Процесс ламинирования печатных плат: Анализ основных технологий производства многослойных печатных плат

Процесс ламинирования печатных плат - важнейший этап производства многослойных печатных плат.Он включает в себя постоянное соединение проводящих слоев (медной фольги), изолирующих слоев (препрега) и материалов подложки при высокой температуре и давлении для формирования многослойной структуры схемы с высокой плотностью межсоединений.Этот процесс напрямую определяет механическую прочность, электрические характеристики и долговременную надежность печатных плат, служащих технической основой для миниатюризации и высокочастотного развития современных электронных устройств.

Основные принципы и функции процесса ламинирования печатных плат

Процесс ламинирования в основном использует характеристики текучести и отверждения термореактивных смол при высокой температуре для достижения прочного соединения многослойных материалов в точно контролируемой среде под давлением. Его основные функции включают:

• Электрическое соединение: Обеспечивает вертикальные соединения между цепями на разных уровнях, создавая физическую основу для сложной проводки.
• Механическая поддержкаОбеспечивает структурную жесткость и стабильность размеров печатных плат.
• Защита изоляции: Изолирует различные проводящие слои с помощью диэлектрических материалов для предотвращения короткого замыкания.
• ТерморегулированиеОптимизация путей отвода тепла за счет выбора материала и структуры ламинирования.

Система ламинирующих материалов

Состав материала сердечника

Соображения по выбору материала

• Температура стеклования (Tg): Standard FR-4 is 130-140°C, while high-Tg materials can reach 170-180°C.
• Диэлектрическая постоянная (Dk): Для высокоскоростных схем требуются материалы с низким содержанием Dk (3,0-3,5).
• Коэффициент рассеивания (Df): Для высокочастотных применений требуется Df < 0.005.
• Коэффициент теплового расширения (CTE): Z-axis CTE should be below 50ppm/°C to prevent via cracking.

Подробный технологический процесс ламинирования

1. Стадия предварительной обработки

• Подготовка материаловПроверьте модели материалов и номера партий, измерьте содержание и расход смолы.
• Обработка внутреннего слоя: Оксидируйте, чтобы увеличить шероховатость поверхности и улучшить адгезию.
• Stack-Up Design: Соблюдайте принципы симметрии, чтобы избежать деформации из-за несоответствия CTE.

2.Укладка и выравнивание

• Система выравнивания: Use four-slot holes (+0.1mm tolerance) or X-ray alignment systems (accuracy ±15μm).
• Последовательность укладки: Типичная 8-слойная структура: медная фольга-PP-жила-PP-жила-PP-медная фольга.

3.Управление параметрами цикла ламинирования

4.Послеотверждение и охлаждение

• Ступенчатое охлаждение: Control cooling rate (1-2°C/min) to reduce internal stress.
• Снятие стресса: Поддерживайте температуру ниже Tg в течение определенного времени для снижения остаточного напряжения.

Анализ и меры по устранению распространенных дефектов ламинирования

Расслоение и пустоты

• ПричиныНедостаточный поток смолы, остаточные летучие вещества, загрязнение материала.
• РешенияОптимизируйте кривую нагрева, добавьте стадию вакуумной дегазации и строго контролируйте влажность окружающей среды (<40% RH).

Искривление

• ПричиныНесоответствие СТЭ, неравномерное давление, чрезмерная скорость охлаждения.
• РешенияСимметричный дизайн, оптимизация распределения давления и контроль скорости охлаждения.

Дефицит смолы и воздействие стеклоткани

• ПричиныЧрезмерный расход смолы, чрезмерное давление.
• РешенияВыберите ПП с низким расходом, оптимизируйте кривую давления, используйте плотины.

Передовые технологии ламинирования

Ламинирование с помощью вакуума

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.

Технология последовательного ламинирования

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.

Процесс низкотемпературного ламинирования

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.

Контроль качества и инспекция

Разрушающие испытания

• Микроскопический анализ: Проверяет межслойное соединение, заполнение смолой и качество стенок отверстий.
• Тест на прочность пилинга: Evaluates adhesion between copper foil and substrate (standard requirement ≥1.0 N/mm).
• Испытание на термическую нагрузку: Immersion in 288°C solder for 10 seconds to check for delamination.

Неразрушающий контроль

• Ультразвуковое сканирование: Обнаруживает внутренние пустоты и дефекты расслоения.
• Рентгеновский контрольОценивает точность выравнивания межслоевого пространства и позиционирование встроенных компонентов.
• Испытание на диэлектрическую прочность: Проверяет характеристики межслойной изоляции.

Тенденции развития процессов ламинирования

1. Инновации в области материаловНанонаполненные модифицированные смолы, высокочастотные материалы с низкими потерями, экологически чистые безгалогенные подложки.
2. Уточнение процесса: Мониторинг давления и температуры в реальном времени, оптимизация параметров с помощью искусственного интеллекта, технология цифрового двойника.
3. Разведка оборудования: Интегрированные сенсорные сети, адаптивные системы управления, дистанционная диагностика и техническое обслуживание.
4. Устойчивое развитие: Сократите потребление энергии более чем на 30 %, минимизируйте выбросы летучих органических соединений и улучшите использование материалов.

Требования к конкретным приложениям

Iii. Выводы и рекомендации

Процесс ламинирования печатных плат, являющийся основным этапом производства многослойных печатных плат, напрямую определяет производительность и надежность конечного продукта. По мере развития электронных устройств в направлении повышения частоты, скорости и плотности, технология ламинирования развивается в направлении повышения точности, интеллектуальности и экологической устойчивости. Освоение принципов, материалов и контроля параметров ламинирования имеет решающее значение как для проектирования печатных плат, так и для их высококачественного производства.