Na era digital de alta velocidade, os PCB multicamadas tornaram-se a chave para melhorar o desempenho dos sistemas electrónicos. No entanto, o número de camadas não é necessariamente igual à qualidade. Uma PCB de 6 camadas de nível militar pode ser muito mais fiável do que uma PCB de 12 camadas de nível de consumidor. A diferença reside na lógica mais profunda da ciência dos materiais, do controlo dos processos e da conceção do sistema.
- Aplicações básicas: As placas de dupla face são suficientes para a maioria dos módulos de potência (por exemplo, controladores de LED), em que o peso do cobre (1 oz vs. 2 oz) afecta mais a capacidade de corrente do que a contagem de camadas.
- Limiares de desempenho: Para sinais superiores a 5 Gbps, uma placa de 4 camadas com empilhamento optimizado (por exemplo, "sinal-terra-potência-sinal") pode atingir uma supressão de diafonia de -30 dB.
- Sistemas complexos: Uma placa de comutação de 20 camadas pode empregar estruturas de interligação de qualquer camada "3-2-3" para atingir uma densidade de mais de 100.000 vias - aqui, a contagem de camadas torna-se uma verdadeira necessidade.
Número de camadas ≠ qualidade
1. Compatibilidade de design
O número de camadas deve corresponder à complexidade do circuito. O aumento cego de camadas aumentará os custos e introduzirá riscos de fabrico.
2. Otimização do design de empilhamento
O empilhamento incorreto das camadas pode causar reflexão do sinal e diafonia (por exemplo, sinais de alta velocidade não adjacentes às camadas de terra).
3. Seleção de materiais
As aplicações de alta frequência requerem materiais de baixo Dk/Df (como Rogers, Isola). As placas de cobre espessas necessitam de um pré-impregnado com elevado teor de resina.
4. Controlo de processos
Principais pontos problemáticos: alinhamento camada a camada (±75μm), precisão de perfuração (rugosidade do furo ≤25μm), vazios de laminação (inspeção por raios X).
5. Ensaio e verificação
Ensaios eléctricos de 100% (sonda voadora/AOI), ensaios de impedância (tolerância de ±10%) e ensaios de fiabilidade CAF.
- 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).
- Folha de cobre: A folha com tratamento inverso (RTF) reduz a rugosidade da superfície de 3μm para 0,3μm, reduzindo a perda de inserção de sinal de 28Gbps em 40%.
- Dielétrico: Um projeto de satélite deparou-se com um desvio de impedância de 15Ω devido a uma tolerância de ±10% na espessura do dielétrico (vs. ±3% exigido), o que provocou um retrabalho dispendioso.
- Precisão: A imagem laser LDI aumentou a precisão do registo de placas de 6 camadas de ±50μm para ±15μm - equivalente à localização de uma semente de sésamo num campo de futebol.
- Processo de laminação: O rendimento de uma placa ECU automóvel saltou de 65% para 92% ao reduzir a velocidade de laminação de 3°C/min para 1,5°C/min, permitindo que a resina fluísse uniformemente.
- Instrumentos de precisão: Para placas de 18 camadas com brocas de 0,1 mm, a vida útil da ferramenta é limitada a 500 furos antes de a rugosidade se degradar de 8μm para 25μm.
Processo principal
- Processo de colagem por pressão: Correspondência do valor TG, controlo do fluxo de resina (quantidade de enchimento ≥ 80%).
- Tecnologia de perfuração traseira: Comprimento da ponta ≤ 6 mil, melhorando a integridade do sinal de alta velocidade.
- Tratamento de superfície: O revestimento eletrolítico de ouro (ENIG) é superior ao nivelamento de solda por ar quente (HASL) e é adequado para BGAs de passo fino.
Verificação da fiabilidade
- Secções transversais destrutivas: Valida a uniformidade da galvanização (objetivo: 18-25μm de cobre nas vias).
- Inspeção por raios X 3D: Detecta a integridade do enchimento da microvia de 0,05 mm².
- Envelhecimento acelerado: 1.000 horas a 85°C/85% RH simula 5 anos de stress operacional.
Tendências do sector
- Materiais de alta frequência: Substratos de PTFE (radar de ondas milimétricas/comunicações por satélite).
- Serviços chave na mão: Selecionar fornecedores com certificação IPC-6012 Classe 3 (como a Jiali Creation).
4 Principais desafios e soluções de fabrico para PCB de elevada contagem de camadas (Mais de 10 camadas)
| Desafio | Solução |
|---|
| Desalinhamento de camada para camada | Imagem laser LDI + posicionamento de quatro ranhuras (Pin LAM) |
| Baixo rendimento da camada interna | Compensação da largura do traço + Gravação de alta precisão (corte inferior ≤15μm) |
| Delaminação/vazios na laminação | Laminação por aquecimento gradual + Prensa de vácuo |
| Quebra de broca/burros | Brocas especializadas (rectificadas ≤3 vezes) + Placa de apoio de alta densidade |