Technologie d'alignement intercouche pour l'assemblage de PCB multicouches.

Techniques d'alignement de couche

Les PCB multicouches, couramment utilisés dans les applications numériques, RF et à haute densité à grande vitesse, nécessitent un alignement précis entre les couches pour maintenir l'intégrité du signal, éviter les courts-circuits et assurer la stabilité mécanique. Un désalignement aussi petit que 50 microns peut perturber le contrôle de l'impédance, provoquer des shorts via à la trace ou affaiblir les trous à travers (PTH). Vous trouverez ci-dessous des techniques avancées pour atteindre et vérifier l'alignement de couche à couche tout au long du processus de fabrication.

Alignement de la pré-lame: définir les bases de l'exactitude

L'alignement de pré-lame commence par les noyaux de couche interne, qui sont traités individuellement avant d'être empilés et pressés dans une structure multicouche. Les marques d'enregistrement optique, ou fiduciaires, sont imprimées sur chaque noyau à des positions standardisées (par exemple, les coins ou les caractéristiques critiques presque). Ces marques sont généralement circulaires ou en forme de croix avec une finition à contraste élevé (par exemple, le cuivre sur un fond non conducteur) pour assurer la visibilité dans les systèmes d'inspection automatisés. Pendant le traitement de base, le forage laser ou le coup de poing mécanique crée des trous d'alignement ou des fentes qui servent de références physiques pour l'empilement.

Les systèmes automatisés d'alignement optique (AOA) utilisent des caméras haute résolution pour capturer des positions fiduciaires sur chaque noyau et les comparer à un fichier de référence numérique. Le système calcule les décalages et les rotations, ajustant la position de chaque noyau en utilisant des étapes pilotées pour atteindre la précision d'alignement du submicron. Par exemple, un PCB à 12 couches avec 0,1 mm par tangage peut nécessiter une tolérance d'alignement de ± 10 microns entre les couches pour éviter les erreurs de tarif. Les systèmes AOA détectent également la déformation ou la distorsion des noyaux, déclenchant des retouches si les écarts dépassent les limites acceptables.

La sélection des matériaux pré-PRIG et la gestion influencent davantage l'alignement. Les feuilles de pré-pie, qui lient les noyaux pendant la stratification, doivent avoir une teneur en résine uniforme et une épaisseur pour éviter une distribution de pression inégale. Certains fabricants utilisent une pré-PRG à faible débit pour les conceptions de haute densité afin de minimiser la suppression de la résine, ce qui pourrait déplacer les couches pendant la pressage. De plus, le stockage du pré-Preg à la température et de l'humidité contrôlés (par exemple, 20–25 ° C, <50% RH) empêche les changements dimensionnels qui pourraient affecter l'alignement pendant l'empilement.

Contrôle du processus de laminage: minimisation du décalage de la couche pendant la pressage

La laminage consiste à empiler les noyaux alignés avec des feuilles de pré-pie et du feuille de cuivre, puis en appliquant de la chaleur et de la pression pour les fusionner dans une seule planche. Les profils de température et de pression sont essentiels pour prévenir le décalage de la couche. La presse augmente progressivement (par exemple, 2–5 ° C / min) pour adoucir la résine sans provoquer un choc thermique, qui pourrait déformer les noyaux ou dégrader l'alignement. Les températures maximales (généralement 170–200 ° C pour FR-4) sont maintenues suffisamment longtemps pour assurer le remède en résine complète, tandis que la pression (300–600 psi) comprime uniformément la pile pour éliminer les vides.

Des plaques de presse avec des tolérances de planéité de ± 5 microns sont utilisées pour distribuer de la pression uniformément à travers la surface de la planche. Les plaques non plates pourraient créer des points de pression localisés, provoquant le décalage des couches ou se délaminer. Certaines pressions avancées intègrent des systèmes de rétroaction en temps réel qui surveillent la pression et la température à plusieurs points, ajustant les paramètres dynamiquement pour compenser les variations de l'épaisseur du matériau ou de l'alignement du noyau. Par exemple, si un capteur détecte une pression inégale près des bords de la planche, la presse pourrait augmenter la force RAM dans cette région pour maintenir l'alignement.

Le contrôle du taux de refroidissement après la laminage est tout aussi important. Le refroidissement rapide peut provoquer une contrainte de rétrécissement en résine, retirant les couches de l'alignement. Le refroidissement contrôlé (par exemple, 1–3 ° C / min) permet à la résine de se solidifier progressivement, minimisant la contrainte résiduelle. Après avoir appuyé, la carte laminée est inspectée pour le décalage de couche en utilisant l'imagerie aux rayons X ou par ultrasons, qui détecte le désalignement en comparant via des positions à travers les couches. Des planches avec des écarts au-delà de ± 25 microns peuvent être rejetées ou retravaillées, en fonction des exigences de tolérance de l'application.

Vérification après la loi sur la loi: Assurer l'alignement répond aux spécifications

Les tests électriques sont une méthode principale pour vérifier l'alignement de couche à couche dans les PCB finis. Les testeurs de sonde volante ou les accessoires de lit de nails vérifient les courts métrages ou les ouvertures entre les traces et les vias qui indiqueraient un désalignement. Pour les conceptions à grande vitesse, la réflectométrie du domaine temporel (TDR) mesure la cohérence de l'impédance le long des traces critiques, avec des écarts suggérant un décalage de couche affectant l'espacement diélectrique. Par exemple, une paire différentielle avec une impédance cible de 100 ohms peut montrer une baisse de 10% si une couche se déplace par rapport à l'autre, modifiant la constante diélectrique effective.

La microsectioning fournit un moyen destructeur mais définitif d'inspecter l'alignement de la couche. Une section transversale du PCB est polie et examinée au microscope pour mesurer le chevauchement entre les barils et les coussinets de couche intérieure. Pour un 0,2 mm via des couches de connexion 2 et 3, le baril doit chevaucher complètement les coussinets sur les deux couches avec un dégagement de ≤ 10 microns. La microsection révèle également des problèmes tels que les vides dans les PTH ou la famine en résine, qui pourraient résulter d'un désalignement pendant la stratification.

Les techniques d'imagerie avancées comme la tomodensitométrie à rayons X 3D (CT) offrent une vérification d'alignement non destructive pour les cartes multicouches complexes. Les scans CT génèrent un modèle 3D de la structure interne du PCB, permettant aux ingénieurs de visualiser via des positions et un empilement de calques dans les trois dimensions. Ceci est particulièrement utile pour les planches avec des vias enfouis ou des microvias empilés, où les radiographies 2D traditionnelles peuvent manquer un désalignement dans l'axe Z. Les tomodensitogrammes peuvent détecter le décalage de couche aussi petit que 5 microns, ce qui les rend inestimables pour les PCB aérospatiaux ou médicaux avec des exigences de tolérance zéro.

En intégrant l'alignement précis de la pré-la-lami, des processus de laminage contrôlé et une vérification rigoureuse post-lame, les fabricants garantissent que les PCB multicouches répondent aux demandes d'alignement strictes de l'électronique moderne. Ces techniques relèvent des défis de l'augmentation du nombre de couches, des géométries plus fines et des constructions à matériaux mixtes, permettant des performances fiables dans des applications allant de l'infrastructure 5G aux véhicules autonomes.