Производство и контроль качества многослойных печатных плат

В эпоху высокоскоростных цифровых технологий многослойные печатные платы стали ключом к повышению производительности электронных систем. Однако количество слоев не всегда соответствует качеству. 6-слойная печатная плата военного класса может быть гораздо надежнее 12-слойной печатной платы потребительского класса. Разница кроется в более глубокой логике материаловедения, управления процессами и проектирования систем.

Сложение слоев

• Основные приложения: Для большинства силовых модулей (например, светодиодных драйверов) достаточно двухсторонних плат, где вес меди (1 унция против 2 унций) влияет на мощность тока больше, чем количество слоев.
• Пороговые значения производительности: Для сигналов свыше 5 Гбит/с 4-слойная плата с оптимизированным расположением (например, "сигнал-земля-питание-сигнал") может обеспечить подавление перекрестных помех на уровне -30 дБ.
• Сложные системы: В 20-слойной коммутационной плате могут использоваться "3-2-3" любые структуры межслойных соединений для достижения плотности 100 000+ сквозных каналов - здесь количество слоев становится действительно необходимым.

Количество слоев ≠ качество

1. Совместимость дизайна

Количество слоев должно соответствовать сложности схемы. Слепое увеличение количества слоев приведет к увеличению стоимости и возникновению производственных рисков.

2. Оптимизация конструкции стека

Неправильная укладка слоев может привести к отражению сигналов и перекрестным наводкам (например, высокоскоростные сигналы не прилегают к слоям земли).

3. Выбор материалов

Для высокочастотных применений требуются материалы с низким Dk/Df (например, Rogers, Isola). Для толстых медных плат требуется препрег с высоким содержанием смолы.

4. Управление процессом

Ключевые болевые точки: выравнивание между слоями (±75 мкм), точность сверления (шероховатость отверстий ≤25 мкм), пустоты в ламинации (рентгеновский контроль).

5. Тестирование и верификация

Электрические испытания 100% (летающий датчик/AOI), испытания импеданса (допуск ±10%) и испытания на надежность CAF.

В. ПХД Выбор материалов

• 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).
• Медная фольга: Фольга с обратной обработкой (RTF) уменьшает шероховатость поверхности с 3 мкм до 0,3 мкм, сокращая потери при вводе сигнала 28 Гбит/с на 40%.
• 1. Диэлектрик: В одном из спутниковых проектов возникло отклонение импеданса на 15 Ом из-за допуска на толщину диэлектрика ±10% (против требуемого ±3%), что привело к дорогостоящей переделке.

Ключевые процессы при контроле качества

• - точность: Лазерная визуализация LDI повысила точность регистрации 6-слойных плат с ±50 мкм до ±15 мкм - это эквивалентно определению местоположения кунжутного семени на футбольном поле.
• Процесс ламинирования: Выход платы автомобильного ЭБУ увеличился с 65% до 92% благодаря замедлению темпа ламинирования с 3°C/мин до 1,5°C/мин, что позволило смоле течь равномерно.
• Прецизионные инструменты: Для 18-слойных плат со сверлами 0,1 мм ресурс инструмента ограничивается 500 отверстиями, после чего шероховатость снижается с 8 мкм до 25 мкм.

Основной процесс

• Процесс склеивания под давлением: Согласование значений ТГ, контроль расхода смолы (количество наполнителя ≥ 80%).

• Технология обратного бурения: Длина шлейфа ≤ 6 мил, что улучшает целостность высокоскоростного сигнала.

• Обработка поверхности: Электролитическое золотое покрытие (ENIG) превосходит выравнивание горячим воздушным припоем (HASL) и подходит для BGA с малым шагом.

Проверка надежности

• Разрушающее поперечное сечение: Проверяет однородность покрытия (цель: 18-25 мкм меди в отверстиях).
• 3D рентгеновский контроль: Определяет целостность заполнения микрофибры 0,05 мм².
• Ускоренное старение: 1 000 часов при 85°C/85% RH моделирует 5 лет эксплуатационной нагрузки.

Тенденции развития отрасли

• Высокочастотные материалы: Подложки из ПТФЭ (радары миллиметровых волн/спутниковая связь).

• Услуги под ключ: Выбирайте поставщиков с сертификатом IPC-6012 Class 3 (например, Jiali Creation).

4 Основные производственные проблемы и решения для высокослойных печатных плат (10+ слоев)