Tehnike poravnanja sloja i sloja za višeslojni sklop PCB-a: Osiguravanje preciznosti u složenim dizajnima
Višeslojni PCB-ovi, koji se obično koriste u digitalnoj, RF aplikacijama velike brzine, zahtijevaju precizno usklađivanje između slojeva za održavanje integriteta signala, izbjegavanje kratkih spojeva i osiguravanje mehaničke stabilnosti. Neispravljanje čak 50 mikrona može poremetiti kontrolu impedancije, uzrokovati kratke hlače putem traga ili oslabiti pozlaćene rupe (PTHS). Ispod su napredne tehnike za postizanje i provjeru usklađivanja sloja i sloja tijekom cijelog procesa proizvodnje.
Usklađivanje prije laminacije: postavljanje temelja za točnost
Usklađivanje prije laminacije započinje jezgrama unutarnjeg sloja, koje se obrađuju pojedinačno prije slaganja i pritiska u višeslojnu strukturu. Optičke registracijske oznake ili fiducijalci ispisani su na svakoj jezgri na standardiziranim položajima (npr. Corners ili blizu kritičnih značajki). Ove su oznake obično kružne ili poprečne oblika s završnom obradom visokog kontrasta (npr. Bakar na nevoljivoj pozadini) kako bi se osigurala vidljivost u automatiziranim inspekcijskim sustavima. Tijekom jezgrene obrade, lasersko bušenje ili mehaničko probijanje stvara rupe za poravnanje ili utora koji služe kao fizičke reference za slaganje.
Automatizirani optički poravnanje (AOA) sustavi koriste kamere visoke rezolucije za snimanje fiducijalnih položaja na svakoj jezgri i uspoređivanje s digitalnom referentnom datotekom. Sustav izračunava odstupanja i rotacije, podešavajući položaj svake jezgre koristeći servo-pogon faze kako bi se postigla točnost poravnanja sub-mikrona. Na primjer, 12-sloj PCB s 0,1 mm pomoću tona može zahtijevati toleranciju poravnanja ± 10 mikrona između slojeva kako bi se spriječilo pogrešnu registraciju bačve. AOA sustavi također otkrivaju temeljnu iskrivljenost ili izobličenje, pokrećući preradu ako odstupanja premašuju prihvatljive granice.
Prethodno odabir materijala i rukovanje daljnjim poravnanjem utjecaja. Listovi prije presvlake, koji vežu jezgre tijekom laminiranja, moraju imati ujednačen sadržaj i debljinu smole kako bi se izbjegla neravna raspodjela tlaka. Neki proizvođači koriste preduk s niskim protokom za dizajn visoke gustoće kako bi umanjili stisak smole, što bi moglo prebaciti slojeve tijekom prešanja. Uz to, skladištenje pre-PREG na kontroliranoj temperaturi i vlažnosti (npr. 20–25 ° C, <50% RH) sprječava promjene dimenzija koje bi mogle utjecati na poravnanje tijekom slaganja.
Kontrola procesa laminacije: minimiziranje pomaka sloja tijekom pritiska
Laminacija uključuje slaganje poravnanih jezgara s listovima prije presvlake i bakrenom folijom, a zatim nanošenje topline i pritiska da ih se spoji u jednu ploču. Profili temperature i tlaka kritični su za sprečavanje pomaka sloja. Press povećava temperaturu postupno (npr. 2–5 ° C/min) kako bi omekšala smolu bez izazivanja toplinskog šoka, što bi moglo iskriviti jezgre ili razgraditi poravnanje. Vrhunske temperature (obično 170–200 ° C za FR-4) drže se dovoljno duge da bi se osiguralo punu lijek od smole, dok pritisak (300–600 psi) ravnomjerno komprimira snop kako bi se uklonili praznine.
Pritisnite ploče s tolerancijama na ravninu od ± 5 mikrona koriste se za ravnomjerno raspodjelu tlaka na površini ploče. Ploče koje nisu ravne mogle bi stvoriti lokalizirane točke tlaka, uzrokujući da se slojevi pomaknu ili odvajaju. Neke napredne preše sadrže sustave povratnih informacija u stvarnom vremenu koji prate tlak i temperaturu u više točaka, dinamički podešavajući parametre kako bi nadoknadili varijacije u debljini materijala ili poravnanju jezgre. Na primjer, ako senzor otkrije neravni tlak u blizini rubova ploče, tisak bi mogao povećati RAM silu u toj regiji kako bi održao poravnanje.
Kontrola brzine hlađenja nakon laminacije jednako je važna. Brzo hlađenje može uzrokovati stres skupljanja smole, povlačenjem slojeva iz poravnanja. Kontrolirano hlađenje (npr. 1–3 ° C/min) omogućuje da se smola postupno učvrsti, minimizirajući zaostali stres. Nakon pritiska, laminirana ploča pregledava se na pomicanje sloja pomoću rendgenskih ili ultrazvučnih snimanja, što otkriva neusklađivanje uspoređujući putem položaja preko slojeva. Ploče s odstupanjima iznad ± 25 mikrona mogu se odbiti ili preraditi, ovisno o zahtjevima tolerancije na prijavu.
Provjera nakon laminacije: Osiguravanje usklađivanja ispunjava specifikacije
Električno ispitivanje primarna je metoda za provjeru poravnanja sloja i sloja u gotovim PCB-ovima. Ispitivači letećih sondi ili učvršćenja za noge provjeravaju kratke hlače ili se otvaraju između tragova i via koji bi ukazivali na neusklađivanje. Za velike brzine, refleksiju vremenske domene (TDR) mjere konzistentnost impedancije duž kritičnih tragova, pri čemu odstupanja sugeriraju pomak sloja koji utječu na dielektrični razmak. Na primjer, diferencijalni par s ciljanom impedancijom od 100 ohma može pokazati pad od 10% ako se jedan sloj pomakne u odnosu na drugi, mijenjajući učinkovitu dielektričnu konstantu.
Mikrosekcija pruža destruktivan, ali konačan način za uvid u poravnavanje sloja. Presjek PCB-a poliran je i ispitan pod mikroskopom kako bi se mjerio preklapanje između bačvi i jastučića unutarnjeg sloja. Za 0,2 mm putem priključnih slojeva 2 i 3, bačva treba u potpunosti preklapati jastučiće na oba sloja s klirensom ≤10 mikrona. Mikrosekcija također otkriva probleme poput praznina u PTHS -u ili gladovanja smole, što bi moglo biti posljedica neusklađenosti tijekom laminiranja.
Napredne tehnike snimanja poput 3D rendgenske računalne tomografije (CT) nude nerazorna provjera poravnanja za složene višeslojne ploče. CT skeniranja generiraju 3D model unutarnje strukture PCB -a, omogućujući inženjerima da vizualiziraju putem položaja i slaganja slojeva u sve tri dimenzije. To je posebno korisno za ploče sa zakopanim Viasima ili složenim mikroviama, gdje bi tradicionalni 2D rendgenski zraci mogli propustiti neusklađivanje u osi Z. CT skeniranja mogu otkriti promjenu sloja čak 5 mikrona, što ih čini neprocjenjivim za zrakoplovne ili medicinske PCB sa potrebama nulte tolerancije.
Integriranjem preciznog poravnanja prije laminacije, postupka kontroliranog laminiranja i rigorozne provjere nakon laminacije, proizvođači osiguravaju da višeslojni PCB-ovi ispunjavaju stroge zahtjeve za poravnanjem moderne elektronike. Ove tehnike bave se izazovima povećanja broja slojeva, finijih geometrija i mješovitih materijala, što omogućava pouzdane performanse u aplikacijama u rasponu od 5G infrastrukture do autonomnih vozila.
