Layer-to-Layer-uitlijningstechnieken voor meerlagige PCB-assemblage: zorg voor precisie in complexe ontwerpen
Meerlagige PCB's, vaak gebruikt in high-speed digitale, RF- en hoge dichtheidstoepassingen, vereisen een nauwkeurige afstemming tussen lagen om signaalintegriteit te behouden, kortsluiting te voorkomen en mechanische stabiliteit te garanderen. Verkeerde uitlijning zo klein als 50 micron kan de impedantiecontrole verstoren, veroorzaken via een korte shorts of verzwakte door holes (PTHS). Hieronder staan geavanceerde technieken om in het productieproces een laag-tot-laaguitlijning te bereiken en te verifiëren.
Pre-laminatie-uitlijning: de basis leggen voor nauwkeurigheid
Pre-laminatie-uitlijning begint met de binnenste laagkernen, die afzonderlijk worden verwerkt voordat ze worden gestapeld en in een meerlagige structuur worden gedrukt. Optische registratiemerken, of fiducials, worden op elke kern op gestandaardiseerde posities gedrukt (bijv. Corners of bijna kritieke kenmerken). Deze markeringen zijn typisch cirkelvormig of kruisvormig met een hoge contrast afwerking (bijv. Koper op een niet-geleidende achtergrond) om zichtbaarheid onder geautomatiseerde inspectiesystemen te waarborgen. Tijdens de kernverwerking creëert laserboren of mechanisch ponsen uitlijningsgaten of slots die dienen als fysieke referenties voor stapel.
Geautomatiseerde optische uitlijningssystemen (AOA) -systemen gebruiken camera's met hoge resolutie om fiduciale posities op elke kern vast te leggen en te vergelijken met een digitaal referentiebestand. Het systeem berekent offsets en rotaties, waarbij de positie van elke kern wordt aangepast met behulp van servo-gedreven fasen om de nauwkeurigheid van de sub-micron-uitlijning te bereiken. Een printplaat van 12 laags met 0,1 mm via toonhoogte kan bijvoorbeeld uitlijntolerantie van ± 10 micron tussen lagen vereisen om te voorkomen via vat verkeerd registratie. AOA -systemen detecteren ook kernverschuring of vervorming, waardoor herwerken worden geactiveerd als afwijkingen de acceptabele limieten overschrijden.
Pre-Preg materiaal selectie en omgaan met verdere invloed uitlijning. Pre-Preg-platen, die de kernen tijdens het lamineren binden, moeten een uniforme harsgehalte en dikte hebben om ongelijke drukverdeling te voorkomen. Sommige fabrikanten gebruiken pre-preg low-flow voor ontwerpen met hoge dichtheid om hars te minimaliseren, die tijdens het drukken van lagen kan verschuiven. Bovendien voorkomt het opslaan van pre-preg bij gecontroleerde temperatuur en vochtigheid (bijv. 20-25 ° C, <50% RH) dimensionale veranderingen die de uitlijning tijdens het stapelen kunnen beïnvloeden.
Laminatieprocescontrole: het minimaliseren van laagverschuiving tijdens het drukken
Laminering omvat het stapelen van de uitgelijnde kernen met pre-preg platen en koperen folie en vervolgens warmte en druk uit te oefenen om ze te versmelten tot een enkel bord. Temperatuur- en drukprofielen zijn van cruciaal belang voor het voorkomen van laagverschuiving. De pers verhoogt geleidelijk de temperatuur (bijv. 2-5 ° C/min) om de hars te verzachten zonder thermische schok te veroorzaken, die kernen kan kromt of de uitlijning kan afbreken. Piektemperaturen (meestal 170-200 ° C voor FR-4) worden lang genoeg gehouden om te zorgen voor volledige hars-genezing, terwijl de druk (300-600 psi) de stapel gelijkmatig comprimeert om leegtes te elimineren.
Drukplaten met vlakheidstoleranties van ± 5 micron worden gebruikt om de druk uniform over het oppervlak van het bord te verdelen. Niet-vloeistofplaten kunnen gelokaliseerde drukpunten creëren, waardoor lagen verschuiven of delamineren. Sommige geavanceerde persen bevatten realtime feedbacksystemen die druk en temperatuur op meerdere punten bewaken, waardoor parameters dynamisch worden aangepast om variaties in materiaaldikte of kernuitlijning te compenseren. Als een sensor bijvoorbeeld ongelijke druk in de buurt van de randen van de bord detecteert, kan de pers de RAM -kracht in die regio verhogen om de afstemming te behouden.
Koelsnelheidscontrole na laminering is even belangrijk. Snelle koeling kan harskrimpstress veroorzaken, waardoor lagen uit de line worden getrokken. Gecontroleerde koeling (bijv. 1-3 ° C/min) maakt het mogelijk dat de hars geleidelijk stollen, waardoor restspanning wordt geminimaliseerd. Na het drukken wordt het gelamineerde bord geïnspecteerd op laagverschuiving met behulp van röntgenfoto's of ultrasone beeldvorming, die verkeerde uitlijning detecteert door via posities over lagen te vergelijken. Borden met afwijkingen voorbij ± 25 micron kunnen worden afgewezen of herwerkt, afhankelijk van de tolerantievereisten van de applicatie.
Verificatie na de laminatie: ervoor zorgen dat de uitlijning aan de specificaties voldoet
Elektrische testen is een primaire methode voor het verifiëren van layer-to-layer-uitlijning in afgewerkte PCB's. Vliegende sonde-testers of armaturen in het bed van de nail controleren op shorts of opent tussen sporen en vias die een verkeerde uitlijning zouden aangeven. Voor high-speed ontwerpen meet tijd-domein reflectometrie (TDR) consistentie-consistentie langs kritieke sporen, met afwijkingen die suggereren dat de laagverschuiving diëlektrische afstand beïnvloedt. Een differentiaalpaar met een doelimpedantie van 100 ohm kan bijvoorbeeld een daling van 10% vertonen als de ene laag verschuift ten opzichte van de andere, waardoor de effectieve diëlektrische constante wijzigt.
MicroSectioning biedt een destructieve maar definitieve manier om lagenuitlijning te inspecteren. Een dwarsdoorsnede van de PCB wordt gepolijst en onderzocht onder een microscoop om de overlapping tussen vaten en binnenste laagkussens te meten. Voor een 0,2 mm via verbindingslagen 2 en 3 moet het vat de kussens op beide lagen volledig overlappen met een vrije ruimte van ≤10 micron. Microcosectioning onthult ook problemen zoals leegte in PTHS of harshonger, die het gevolg kunnen zijn van verkeerde uitlijning tijdens het lamineren.
Geavanceerde beeldvormingstechnieken zoals 3D röntgencomputtomografie (CT) bieden niet-destructieve uitlijningsverificatie voor complexe meerlagige boards. CT -scans genereren een 3D -model van de interne structuur van de PCB, waardoor ingenieurs kunnen visualiseren via posities en het stapelen van lagen in alle drie de dimensies. Dit is met name handig voor boards met begraven Vias of gestapelde microvias, waar traditionele 2D röntgenfoto's verkeerde uitlijning in de z-as kunnen missen. CT-scans kunnen de laagverschuiving zo klein als 5 micron detecteren, waardoor ze van onschatbare waarde zijn voor ruimtevaart- of medische PCB's met nul-tolerantie-eisen.
Door nauwkeurige pre-raminatie-uitlijning, gecontroleerde laminatieprocessen en rigoureuze post-laminatie-verificatie te integreren, zorgen fabrikanten ervoor dat meerlagige PCB's voldoen aan de strenge afstemmingseisen van moderne elektronica. Deze technieken gaan aan op de uitdagingen van het verhogen van de laagtellingen, fijnere geometrieën en constructies met gemengde materialen, waardoor betrouwbare prestaties mogelijk zijn in toepassingen, variërend van 5G-infrastructuur tot autonome voertuigen.
