Τεχνικές ευθυγράμμισης στρώματος προς στρώμα για συγκρότημα πολλαπλών στρώσεων PCB: Εξασφάλιση ακρίβειας σε σύνθετα σχέδια
Τα πολυστρωματικά PCB, που χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές ψηφιακών, RF και υψηλής πυκνότητας υψηλής ταχύτητας, απαιτούν ακριβή ευθυγράμμιση μεταξύ των στρωμάτων για τη διατήρηση της ακεραιότητας του σήματος, την αποφυγή βραχυκυκλώματος και τη διασφάλιση της μηχανικής σταθερότητας. Η εσφαλμένη ευθυγράμμιση τόσο μικρού όσο 50 μικρά μπορούν να διαταράξουν τον έλεγχο της σύνθετης αντίστασης, να προκαλέσουν σορτς μέσω της διαδρομής ή να αποδυναμώσουν τις επιχρυσωμένες (PTHs). Παρακάτω υπάρχουν προηγμένες τεχνικές για την επίτευξη και την επαλήθευση της ευθυγράμμισης στρώματος προς στρώμα σε όλη τη διαδικασία κατασκευής.
Ευθυγράμμιση πριν από την λάμψη: Ρύθμιση του θεμέλια για ακρίβεια
Η ευθυγράμμιση πριν από την ελαττωματικά αρχίζει με τους πυρήνες εσωτερικού στρώματος, οι οποίοι επεξεργάζονται μεμονωμένα πριν στοιβάζονται και πιέζονται σε μια δομή πολλαπλών στρώσεων. Τα σημάδια οπτικής εγγραφής ή τα fiducials εκτυπώνονται σε κάθε πυρήνα σε τυποποιημένες θέσεις (π.χ. γωνίες ή κοντά σε κρίσιμα χαρακτηριστικά). Αυτά τα σημάδια είναι τυπικά κυκλικά ή διασταυρωμένα με φινίρισμα υψηλής αντίθεσης (π.χ. χαλκός σε μη αγώγιμο υπόβαθρο) για να εξασφαλιστεί η ορατότητα στα αυτοματοποιημένα συστήματα επιθεώρησης. Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας πυρήνα, η διάτρηση με λέιζερ ή η μηχανική διάτρηση δημιουργεί οπές ευθυγράμμισης ή υποδοχές που χρησιμεύουν ως φυσικές αναφορές για στοίβαξη.
Τα συστήματα αυτοματοποιημένης οπτικής ευθυγράμμισης (AOA) χρησιμοποιούν κάμερες υψηλής ανάλυσης για να συλλάβουν θέσεις εμπιστευτικών σε κάθε πυρήνα και να τις συγκρίνουν με ένα ψηφιακό αρχείο αναφοράς. Το σύστημα υπολογίζει αντισταθμίσεις και περιστροφές, προσαρμόζοντας τη θέση κάθε πυρήνα χρησιμοποιώντας σερβο-καθοδηγούμενα στάδια για την επίτευξη ακρίβειας ευθυγράμμισης υπο-μικρών. Για παράδειγμα, ένα PCB 12 στρώσεων με 0,1 mm μέσω βήματος μπορεί να απαιτεί ανοχή ευθυγράμμισης ± 10 μικρών μεταξύ των στρωμάτων για να αποφευχθεί η λανθασμένη καταχώριση του βαρελιού. Τα συστήματα AOA ανιχνεύουν επίσης τη στρέβλωση ή την παραμόρφωση του πυρήνα, ενεργοποιώντας την ανακατασκευή εάν οι αποκλίσεις υπερβαίνουν τα αποδεκτά όρια.
Η επιλογή και ο χειρισμός των υλικών προ-PREG και το χειρισμό περαιτέρω επηρεάζουν την ευθυγράμμιση. Τα φύλλα προ-θραύσματος, τα οποία δεσμεύουν τους πυρήνες κατά τη διάρκεια της πλαστικοποίησης, πρέπει να έχουν ομοιόμορφη περιεκτικότητα σε ρητίνη και πάχος για να αποφευχθεί η ανομοιόμορφη κατανομή πίεσης. Ορισμένοι κατασκευαστές χρησιμοποιούν προ-PREG χαμηλής ροής για σχέδια υψηλής πυκνότητας για να ελαχιστοποιήσουν τη συμπίεση ρητίνης, τα οποία θα μπορούσαν να μετατοπίσουν τα στρώματα κατά τη διάρκεια της πίεσης. Επιπλέον, η αποθήκευση προ-PREG σε ελεγχόμενη θερμοκρασία και υγρασία (π.χ. 20-25 ° C, <50% RH) εμποδίζει τις μεταβολές των διαστάσεων που μπορεί να επηρεάσουν την ευθυγράμμιση κατά τη διάρκεια της στοίβαξης.
Έλεγχος διαδικασίας πλαστικοποίησης: Ελαχιστοποίηση της μετατόπισης των στρωμάτων κατά τη διάρκεια της πίεσης
Η πλαστικοποίηση περιλαμβάνει τη στοίβαξη των ευθυγραμμισμένων πυρήνων με φύλλα προ-θραύσματος και φύλλο χαλκού, και στη συνέχεια εφαρμόζοντας θερμότητα και πίεση για να τα συγχωνεύσει σε ένα ενιαίο σκάφος. Τα προφίλ θερμοκρασίας και πίεσης είναι κρίσιμα για την πρόληψη της μετατόπισης των στρωμάτων. Η θερμοκρασία του τύπου αυξάνει σταδιακά (π.χ., 2-5 ° C/min) για να μαλακώσει τη ρητίνη χωρίς να προκαλεί θερμικό σοκ, το οποίο θα μπορούσε να στρέψει πυρήνες ή να υποβαθμίσει την ευθυγράμμιση. Οι μέγιστες θερμοκρασίες (συνήθως 170-200 ° C για FR-4) διατηρούνται αρκετό καιρό για να εξασφαλιστεί η πλήρης θεραπεία ρητίνης, ενώ η πίεση (300-600 psi) συμπιέζει ομοιόμορφα τη στοίβα για να εξαλείψει τα κενά.
Οι πλάκες πίεσης με ανοχές επιπεδότητας των ± 5 μικρών χρησιμοποιούνται για τη διανομή της πίεσης ομοιόμορφα σε όλη την επιφάνεια του σκάφους. Οι μη πλακόστρωτες πλάκες θα μπορούσαν να δημιουργήσουν τοπικά σημεία πίεσης, προκαλώντας μετατόπιση ή αποσυμπίεση στρώσεων. Ορισμένες προηγμένες πρέσες ενσωματώνουν συστήματα ανατροφοδότησης σε πραγματικό χρόνο που παρακολουθούν την πίεση και τη θερμοκρασία σε πολλαπλά σημεία, προσαρμόζοντας δυναμικά τις παραμέτρους για να αντισταθμίσουν τις μεταβολές του πάχους του υλικού ή της ευθυγράμμισης του πυρήνα. Για παράδειγμα, εάν ένας αισθητήρας ανιχνεύσει ανομοιογενή πίεση κοντά στις άκρες του σκάφους, ο Τύπος μπορεί να αυξήσει τη δύναμη RAM σε αυτήν την περιοχή για να διατηρήσει την ευθυγράμμιση.
Ο έλεγχος του ρυθμού ψύξης μετά την πλαστικοποίηση είναι εξίσου σημαντικός. Η ταχεία ψύξη μπορεί να προκαλέσει στρες συρρίκνωσης ρητίνης, τραβώντας τα στρώματα από την ευθυγράμμιση. Η ελεγχόμενη ψύξη (π.χ. 1-3 ° C/min) επιτρέπει στη ρητίνη να στερεοποιείται σταδιακά, ελαχιστοποιώντας την υπολειμματική τάση. Μετά την πίεση, ο πλαστικοποιημένος πίνακας επιθεωρείται για μετατόπιση στρώματος χρησιμοποιώντας απεικόνιση ακτίνων Χ ή υπερηχητική απεικόνιση, η οποία ανιχνεύει την κακή ευθυγράμμιση συγκρίνοντας μέσω θέσεων σε στρώματα. Οι πίνακες με αποκλίσεις πέραν των ± 25 μικρών μπορούν να απορριφθούν ή να επαναδιατυπωθούν, ανάλογα με τις απαιτήσεις ανοχής της εφαρμογής.
Επαλήθευση μετά την Lamination: Η εξασφάλιση της ευθυγράμμισης πληροί τις προδιαγραφές
Η ηλεκτρική δοκιμή είναι μια πρωταρχική μέθοδος για την επαλήθευση της ευθυγράμμισης στρώματος σε στρώμα σε τελικά PCB. Οι δοκιμαστές πτητικών ανιχνευτών ή τα φωτιστικά κρεβατοκάμαρα ελέγχου ελέγχου για σορτς ή ανοίγουν μεταξύ ιχνών και βημάτων που θα έδειχναν κακή ευθυγράμμιση. Για τα σχέδια υψηλής ταχύτητας, η αντανακλαστική χρονοσειρά (TDR) μετρά τη συνέπεια της αντίστασης σε κρίσιμα ίχνη, με αποκλίσεις που υποδηλώνουν μετατόπιση στρώματος που επηρεάζουν τη διηλεκτρική απόσταση. Για παράδειγμα, ένα διαφορικό ζευγάρι με αντίσταση στόχου 100 ohm μπορεί να παρουσιάσει πτώση 10% εάν ένα στρώμα μετατοπιστεί σε σχέση με το άλλο, μεταβάλλοντας την αποτελεσματική διηλεκτρική σταθερά.
Η μικροσυστοιχία παρέχει έναν καταστροφικό αλλά οριστικό τρόπο για την επιθεώρηση της ευθυγράμμισης των στρώσεων. Μια διατομή του PCB γυαλίζεται και εξετάζεται υπό μικροσκόπιο για τη μέτρηση της επικάλυψης μεταξύ των βαρέλων και των εσωτερικών στρωμάτων. Για ένα 0,2 mm μέσω συνδετικών στρωμάτων 2 και 3, το βαρέλι θα πρέπει να επικαλύπτει πλήρως τα μαξιλάρια και στα δύο στρώματα με κάθαρση ≤10 μικρά. Η μικροκλοποίηση αποκαλύπτει επίσης ζητήματα όπως τα κενά σε PTH ή την πείνα ρητίνης, τα οποία θα μπορούσαν να προκύψουν από την κακή ευθυγράμμιση κατά τη διάρκεια της πλαστικοποίησης.
Οι προηγμένες τεχνικές απεικόνισης, όπως η 3D ακτίνων Χ υπολογισμένη τομογραφία (CT) προσφέρουν μη καταστρεπτική επαλήθευση ευθυγράμμισης για σύνθετα πίνακες πολλαπλών στρώσεων. Οι σαρώσεις CT παράγουν ένα 3D μοντέλο της εσωτερικής δομής του PCB, επιτρέποντας στους μηχανικούς να απεικονίζουν μέσω θέσεων και στρώσεων στοίβαξης και στις τρεις διαστάσεις. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για πίνακες με θαμμένα δηλωμένα ή στοιβαγμένα μικροβίων, όπου οι παραδοσιακές 2D ακτίνες Χ μπορεί να χάσουν την κακή ευθυγράμμιση στον άξονα z. Οι σαρώσεις CT μπορούν να ανιχνεύσουν μετατόπιση στρώματος τόσο μικρές όσο 5 μικρά, καθιστώντας τα ανεκτίμητα για αεροδιαστημική ή ιατρική PCB με απαιτήσεις μηδενικής ανοχής.
Με την ενσωμάτωση ακριβούς ευθυγράμμισης πριν από την ελευθέρωση, τις ελεγχόμενες διεργασίες πλαστικοποίησης και την αυστηρή επαλήθευση μετά την εταίθηση, οι κατασκευαστές εξασφαλίζουν ότι οι πολυστρωματικές PCB πληρούν τις αυστηρές απαιτήσεις ευθυγράμμισης των σύγχρονων ηλεκτρονικών. Αυτές οι τεχνικές αντιμετωπίζουν τις προκλήσεις της αύξησης των μετρήσεων των στρωμάτων, των λεπτότερων γεωμετριών και των κατασκευών μικτών υλικών, επιτρέποντας αξιόπιστες επιδόσεις σε εφαρμογές που κυμαίνονται από 5G υποδομές έως αυτόνομα οχήματα.
