Meerlagige PCB Fabricage en Kwaliteitscontrole

In het digitale hogesnelheidstijdperk zijn meerlagige printplaten de sleutel geworden tot het verbeteren van de prestaties van elektronische systemen. Het aantal lagen staat echter niet noodzakelijk gelijk aan kwaliteit. Een PCB van militaire kwaliteit met 6 lagen kan veel betrouwbaarder zijn dan een PCB van consumentenkwaliteit met 12 lagen. Het verschil ligt in de diepere logica van materiaalkunde, procesbeheersing en systeemontwerp.

Laagopbouw

• Basistoepassingen: Dubbelzijdige printplaten volstaan voor de meeste voedingsmodules (bijv. LED-drivers), waarbij het gewicht van het koper (1oz vs. 2oz) meer invloed heeft op de stroomcapaciteit dan het aantal lagen.
• Prestatiedrempels: Voor signalen boven 5Gbps kan een 4-lagige printplaat met geoptimaliseerde stapeling (bijvoorbeeld "signaal-aarde-vermogen-signaal") een overspraakonderdrukking van -30dB bereiken.
• Complexe systemen: Een schakelbord met 20 lagen kan "3-2-3" interconnectiestructuren met willekeurige lagen gebruiken om een dichtheid van meer dan 100.000 via's te bereiken.

Aantal lagen ≠ kwaliteit

1. Compatibel ontwerp

Het aantal lagen moet overeenkomen met de complexiteit van het circuit. Het blindelings verhogen van het aantal lagen zal de kosten verhogen en productierisico's met zich meebrengen.

2. Optimalisatie van stapelontwerp

Onjuiste laagstapeling kan signaalreflectie en overspraak veroorzaken (bijv. hogesnelheidssignalen die niet grenzen aan aardlagen).

3. Materiaalkeuze

Toepassingen met een hoge frequentie vereisen materialen met een lage Dk/Df (zoals Rogers, Isola). Voor dikke koperen platen is een prepreg met een hoog harsgehalte nodig.

4. Procesregelaar ~4.3-4.8)

Belangrijkste pijnpunten: laag-op-laag uitlijning (±75 µm), boornauwkeurigheid (gatruwheid ≤25 µm), laminaatleemtes (röntgeninspectie).

5. Testen en verifiëren

100% elektrische testen (vliegende sonde/AOI), impedantietesten (±10% tolerantie) en CAF-betrouwbaarheidstesten.

PCB Materiaalkeuze

• Hoogfrequente materialen Boven 1 GHz veroorzaakt de dissipatiefactor van standaard FR4 (Df > 0,02) ernstig signaalverlies, waardoor hoogfrequente materialen zoals Rogers RO4350B (Df = 0,0037) nodig zijn.
• Koperfolie: Omgekeerd behandelde folie (RTF) vermindert de oppervlakteruwheid van 3 μm tot 0,3 μm, waardoor het signaalinsertieverlies van 28Gbps met 40% wordt teruggebracht.
• Diëlektrisch: Een satellietproject had te maken met een impedantieafwijking van 15Ω vanwege een diëlektrische diktetolerantie van ±10% (in tegenstelling tot de vereiste ±3%), wat kostbaar herwerk veroorzaakte.

Belangrijkste processen in kwaliteitscontrole

• Precisie: LDI laserbeeldvorming verbeterde de registratienauwkeurigheid van 6-laagse printplaten van ±50 μm tot ±15 μm - gelijk aan het lokaliseren van een sesamzaadje op een voetbalveld.
• Lamineerproces: De opbrengst van een elektronische printplaat voor de auto-industrie steeg van 65% naar 92% door de integratortijd van het lamineren te vertragen van 3°C/min naar 1,5°C/min, waardoor de hars gelijkmatig kon stromen.
• Precisie-instrumenten: Voor platen met 18 lagen en boren van 0,1 mm is de standtijd beperkt tot 500 gaten voordat de ruwheid afneemt van 8 µm tot 25 µm.

Kernproces

• Lijmen onder druk: Afstemming op TG-waarde, harsstroomregeling (vulhoeveelheid ≥ 80%).

• Terugboortechnologie: Stublengte ≤ 6 mil, waardoor de signaalintegriteit op hoge snelheid wordt verbeterd.

• Oppervlaktebehandeling: Elektrolytisch vergulden (ENIG) is superieur aan soldeersolderen met hete lucht (HASL) en is geschikt voor BGA's met fijne pitch.

Betrouwbaarheidsverificatie

• Destructieve doorsnede: Valideert de uniformiteit van het plateren (doel: 18-25 μm koper in vias).
• 3D röntgeninspectie: Detecteert 0,05 mm² microvia vulintegriteit.
• Versnelde veroudering: 1000 uur bij 85°C/85% RH simuleert 5 jaar bedrijfsbelasting.

Trends in de industrie

• Hoogfrequente materialen: PTFE-substraten (millimetergolfradar/satellietcommunicatie).

• Turnkey-diensten: Selecteer leveranciers met IPC-6012 klasse 3 certificering (zoals Jiali Creation).

4 Belangrijkste productie-uitdagingen en oplossingen voor PCB's met een hoog aantal lagen (10+ Lagen)