Produktion og kvalitetskontrol af flerlags printkort

I den digitale højhastighedsalder er printkort med flere lag blevet nøglen til at forbedre elektroniske systemers ydeevne. Men antallet af lag er ikke nødvendigvis ensbetydende med kvalitet. Et 6-lags printkort af militær kvalitet kan være langt mere pålideligt end et 12-lags printkort af forbrugerkvalitet. Forskellen ligger i den dybere logik i materialevidenskab, proceskontrol og systemdesign.

Lagopbygning

• Grundlæggende applikationer: Dobbeltsidede kort er tilstrækkelige til de fleste strømmoduler (f.eks. LED-drivere), hvor kobbervægten (1 oz vs. 2 oz) påvirker strømkapaciteten mere end antallet af lag.
• Tærskler for ydeevne: For signaler over 5 Gbps kan et 4-lags kort med optimeret stackup (f.eks. "signal-jord-strøm-signal") opnå en undertrykkelse af krydstale på -30 dB.
• Komplekse systemer: Et switchboard med 20 lag kan anvende "3-2-3" sammenkoblingsstrukturer i alle lag for at opnå 100.000+ via-tæthed - her bliver antallet af lag en sand nødvendighed.

Antal lag ≠ kvalitet

1. Designkompatibilitet

Antallet af lag skal svare til kredsløbets kompleksitet. Hvis man blindt øger antallet af lag, vil det øge omkostningerne og medføre produktionsrisici.

2. Optimering af stackup-design

Forkert lagopbygning kan forårsage signalrefleksion og krydstale (f.eks. højhastighedssignaler, der ikke støder op til jordlag).

3. Valg af materiale

Højfrekvente anvendelser kræver materialer med lav Dk/Df (f.eks. Rogers, Isola). Tykke kobberplader har brug for prepreg med højt harpiksindhold.

4. Processtyring

Nøglepunkter: Lag-til-lag-justering (±75 μm), boringsnøjagtighed (hulruhed ≤25 μm), lamineringshulrum (røntgeninspektion).

5. Test og verifikation

100% elektrisk test (flyvende probe/AOI), impedanstest (±10% tolerance) og CAF-pålidelighedstest.

PCB Valg af materiale

• High-frequency materials Beyond 1GHz, standard FR4’s dissipation factor (Df > 0.02) causes severe signal loss, necessitating high-frequency materials like Rogers RO4350B (Df = 0.0037).
• Kobberfolie: Omvendt behandlet folie (RTF) reducerer overfladeruheden fra 3 μm til 0,3 μm, hvilket reducerer 28 Gbps signalindsættelsestab med 40%.
• Dielektrisk: Et satellitprojekt stod over for en impedansafvigelse på 15Ω på grund af en tolerance på ±10% for dielektrisk tykkelse (mod den krævede ±3%), hvilket udløste dyre omarbejdninger.

Vigtige processer i kvalitetskontrol

• Præcision: LDI-laserbilleddannelse øgede registreringsnøjagtigheden for 6-lags plader fra ±50 μm til ±15 μm - svarende til at finde et sesamfrø på en fodboldbane.
• Lamineringsproces: Udbyttet for et ECU-kort til biler steg fra 65% til 92% ved at sænke lamineringshastigheden fra 3 °C/min til 1,5 °C/min, så harpiksen kunne flyde ensartet.
• Præcisionsinstrumenter: For 18-lags plader med 0,1 mm bor er værktøjets levetid begrænset til 500 huller, før ruheden forringes fra 8 μm til 25 μm.

Kerneproces

• Proces med tryklimning: Tilpasning af TG-værdi, kontrol af harpiksflow (påfyldningsmængde ≥ 80%).

• Teknologi til bagboring: Stublængde ≤ 6 mil, hvilket forbedrer signalintegriteten ved høj hastighed.

• Overfladebehandling: Elektrolytisk guldbelægning (ENIG) er bedre end varmluftslodning (HASL) og egner sig til BGA'er med fin pitch.

Verifikation af pålidelighed

• Destruktivt tværsnit: Validerer ensartethed i pletteringen (mål: 18-25 μm kobber i vias).
• 3D-røntgeninspektion: Registrerer 0,05 mm² mikrovia-fyldningsintegritet.
• Accelereret aldring: 1.000 timer ved 85°C/85% RH simulerer 5 års driftsstress.

Tendenser i industrien

• Højfrekvente materialer: PTFE-substrater (millimeterbølgeradar/satellitkommunikation).

• Nøglefærdige tjenester: Vælg leverandører med IPC-6012 klasse 3-certificering (f.eks. Jiali Creation).

4 Større produktionsudfordringer og løsninger for printkort med højt antal lag (10+ lag)