В полупроводниковото оборудване 12-слойните печатни платки играят решаваща роля при свързването на основните чипове, предаването на високо-честотни сигнали и високи токове. Производственият му процес изисква изключително високи изисквания за точност, стабилност и надеждност. В сравнение с обикновените много-слойни печатни платки, 12-слойните печатни платки имат по-сложна структура, повече стъпки на процеса и трябва да се адаптират към строгите стандарти на полупроводниковото оборудване за цялост на сигнала и разсейване на топлината. Следователно има множество основни трудности в производствения процес. Започвайки от ключовите стъпки на процеса, ние ще разбием предизвикателствата при производството на 12-слойни печатни платки в сценариите за приложение на полупроводниково оборудване.
1, Ламиниран процес: предизвикателството на „прецизното свързване“ в много-слойни структури
Наслояването е основният процес на производството на 12 слоя PCB, който изисква интегрирането на 12 слоя субстрат, медно фолио и изолационен слой в едно цяло чрез висока температура и високо напрежение. Трудността се състои в точността на подравняване и еднаквостта на дебелината между слоевете, които са от решаващо значение за предаването на сигнала в полупроводниковото оборудване.
От гледна точка на междуслойното подравняване, 12-слойната печатна платка трябва да бъде натисната многократно и всяко натискане трябва да гарантира, че грешката при подравняване на графиките на всеки слой се контролира в много малък диапазон. Въпреки това, при действителното производство, субстратът е склонен към термична деформация при високи температури и може да има леки отклонения в плоскостта на листа след всяко ламиниране. Когато са подредени на 12 слоя, общата грешка при подравняване може да надхвърли критичната стойност. След като точността на подравняване не отговаря на стандарта, загубата на предаване на високо-честотни сигнали в полупроводниковото оборудване ще се увеличи значително и дори може да възникне кръстосано прекъсване на сигнала, което да повлияе на нормалната работа на оборудването.
Еднородността на дебелината е също толкова предизвикателна. 12-слойната печатна платка трябва да контролира общата дебелина и диапазона на отклонение на дебелината на всеки слой. Въпреки това, по време на процеса на компресия, неравномерното разпределение на налягането и разликите в степента на свиване между субстрата и изолационния слой могат да доведат до проблеми като "дебело в средата, тънко в краищата" или локални издатини в крайната плоскост. За зони в полупроводниково оборудване, които изискват инсталирането на прецизни конектори, прекомерното отклонение в дебелината може да доведе до лош контакт на конектора и да увеличи риска от повреда на оборудването.
2, Обработка на микро отвори: двойни предизвикателства на малък размер на порите и съотношение на страните
12-слойната печатна платка на полупроводниковото оборудване изисква голям брой микропори за постигане на междуслойни връзки на веригата. Тези микропори са не само малки по размер, но и трябва да проникнат в 12 слоя на субстрата, като съотношението на дълбочината към диаметъра далеч надвишава това на обикновените много-слойни печатни платки, което значително увеличава трудността при производството.
Първо, има проблем с точността на пробиване. Поради изключително малкия отвор, свредлото е податливо на „вибрации“ по време на високо-скоростно въртене, което води до отклонение на отвора и дори драскотини по стената на отвора. В същото време разликите в материала на 12-слойния субстрат ще ускорят скоростта на износване на свредлото. Ако не бъде сменен навреме, точността на размера на порите на следващите микропори ще продължи да намалява. За полупроводникови устройства, отклонението на размера на микро порите може да доведе до неравномерна дебелина на медния слой вътре в покритите отвори, да засили локалното нагряване по време на предаване на ток и да повлияе на ефективността на разсейване на топлината на устройството.
По-дълбокото предизвикателство се крие в качеството на стената на порите. Микропорите на 12-слойната печатна платка трябва да преминат през процес на „пробивно галванопластика“, при който процесът на пробиване изисква отстраняване на остатъчните остатъци от смола от стената на отвора. Въпреки това, тесният размер на порите на микропорите затруднява пълното проникване на почистващия разтвор. Ако пробиването не е задълбочено, медният слой не може да се свърже плътно със стената на отвора по време на галванопластиката и може да се получи „отлепване на стената на отвора“ по време на по-късна употреба, причинявайки прекъсване на веригата. В допълнение, прекомерното аспектно съотношение затруднява равномерното разпределение на тока към дъното на отвора по време на галванично покритие, а дебелината на медния слой на дъното на отвора е недостатъчна. При сценарии с висок ток на полупроводникови устройства, медният слой на дъното на отвора е склонен към прегряване и изгаряне.
3, Контрол на дебелината на медта: противоречието между глобалната еднородност и локалното удебеляване
Изискването за дебелина на медта в 12-слойната печатна платка на полупроводниковото оборудване има „двойственост“: от една страна, общата дебелина на медта трябва да бъде еднаква, за да се осигури стабилно предаване на сигнала; От друга страна, някои области изискват локално удебеляване на дебелината на медта, за да се подобри разсейването на топлината и токопреносимостта, което лесно може да доведе до конфликти в производството.
Трудността при постигането на глобална еднаквост на дебелината на медта се крие в процеса на галванопластика. Площта на 12-слойната печатна платка обикновено е голяма и разпределението на тока в резервоара за покритие лесно се влияе от формата на платката и позицията на окачената арматура, което води до разлики в дебелината на медта между ръбовете и центъра на платката. В допълнение, микро дупките и слепите дупки в 12-слойната печатна платка ще „отклоняват“ тока, което ще доведе до по-тънка дебелина на повърхността на медта близо до дупките в сравнение с други области. Ако глобалното отклонение на дебелината на медта е твърде голямо, скоростта на предаване на сигнала на различните пътища в полупроводниковото оборудване ще се различава, което ще доведе до забавяне на синхронизирането на данни и ще повлияе на ефективността на обработка на оборудването.
Локалното удебеляване на дебелината на медта крие риск от "прекомерно галванично покритие". За да се постигне локално удебеляване на дебелината на медта, трябва да се извърши вторично галванично покритие в съответната област. Въпреки това, по време на вторично галванопластика, токът е склонен да дифузира към околните зони, което води до надвишаване на стандартната дебелина на медта в нецелевите зони. В същото време преходът между локално удебелената област и заобикалящата конвенционална медна дебела зона е предразположен към "стъпалки". По време на последващото покриване на слоя маска за запояване лесно се генерират мехурчета или недостатъчна дебелина на стъпалата, което води до оголване на медния слой и увеличава риска от окисляване и късо съединение в полупроводниковото оборудване.
4, Покритие на маска за запояване: баланс между тънко покритие и висока изолация
Слоят маска за запояване на 12-слойната печатна платка в полупроводниковото оборудване трябва да отговаря както на изискванията за „тънко покритие“, така и за „висока изолация“, за да се адаптира към компактното инсталационно пространство и работната среда с високо-напрежение вътре в оборудването. Съществува обаче естествено противоречие между тези две изисквания в производството.
Точността на покритието на тънките покрития е трудно да се контролира. Слоят на спояващата маска обикновено се обработва чрез ситопечат или нанасяне чрез спрей, а за фините неравности и вдлъбнатини по повърхността на 12-слойната печатна платка, тънките покрития са склонни към "изтичане" или "неравномерна дебелина". Например, ако контролът на налягането на скрепера е неправилен по време на ситопечат, дебелината на слоя маска за запояване на стъпката може да бъде по-ниска от стандартната стойност. Тънкият слой маска за запояване обаче може да доведе до намаляване на изолационните характеристики, а предаването на сигнал с високо-напрежение в полупроводниковото оборудване е предразположено към повреда, причинявайки повреда на оборудването.
Високата изолация налага строги изисквания към материала и процеса на втвърдяване на съпротивлението на спойка. По време на работа на полупроводниково оборудване, печатните платки са изложени на високи температури за дълго време и могат да влязат в контакт с корозивни газове. Устойчивостта на спойка трябва да има отлична устойчивост на високи температури и корозия. Въпреки това, под тънки покрития, разпределението на втвърдяващите агенти в съпротивлението на спойка е предразположено към неравномерност, което води до недостатъчна плътност на кръстосано -свързване в някои области след втвърдяване и напукване е предразположено към поява на високо-температурни среди, което води до бързо намаляване на изолационните характеристики с течение на времето.
5, Контрол на плоскостта: ключово ограничение за по-късно сглобяване и разсейване на топлината
12-слойната печатна платка на полупроводниковото оборудване трябва да има изключително висока плоскост, в противен случай това ще повлияе на адхезията с чипове и радиатори, което води до лошо разсейване на топлината или повреда на монтажа. Въпреки това, много{2}}слойната структура и сложният процес на 12-слойни печатни платки правят контрола на плоскостта „упорит проблем“ в производството.
От една страна, освобождаването на напрежението след много{0}}компресиране на слоеве може да доведе до изкривяване на дъската. По време на множество процеси на ламиниране върху 12-слойна печатна платка, вътрешното напрежение на материала на всеки слой се натрупва непрекъснато. След охлаждане напрежението се освобождава, което лесно може да доведе до огъната на дъската към по-дебелата страна на медното фолио. Особено когато има значителна разлика в локалната дебелина на медта, деформацията може далеч да надхвърли изискванията на полупроводниковото оборудване.
От друга страна, високо{0}}температурното третиране на следващите процеси ще изостри проблема с плоскостта. Процесите като втвърдяване на маска за запояване трябва да се извършват при определена висока температура. При тази температура печатната платка отново ще претърпи термична деформация. Ако напрежението не бъде напълно освободено преди това, деформацията ще се припокрие допълнително. За зони в полупроводникови устройства, които изискват близък контакт с радиатори, отклоненията в плоскостта могат да доведат до намалена контактна площ, намалена ефективност на разсейване на топлината, повишена работна температура на чипа и съкратен живот на устройството.
6, Тестване и ремонт: Предизвикателства за контрол на качеството в сложни структури
Производственият процес на 12-слойна печатна платка за полупроводниково оборудване изисква 100% пълна проверка, но поради сложната структура някои дефекти са трудни за откриване и трудността на ремонта е изключително висока, което се превръща в основна трудност при контрола на качеството.
В процеса на проверка дефектите във вътрешния слой на 12-слойната печатна платка са трудни за откриване чрез конвенционална проверка на външния вид и изискват рентгеново откриване и ултразвуково сканиране. Откриването на рентгенови лъчи обаче има ограничена степен на разпознаване за малки дефекти и не може да определи състоянието на свързване между стената на отвора и вътрешното медно фолио; Въпреки че ултразвуковото сканиране може да открие междуслойно свързване, разделителната способност на сканиране може да намалее поради дебелината на 12 слоя, които може да пропуснат локални области на разлепване. Тези неоткрити дефекти постепенно ще се разширят по време на дългосрочна-работа на полупроводниково оборудване, което в крайна сметка ще доведе до повреди на веригата.
Предизвикателството в процеса на ремонт е още по-голямо. Ако във вътрешния слой се открие късо съединение или лошо покритие с микродупки, 12-слойната печатна платка трябва да бъде „ремонтирана слой по слой“, тоест изолационният слой и медното фолио се отлепват слой по слой, дефектите се поправят и след това се пресоват отново. Въпреки това, по време на процеса на наслояване, високите температури и химическите реагенти могат лесно да повредят околните непокътнати слоеве, което води до по-нисък процент на успех на ремонтите. Дори ако ремонтът е успешен, все още може да се появят нови концентрации на напрежение в притиснатата област. Във вибрационната среда на полупроводниковото оборудване има вероятност да се появят пукнатини на мястото на ремонта, превръщайки се в нова потенциална опасност от повреда.