Весь производственный процесс и Ключевые вопросы, связанные с печатными платами толщиной 20–40 слоев

Печатные платы (ПП) являются основой современных электронных устройств, обеспечивая необходимые соединения между компонентами. Многослойные печатные платы, в которых несколько слоев схем уложены друг на друга, представляют собой значительный технологический прорыв, позволяющий производить более сложные и компактные устройства. Процесс изготовления 20–40-слойных печатных плат значительно отличается от процесса производства обычных печатных плат и предъявляет строгие требования к каждому этапу. Команда Geyuan Electronics обобщила полный технологический процесс изготовления 20–40-слойных ПХП. В данной статье подробно рассмотрены ключевые моменты процесса изготовления 20–40-слойных ПХП, а также разъяснены важнейшие аспекты сложных этапов, необходимых для воплощения 20–40-слойной ПХП из проектных чертежей в реальность.

Подготовка материала и эффективность резки

Раскрой плат — это первый этап в процессе производства всех печатных плат, который напрямую определяет стабильность поставок сырья для последующих технологических операций. Точность и скорость работы раскройного оборудования должны соответствовать типу заказа; для обычных плат из FR-4 и высокочастотных высокоскоростных плат следует использовать разные параметры раскроя. Контроль уровня отходов при резке в пределах 5% требует точного расчета схемы компоновки; некоторые заводы повысили коэффициент использования материала на 12% благодаря применению интеллектуального программного обеспечения для раскроя. Производственные линии должны поддерживать запас безопасности не менее чем на два часа, чтобы избежать простоев из-за недостаточных запасов материала.

Точная оптимизация производства графики для внешнего слоя

Технология прямой печати LDI повышает точность линий до уровня 25 мкм, сокращая отклонение при выравнивании на 60% по сравнению с традиционной экспозицией пленки. При печати паяльной маски необходимо поддерживать натяжение сетки на уровне выше 30 Н/см², а при угле наклона ракеля 65° можно добиться оптимальной толщины краски. Система предупреждения о забивании сопел в символьном струйном принтере позволяет увеличить время безотказной работы оборудования до 92%, при этом точность печати должна обеспечиваться в пределах погрешности ±50 мкм.

Изготовление печатных плат внутреннего слоя и контроль с помощью системы автоматического визуального контроля (AOI)

Схема внутреннего слоя является основой многослойных печатных плат; если возникают проблемы с внутренним слоем, все последующие этапы производства оказываются напрасными. При изготовлении схем внутреннего слоя мы используем технологию лазерной экспонирования LDI, которая обеспечивает точность схемы ±0,02 мм, что значительно превосходит показатели традиционной пленочной экспонирования. После завершения изготовления внутреннего слоя необходимо провести автоматический оптический контроль (AOI) для выявления всех коротких замыканий, обрывов и пропусков, а также отбраковать все дефектные платы, чтобы они не попали на следующий этап производства. Если на заводе не проводится AOI внутреннего слоя или если проверка AOI не является тщательной, бракованные платы попадают на этап ламинирования, что в конечном итоге делает всю плату непригодной для использования и приводит к значительным финансовым потерям.

Регулирование выхода при переносе рисунка на внутренний слой

Стабильность процессов ламинирования сухой пленкой и экспонирования напрямую влияет на качество схем внутренних слоев. Стабильность энергии экспонирующего устройства необходимо поддерживать в пределах ±3%, а регулярная калибровка датчика интенсивности света позволяет снизить количество дефектов при проявлении на 30%. Погрешность точности системы автоматической центровки должна быть менее 20 μm; для плат HDI необходимо перейти на оборудование с точностью на уровне 10 μm. Колебания концентрации травильного раствора необходимо отслеживать в режиме реального времени; использование онлайн-гидрометра в сочетании с системой автоматической доливки позволяет повысить равномерность травления на 18%.

Контроль основных параметров в процессе ламинирования

Ламинирование является основным этапом в производстве 20–40-слойной фанеры, а также этапом, наиболее подверженным возникновению проблем. Три ключевых параметра ламинирования: температура, давление и время.

• Температура: скорость нагрева не должна быть слишком высокой — как правило, 2–3 °C/мин, чтобы избежать слишком быстрого растекания препрега внутри и, как следствие, смещения слоев; пиковая температура зависит от типа препрега и обычно составляет 180–200 °C.
• Давление: Давление следует подавать поэтапно. Начните с низкого давления, чтобы препрег полностью растекся, а затем подайте высокое давление для обеспечения прочного межслойного сцепления. Слишком высокое давление может привести к смещению слоев, а слишком низкое — к расслоению и образованию пузырей.
• Время: Время выдержки должно быть достаточно длительным, чтобы препрег полностью отвердел; для 20-слойных плат время выдержки обычно составляет 2 часа, а для 40-слойных плат — более 4 часов.

Контроль горячего прессования в процессе ламинирования

Для фанеры с количеством слоев 20–40 определяющая роль играет прочность межслойной связи. Температура горячего прессования для материалов с обычной температурой стекновения (TG) обычно устанавливается на уровне 180 ℃ ± 5 ℃, тогда как для материалов с высокой температурой стекновения требуются температуры выше 220 ℃. Регулировка градиента давления пресса должна осуществляться с учётом толщины слоёв; время ламинирования 40-слойной фанеры на 40% дольше, чем у 20-слойной. Чрезмерное охлаждение после ламинирования может привести к короблению плит; использование сегментированного метода охлаждения позволяет улучшить плоскостность на 25%.

Оптимизация процессов сверления и металлизации отверстий

При металлизации отверстий в печатных платах с 20–40 слоями необходимо оптимизировать плотность тока и время нанесения медного покрытия, чтобы обеспечить равномерную толщину меди и избежать таких проблем, как отсутствие меди в отверстиях или чрезмерно тонкое медное покрытие. Аналогичным образом, параметры сверления для таких многослойных плат также необходимо оптимизировать с учётом толщины платы, диаметра отверстий и количества слоёв.

• Скорость вращения: чем больше отношение толщины к диаметру, тем выше должна быть скорость вращения. При отношении толщины к диаметру 15:1 скорость вращения должна достигать 180 000 оборотов в минуту.
• Скорость подачи: Скорость подачи не должна быть слишком высокой, так как это может привести к поломке сверла. Как правило, она должна составлять 0,5–1 мм/мин.
• Удаление стружки: При сверлении глубоких отверстий следует регулярно удалять стружку, чтобы предотвратить ее скопление в отверстии и, как следствие, поломку сверла.

Точное управление механическим сверлением

Соотношение между частотой вращения шпинделя сверлильного станка и скоростью подачи влияет на качество стенок отверстия и срок службы сверла. Для обработки микроотверстий диаметром 0,2 мм необходимо увеличить частоту вращения шпинделя до 180 000 об/мин и уменьшить скорость подачи до 1,2 м/мин. Заточка сверла более 5 раз приведёт к увеличению отклонения диаметра отверстия; внедрение системы управления ресурсом инструмента в режиме реального времени позволяет снизить частоту поломок инструмента на 15%. Поддержание уровня вакуума в системе пылеудаления на уровне выше 650 мм рт. ст. позволяет эффективно удалять сверлильную пыль.

Контроль однородности химического медеплакирования

Скорость осаждения в процессе металлизации отверстий должна обеспечивать баланс между нанесением покрытия в глубину отверстий и покрытием поверхности. Увеличение частоты циркуляции раствора до 3 раз в минуту позволяет снизить разницу в толщине покрытия внутри отверстия до 8 мкм. Поддержание концентрации палладия в активирующем растворе в диапазоне 0,8–1,2 г/л и использование автоматического анализатора для анализа состояния гальванического раствора каждый час позволяют продлить срок его службы на 30%. Для сложных сквозных отверстий с соотношением толщины к диаметру 8:1 технология импульсного гальванического осаждения позволяет увеличить глубину покрытия на 40%.

Обработка поверхности и окончательный контроль качества

Для многослойных печатных плат с количеством слоев от 20 до 40 в качестве обработки поверхности обычно используется погружное золото или твердое золото, поскольку эти два вида обработки обеспечивают высокую надежность и подходят для применения в высокотехнологичных устройствах. Толщина слоя погружного золочения должна контролироваться в пределах 0,05–0,1 мкм, а толщина никелевого покрытия — в пределах 3–5 мкм; слишком толстый или слишком тонкий слой повлияет на качество пайки. Окончательный контроль включает тестирование с помощью летающих зондов и визуальный осмотр, а также испытания на импеданс и надежность. Для плат военного или автомобильного назначения требуются дополнительные испытания, такие как циклические испытания при высоких и низких температурах, испытания в солевом тумане и вибрационные испытания, чтобы обеспечить нормальную работу в суровых условиях эксплуатации.

Выбор метода обработки поверхности

Различные методы обработки поверхностей напрямую влияют на конфигурацию и производительность производственной линии. Линии химического золочения требуют отдельного, защищенного от загрязнений цеха, при этом обработка каждой партии занимает примерно 45 минут. Линии оловянения обладают более высокой производительностью, но требуют поддержания температуры расплавленного припоя на уровне 265 ℃ ± 5 ℃. Обработка методом OSP, хотя и является быстрой, имеет короткий срок хранения и должна быть тесно интегрирована с процессами сборки. Оборудование для селективного золочения требует использования системы прецизионных масок, что увеличивает время обработки на 60% по сравнению с полным золочением платы.

Синхронизация механизмов соединения оборудования

Для обеспечения сбалансированности производственных мощностей по всем технологическим процессам необходим точный расчет. Производительность дозаторов химических веществ и обрабатывающего оборудования должна быть настроена в соотношении 1:1,2, чтобы избежать задержек в производстве. Цикл горячего прессования ламинатора определяет оптимальную пропускную способность буферной зоны для материала на средних и поздних этапах, что, как правило, требует гибкости 30%. Система управления визуализацией на производстве с помощью информационных панелей в режиме реального времени может повысить эффективность координации процессов на 20%.

Влияние экологического законодательства на производственные мощности

Колебания температуры и влажности в чистом помещении, превышающие ±2 ℃, могут привести к снижению адгезии сухой пленки. Система поддержания постоянной температуры должна обеспечивать температуру 22±1℃ и влажность 55±5%. Объем отводимого воздуха при травлении должен обеспечивать частоту воздухообмена 15 раз в час, а высота насадочного слоя в колонне очистки кислотных отработанных газов должна составлять не менее 1,8 метра. Удельное сопротивление системы очищенной воды должно поддерживаться на уровне выше 15 МОм·см, а колебания давления в трубопроводах должны контролироваться в пределах 0,2 МПа.

Основные проблемы, связанные с качеством, и меры по их предотвращению в сфере производства печатных плат с 20–40 слоями

имя	причина	контрмеры
Смещение слоев	Внутренний субстрат неравномерно расширяется и сжимается под воздействием высокой температуры и давления в процессе ламинирования, в результате чего отверстия на разных слоях не совпадают идеально.	Для измерения отклонения используется высокоточный рентгеновский сверлильный станок, а для точного позиционирования перед ламинированием — устройство автоматической центровки на основе ПЗС-матрицы.
Отслоение и образование пузырей	Поглощение влаги или плохая сцепляемость материала печатной платы могут привести к внутреннему расширению газа при высокой температуре (260 °C) в печи для пайки поверхностного монтажа.	Перед отгрузкой готовая продукция проходит строгую высокотемпературную обжига и осушение, а в ходе производственного процесса тщательно контролируются кривая прессования и качество подрумянивания.
Отказ CAF (анодной проволоки)	В условиях высокой плотности и высокого напряжения пучки стекловолокна, расположенные между стенками пор, подвергаются химической миграции, что приводит к утечке или короткому замыканию.	Выбирайте подложки с превосходной стойкостью к CAF (например, высокотермостойкий FR-4 и смолы с низким коэффициентом теплового расширения) и оптимизируйте параметры сверления для уменьшения количества микротрещин в стенках отверстий.

20–40 слоев многослойные печатные платы

Ниже мы приводим краткий обзор преимуществ многослойных печатных плат 20-40:

Преимущество высокой плотности сборки

По сравнению с односторонними печатными платами, многослойные печатные платы с 20–40 слоями позволяют повысить плотность размещения за счет многослойности. Односторонние печатные платы имеют проводящие дорожки только на одной стороне, что ограничивает возможности их компоновки, тогда как многослойные печатные платы позволяют интегрировать больше функций в более компактном корпусе. Например, в материнских платах компьютеров многослойные печатные платы с количеством слоев от 20 до 40 могут размещать различные микросхемы, интерфейсы и т. д., обеспечивая мощные функциональные возможности в ограниченном пространстве и повышая производительность и скорость работы.

Практическая ценность небольших размеров

20–40-слойные печатные платы увеличивают площадь поверхности платы за счет добавления слоев, что позволяет эффективно уменьшить ее габаритные размеры. Односторонние платы часто требуют большой площади для выполнения своих функций, в то время как многослойные печатные платы позволяют создавать платы высокой емкости в небольших устройствах. Например, в умных браслетах с помощью многослойных печатных плат на небольшом пространстве интегрируются схемы для многочисленных датчиков, процессоров и других компонентов.

Легкий

20–40-слойные печатные платы с монтажом компонентов (PCBA) могут выполнять те же функции, что и несколько однослойных плат, при этом имея меньшие габариты, меньшее количество соединительных компонентов и меньший вес. Для некоторых небольших электронных устройств, используемых в аэрокосмической отрасли, где вес является критически важным фактором, такие многослойные печатные платы с монтажом компонентов позволяют снизить общий вес, уменьшить энергопотребление и повысить мобильность.

20–40 слоев многослойные печатные платы

Ниже мы приводим краткий обзор недостатков печатных плат с 20–40 слоями:

Факторы, обусловливающие высокую стоимость

Производство 20–40 многослойных печатных плат является сложным процессом, в то время как изготовление односторонних печатных плат — простой процесс. Эти многослойные печатные платы требуют выполнения ряда технологических операций, таких как многослойное ламинирование и точное совмещение, а стоимость материалов также высока, что приводит к относительно высокой себестоимости и ограничивает применение некоторых продуктов, для которых важна стоимость.

Производство занимает много времени

Увеличение количества слоёв значительно увеличивает время изготовления многослойных печатных плат. Односторонние печатные платы требуют меньшего количества технологических операций и более коротких производственных циклов, в то время как обработка, ламинирование, сверление и другие этапы для каждого слоя многослойной печатной платы с количеством слоёв от 20 до 40 являются трудоёмкими, что сказывается на производственных циклах и скорости вывода продукции на рынок.

Строгие требования к испытаниям

Изготовление печатных плат с количеством слоев от 20 до 40 представляет собой сложную задачу из-за их сложной внутренней структуры. Например, многослойные печатные платы, используемые в мобильных телефонах, имеют плотную схему и множество межслойных соединений, что требует проведения точных машинных испытаний, таких как проверка электрических характеристик и рентгеновский контроль, для обеспечения отсутствия коротких замыканий, обрывов и других неисправностей, что, в свою очередь, гарантирует качество продукции. .

Заключение

Производство 20–40-слойных печатных плат требует тщательной обработки и точного контроля на всех этапах — от нанесения рисунка на внутренние слои до изготовления внешних слоев и, наконец, резки и придания формы. Каждый этап предназначен для обеспечения работоспособности, надежности и соответствия печатной платы проектным спецификациям, включая перенос рисунка, травление, ламинирование, сверление, гальваническое покрытие, нанесение паяльной маски, шелкографию и окончательную форму. При производстве одно- или двухслойных печатных плат некоторые этапы могут быть пропущены, тогда как изготовление сложных многослойных печатных плат может включать до двадцати и более этапов. Выше приведены основные моменты, которые следует учитывать в процессе производства 20–40-слойных печатных плат. Если у вас есть вопросы или вы хотите обсудить эту тему более подробно, пожалуйста, свяжитесь с командой по производству печатных плат компании Geyuan Electronics.