Večplastna PCB-ja s svojo več-slojno prevodno strukturo in stabilnim električnim delovanjem se pogosto uporabljajo na-področjih višjega cenovnega razreda, kot so komunikacije, strežniki in industrijski nadzor. 8-plastna in 12-plastna PCB-ja sodijo v kategorijo visoko-večplastnih tiskanih vezij z zapletenimi postopki obdelave in izjemno visokimi zahtevami glede natančnosti opreme, parametrov procesa in okoljskega nadzora. Medtem ko je njihov splošni procesni okvir podoben, obstajajo pomembne razlike v bistvenih vidikih, kot so zlaganje, časi laminacije, natančnost poravnave, vrtanje in galvanizacija zaradi vse večjega števila plasti. Naslednji razdelek, ki temelji na praktičnih proizvodnih izkušnjah, opisuje celoten potek obdelave in ključne tehnološke točke za obe vrsti večplastnih PCB-jev.
1. Pred-obdelava materialov in načrtovanje zlaganja
Pred{0}}obdelava materiala je bistvena za zagotavljanje stabilnosti plošče. Tako 8-slojni kot 12-slojni PCB-ji uporabljajo bakreno-laminatne (CCL) jedrne plošče, prepreg (PP plošče) in bakreno folijo kot jedrne materiale, razlikujejo pa se le v načinu zlaganja. Ob prihodu surovin je prvi korak razrez. Celoten zvitek CCL je razrezan na osnovne-plošče standardne velikosti v skladu s proizvodnimi specifikacijami. Odrezani robovi morajo biti gladki in brez-robov, da se izognete težavam z razslojevanjem v nadaljnjih postopkih. Nato se plošče zapečejo, da se odstrani vlaga. Visoko-slojne večslojne plošče zlahka absorbirajo vlago; pečenje pri visoki-temperaturi popolnoma odstrani to vlago in prepreči napake, kot so mehurčki in delaminacija po laminaciji. Za zlaganje plasti 8-slojne PCB-je običajno uporabljajo simetričen vzorec zlaganja 2+4+2 ali 4+4, razdeljen na dva ali tri module. Za celotno fuzijo sta potrebni le dve popolni laminati. Simetrična struktura učinkovito izravna toplotno obremenitev in zmanjša verjetnost upogibanja plošče. 12-plast PCB ima še več plasti, kar podvoji število notranjih prevodnih in izolacijskih plasti. Običajno se uporablja 4+4+4 trisegmentna struktura zlaganja, ki zahteva tri neodvisne operacije laminiranja. Vsak segment sklada mora neodvisno dokončati postopke izdelave notranjega sloja, porjavitve in predzlaganja. Več kot je plasti, večja je kompleksnost vmesnega zlaganja in večje je tveganje kumulativnega odstopanja, zaradi česar je nadzor zaporedja zlaganja strožji. Prepreg služi kot vmesni izolacijski in vezni material. Za obe vrsti plošč so ustrezne specifikacije izbrane na podlagi debeline izolacije in zahtev glede impedance, zlaganje pa strogo upošteva pravilo izmenične razporeditve jedrne plošče in preprega.
2. Postopek izdelave vezja notranje plasti
Notranje plasti so nosilci jedra za prenos signala v večplastnih PCB-jih. Postopek izdelave notranjih plasti 8-slojnih in 12-slojnih PCB-jev je enak, vključno z obdelavo površine plošče, prenosom vzorca, jedkanjem, odstranjevanjem filma, pregledom in porjavenjem. 12-Zaradi večjega števila notranjih plasti imajo PCB-ji za plast višje zahteve glede doslednosti serijske obdelave.
Čiščenje in hrapavljenje površine plošče
Po rezanju osnovna plošča najprej vstopi v čistilno proizvodno linijo, kjer kemične raztopine in visoko{0}}vodno pranje odstranijo oljne, prahne in oksidne plasti s površine plošče. Nato je bakrena površina podvržena mikro-hrapavitvi, da se izboljša oprijem med fotoobčutljivim filmom in bakreno površino, s čimer se prepreči odvajanje filma in napake v vezju med prenosom vzorca. Celoten postopek čiščenja se zaključi v čisti sobi, delci v zraku pa so strogo nadzorovani, da se prepreči oprijem nečistoč na površino plošče.
Prenos vzorca in jedkanje
Po čiščenju se fotoobčutljiva suha folija enakomerno nanese na osnovno ploščo. Replikacija vzorca se zaključi z uporabo laserske opreme za neposredno slikanje. Ta metoda ponuja visoko natančnost poravnave in lahko izpolni zahteve obdelave finih vezij. Po slikanju se uporabi raztopina za razvijanje za raztapljanje suhega filma na neosvetljenih območjih, pri čemer se izpostavijo območja bakrene folije, ki jih je treba jedkati. Nato se začne postopek jedkanja z uporabo specializirane raztopine za jedkanje za odstranitev odvečne izpostavljene bakrene folije, pri čemer ostanejo samo celotne prevodne črte notranje plasti. Med obdelavo se temperatura raztopine in tlak pršenja spremljata v realnem času, količina stranskega jedkanja pa je strogo nadzorovana, da se zagotovijo čisti robovi linij. Po jedkanju se raztopina za odstranjevanje odstrani morebitni preostali suhi film s površine plošče, pri čemer se razkrijejo linije iz čistega bakra.
Inšpekcija notranjega sloja in obdelava porjavitve Vse osnovne plošče notranjega sloja so podvržene avtomatiziranemu optičnemu pregledu za hitro prepoznavanje napak, kot so odprta vezja, kratki stiki in vrzeli. Okvarjene plošče se neposredno sortirajo in predelajo. Kvalificirane osnovne plošče vstopijo v proces porjavitve, ki je ključni korak pred večplastno laminacijo plošč. S kemično obdelavo se na površini bakrenega vezja ustvari enakomerna, groba oksidna plast, ki znatno izboljša trdnost vezi med bakreno površino in prepregom ter prepreči razslojevanje vmesnega sloja. Pri 12-slojnih PCB-jih z več kot 8 notranjimi plastmi je treba parametre porjavitve enakomerno umeriti, da se zagotovi dosleden učinek hrapavosti na vsaki notranji plošči jedra.
3. Osnovni postopek večplastne laminacije
Laminacija je osrednji postopek v proizvodnji večplastnih PCB in pomembna razlika med 8-slojnimi in 12-slojnimi procesi PCB. Povečanje števila plasti vodi do obsežne nadgradnje števila laminatov, natančnosti poravnave, profilov nadzora temperature in parametrov tlaka, ki neposredno določajo splošno strukturno trdnost in izkoristek plošče.
1). Pred-zlaganje in pozicioniranje Glede na vnaprej-nastavljeno strukturo sklada so porjavela notranja jedrna plošča, prepreg in zunanja bakrena folija zloženi zaporedno. 8-plastni PCB-ji zaradi manjšega števila laminacij večinoma uporabljajo mehanske zatiče za pozicioniranje, kar omogoča nadzor vmesnega odmika v razumnem obsegu. 12-plastni PCB-ji so izpostavljeni trem segmentirane laminate, kar bistveno poveča tveganje kumulativnega odstopanja vmesnega sloja. Sred-segmentno zlaganje in celotno zlaganje zahtevata laserski sistem za pozicioniranje, pri čemer natančnost pozicioniranja daleč presega tradicionalno mehansko pozicioniranje in zagotavlja natančno poravnavo več deset plasti. Začasno kovičenje se izvede po zlaganju, da se prepreči neporavnanost plasti med transportom.
2). Utrjevanje z vročim vakuumskim stiskanjem Zložene plošče se pošljejo v vakuumski laminator. Vakuumsko okolje popolnoma odstrani vmesni zrak, kar preprečuje nastajanje mehurčkov. Obe vrsti plošč uporabljata proces segmentiranega ogrevanja in gradientnega tlaka. Prvič, nizko{5}}temperaturno pred-stiskanje omogoča, da se prepreg sprva stopi in teče ter zapolni majhne vrzeli med plastmi. Nato se temperatura in tlak povečata za glavni tlak, kar omogoča, da prepreg v celoti impregnira površino jedrne plošče. Končno se strjevanje izvaja pri konstantni temperaturi, pri čemer se smola popolnoma strdi in vse plasti povežejo v enotno strukturo. Parametri temperature in tlaka za dve laminati 8-slojnega tiskanega vezja so razmeroma široki, kar ima za posledico višjo toleranco za napake v procesu. Za 12-slojno tiskano vezje zahteva vsaka segmentirana laminacija ločeno nastavljeno krivuljo nadzora temperature. Več vročih stiskalnic nenehno kopiči toplotno obremenitev, zato je treba natančno nadzorovati hitrosti segrevanja in hlajenja, zadrževalne čase in ravni tlaka. Čas zadrževanja za vsako laminacijo je daljši, da se zagotovi sočasno utrjevanje več plasti smole, kar preprečuje deformacijo plošče in neenakomerno notranjo napetost. Po vsakem krogu laminiranja se plošče pustijo, da se naravno ohladijo na sobno temperaturo, preden se začne naslednji krog laminiranja in stiskanja, dokler niso integrirane vse plasti.
4. Postopek vrtanja in metalizacije lukenj
Po laminaciji gre celotna plošča v postopek vrtanja. Luknje so ključni kanali za prevodnost vmesnega sloja. Razlike v debelini plošče in številu plasti povzročajo pomembne razlike v parametrih vrtanja, težavah pri obdelavi in postopkih galvanizacije med 8-slojnimi in 12-slojnimi PCB-ji.
Mehansko vrtanje Visoko-večplastna PCB-ja uporabljajo karbidne svedre za mehansko vrtanje z ustreznimi specifikacijami svedrov, ki se ujemajo z različnimi zahtevami glede premera lukenj. 8-plastna PCB-ja imajo tanjšo ploščo in manjšo globino vrtanja; parametri hitrosti vrtanja in podajanja so nastavljeni konvencionalno, natančnost položaja lukenj pa je enostavno nadzorovana. 12-plastna PCB ima večjo skupno debelino in večjo globino vrtanja; zato je treba zmanjšati podajalno hitrost svedra, optimizirati hitrost in povečati pogostost odstranjevanja ostružkov, da preprečite visoko{3}}temperaturno obrabo svedra, bruhanje na stenah izvrtine in neusklajenost položaja izvrtine. Po vrtanju se vse luknje odstranijo in izvede se odstranjevanje vodnega kamna, da se odstranijo ostanki smole in bakreni ostružki, kar zagotavlja gladke in čiste stene lukenj.
Metalizacija lukenj in galvanizacija Po vrtanju je material plošče najprej podvržen kemičnemu bakrenju, pri čemer se na izolacijske stene lukenj nanese tanka plast bakra, da se ustvari osnovna prevodna plast in doseže začetna prevodnost znotraj sten lukenj. Temu sledi-postopek galvanizacije celotne plošče, kjer elektroliza odebeli bakreno plast na stenah lukenj in bakreno plast na površini plošče, kar zagotavlja stabilnost vmesne prevodnosti. Za 8-plastne PCB-je zadostuje običajna galvanizacija z enosmernim tokom, da izpolni zahteve glede debeline bakra lukenj. Pri 12-slojnih PCB-jih z več plastmi in daljšimi prevodnimi plastnimi povezavami je zaradi neenakomerne porazdelitve toka na nekaterih gosto zapakiranih območjih lukenj potrebna segmentirana galvanizacija ali pulzna galvanizacija, da se zagotovi enakomerna debelina bakrene plasti na stenah lukenj in preprečijo okvare prevodnosti, ki jih povzročajo pretanke bakrene plasti na določenih območjih. Pri nekaterih 12-slojnih ploščah z visoko gostoto se lahko uporabi postopek galvanizacije z zapolnitvijo za prilagoditev zapletenih struktur lukenj. Po galvanizaciji se pregleda debelina bakra in prevodnost lukenj, plošče s poškodovanimi bakrenimi plastmi na stenah lukenj pa se zavržejo.
5. Postopek izdelave zunanje plasti vezja
Po vrtanju in metaliziranju celotne plošče je izdelano vezje zunanje plasti. Ta postopek je večinoma enak vezju notranjega sloja, a ker je plošča že oblikovana, so standardi nadzora strožji. Najprej se površina plošče temeljito očisti in nahrapavi, da se odstranijo ostanki galvanizacije. Nato se nanese fotoobčutljiva suha folija. Z nizom procesov, vključno z laserskim slikanjem, razvijanjem, jedkanjem in odstranjevanjem filma, se oblikuje zunanje prevodno vezje. V primerjavi z notranjo plastjo je vezje zunanje plasti neposredno izpostavljeno zunanjemu okolju. Po jedkanju se robovi in širina črt natančno pregledajo, da se zagotovi, da videz in zmogljivost ustrezata standardom. Ko je postopek končan, se oprema za optično pregledovanje uporabi za popoln pregled, da se preveri morebitne napake videza v vezju zunanje plasti.
6. Spajkalna maska, površinska obdelava in obdelava oblik
Prevleka spajkalne maske Ko vezje zunanje plasti prestane pregled, je črnilo spajkalne maske prevlečeno na celotno površino plošče. Po pred-pečenju, izpostavitvi, razvijanju in strjevanju so izpostavljena samo prevodna območja, medtem ko je preostala površina plošče prekrita s plastjo spajkalne maske. Plast spajkalne maske izolira zunanjo vlago in prah ter preprečuje oksidacijo vezja in kratke stike, hkrati pa izboljša izolacijsko delovanje plošče. Postopek za 8-slojne in 12-slojne PCB-je je v tem koraku v bistvu enak, razlika je le v izbiri črnila, odpornega proti spajkanju, glede na scenarij uporabe.
Površinska obdelava Ustrezen način površinske obdelave se izbere glede na scenarij uporabe. Običajni postopki vključujejo kemično niklja-pozlačevanje, folijo, odporno na organske spajke, in izravnavo z vročim zrakom. Glavna naloga tega postopka je zaščititi izpostavljena prevodna območja, izboljšati odpornost proti oksidaciji in učinkovitost povezave. Dve vrsti večplastnih plošč je mogoče prilagodljivo uskladiti s postopkom glede na zahteve končnega-uporabnika.
Obdelava oblik S CNC rezkalnimi stroji ali štancanjem se ploščni material obdela v obliko in dimenzije, ki jih zahteva stranka, odvečni robovi pa se obrežejo. Po obdelavi se robovi plošč zbrusijo, da zagotovimo, da so robovi ravni in gladki, brez ostrih robov, razslojevanja, odkruškov ali drugih težav.
7. Končni pregled in razvrščanje končnih izdelkov
Celovit pregled se izvede v fazi končnega izdelka, razdeljen na tri glavne dele: pregled videza, pregled dimenzij in pregled električne kontinuitete. Vizualni pregled temelji na kombinaciji ročnega dela in optične opreme za preverjanje poškodb, madežev in barvnih razlik v črnilu, vezju in luknjah na površini plošče. Dimenzijski pregled uporablja natančne instrumente za preverjanje debeline plošče, skupnih dimenzij in koordinat lukenj, s čimer se zagotovi, da vsi parametri ustrezajo standardom. Električni pregled uporablja specializirano opremo za preizkušanje kontinuitete vmesnega sloja in učinkovitosti izolacije točko-za-točko, pri čemer identificira skrita odprta vezja in kratke stike. Po opravljenih vseh pregledih se 8-slojni in 12-slojni večplastni PCB-ji pred shranjevanjem očistijo, zaščitijo pred vlago in zapakirajo. Okvarjeni izdelki so kategorizirani in zabeleženi glede na vrsto napake, kar zagotavlja podatkovno podporo za kasnejšo optimizacijo procesa.
Obdelava 8-slojnih in 12-slojnih večplastnih PCB-jev je zelo sofisticiran sistem medsebojno povezanih procesov. Čeprav je njihova osnovna logika obdelave podobna, so glavne razlike na štirih ključnih področjih: zlaganje plasti, število plasti, natančnost poravnave in vrtanje/prevleka. 12-slojni PCB s svojim podvojenim številom slojev predstavlja znatno povečano kompleksnost, težavnost obdelave in standarde natančnosti, kar postavlja veliko višje zahteve glede proizvodne opreme, prilagoditev procesnih parametrov in nadzor okolja v delavnici v primerjavi z 8-slojnimi PCB-ji. V dejanski proizvodnji fina nastavitev parametrov in nadzor podrobnosti v vsakem procesu neposredno vplivata na izkoristek in stabilnost končnega izdelka. Samo s strogim upoštevanjem specifikacij za obdelavo večplastnih plošč in optimizacijo ustreznih procesnih rešitev za različne plasti plošč lahko izdelamo visoko-večplastne PCB izdelke s stabilnim delovanjem in izpolnjujejo standarde kakovosti, s čimer zadovoljujemo potrebe uporabe različnih vrhunskih elektronskih naprav.