U poluvodičkoj opremi, 12-slojne PCB ploče imaju ključnu ulogu u povezivanju čipova jezgra, prenošenju visoko-signala visoke frekvencije i velikih struja. Njegov proizvodni proces zahtijeva izuzetno visoke zahtjeve za preciznošću, stabilnošću i pouzdanošću. U poređenju sa običnim višeslojnim -slojnim štampanim pločama, 12-slojne štampane ploče imaju složeniju strukturu, više koraka procesa i moraju da se prilagode strogim standardima poluprovodničke opreme za integritet signala i rasipanje toplote. Zbog toga postoji više osnovnih poteškoća u procesu proizvodnje. Počevši od ključnih koraka procesa, razložit ćemo izazove proizvodnje 12-slojnih štampanih ploča u scenarijima primjene poluvodičke opreme.
1, Laminirani proces: izazov "preciznog spajanja" u više-slojnim strukturama
Raslojavanje je osnovni proces proizvodnje 12 slojeva PCB-a, koji zahtijeva integraciju 12 slojeva podloge, bakarne folije i izolacijskog sloja u cjelinu putem visoke temperature i visokog napona. Poteškoća leži u preciznosti poravnanja i ujednačenosti debljine između slojeva, koji su ključni za prijenos signala u poluvodičkoj opremi.
Iz perspektive međuslojnog poravnanja, PCB od 12 slojeva treba pritisnuti više puta, a svako pritiskanje mora osigurati da se greška poravnanja grafike svakog sloja kontrolira u vrlo malom rasponu. Međutim, u stvarnoj proizvodnji, podloga je sklona termičkoj deformaciji na visokim temperaturama i može doći do malih odstupanja u ravnosti lima nakon svakog laminiranja. Kada se naslaga na 12 slojeva, ukupna greška poravnanja može premašiti kritičnu vrijednost. Jednom kada tačnost poravnanja ne zadovolji standard, gubitak prijenosa visokofrekventnih signala-u poluvodičkoj opremi će se značajno povećati, pa čak može doći i do preslušavanja signala, što utiče na normalan rad opreme.
Ujednačenost debljine je jednako izazovna. PCB od 12 slojeva treba da kontroliše ukupnu debljinu i opseg odstupanja debljine svakog sloja. Međutim, tokom procesa kompresije, neravnomjerna raspodjela pritiska i razlike u stopama skupljanja između podloge i izolacijskog sloja mogu dovesti do problema kao što su "debeo u sredini, tanak na rubovima" ili lokalne izbočine u završnoj ploči. Za područja u poluvodičkoj opremi koja zahtijevaju ugradnju preciznih konektora, preveliko odstupanje debljine može dovesti do lošeg kontakta konektora i povećati rizik od kvara opreme.
2, obrada mikro rupa: dvostruki izazovi male veličine pora i omjera širine i visine
12 slojeva PCB poluvodičke opreme zahtijeva veliki broj mikropora za postizanje međuslojnih veza. Ove mikropore nisu samo male veličine, već također moraju prodrijeti u 12 slojeva supstrata, sa omjerom dubine i promjera koji je daleko veći od onog kod običnih višeslojnih -slojnih štampanih ploča, što uvelike povećava poteškoću u proizvodnji.
Prvo, tu je pitanje tačnosti bušenja. Zbog izuzetno malog otvora, burgija je sklona "vibracijama" tokom velike-brzine rotacije, što rezultira odstupanjem otvora, pa čak i ogrebotinama na zidu rupe. U isto vrijeme, materijalne razlike 12 slojeva podloge će ubrzati stopu trošenja burgije. Ako se ne zamijene na vrijeme, tačnost veličine pora narednih mikropora nastavit će se smanjivati. Za poluvodičke uređaje, odstupanje veličine mikro pora može dovesti do neujednačene debljine sloja bakra unutar obloženih rupa, intenzivirati lokalno zagrijavanje tokom prijenosa struje i utjecati na performanse odvođenja topline uređaja.
Dublji izazov leži u kvaliteti zida pora. Mikropore 12-slojnog PCB-a moraju proći kroz proces "bušenja i galvanizacije", u kojem proces de bušenja zahtijeva uklanjanje ostataka smole sa zida rupe. Međutim, uska veličina pora mikropora otežava potpuni prodor otopine za čišćenje. Ako bušenje nije temeljno, sloj bakra se ne može čvrsto povezati sa zidom rupe tokom galvanizacije, a može doći do "ljuštenja zida rupe" tokom kasnije upotrebe, uzrokujući prekid strujnog kola. Osim toga, preveliki omjer stranica otežava ravnomjernu distribuciju struje na dno rupe tokom galvanizacije, a debljina sloja bakra na dnu rupe je nedovoljna. U scenarijima velike struje poluvodičkih uređaja, sloj bakra na dnu rupe je sklon pregrijavanju i izgaranju.
3, kontrola debljine bakra: kontradikcija između globalne uniformnosti i lokalnog zgušnjavanja
Zahtjev za debljinom bakra u 12 slojeva PCB-a poluprovodničke opreme ima "dvostrukost": s jedne strane, globalna debljina bakra mora biti ujednačena kako bi se osigurao stabilan prijenos signala; S druge strane, neka područja zahtijevaju lokalno zgušnjavanje debljine bakra kako bi se poboljšala disipacija topline i strujni kapacitet, što lako može dovesti do sukoba u proizvodnji.
Poteškoća u postizanju globalne uniformnosti debljine bakra leži u procesu galvanizacije. Površina PCB-a od 12 slojeva je obično velika, a na raspodjelu struje u spremniku za oplatu lako utiče oblik ploče i položaj visećeg elementa, što rezultira razlikama u debljini bakra između rubova i središta ploče. Osim toga, mikro rupe i slijepe rupe u 12 slojeva PCB-a će 'skrenuti' struju, uzrokujući da površinska debljina bakra u blizini rupa bude tanja od ostalih područja. Ako je globalno odstupanje debljine bakra preveliko, brzina prijenosa signala različitih puteva u poluvodičkoj opremi će se razlikovati, što će rezultirati kašnjenjem sinhronizacije podataka i utjecati na efikasnost obrade opreme.
Lokalno zadebljanje debljine bakra predstavlja opasnost od "pretjerane galvanizacije". Da bi se postiglo lokalno zadebljanje debljine bakra, potrebno je izvršiti sekundarnu galvanizaciju u odgovarajućem području. Međutim, tokom sekundarne galvanizacije, struja je sklona difuziji u okolna područja, uzrokujući da debljina bakra u neciljanim područjima premašuje standard. U isto vrijeme, prijelaz između lokalno zadebljanog područja i okolnog konvencionalnog bakrenog debelog područja je sklon "koracima". Tokom naknadnog premazivanja sloja maske za lemljenje, mjehurići ili nedovoljna debljina se lako stvaraju na koracima, što rezultira izlaganjem sloja bakra i povećava rizik od oksidacije i kratkog spoja u poluvodičkoj opremi.
4, premaz maske za lemljenje: ravnoteža između tankog premaza i visoke izolacije
Sloj maske za lemljenje od 12 slojeva PCB-a u poluvodičkoj opremi treba da zadovolji zahtjeve "tankog premaza" i "visoke izolacije" kako bi se prilagodio kompaktnom instalacionom prostoru i visoko-naponskom radnom okruženju unutar opreme. Međutim, postoji prirodna kontradikcija između ova dva zahtjeva u proizvodnji.
Točnost premaza tankih premaza je teško kontrolisati. Sloj maske za lemljenje obično se obrađuje sitotiskom ili premazivanjem sprejom, a za suptilne neravnine i udubljenja na površini 12 slojeva PCB-a, tanki premazi su skloni "curenju" ili "neujednačenoj debljini". Na primjer, ako je kontrola pritiska strugača neispravna tokom sito štampe, debljina sloja maske za lemljenje u koraku može biti niža od standardne vrijednosti. Međutim, tanak sloj maske za lemljenje može dovesti do smanjenja performansi izolacije, a prijenos signala visokog{4}}napona u poluvodičkoj opremi je sklon kvaru, uzrokujući kvar opreme.
Visoka izolacija nameće stroge zahtjeve za materijal i proces očvršćavanja otpornika za lemljenje. Tokom rada poluprovodničke opreme, štampane ploče su dugo izložene visokim temperaturama i mogu doći u kontakt sa korozivnim gasovima. Otpor za lemljenje mora imati odličnu otpornost na visoke temperature i koroziju. Međutim, pod tankim premazima, distribucija sredstava za očvršćavanje u otporniku za lemljenje je sklona neravnomjernosti, što rezultira nedovoljnom gustinom umrežavanja u nekim područjima nakon očvršćavanja, a pucanje je sklono pojavljivanju u okruženjima visoke{4}}temperature, što dovodi do brzog pada performansi izolacije tokom vremena.
5, kontrola ravnosti: ključno ograničenje za kasniju montažu i odvođenje topline
12-slojni PCB poluprovodničke opreme treba da ima izuzetno visoku ravnost, inače će uticati na prianjanje sa čipovima i hladnjakom, što će dovesti do lošeg odvođenja toplote ili kvara na montaži. Međutim, višeslojna struktura i složen proces 12-slojnih štampanih ploča čine kontrolu ravnosti "tvrdoglavim problemom" u proizvodnji.
S jedne strane, oslobađanje naprezanja nakon više-kompresije može uzrokovati deformaciju ploče. Tokom višestrukih procesa laminacije na 12 slojeva PCB-a, unutrašnji napon materijala svakog sloja se kontinuirano akumulira. Nakon hlađenja dolazi do oslobađanja naprezanja, što može dovesti do savijanja ploče prema debljoj strani bakrene folije. Naročito kada postoji značajna razlika u lokalnoj debljini bakra, savijanje može daleko premašiti zahtjeve poluvodičke opreme.
S druge strane, visoko{0}}tretiranje narednih procesa će pogoršati pitanje ravnosti. Procesi kao što je očvršćavanje maske za lemljenje moraju se izvoditi na određenoj visokoj temperaturi. Na ovoj temperaturi, PCB ploča će ponovo doživjeti termičku deformaciju. Ako se napon ranije ne oslobodi u potpunosti, deformacija će se dalje preklapati. Za područja u poluvodičkim uređajima koji zahtijevaju bliski kontakt sa hladnjakom, odstupanja ravnosti mogu dovesti do smanjene površine kontakta, smanjene efikasnosti odvođenja topline, povećane radne temperature čipa i skraćenog vijeka trajanja uređaja.
6, Ispitivanje i popravka: Izazovi kontrole kvaliteta u složenim strukturama
Proces proizvodnje 12 slojeva PCB-a za poluvodičku opremu zahtijeva 100% potpunu inspekciju, ali zbog složene strukture, neke nedostatke je teško otkriti, a teškoća popravke je izuzetno velika, što postaje velika poteškoća u kontroli kvaliteta.
U procesu inspekcije, teško je otkriti defekte u unutrašnjem sloju 12 slojeva PCB-a kroz konvencionalnu inspekciju izgleda i zahtijevaju detekciju X- zraka i ultrazvučno skeniranje. Međutim, detekcija X- zraka ima ograničenu stopu prepoznavanja malih defekata i ne može odrediti stanje veze između zida rupe i unutrašnje bakarne folije; Iako ultrazvučno skeniranje može otkriti međuslojno spajanje, rezolucija skeniranja može se smanjiti zbog debljine od 12 slojeva, koji mogu propustiti lokalna područja odvajanja. Ovi neotkriveni defekti će se postepeno širiti tokom-dugotrajnog rada poluprovodničke opreme, što na kraju dovodi do kvarova kola.
Izazov u procesu popravke je još veći. Ako se u unutrašnjem sloju otkrije kratki spoj ili loša ploča sa mikro rupa, 12-slojnu PCB potrebno je "popraviti sloj po sloj", odnosno sloj izolacije i bakrene folije odlijepiti sloj po sloj, popraviti defekte, a zatim pritisnuti. Međutim, tokom procesa nanošenja slojeva, visoke temperature i hemijski reagensi mogu lako oštetiti okolne netaknute slojeve, što rezultira nižom stopom uspješnosti popravka. Čak i ako je popravak uspješan, nove koncentracije naprezanja se i dalje mogu pojaviti u potisnutom području. U okruženju vibracija poluprovodničke opreme, pukotine su sklone nastanku na mjestu popravke, postajući nova potencijalna opasnost od kvara.