Monikerroksisen PCB:n valmistus ja laadunvalvonta

Nopealla digitaalisella aikakaudella monikerroksisista piirilevyistä on tullut avain elektronisten järjestelmien suorituskyvyn parantamiseen. Kerrosten määrä ei kuitenkaan välttämättä vastaa laatua. Kuusikerroksinen sotilasluokan piirilevy voi olla paljon luotettavampi kuin 12-kerroksinen kuluttajaluokan piirilevy. Ero on syvemmällä materiaalitieteen, prosessinohjauksen ja järjestelmäsuunnittelun logiikassa.

Kerroksen pinoaminen

• Perussovellukset: Kaksipuoliset levyt riittävät useimpiin tehomoduuleihin (esim. LED-ajurit), joissa kuparin paino (1oz vs. 2oz) vaikuttaa virran kapasiteettiin enemmän kuin kerrosten määrä.
• Suorituskyvyn kynnysarvot: Yli 5 Gbps:n signaalien osalta 4-kerroksisella levyllä, jossa on optimoitu pinoaminen (esim. "signaali-maa-virta-signaali"), voidaan saavuttaa -30 dB:n ristikkäisviestien vaimennus.
• Monimutkaiset järjestelmät: 20-kerroksinen kytkinlevy voi käyttää 3-2-3-kerroksisia kytkentärakenteita, jotta saavutetaan 100 000+ läpivientitiheys - tässä kerrosten lukumäärästä tulee todellinen välttämättömyys.

Kerrosten lukumäärä ≠ laatu

1. Suunnittelun yhteensopivuus

Kerrosten lukumäärän on vastattava piirin monimutkaisuutta. Kerrosten sokea lisääminen nostaa kustannuksia ja aiheuttaa valmistusriskejä.

2. Stackup-suunnittelun optimointi

Virheellinen kerrospinoaminen voi aiheuttaa signaalien heijastumista ja ristikkäisviestintää (esim. nopeat signaalit, jotka eivät ole maakerrosten vieressä).

3. Materiaalin valinta

Korkeataajuussovellukset edellyttävät matalan Dk/Df-arvon materiaaleja (kuten Rogers, Isola). Paksut kuparilevyt tarvitsevat korkean hartsipitoisuuden prepregiä.

4. Prosessin valvonta

Keskeiset ongelmakohdat: kerroskohtainen kohdistus (±75μm), poraustarkkuus (reikäkarheus ≤25μm), laminointityhjiöt (röntgentarkastus).

5. Testaus ja todentaminen

100% sähköinen testaus (lentävä koetin/AOI), impedanssitestaus (±10% toleranssi) ja CAF-luotettavuustestaus.

PCB Materiaalin valinta

• 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).
• Kuparifolio: Käänteiskäsitelty folio (RTF) vähentää pinnankarheutta 3μm:stä 0,3μm:iin, mikä vähentää 28Gbps-signaalin lisäyshäviötä 40%:llä.
• Dielektrisyyssuunnitteluohjeet:: Eräässä satelliittiprojektissa ilmeni 15Ω impedanssipoikkeama, joka johtui ±10%:n dielektrisen paksuuden toleranssista (verrattuna vaadittuun ±3%:n toleranssiin), mikä aiheutti kalliita jälkitöitä.

Keskeiset prosessit laadunvalvonnassa

• Tarkkuus: LDI-laserkuvantaminen paransi 6-kerroksisen levyn rekisteröintitarkkuutta ±50μm:stä ±15μm:iin, mikä vastaa seesaminsiemenen paikantamista jalkapallokentällä.
• Laminointiprosessi: Autoteollisuuden ECU-levyn saanto nousi 65%:stä 92%:hen hidastamalla laminointiramppia 3°C/min:sta 1,5°C/min:iin, jolloin hartsi virtasi tasaisesti.
• Tarkkuusinstrumentit: 18-kerroksisilla levyillä, joissa käytetään 0,1 mm:n poria, työkalun käyttöikä on rajattu 500 reikään ennen kuin karheus heikkenee 8μm:stä 25μm:iin.

Ydinprosessi

• Paineliimausprosessi: TG-arvon sovittaminen, hartsin virtauksen säätö (täyttömäärä ≥ 80%).

• Takaisinporaustekniikka: Stubin pituus ≤ 6 mil, mikä parantaa nopean signaalin eheyttä.

• Pintakäsittely: Elektrolyyttinen kultaus (ENIG) on parempi kuin kuumailmajuotoksen tasoitus (HASL) ja sopii hienojakoisille BGA-piireille.

Luotettavuuden todentaminen

• Tuhoava poikkileikkaus: Validoi pinnoituksen tasaisuuden (tavoite: 18-25μm kuparia läpivienneissä).
• 3D-röntgentarkastus: Havaitsee 0,05 mm²:n microvia-täytön eheyden.
• Nopeutettu ikääntyminen: 1 000 tuntia 85°C/85% RH simuloi 5 vuoden käyttörasitusta.

Toimialan suuntaukset

• Korkeataajuiset materiaalit: PTFE-alustat (millimetriaaltotutkat/satelliittiviestintä).

• Avaimet käteen -palvelut: Valitse toimittajat, joilla on IPC-6012-luokan 3 sertifiointi (kuten Jiali Creation).

4 Suuret valmistushaasteet ja ratkaisut korkean kerrosluvun piirilevyille (10+ kerrosta)