Fabrication de circuits imprimés multicouches et contrôle de la qualité

À l'ère du numérique à grande vitesse, les circuits imprimés multicouches sont devenus la clé de l'amélioration des performances des systèmes électroniques. Toutefois, le nombre de couches n'est pas nécessairement synonyme de qualité. Un circuit imprimé de qualité militaire à 6 couches peut être beaucoup plus fiable qu'un circuit imprimé de qualité grand public à 12 couches. La différence réside dans la logique profonde de la science des matériaux, du contrôle des processus et de la conception des systèmes.

Empilement de couches

• Applications de base: Les cartes double face suffisent pour la plupart des modules de puissance (par exemple, les pilotes de LED), où le poids du cuivre (1 oz contre 2 oz) a un impact sur la capacité de courant plus que le nombre de couches.
• Seuils de performance: Pour les signaux supérieurs à 5Gbps, une carte à 4 couches avec un empilage optimisé (par exemple, "signal-terre-puissance-signal") peut atteindre une suppression de la diaphonie de -30dB.
• Systèmes complexes: Une carte de commutation à 20 couches peut utiliser des structures d'interconnexion à couches multiples "3-2-3" pour atteindre une densité de plus de 100 000 via - c'est là que le nombre de couches devient une véritable nécessité.

Nombre de couches ≠ qualité

1. Compatibilité de la conception

Le nombre de couches doit correspondre à la complexité du circuit. Augmenter aveuglément le nombre de couches augmentera les coûts et introduira des risques de fabrication.

2. Optimisation de la conception des empilages

Un mauvais empilage des couches peut entraîner une réflexion des signaux et une diaphonie (par exemple, des signaux à grande vitesse non adjacents aux couches de masse).

3. Sélection des matériaux

Les applications haute fréquence nécessitent des matériaux à faible Dk/Df (tels que Rogers, Isola). Les cartes en cuivre épaisses nécessitent un pré-imprégné à haute teneur en résine.

4. Contrôle des processus

Principaux points problématiques : alignement couche à couche (±75μm), précision du perçage (rugosité des trous ≤25μm), vides de laminage (inspection par rayons X).

5. Essais et vérification

Essais électriques 100% (sonde volante/AOI), essais d'impédance (tolérance ±10%) et essais de fiabilité CAF.

PCB Sélection des matériaux

• 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).
• Feuille de cuivre: Le film traité à l'envers (RTF) réduit la rugosité de la surface de 3μm à 0,3μm, réduisant la perte d'insertion du signal de 28Gbps de 40%.
• Diélectrique: Un projet de satellite a été confronté à un écart d'impédance de 15Ω en raison d'une tolérance d'épaisseur diélectrique de ±10% (par rapport à la tolérance requise de ±3%), ce qui a entraîné des retouches coûteuses.

Processus clés en matière de contrôle de la qualité

• Précision: L'imagerie laser LDI a amélioré la précision de l'enregistrement des cartes à 6 couches de ±50μm à ±15μm, ce qui équivaut à la localisation d'une graine de sésame sur un terrain de football.
• Processus de laminage: Le rendement d'une carte ECU automobile est passé de 65% à 92% en ralentissant le taux de rampe de laminage de 3°C/min à 1,5°C/min, ce qui a permis à la résine de s'écouler uniformément.
• Instruments de précision: Pour les cartes à 18 couches avec des forets de 0,1 mm, la durée de vie de l'outil est plafonnée à 500 trous avant que la rugosité ne se dégrade de 8μm à 25μm.

Processus de base

• Processus de collage sous pression: Correspondance des valeurs TG, contrôle du débit de résine (quantité de remplissage ≥ 80%).

• Technologie de forage arrière: Longueur du stub ≤ 6 mil, améliorant l'intégrité des signaux à haute vitesse.

• Traitement de surface: La dorure électrolytique (ENIG) est supérieure à la soudure à l'air chaud (HASL) et convient aux BGA à pas fin.

Vérification de la fiabilité

• Coupe transversale destructive: Valide l'uniformité du placage (objectif : 18-25μm de cuivre dans les vias).
• Inspection 3D par rayons X: Détecte l'intégrité du remplissage des microvia de 0,05 mm².
• Vieillissement accéléré: 1 000 heures à 85°C/85% RH simulent 5 ans de stress opérationnel.

Tendances de l'industrie

• Matériaux haute fréquence: substrats PTFE (radar à ondes millimétriques/communications par satellite).

• Services clés en main: Sélectionnez des fournisseurs certifiés IPC-6012 Class 3 (tels que Jiali Creation).

4 Principaux défis et solutions en matière de fabrication de circuits imprimés à nombre de couches élevé (10+ couches)