Techniky zarovnania vrstiev na vrstvu pre viacvrstvovú zostavu PCB: Zabezpečenie presnosti v zložitých dizajnoch
Viacvrstvové PCB, bežne používané vo vysokorýchlostných digitálnych, RF a aplikáciách s vysokou hustotou, vyžadujú presné zarovnanie medzi vrstvami na udržanie integrity signálu, predchádzanie skratom a zabezpečenie mechanickej stability. Nesprávne zarovnanie až 50 mikrónov môže narušiť kontrolu impedancie, spôsobiť kraťasy na vstup alebo oslabiť pokrčené otvory (PTHS). Nižšie sú uvedené pokročilé techniky na dosiahnutie a overenie zarovnania vrstvy do triedenia počas celého výrobného procesu.
Zarovnanie pred lamináciou: Nastavenie základu presnosti
Zarovnanie pred lamináciou začína jadrami vnútornej vrstvy, ktoré sa spracúvajú individuálne pred naskladaním a stlačením do viacvrstvovej štruktúry. Optické registračné značky alebo rozhodovacie značky sa vytlačia na každom jadre v štandardizovaných pozíciách (napr. Rohy alebo takmer kritické vlastnosti). Tieto značky sú typicky kruhové alebo krížové tvary s vysokou kontrastovou povrchovou úpravou (napr. Meď na nevodivom pozadí), aby sa zabezpečila viditeľnosť v rámci automatizovaných inšpekčných systémov. Počas spracovania jadra vytvára laserové vŕtanie alebo mechanické dierovanie otvory alebo sloty, ktoré slúžia ako fyzické odkazy na stohovanie.
Automatizované systémy optického zarovnania (AOA) používajú fotoaparáty s vysokým rozlíšením na zachytenie nových pozícií v každom jadre a ich porovnanie s digitálnym referenčným súborom. Systém vypočíta kompenzácie a rotácie a nastavuje polohu každého jadra pomocou servo-poháňaných štádií, aby sa dosiahla presnosť zarovnania submikrónu. Napríklad 12-vrstvový PCB s 0,1 mm prostredníctvom rozstupu môže vyžadovať toleranciu zarovnania ± 10 mikrónov medzi vrstvami, aby sa zabránilo nesprávnej registrácii hlavne. Systémy AOA tiež detekujú jadro deformácie alebo skreslenie, čím sa spúšťajú prepracovanie, ak odchýlky presahujú prijateľné limity.
Výber a manipulácia s materiálom vopred ďalšieho ovplyvňovania. Predbežné listy, ktoré spájajú jadrá počas laminácie, musia mať jednotný obsah a hrúbku živice, aby sa predišlo nerovnomernému rozloženiu tlaku. Niektorí výrobcovia používajú predprísok s nízkym prietokom pre vzory s vysokou hustotou, aby sa minimalizovalo vytlačenie živice, čo by mohlo počas stlačenia posunúť vrstvy. Ďalej ukladanie predpreg pri regulovanej teplote a vlhkosti (napr. 20–25 ° C, <50% RH) zabraňuje rozmerové zmeny, ktoré by mohli ovplyvniť zarovnanie počas stohovania.
Kontrola procesu laminácie: minimalizácia posunu vrstvy počas stlačenia
Laminácia zahŕňa stohovanie zarovnaných jadier s predpregovými plachtami a medenou fóliou, potom nanesenie tepla a tlaku na ich vloženie do jednej dosky. Profily teploty a tlaku sú rozhodujúce pre zabránenie posunu vrstvy. Tlačová rýchlosť postupne zvýšila teplotu (napr. 2–5 ° C/min), aby sa zjemnila živica bez toho, aby spôsobila tepelný šok, ktorý by mohol deformovať jadrá alebo degradovať zarovnanie. Vrcholové teploty (zvyčajne 170–200 ° C pre FR-4) sú držané dostatočne dlho na to, aby sa zabezpečilo vyliečenie úplnej živice, zatiaľ čo tlak (300–600 psi) stohov rovnomerne komprimuje, aby sa eliminovali dutiny.
Na distribúciu tlakového tlaku po povrchu dosky sa používajú tlačové dosky s toleranciami rovinnosti ± 5 mikrónov. Non-Flat Plates by mohli vytvárať lokalizované tlakové body, čo by spôsobilo posun vrstiev alebo delaminácie. Niektoré pokročilé lisy zahŕňajú systémy spätnej väzby v reálnom čase, ktoré monitorujú tlak a teplotu vo viacerých bodoch, a dynamicky upravujú parametre, aby sa kompenzovali zmeny hrúbky materiálu alebo zarovnania jadra. Napríklad, ak senzor zistí nerovnomerný tlak v blízkosti okrajov dosky, tlač môže zvýšiť silu RAM v tejto oblasti, aby sa udržala zarovnanie.
Kontrola rýchlosti chladenia po laminácii je rovnako dôležitá. Rýchle chladenie môže spôsobiť stres zmršťovania živice a vytiahne vrstvy zo zarovnania. Kontrolované chladenie (napr. 1–3 ° C/min) umožňuje postupne tuhovať živicu, čím sa minimalizuje zvyškové napätie. Po stlačení je laminovaná doska skontrolovaná na posun vrstvy pomocou röntgenového alebo ultrazvukového zobrazovania, ktoré detekuje nesprávne zarovnanie porovnaním cez pozície naprieč vrstvami. Dosky s odchýlkami nad ± 25 mikrónov môžu byť zamietnuté alebo prepracované v závislosti od požiadaviek na toleranciu aplikácie.
Overenie po laminácii: Zabezpečenie zarovnania spĺňa špecifikácie
Elektrické testovanie je primárnou metódou na overenie zarovnania vrstvy do vrstvy v hotových PCB. Testery lietajúcej sondy alebo príslušenstvá na lôžku kontrolujú šortky alebo sa otvárajú medzi stopami a priechodmi, ktoré by naznačovali nesprávne zarovnanie. V prípade vysokorýchlostných vzorov merania impedančnej konzistencie v kritických stopách merania Impedantion Consensence, pričom odchýlky naznačujú posun vrstvy ovplyvňujúce dielektrické rozstupy. Napríklad diferenciálny pár s cieľovou impedanciou 100 ohmov môže vykazovať 10% kvapku, ak sa jedna vrstva posunie v porovnaní s druhou, čím sa zmení účinná dielektrická konštanta.
Mikrosekcie poskytuje deštruktívny, ale definitívny spôsob kontroly zarovnania vrstvy. Prierez PCB sa vyleští a skúma pod mikroskopom na meranie prekrývania medzi sudmi a podložkami vnútornej vrstvy. Pre 0,2 mm cez spojovacie vrstvy 2 a 3 by hlavne malo úplne prekrývať vankúšiky na oboch vrstvách s vôľou ≤10 mikrónov. Mikrosekcia tiež odhaľuje problémy, ako sú medzery v PTHS alebo hladovanie živice, ktoré by mohlo byť výsledkom nesprávneho vyrovnania počas laminácie.
Pokročilé zobrazovacie techniky, ako je 3D röntgenová počítačová tomografia (CT), ponúkajú nedeštruktívne overenie vyrovnania pre komplexné viacvrstvové dosky. CT skeny generujú 3D model vnútornej štruktúry PCB, čo inžinierov umožňuje vizualizovať sa prostredníctvom polohy a stohovania vrstiev vo všetkých troch rozmeroch. Je to užitočné najmä pre dosky s zakopanými priechodmi alebo naskladanými mikroviami, kde tradičné 2D röntgenové lúče by v osi Z mohli vynechať nesprávne zarovnanie. CT skeny dokážu detekovať posun vrstvy tak malú ako 5 mikrónov, vďaka čomu sú neoceniteľné pre letectvo alebo lekárske PCB s požiadavkami na nulovú toleranciu.
Integráciou presného vyrovnania pred lamináciou, riadeným laminačným procesom a dôsledným overovaním po laminácii výrobcovia zabezpečujú viacvrstvové PCB spĺňať prísne požiadavky na zarovnanie modernej elektroniky. Tieto techniky sa zaoberajú výzvami zvyšovania počtu vrstiev, jemnejších geometrií a konštrukcií zmiešaných materiálov, čo umožňuje spoľahlivý výkon v aplikáciách v rozmedzí od 5G infraštruktúry po autonómne vozidlá.
