и отверстий на поверхности платы. При проверке размеров используются прецизионные инструменты для проверки толщины платы, габаритных размеров и координат отверстий, обеспечивая соответствие всех параметров стандартам. При электрическом контроле используется специальное оборудование для проверки межслойной целостности и характеристик изоляции поточечно--, выявляя скрытые обрывы цепей и короткие замыкания. После прохождения всех проверок 8-слойные и 12-слойные многослойные печатные платы перед отправкой на хранение очищаются, гидроизолируются и упаковываются. Дефектные продукты классифицируются и регистрируются в соответствии с типом дефекта, обеспечивая поддержку данных для последующей оптимизации процесса.
Обработка 8-слойных и 12-слойных многослойных печатных плат представляет собой сложную систему взаимосвязанных процессов. Хотя их базовая логика обработки схожа, основные различия заключаются в четырех ключевых областях: укладка слоев, количество ламинаций, точность выравнивания и сверление/покрытие. 12-слойная печатная плата с удвоенным количеством слоев представляет собой значительно более высокую сложность, трудность обработки и стандарты точности, предъявляя гораздо более высокие требования к производственному оборудованию, настройке параметров процесса и контролю окружающей среды в цехе по сравнению с 8-слойными печатными платами. В реальном производстве точная настройка параметров и контроль деталей каждого процесса напрямую влияют на выход и стабильность готового продукта. Только строго следуя спецификациям обработки многослойных плат и оптимизируя соответствующие технологические решения для разных слоев плат, мы можем производить продукты с высоким содержанием многослойных печатных плат со стабильной производительностью и соответствием стандартам качества, удовлетворяя тем самым потребности применения различных высокопроизводительных электронных устройств.