Produzione e controllo qualità dei PCB multistrato

Nell'era digitale ad alta velocità, i PCB multistrato sono diventati la chiave per migliorare le prestazioni dei sistemi elettronici. Tuttavia, il numero di strati non equivale necessariamente alla qualità. Un PCB a 6 strati di livello militare può essere molto più affidabile di un PCB a 12 strati di livello consumer. La differenza sta nella logica più profonda della scienza dei materiali, del controllo dei processi e della progettazione dei sistemi.

Impilamento dei livelli

• Applicazioni di base: Le schede a doppia faccia sono sufficienti per la maggior parte dei moduli di potenza (ad esempio, driver LED), dove il peso del rame (1 oz. contro 2 oz.) influisce sulla capacità di corrente più del numero di strati.
• Soglie di prestazione: Per i segnali superiori a 5 Gbps, una scheda a 4 strati con impilamento ottimizzato (ad esempio, "segnale-terra-potenza-segnale") può raggiungere una soppressione della diafonia di -30 dB.
• Sistemi complessi: Una scheda di commutazione a 20 strati può impiegare strutture di interconnessione "3-2-3" a qualsiasi strato per raggiungere una densità di oltre 100.000 vie: in questo caso, il numero di strati diventa una vera e propria necessità.

Numero di strati ≠ qualità

1. Compatibilità del design

Il numero di strati deve corrispondere alla complessità del circuito. Un aumento cieco degli strati fa lievitare i costi e introduce rischi di produzione.

2. Ottimizzazione del design dello stackup

Un impilamento non corretto degli strati può causare la riflessione e la diafonia dei segnali (ad esempio, segnali ad alta velocità non adiacenti agli strati di massa).

3. Selezione materiale

Le applicazioni ad alta frequenza richiedono materiali a basso Dk/Df (come Rogers, Isola). I pannelli di rame spessi richiedono un preimpregnato ad alto contenuto di resina.

4. Controllo del processo

Punti critici: allineamento da strato a strato (±75μm), precisione di foratura (rugosità del foro ≤25μm), vuoti di laminazione (ispezione a raggi X).

5. Test e verifica

Test elettrici 100% (sonda volante/AOI), test di impedenza (tolleranza ±10%) e test di affidabilità CAF.

PCB Selezione 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).
• Foglio di rame: La lamina trattata inversamente (RTF) riduce la rugosità della superficie da 3μm a 0,3μm, riducendo la perdita di inserzione del segnale a 28Gbps di 40%.
• dielettricoUn progetto satellitare ha dovuto affrontare una deviazione di impedenza di 15Ω dovuta a una tolleranza di spessore del dielettrico di ±10% (contro i ±3% richiesti), con conseguenti costose rilavorazioni.

Processi chiave nel controllo qualità

• precisione: L'imaging laser LDI ha incrementato la precisione di registrazione di un pannello a 6 strati da ±50μm a ±15μm, equivalente alla localizzazione di un seme di sesamo in un campo da calcio.
• Processo di laminazione: La resa di una scheda ECU automobilistica è passata da 65% a 92% rallentando la velocità di rampa di laminazione da 3°C/min a 1,5°C/min, consentendo alla resina di fluire uniformemente.
• Strumenti di precisione: Per le schede a 18 strati con punte da 0,1 mm, la durata dell'utensile è limitata a 500 fori prima che la rugosità passi da 8μm a 25μm.

Processo centrale

• Processo di incollaggio a pressione: Corrispondenza del valore TG, controllo del flusso di resina (quantità di riempimento ≥ 80%).

• Tecnologia di retroforatura: Lunghezza dello stub ≤ 6 mil, per migliorare l'integrità del segnale ad alta velocità.

• Trattamento della superficie: La doratura elettrolitica (ENIG) è superiore al livellamento della saldatura ad aria calda (HASL) ed è adatta ai BGA a passo fine.

Verifica dell'affidabilità

• Sezione trasversale distruttiva: Convalida l'uniformità della placcatura (obiettivo: 18-25μm di rame nei vias).
• Ispezione a raggi X 3D: Rileva l'integrità del riempimento della microvia da 0,05 mm².
• Invecchiamento accelerato: 1.000 ore a 85°C/85% RH simulano 5 anni di stress operativo.

Tendenze del settore

• Materiali ad alta frequenza: Substrati in PTFE (radar a onde millimetriche/comunicazioni satellitari).

• Servizi chiavi in mano: Selezionare fornitori con certificazione IPC-6012 Classe 3 (come Jiali Creation).

4 Principali sfide produttive e soluzioni per i PCB ad alto numero di strati (10+ strati)