W sprzęcie półprzewodnikowym 12-warstwowe płytki PCB odgrywają kluczową rolę w łączeniu układów rdzenia, przesyłaniu-sygnałów o wysokiej częstotliwości i wysokich prądach. Proces produkcyjny wymaga niezwykle wysokich wymagań w zakresie precyzji, stabilności i niezawodności. W porównaniu ze zwykłymi wielowarstwowymi-płytkami drukowanymi, 12-warstwowe płytki drukowane mają bardziej złożoną strukturę, więcej etapów procesu i muszą dostosować się do rygorystycznych standardów sprzętu półprzewodnikowego w zakresie integralności sygnału i rozpraszania ciepła. Dlatego w procesie produkcyjnym występuje wiele podstawowych trudności. Zaczynając od kluczowych etapów procesu, omówimy wyzwania produkcyjne związane z 12-warstwowymi płytkami drukowanymi w scenariuszach zastosowań sprzętu półprzewodnikowego.
1, Proces laminowania: wyzwanie związane z „precyzyjnym łączeniem” w strukturach wielowarstwowych-
Nakładanie warstw to podstawowy proces produkcji 12 warstw PCB, który wymaga integracji 12 warstw podłoża, folii miedzianej i warstwy izolacyjnej w jedną całość za pomocą wysokiej temperatury i wysokiego napięcia. Trudność polega na dokładności wyrównania i jednorodności grubości pomiędzy warstwami, które są kluczowe dla transmisji sygnału w sprzęcie półprzewodnikowym.
Z punktu widzenia wyrównania międzywarstwowego, 12-warstwowa płytka drukowana wymaga wielokrotnego prasowania, a każde prasowanie musi zapewniać kontrolę błędu wyrównania grafiki każdej warstwy w bardzo małym zakresie. Jednak w rzeczywistej produkcji podłoże jest podatne na odkształcenia termiczne w wysokich temperaturach, a po każdej laminacji mogą wystąpić niewielkie odchylenia w płaskości arkusza. W przypadku ułożenia na 12 warstwach całkowity błąd wyrównania może przekroczyć wartość krytyczną. Gdy dokładność wyrównania nie spełnia standardów, utrata transmisji sygnałów o-wysokiej częstotliwości w sprzęcie półprzewodnikowym znacznie wzrośnie, a nawet mogą wystąpić przesłuchy sygnału, wpływające na normalne działanie sprzętu.
Równomierne wyzwanie stanowi jednakowa grubość. 12-warstwowa płytka drukowana musi kontrolować całkowitą grubość i zakres odchyleń grubości każdej warstwy. Jednak podczas procesu ściskania nierównomierny rozkład nacisków i różnice w skurczu pomiędzy podłożem a warstwą izolacyjną mogą prowadzić do problemów takich jak „grubość w środku, cienka na krawędziach” czy lokalne występy w gotowej płycie. W obszarach sprzętu półprzewodnikowego wymagających instalacji precyzyjnych złączy nadmierne odchylenie grubości może prowadzić do słabego styku złącza i zwiększać ryzyko awarii sprzętu.
2, Obróbka mikrootworów: podwójne wyzwania związane z małym rozmiarem porów i współczynnikiem kształtu
12-warstwowa płytka PCB sprzętu półprzewodnikowego wymaga dużej liczby mikroporów, aby uzyskać połączenia obwodów międzywarstwowych. Te mikropory są nie tylko małe, ale także muszą przenikać przez 12 warstw podłoża, a stosunek głębokości do średnicy znacznie przekracza średnicę zwykłych wielowarstwowych-płytek drukowanych, co znacznie zwiększa trudność produkcji.
Po pierwsze, pojawia się kwestia dokładności wiercenia. Ze względu na wyjątkowo małą aperturę wiertło jest podatne na „wibracje” podczas-obracania się z dużą prędkością, co powoduje odchylenie apertury, a nawet zadrapania ścianki otworu. Jednocześnie różnice materiałowe 12-warstwowego podłoża przyspieszą zużycie wiertła. Jeśli nie zostanie wymieniony na czas, dokładność wielkości porów kolejnych mikroporów będzie nadal spadać. W przypadku urządzeń półprzewodnikowych odchylenie wielkości mikroporów może prowadzić do nierównej grubości warstwy miedzi wewnątrz platerowanych otworów, intensyfikować lokalne nagrzewanie podczas przesyłania prądu i wpływać na wydajność rozpraszania ciepła przez urządzenie.
Głębszym wyzwaniem jest jakość ściany porów. Mikropory 12-warstwowej płytki PCB muszą przejść proces „wiercenia i wiercenia galwanizacji”, podczas którego proces usuwania wiercenia wymaga usunięcia resztek żywicy ze ścianki otworu. Jednakże wąski rozmiar porów mikroporów utrudnia pełną penetrację roztworu czyszczącego. Jeśli odwiercenie nie jest dokładne, warstwa miedzi nie może ściśle związać się ze ścianą otworu podczas galwanizacji, a podczas późniejszego użytkowania może wystąpić „łuszczenie się ścianki otworu”, powodując uszkodzenie obwodu. Dodatkowo zbyt duży współczynnik kształtu utrudnia równomierne rozprowadzenie prądu na dnie otworu podczas galwanizacji, a grubość warstwy miedzi na dnie otworu jest niewystarczająca. W przypadku urządzeń półprzewodnikowych o wysokim natężeniu prądu warstwa miedzi na dnie otworu jest podatna na przegrzanie i wypalenie.
3, Kontrola grubości miedzi: sprzeczność między globalną jednorodnością a lokalnym pogrubieniem
Wymóg dotyczący grubości miedzi w 12-warstwowej płytce drukowanej sprzętu półprzewodnikowego ma „dwoistość”: z jednej strony ogólna grubość miedzi musi być jednakowa, aby zapewnić stabilną transmisję sygnału; Z drugiej strony, niektóre obszary wymagają lokalnego pogrubienia grubości miedzi w celu poprawy odprowadzania ciepła i obciążalności prądowej, co może łatwo prowadzić do konfliktów w produkcji.
Trudność w osiągnięciu globalnej jednorodności grubości miedzi leży w procesie galwanizacji. Powierzchnia 12-warstwowej płytki PCB jest zwykle duża, a na rozkład prądu w zbiorniku galwanicznym łatwo wpływa kształt płytki i położenie wieszaka, co powoduje różnice w grubości miedzi pomiędzy krawędziami a środkiem płytki. Ponadto mikrootwory i ślepe otwory w 12-warstwowej płytce PCB będą „odwracać” prąd, powodując, że grubość miedzi na powierzchni w pobliżu otworów będzie cieńsza niż w innych obszarach. Jeśli globalne odchylenie grubości miedzi jest zbyt duże, prędkość transmisji sygnału różnymi ścieżkami w sprzęcie półprzewodnikowym będzie się różnić, co spowoduje opóźnienie synchronizacji danych i wpłynie na wydajność przetwarzania sprzętu.
Lokalne pogrubienie grubości miedzi stwarza ryzyko „nadmiernego galwanizacji”. Aby uzyskać miejscowe pogrubienie grubości miedzi, należy przeprowadzić wtórne powlekanie galwaniczne w odpowiednim obszarze. Jednakże podczas wtórnego powlekania galwanicznego prąd ma skłonność do rozpraszania się do otaczających obszarów, powodując, że grubość miedzi w obszarach innych niż docelowe przekracza normę. Jednocześnie przejście pomiędzy obszarem lokalnie zagęszczonym a otaczającym go obszarem o konwencjonalnej grubości miedzi jest podatne na „schodki”. Podczas późniejszego powlekania warstwy maski lutowniczej na stopniach łatwo powstają pęcherzyki lub niewystarczająca grubość, co powoduje odsłonięcie warstwy miedzi i zwiększa ryzyko utleniania i zwarcia w sprzęcie półprzewodnikowym.
4, Powłoka maski lutowniczej: równowaga między cienką powłoką a wysoką izolacją
Warstwa maski lutowniczej 12-warstwowej płytki PCB w sprzęcie półprzewodnikowym musi spełniać zarówno wymagania dotyczące „cienkiej powłoki”, jak i „wysokiej izolacji”, aby dostosować się do niewielkiej przestrzeni instalacyjnej i środowiska pracy pod wysokim-napięciem wewnątrz sprzętu. Istnieje jednak naturalna sprzeczność pomiędzy tymi dwoma wymaganiami w produkcji.
Dokładność powlekania cienkimi powłokami jest trudna do kontrolowania. Warstwa maski lutowniczej jest zwykle obrabiana metodą sitodruku lub powlekania natryskowego, a w przypadku subtelnych nierówności i zagłębień na powierzchni 12-warstwowej płytki PCB cienkie powłoki są podatne na „wycieki” lub „nierówną grubość”. Przykładowo, jeżeli podczas sitodruku niewłaściwie wysterowano docisk skrobaka, to grubość warstwy maski lutowniczej na etapie może być mniejsza od wartości standardowej. Jednak cienka warstwa maski lutowniczej może prowadzić do zmniejszenia wydajności izolacji, a transmisja sygnału-o wysokim napięciu w sprzęcie półprzewodnikowym jest podatna na awarie, powodując awarię sprzętu.
Wysoka izolacja nakłada rygorystyczne wymagania na materiał i proces utwardzania lutowia ochronnego. Podczas pracy sprzętu półprzewodnikowego płytki drukowane są przez długi czas narażone na działanie wysokich temperatur i mogą mieć kontakt z gazami powodującymi korozję. Rezystancja lutownicza musi charakteryzować się doskonałą odpornością na wysokie temperatury i korozję. Jednakże w przypadku cienkich powłok rozkład utwardzaczy w masie lutowniczej jest podatny na nierównomierność, co skutkuje niewystarczającą-gęstością usieciowania w niektórych obszarach po utwardzeniu, a w środowiskach o wysokiej-temperaturze istnieje skłonność do pękania, co z czasem prowadzi do szybkiego spadku wydajności izolacji.
5, Kontrola płaskości: kluczowe ograniczenie dla późniejszego montażu i odprowadzania ciepła
12-warstwowa płytka drukowana sprzętu półprzewodnikowego musi charakteryzować się wyjątkowo dużą płaskością, w przeciwnym razie będzie to miało wpływ na przyczepność do chipów i radiatorów, prowadząc do słabego odprowadzania ciepła lub nieprawidłowego montażu. Jednakże wielowarstwowa-struktura i złożony proces 12-warstwowych płytek drukowanych sprawiają, że kontrola płaskości jest „upartym problemem” w produkcji.
Z jednej strony uwolnienie naprężeń po kompresji wielowarstwowej-może spowodować wypaczenie płyty. Podczas wielokrotnych procesów laminowania na 12-warstwowej płytce drukowanej naprężenia wewnętrzne każdej warstwy materiału kumulują się w sposób ciągły. Po ochłodzeniu naprężenia ustępują, co może łatwo spowodować wygięcie się płyty w kierunku grubszej strony folii miedzianej. Zwłaszcza, gdy występuje znacząca różnica w lokalnej grubości miedzi, wypaczenie może znacznie przekroczyć wymagania sprzętu półprzewodnikowego.
Z drugiej strony obróbka-wysokotemperaturowa kolejnych procesów zaostrzy problem płaskości. Procesy takie jak utwardzanie maski lutowniczej muszą być przeprowadzane w określonej wysokiej temperaturze. W tej temperaturze płytka drukowana ponownie ulegnie odkształceniu termicznemu. Jeżeli naprężenie nie zostanie wcześniej całkowicie uwolnione, odkształcenie będzie się dalej nakładać. W przypadku obszarów urządzeń półprzewodnikowych, które wymagają bliskiego kontaktu z radiatorami, odchylenia od płaskości mogą prowadzić do zmniejszenia powierzchni styku, zmniejszenia wydajności rozpraszania ciepła, zwiększonej temperatury pracy chipa i skrócenia żywotności urządzenia.
6, Testowanie i naprawa: Wyzwania związane z kontrolą jakości w złożonych konstrukcjach
Proces produkcji 12-warstwowych płytek PCB do sprzętu półprzewodnikowego wymaga 100% pełnej kontroli, ale ze względu na złożoną strukturę niektóre defekty są trudne do wykrycia, a trudność naprawy jest niezwykle wysoka, co staje się główną trudnością w kontroli jakości.
W procesie kontroli defekty w wewnętrznej warstwie 12-warstwowej płytki drukowanej są trudne do wykrycia za pomocą konwencjonalnej kontroli wyglądu i wymagają-detekcji promieni rentgenowskich i skanowania ultradźwiękowego. Jednakże wykrywanie promieni X- ma ograniczoną zdolność rozpoznawania małych defektów i nie pozwala określić stanu wiązania pomiędzy ścianą otworu a wewnętrzną folią miedzianą; Chociaż skanowanie ultradźwiękowe może wykryć łączenie międzywarstwowe, rozdzielczość skanowania może się zmniejszyć ze względu na grubość 12 warstw, które mogą pomijać lokalne obszary rozłączenia. Te niewykryte defekty będą się stopniowo rozszerzać podczas-długoterminowej pracy sprzętu półprzewodnikowego, ostatecznie prowadząc do awarii obwodów.
Wyzwanie w procesie naprawy jest jeszcze większe. Jeśli w warstwie wewnętrznej zostanie wykryte zwarcie lub słabe pokrycie mikrootworami, 12-warstwowa płytka PCB wymaga „naprawy warstwa po warstwie”, co oznacza, że warstwa izolacyjna i folia miedziana są zdzierane warstwa po warstwie, defekty są naprawiane, a następnie dociskane. Jednakże podczas procesu nakładania warstw wysokie temperatury i odczynniki chemiczne mogą łatwo uszkodzić otaczające nienaruszone warstwy, co skutkuje niższym wskaźnikiem powodzenia napraw. Nawet jeśli naprawa zakończy się sukcesem, w obszarze ucisku mogą nadal wystąpić nowe koncentracje naprężeń. W środowisku wibracyjnym sprzętu półprzewodnikowego pęknięcia są podatne na powstawanie pęknięć w miejscu naprawy, stając się nowym potencjalnym zagrożeniem związanym z awarią.