Processus de stratification des circuits imprimés : Analyse des technologies de base dans la fabrication de circuits imprimés multicouches

Le processus de laminage des circuits imprimés est une étape critique dans la fabrication des circuits imprimés multicouches.Il consiste à lier de manière permanente des couches conductrices (feuilles de cuivre), des couches isolantes (pré-imprégnées) et des matériaux de substrat à haute température et sous pression pour former une structure de circuit multicouche avec des interconnexions à haute densité.Ce processus détermine directement la résistance mécanique, les performances électriques et la fiabilité à long terme des circuits imprimés, servant de base technique à la miniaturisation et au développement à haute fréquence des appareils électroniques modernes.

Principes de base et fonctions du processus de stratification des circuits imprimés

Le processus de laminage utilise essentiellement les caractéristiques d'écoulement et de durcissement des résines thermodurcissables à haute température pour obtenir une liaison permanente des matériaux multicouches dans un environnement de pression contrôlé avec précision. Ses principales fonctions sont les suivantes

• Interconnexion électrique: Permet des interconnexions verticales entre les circuits sur différentes couches, fournissant la base physique pour un câblage complexe.
• Soutien mécaniqueAssure la rigidité structurelle et la stabilité dimensionnelle des circuits imprimés.
• Protection de l'isolation: Isolation des différentes couches conductrices par des matériaux diélectriques afin d'éviter les courts-circuits.
• Gestion thermiqueOptimise les voies de dissipation de la chaleur grâce à la sélection des matériaux et à la structure de la stratification.

Système de matériaux de pelliculage

Composition du matériau de base

Considérations relatives à la sélection des matériaux

• Température de transition vitreuse (Tg): Standard FR-4 is 130-140°C, while high-Tg materials can reach 170-180°C.
• Constante diélectrique (Dk): Les circuits à grande vitesse nécessitent des matériaux à faible Dk (3.0-3.5).
• Facteur de dissipation (Df): Les applications à haute fréquence nécessitent un Df &lt ; 0,005.
• Coefficient de dilatation thermique (CTE): Z-axis CTE should be below 50ppm/°C to prevent via cracking.

Flux détaillé du processus de lamination

1. Phase de prétraitement

• Préparation du matérielVérifier les modèles de matériaux et les numéros de lots, mesurer la teneur en résine et le débit.
• Traitement de la couche intérieure: Oxyder pour augmenter la rugosité de la surface et améliorer l'adhérence.
• Stack-Up Design: Respecter les principes de symétrie afin d'éviter les déformations dues à une inadéquation de l'ECU.

2.Empilage et alignement

• Système d'alignement: Use four-slot holes (+0.1mm tolerance) or X-ray alignment systems (accuracy ±15μm).
• Séquence d'empilage: Structure typique à 8 couches : feuille de cuivre-PP-noyau-PP-noyau-PP-feuille de cuivre.

3.Contrôle des paramètres du cycle de lamination

4.Post-polymérisation et refroidissement

• Refroidissement par étapes: Control cooling rate (1-2°C/min) to reduce internal stress.
• Soulagement du stress: Maintenir la température en dessous de Tg pendant un certain temps afin de réduire les contraintes résiduelles.

Analyse et contre-mesures pour les défauts de laminage courants

Décollement et vides

• CausesFlux de résine insuffisant, volatiles résiduels, contamination du matériau.
• SolutionsOptimisation de la courbe de chauffe, ajout d'une étape de dégazage sous vide et contrôle strict de l'humidité ambiante (<40% RH).

Déformation

• CausesInadéquation du CTE, pression inégale, vitesse de refroidissement excessive.
• SolutionsAdopter une conception symétrique, optimiser la distribution de la pression et contrôler le taux de refroidissement.

Défaut de résine et exposition du tissu de verre

• CausesDébit de résine excessif, pression excessive.
• SolutionsChoisir un PP à faible débit, optimiser la courbe de pression, utiliser des barres de barrage.

Technologies avancées de lamination

Lamination assistée par le vide

Vacuum-assisted lamination technology significantly enhances the interlayer bonding quality of multilayer circuit boards by performing the process in a full vacuum environment (≤5 mbar). This technique effectively eliminates air and volatiles between layers during pressing, reducing the defect rate caused by bubbles from the traditional 5–8% to less than 1%. It is particularly suitable for manufacturing high-frequency boards and thick copper boards, as these require extremely high consistency in dielectric properties and interlayer thermal conductivity. The vacuum environment ensures that the resin fully fills circuit gaps during the flow phase, forming a uniform dielectric layer that reduces transmission loss of high-frequency signals by 15–20%. In thick copper applications (≥3 oz), vacuum assistance effectively prevents delamination caused by unevenness in the copper foil, increasing interlayer peel strength to over 1.8 N/mm. Modern vacuum lamination equipment also incorporates real-time pressure-sensing systems, with 128-point monitoring, ensuring pressure uniformity within ±5%, which greatly improves production consistency.

Technologie de lamination séquentielle

Sequential lamination technology enables the manufacturing of highly complex multilayer boards through multiple pressing stages. This process involves first laminating inner core layers with部分 prepreg to form sub-modules, followed by drilling, plating, and other processes to establish interconnects. Finally, the remaining layers are added in a second lamination. This step-by-step approach allows passive components (such as resistors and capacitors) and special functional layers (e.g., thermally conductive metal substrates) to be embedded between layers, enabling system-in-package integration. In the production of high-end PCBs with 16 or more layers, sequential lamination controls layer-to-layer alignment accuracy within ±25 µm while avoiding cumulative stress generated in single-step pressing. Furthermore, this technology supports hybrid dielectric structures—for example, using low-loss materials (such as modified polyimide) for high-speed signal layers and highly thermally conductive materials for power layers—reducing insertion loss for 56 Gbps high-speed signals by 0.8 dB/cm. Although the production cycle increases by 30%, the yield improves to 98.5%, making it especially suitable for PCBs used in 5G communication equipment and high-end servers.

Procédé de pelliculage à basse température

The low-temperature lamination process uses specially modified resin systems to complete lamination at reduced temperatures of 130–150°C, which is 40–50°C lower than conventional methods. Through molecular design of epoxy resins and optimization of catalytic systems, the resin achieves full cross-linking at lower temperatures while maintaining a Tg value ≥160°C. The main advantage is a significant reduction in thermal stress on sensitive components, avoiding material deformation and performance degradation caused by high temperatures. In the manufacturing of flexible circuit boards and rigid-flex boards, low-temperature lamination controls the shrinkage of polyimide substrates to within 0.05% and reduces circuit misalignment to ±15 µm. Additionally, this process notably lowers energy consumption (saving over 30%) and CO₂ emissions, aligning with green manufacturing requirements. The latest advancements involve nano-filler-enhanced low-temperature resins (e.g., incorporating silica nanoparticles), which reduce the interlayer coefficient of thermal expansion (CTE) to 35 ppm/°C, meeting the reliability requirements of automotive electronics in environments ranging from -40°C to 150°C.

Contrôle de la qualité et inspection

Essais destructifs

• Analyse de la microsection: Vérifie l'adhérence entre les couches, le remplissage de la résine et la qualité de la paroi du trou.
• Test de résistance au pelage: Evaluates adhesion between copper foil and substrate (standard requirement ≥1.0 N/mm).
• Essai de contrainte thermique: Immersion in 288°C solder for 10 seconds to check for delamination.

Essais non destructifs

• Balayage ultrasonique: Détecte les vides internes et les défauts de délamination.
• Inspection par rayons XÉvalue la précision de l'alignement entre les couches et le positionnement des composants intégrés.
• Test de rigidité diélectrique: Vérifie la performance de l'isolation entre les couches.

Tendances des procédés de pelliculage

1. Innovation matérielleRésines modifiées remplies de nanoparticules, matériaux haute fréquence à faible perte, substrats sans halogène respectueux de l'environnement.
2. Raffinement du processus: Surveillance de la pression et de la température en temps réel, optimisation des paramètres par l'IA, technologie de jumelage numérique.
3. Renseignements sur les équipements: Réseaux de capteurs intégrés, systèmes de contrôle adaptatifs, télédiagnostic et maintenance.
4. Développement durable: Réduire la consommation d'énergie de plus de 30 %, minimiser les émissions de COV et améliorer l'utilisation des matériaux.

Exigences spécifiques à l'application

Conclusion

Le processus de laminage des circuits imprimés, en tant qu'étape centrale de la fabrication des circuits imprimés multicouches, détermine directement les performances et la fiabilité du produit final. Alors que les appareils électroniques évoluent vers des fréquences, des vitesses et des densités plus élevées, la technologie du laminage progresse vers plus de précision, d'intelligence et de respect de l'environnement. La maîtrise des principes, des matériaux et du contrôle des paramètres de la stratification est cruciale pour la conception des circuits imprimés et la fabrication de haute qualité.