Der gesamte Produktionsprozess und Kernprobleme bei Leiterplatten mit 20 bis 40 Schichten

Leiterplatten (PCBs) bilden das Rückgrat moderner elektronischer Geräte und stellen die notwendigen Verbindungen zwischen den Bauteilen her. Mehrschichtige Leiterplatten, bei denen mehrere Schichten mit Schaltkreisen übereinandergeschichtet werden, stellen einen bedeutenden technologischen Fortschritt dar und ermöglichen die Herstellung komplexerer und kompakterer Geräte. Der Herstellungsprozess für 20- bis 40-schichtige Leiterplatten unterscheidet sich erheblich von dem für gewöhnliche Leiterplatten und unterliegt in jeder Phase strengen Prozessanforderungen. Das Team von Geyuan Electronics hat einen vollständigen Herstellungsprozess für 20- bis 40-lagige Leiterplatten zusammengefasst. Dieser Artikel befasst sich eingehend mit den wichtigsten Punkten des Herstellungsprozesses für 20- bis 40-lagige Leiterplatten und erläutert die entscheidenden Aspekte der komplexen Schritte, die erforderlich sind, um eine 20- bis 40-lagige Leiterplatte von der Konstruktionszeichnung bis zur Fertigstellung zu bringen.

Materialvorbereitung und Schneidleistung

Das Zuschneiden der Leiterplatten ist der erste Schritt bei der gesamten Leiterplattenfertigung und bestimmt unmittelbar die Stabilität der Rohstoffversorgung für die nachfolgenden Prozesse. Die Präzision und Geschwindigkeit der Schneideanlagen müssen auf die jeweilige Auftragsart abgestimmt sein; für gewöhnliche FR-4-Leiterplatten und für Hochfrequenz- sowie Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten sollten unterschiedliche Schnittparameter verwendet werden. Um die Verschnittquote auf unter 5% zu begrenzen, ist eine präzise Berechnung des Panelisierungsplans erforderlich; einige Fabriken haben die Materialausnutzung durch intelligente Verschachtelungssoftware um 12% verbessert. Die Produktionslinien müssen einen Sicherheitsbestand von mindestens zwei Stunden vorhalten, um Ausfallzeiten aufgrund unzureichender Materialreserven zu vermeiden.

Präzise Optimierung der Grafikproduktion für die äußere Schicht

Die LDI-Direktbelichtungstechnologie verbessert die Liniengenauigkeit auf 25 μm und reduziert die Ausrichtungsabweichung im Vergleich zur herkömmlichen Filmbelichtung um 60%. Beim Drucken von Lötstopplack muss die Siebspannung über 30 N/cm² gehalten werden, und durch Einstellen des Rakelwinkels auf 65° lässt sich eine optimale Farbdicke erzielen. Das Warnsystem gegen Düsenverstopfungen des Zeichen-Tintenstrahldruckers kann die Betriebszeit der Anlage auf 92% erhöhen, wobei die Druckgenauigkeit innerhalb eines Fehlerbereichs von ±50 μm gewährleistet sein muss.

Herstellung von Schaltungen für die innere Schicht und AOI-Prüfung

Die Schaltkreise der inneren Schichten bilden die Grundlage für mehrschichtige Leiterplatten; sollten Probleme mit den inneren Schichten auftreten, sind alle nachfolgenden Prozesse umsonst. Bei unseren Schaltkreisen der inneren Schichten kommt die LDI-Laserbelichtungstechnologie zum Einsatz, mit der eine Schaltkreisgenauigkeit von ±0,02 mm erreicht wird – deutlich höher als bei der herkömmlichen Filmbelichtung. Nach Fertigstellung der inneren Schicht muss eine AOI (Automated Optical Inspection, automatisierte optische Inspektion) durchgeführt werden, um alle Kurzschlüsse, Unterbrechungen und Lücken zu identifizieren und fehlerhafte Leiterplatten auszusortieren, damit diese nicht in den nächsten Prozess gelangen. Wenn das Werk keine AOI für die Innenschicht durchführt oder die AOI-Prüfung nicht gründlich genug ist, gelangen fehlerhafte Leiterplatten in den Laminierungsprozess, wodurch letztendlich die gesamte Leiterplatte unbrauchbar wird und erhebliche Kostenverschwendung entsteht.

Ausbeutesteuerung bei der Musterübertragung auf die innere Schicht

Die Stabilität der Trockenfilm-Laminierungs- und Belichtungsprozesse wirkt sich direkt auf die Qualität der Schaltkreise in den inneren Schichten aus. Die Energiestabilität des Belichtungsgeräts muss innerhalb von ±3% geregelt werden, und eine regelmäßige Kalibrierung des Lichtintensitätsmessgeräts kann Entwicklungsfehler um 30% reduzieren. Der Genauigkeitsfehler des automatischen Ausrichtungssystems sollte weniger als 20 μm betragen; bei HDI-Leiterplatten muss auf Geräte mit einer Genauigkeit im 10-μm-Bereich umgestellt werden. Schwankungen in der Konzentration der Ätzlösung müssen in Echtzeit überwacht werden; ein Online-Hydrometer in Kombination mit einem automatischen Nachfüllsystem kann die Ätzgleichmäßigkeit um 18% verbessern.

Kontrolle der Kernparameter im Laminierungsprozess

Das Laminieren ist ein zentraler Schritt bei der Herstellung von 20- bis 40-lagigem Sperrholz und zugleich der Schritt, bei dem am ehesten Probleme auftreten können. Die drei wichtigsten Parameter beim Laminieren sind: Temperatur, Druck und Zeit.

• Temperatur: Die Aufheizgeschwindigkeit sollte nicht zu hoch sein, in der Regel 2–3 °C/Minute, um zu vermeiden, dass das innere Prepreg zu schnell fließt und es zu einer Fehlausrichtung der Schichten kommt; die Spitzentemperatur hängt von der Art des Prepregs ab und liegt in der Regel bei 180–200 °C.
• Druck: Der Druck sollte schrittweise aufgebaut werden. Beginnen Sie mit geringem Druck, damit sich das Prepreg vollständig verteilen kann, und wenden Sie anschließend hohen Druck an, um eine feste Verbindung zwischen den Schichten zu gewährleisten. Zu hoher Druck kann zu einer Fehlausrichtung der Schichten führen, während zu geringer Druck Delaminierung und Blasenbildung verursachen kann.
• Zeit: Die Aushärtungszeit sollte lang genug sein, damit das Prepreg vollständig aushärten kann; bei 20-lagigen Leiterplatten beträgt die Aushärtungszeit in der Regel 2 Stunden, bei 40-lagigen Leiterplatten sollte sie mehr als 4 Stunden betragen.

Regelung des Heißpressvorgangs im Laminierungsprozess

Bei Sperrholz mit 20 bis 40 Lagen ist die Haftfestigkeit zwischen den Lagen entscheidend. Die Heißpresstemperatur für gewöhnliche TG-Materialien wird in der Regel auf 180 °C ± 5 °C eingestellt, während Materialien mit hohem TG Temperaturen über 220 °C erfordern. Die Steuerung des Pressdruckgradienten muss entsprechend der Lagenstärke angepasst werden; die Laminierzeit für 40-lagiges Sperrholz ist 40% länger als für 20-lagiges Sperrholz. Übermäßige Abkühlung nach dem Laminieren kann zu einem Verziehen der Platten führen; durch den Einsatz einer segmentierten Kühlmethode lässt sich die Ebenheit um 25% verbessern.

Optimierung von Bohr- und Lochmetallisierungsprozessen

Bei der Metallisierung von Löchern in Leiterplatten mit 20 bis 40 Schichten müssen die Stromdichte und die Dauer der Kupferbeschichtung optimiert werden, um eine gleichmäßige Kupferdicke zu gewährleisten und Probleme wie kupferfreie Löcher oder eine zu dünne Kupferbeschichtung zu vermeiden. Ebenso müssen die Bohrparameter für solche Mehrschichtplatinen in Abhängigkeit von der Plattendicke, dem Lochdurchmesser und der Anzahl der Schichten optimiert werden.

• Drehzahl: Je größer das Verhältnis von Dicke zu Durchmesser ist, desto höher muss die Drehzahl sein. Bei einem Verhältnis von Dicke zu Durchmesser von 15:1 muss die Drehzahl 180.000 Umdrehungen pro Minute erreichen.
• Vorschubgeschwindigkeit: Die Vorschubgeschwindigkeit sollte nicht zu hoch sein, da dies leicht zum Bruch des Bohrers führen kann. Im Allgemeinen sollte sie zwischen 0,5 und 1 mm/Minute liegen.
• Späneabtransport: Bei tiefen Bohrungen sollte der Späneabtransport regelmäßig erfolgen, um zu verhindern, dass Bohrspäne das Bohrloch verstopfen und zum Bruch des Bohrers führen.

Präzisionssteuerung beim mechanischen Bohren

Das Zusammenspiel zwischen Bohrspindeldrehzahl und Vorschubgeschwindigkeit beeinflusst die Qualität der Bohrlochwände und die Standzeit des Bohrers. Bei der Bearbeitung von Mikrobohrungen mit einem Durchmesser von 0,2 mm muss die Spindeldrehzahl auf 180.000 U/min erhöht und die Vorschubgeschwindigkeit auf 1,2 m/min verringert werden. Wird der Bohrer mehr als fünfmal geschliffen, führt dies zu einer erhöhten Abweichung des Lochdurchmessers; die Einrichtung eines Echtzeit-Systems zur Verwaltung der Standzeit kann die Werkzeugausfallrate um 15% senken. Durch die Aufrechterhaltung eines Unterdrucks von über 650 mmHg im Absaugsystem lässt sich der Bohrstaub effektiv entfernen.

Kontrolle der Gleichmäßigkeit bei der chemischen Verkupferung

Die Abscheidungsrate beim Lochmetallisierungsprozess muss ein Gleichgewicht zwischen tiefen Löchern und Oberflächenabdeckung herstellen. Durch eine Erhöhung der Umwälzfrequenz der Lösung auf 3 Mal pro Minute lässt sich der Unterschied in der Beschichtungsdicke innerhalb des Lochs auf maximal 8 μm reduzieren. Durch die Aufrechterhaltung der Palladiumkonzentration der Aktivierungslösung im Bereich von 0,8–1,2 g/l und die stündliche Überprüfung der Beschichtungslösung mittels eines automatisierten Analysegeräts lässt sich deren Lebensdauer um 30% verlängern. Bei anspruchsvollen Durchgangslöchern mit einem Verhältnis von Dicke zu Durchmesser von 8:1 kann die Impulselektroplattierungstechnologie die Plattierungstiefe um 40% verbessern.

Oberflächenbehandlung und Endkontrolle

Bei mehrschichtigen Leiterplatten mit 20 bis 40 Schichten werden für die Oberflächenbehandlung in der Regel Tauchvergoldung oder Hartvergoldung verwendet, da diese beiden Verfahren eine hohe Zuverlässigkeit bieten und für High-End-Anwendungen geeignet sind. Die Dicke der Immersionsvergoldung sollte zwischen 0,05 und 0,1 μm liegen, die der Nickelbeschichtung zwischen 3 und 5 μm; eine zu dicke oder zu dünne Schicht beeinträchtigt die Lötqualität. Die Endkontrolle umfasst Flying-Probe-Tests und eine Sichtprüfung sowie Impedanz- und Zuverlässigkeitsprüfungen. Bei Leiterplatten für militärische oder automobile Anwendungen sind zusätzliche Tests wie Temperaturwechselbeanspruchung, Salznebel- und Vibrationstests erforderlich, um den normalen Betrieb unter rauen Umgebungsbedingungen sicherzustellen.

Auswahl des Oberflächenbehandlungsverfahrens

Unterschiedliche Oberflächenbehandlungsverfahren wirken sich direkt auf die Konfiguration und Kapazität der Produktionslinie aus. Chemische Vergoldungsanlagen erfordern eine separate, schadstofffreie Werkstatt, wobei die Bearbeitung jeder Charge etwa 45 Minuten dauert. Verzinnungsanlagen haben eine höhere Kapazität, erfordern jedoch die Regelung der Temperatur des geschmolzenen Lötzinns auf 265 °C ± 5 °C. Die OSP-Behandlung ist zwar schnell, hat jedoch eine kurze Haltbarkeit und muss eng in die Montageprozesse integriert werden. Anlagen zur selektiven Vergoldung erfordern ein Präzisionsmaskensystem, wodurch sich die Bearbeitungszeit im Vergleich zur Vollplattenvergoldung um 60% verlängert.

Zeitsteuerung der Geräteanbindung

Die Ausbalancierung der Anlagenkapazitäten über alle Prozesse hinweg erfordert eine präzise Berechnung. Die Kapazität der Chemikalienzuführungen und der Bearbeitungsanlagen sollte im Verhältnis 1:1,2 ausgelegt werden, um Verzögerungen im Produktionsablauf zu vermeiden. Der Heißpresszyklus der Laminiermaschine bestimmt die angemessene Kapazität der Materialpufferzone in der mittleren und späten Phase, was in der Regel eine Flexibilität von 30% erfordert. Ein Visualisierungsmanagementsystem für die Fertigung kann durch Echtzeit-Dashboards die Effizienz der Prozesskoordination um 20% verbessern.

Auswirkungen von Umweltvorschriften auf die Produktionskapazität

Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen von mehr als ±2 °C im Reinraum können zu einer verminderten Haftung des Trockenfilms führen. Das Temperaturkonstanthaltungssystem muss eine Temperatur von 22 ± 1 °C und eine Luftfeuchtigkeit von 55 ± 51 TP3T aufrechterhalten. Das Abluftvolumen für den Ätzprozess sollte eine Frequenz von 15 Luftwechseln pro Stunde erreichen, und die Füllschichthöhe des Abgastaufbereitungsturms für saure Abgase sollte mindestens 1,8 Meter betragen. Der spezifische Widerstand des Reinwassersystems sollte über 15 MΩ·cm gehalten werden, und Schwankungen des Leitungsdrucks müssen auf maximal 0,2 MPa begrenzt werden.

Kernprobleme im Bereich Qualität und deren Vermeidung in der Herstellung von Leiterplatten mit 20–40 Schichten

Name	Grund	Gegenmaßnahmen
Versatz zwischen den Schichten	Das innere Substrat dehnt sich während des Laminiervorgangs unter hohen Temperaturen und hohem Druck ungleichmäßig aus und zieht sich wieder zusammen, was dazu führt, dass die Löcher auf den verschiedenen Schichten nicht perfekt aufeinander ausgerichtet sind.	Zur Abweichungsmessung wird eine hochpräzise Röntgenbohrmaschine eingesetzt, und zur präzisen Positionierung vor dem Laminieren kommt eine automatische CCD-Ausrichtvorrichtung zum Einsatz.
Delaminierung und Blasenbildung	Feuchtigkeitsaufnahme oder eine schlechte Haftung des Leiterplattenmaterials können bei den hohen Temperaturen (260 °C) im SMT-Reflow-Ofen zu einer inneren Gasausdehnung führen.	Vor dem Versand werden die fertigen Produkte einem strengen Hochtemperatur-Einbrenn- und Entfeuchtungsprozess unterzogen, und die Presskurve sowie die Bräunungsqualität werden während des Produktionsprozesses streng kontrolliert.
Ausfall des CAF (Anodenleiters)	Bei hoher Dichte und hoher Spannung kommt es bei den Glasfaserbündeln zwischen den Porenwänden zu einer chemischen Migration, was zu Lecks oder Kurzschlüssen führt.	Wählen Sie Substrate mit ausgezeichneter CAF-Beständigkeit (wie beispielsweise hochwärmebeständiges FR-4 und Harzsysteme mit niedrigem CTE) und optimieren Sie die Bohrparameter, um Mikrorisse in der Bohrlochwand zu reduzieren.

20–40 Schichten Mehrschicht-Leiterplatten

Im Folgenden fassen wir die Vorteile von 20- bis 40-lagigen Leiterplatten zusammen:

Vorteil durch hohe Baugruppendichte

Im Vergleich zu einseitigen Leiterplatten lassen sich bei 20- bis 40-lagigen Leiterplatten durch die Schichtung die Packungsdichte erhöhen. Einseitige Leiterplatten verfügen nur auf einer Seite über Leiterbahnen, was ihr Layout einschränkt, während mehrschichtige Leiterplatten mehr Funktionen auf kleinerem Raum integrieren können. Beispielsweise können 20–40-lagige Leiterplatten in Computer-Mainboards verschiedene Chips, Schnittstellen usw. aufnehmen, wodurch auf begrenztem Raum leistungsstarke Funktionen realisiert und Kapazität sowie Geschwindigkeit verbessert werden.

Der Anwendungswert kleiner Abmessungen

20- bis 40-lagige Leiterplatten vergrößern die Oberfläche der Leiterplatte durch Hinzufügen weiterer Lagen und reduzieren so effektiv die Gesamtgröße. Einseitige Leiterplatten benötigen oft eine große Fläche, um ihre Funktionen zu erfüllen, während mehrschichtige Leiterplatten den Einbau von Leiterplatten mit hoher Kapazität in kleine Geräte ermöglichen. So integrieren beispielsweise Smart-Armbänder mithilfe von mehrschichtigen Leiterplatten Schaltkreise für zahlreiche Sensoren, Prozessoren und andere Komponenten auf kleinem Raum.

Leicht

20- bis 40-lagige Leiterplattenbaugruppen (PCBAs) können dieselbe Funktion erfüllen wie mehrere einlagige Leiterplatten, sind dabei jedoch kleiner, benötigen weniger Verbindungskomponenten und sind leichter. Bei einigen kleinen elektronischen Geräten für die Luft- und Raumfahrt, bei denen das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt, tragen diese mehrlagigen Leiterplattenbaugruppen dazu bei, das Gesamtgewicht zu reduzieren, den Stromverbrauch zu senken und die Tragbarkeit zu verbessern.

20–40 Schichten Mehrschicht-Leiterplatten

Im Folgenden fassen wir die Nachteile von Leiterplatten mit 20 bis 40 Schichten zusammen:

Faktoren, die zu hohen Kosten führen

Die Herstellung von 20 bis 40 mehrschichtigen Leiterplatten ist komplex, während der Herstellungsprozess einseitiger Leiterplatten einfach ist. Diese mehrschichtigen Leiterplatten erfordern mehrere Arbeitsschritte wie die Mehrschichtlaminierung und die präzise Ausrichtung, und auch die Materialkosten sind hoch, was zu relativ hohen Gesamtkosten führt und den Einsatz bei einigen kostensensiblen Produkten einschränkt.

Die Herstellung dauert lange

Die erhöhte Anzahl an Schichten verlängert die Fertigungszeit von mehrschichtigen Leiterplatten erheblich. Einseitige Leiterplatten erfordern weniger Arbeitsschritte und kürzere Arbeitsabläufe, während die Bearbeitung, Laminierung, Bohrung und andere Schritte für jede einzelne Schicht einer 20- bis 40-schichtigen Leiterplatte zeitaufwendig sind, was sich auf die Produktionszyklen und die Markteinführungsgeschwindigkeit auswirkt.

Strenge Prüfanforderungen

Leiterplatten mit 20 bis 40 Schichten stellen aufgrund ihrer komplexen inneren Struktur eine Herausforderung dar. So weisen beispielsweise in Mobiltelefonen verwendete Mehrschichtleiterplatten eine dichte Schaltungsanordnung und zahlreiche Verbindungen zwischen den Schichten auf, was präzise maschinelle Prüfverfahren wie elektrische Leistungsprüfungen und Röntgeninspektionen erfordert, um sicherzustellen, dass keine Kurzschlüsse, Unterbrechungen oder andere Mängel vorliegen, und somit die Produktqualität zu gewährleisten. .

Fazit

Die Herstellung von 20- bis 40-lagigen Leiterplatten erfordert eine sorgfältige Verarbeitung und präzise Steuerung – von der Strukturierung der inneren Lagen über die Fertigung der äußeren Lagen bis hin zum Schneiden und Formen. Jeder Schritt ist darauf ausgelegt, die Leistung, Zuverlässigkeit und die Einhaltung der Konstruktionsspezifikationen der Leiterplatte sicherzustellen, einschließlich Musterübertragung, Ätzen, Laminieren, Bohren, Galvanisieren, Aufbringen der Lötmaske, Siebdruck und abschließende Formgebung. Bei ein- oder zweilagigen Leiterplatten können mehrere Schritte entfallen, während komplexe mehrschichtige Leiterplatten bis zu zwanzig oder mehr Schritte umfassen können. Das Obige fasst die wichtigsten Punkte zusammen, die beim Herstellungsprozess von 20- bis 40-lagigen Leiterplatten zu beachten sind. Wenn Sie Fragen haben oder dies weiter besprechen möchten, wenden Sie sich bitte an das Leiterplatten-Fertigungsteam bei Geyuan Electronics.