مشکلات ساخت 12 لایه PCB برای تجهیزات نیمه هادی چیست؟

در تجهیزات نیمه هادی، بردهای PCB 12 لایه نقش مهمی در اتصال تراشه های هسته، انتقال سیگنال های فرکانس بالا و جریان های بالا دارند. فرآیند تولید آن نیازمند دقت، ثبات و قابلیت اطمینان بسیار بالایی است. در مقایسه با بردهای مدار چاپی چندلایه معمولی، بردهای مدار چاپی 12 لایه ساختار پیچیده تری دارند، مراحل فرآیند بیشتری دارند و باید با استانداردهای سختگیرانه تجهیزات نیمه هادی برای یکپارچگی سیگنال و اتلاف گرما سازگار شوند. بنابراین، مشکلات اصلی متعددی در فرآیند تولید وجود دارد. با شروع از مراحل کلیدی فرآیند، چالش های تولید بردهای مدار چاپی 12 لایه را در سناریوهای کاربرد تجهیزات نیمه هادی بررسی می کنیم.

1، فرآیند چند لایه: چالش "پیوند دقیق" در ساختارهای چندلایه-

لایه بندی فرآیند اصلی تولید 12 لایه PCB است که نیاز به ادغام 12 لایه بستر، فویل مسی و لایه عایق در یک کل از طریق دمای بالا و ولتاژ بالا دارد. مشکل در دقت تراز و یکنواختی ضخامت بین لایه ها است که برای انتقال سیگنال در تجهیزات نیمه هادی بسیار مهم است.

از منظر تراز بین لایه ها، یک PCB 12 لایه باید چندین بار فشار داده شود و هر فشار باید اطمینان حاصل کند که خطای تراز گرافیک هر لایه در محدوده بسیار کمی کنترل می شود. با این حال، در ساخت واقعی، بستر در دماهای بالا مستعد تغییر شکل حرارتی است و ممکن است پس از هر لمینیت انحرافات جزئی در صافی ورق وجود داشته باشد. هنگامی که روی 12 لایه انباشته می شود، کل خطای تراز ممکن است از مقدار بحرانی فراتر رود. هنگامی که دقت هم ترازی استاندارد را برآورده نکند، از دست دادن سیگنال های فرکانس بالا در تجهیزات نیمه هادی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد و حتی ممکن است تداخل سیگنال رخ دهد که بر عملکرد عادی تجهیزات تأثیر می گذارد.

یکنواختی ضخامت به همان اندازه چالش برانگیز است. PCB 12 لایه باید ضخامت کلی و محدوده انحراف ضخامت هر لایه را کنترل کند. با این حال، در طول فرآیند فشرده سازی، توزیع فشار ناهموار و تفاوت در نرخ انقباض بین لایه زیرلایه و عایق می تواند منجر به مشکلاتی مانند "ضخامت در وسط، نازک در لبه ها" یا برآمدگی های موضعی در تخته نهایی شود. برای مناطقی در تجهیزات نیمه هادی که نیاز به نصب کانکتورهای دقیق دارند، انحراف ضخامت بیش از حد می تواند منجر به تماس ضعیف کانکتور و افزایش خطر خرابی تجهیزات شود.

2، پردازش سوراخ میکرو: چالش های دوگانه اندازه منافذ کوچک و نسبت ابعاد

PCB 12 لایه تجهیزات نیمه هادی به تعداد زیادی ریز منفذ برای دستیابی به اتصالات مدار بین لایه ای نیاز دارد. این ریز منافذ نه تنها از نظر اندازه کوچک هستند، بلکه باید به 12 لایه زیرلایه نفوذ کنند، با نسبت عمق به قطر بسیار بیشتر از بردهای مدار چاپی چند لایه معمولی-، که دشواری ساخت را بسیار افزایش می‌دهد.

اولاً، مسئله دقت حفاری وجود دارد. به دلیل دیافراگم بسیار کوچک، مته در حین چرخش با سرعت بالا مستعد "ارتعاش" است که در نتیجه انحراف دیافراگم و حتی خراش روی دیواره سوراخ ایجاد می شود. در عین حال، تفاوت مواد زیرلایه 12 لایه سرعت سایش مته را تسریع می کند. اگر به موقع تعویض نشود، دقت اندازه منافذ ریز منفذهای بعدی همچنان کاهش می یابد. برای دستگاه های نیمه هادی، انحراف اندازه ریز منافذ می تواند منجر به ضخامت ناهموار لایه مس در داخل سوراخ های آبکاری شده، تشدید گرمایش موضعی در حین انتقال جریان شود و بر عملکرد اتلاف حرارت دستگاه تأثیر بگذارد.

چالش عمیق تر در کیفیت دیواره منافذ نهفته است. ریز منافذ یک PCB 12 لایه باید از طریق فرآیند "دریل کردن آبکاری با حفاری" بگذرد، که در آن فرآیند حفاری مستلزم حذف بقایای رزین باقیمانده از دیواره سوراخ است. با این حال، اندازه منافذ باریک ریز منافذ، نفوذ کامل محلول تمیز کننده را دشوار می کند. اگر سوراخ کاری کامل نباشد، لایه مسی نمی تواند در حین آبکاری با دیواره سوراخ محکم بچسبد و ممکن است در استفاده بعدی "لایه برداری دیواره سوراخ" اتفاق بیفتد و باعث قطع شدن مدار شود. علاوه بر این، نسبت ابعاد بیش از حد باعث می شود که جریان به طور مساوی در کف سوراخ در حین آبکاری الکتریکی توزیع شود و ضخامت لایه مسی در پایین سوراخ کافی نیست. در سناریوهای جریان زیاد دستگاه های نیمه هادی، لایه مسی در پایین سوراخ مستعد گرم شدن بیش از حد و سوختن است.

3، کنترل ضخامت مس: تضاد بین یکنواختی جهانی و ضخامت محلی

نیاز به ضخامت مس در 12 لایه PCB تجهیزات نیمه هادی یک "دوگانگی" دارد: از یک طرف، ضخامت مس جهانی باید یکنواخت باشد تا از انتقال سیگنال پایدار اطمینان حاصل شود. از سوی دیگر، برخی مناطق به ضخامت موضعی ضخامت مس نیاز دارند تا اتلاف گرما و ظرفیت حمل جریان را افزایش دهند، که به راحتی می تواند منجر به درگیری در تولید شود.

مشکل در دستیابی به یکنواختی ضخامت مس جهانی در فرآیند آبکاری است. مساحت یک PCB 12 لایه معمولاً زیاد است و توزیع جریان در مخزن آبکاری به راحتی تحت تأثیر شکل تخته و موقعیت فیکسچر آویزان قرار می گیرد و در نتیجه تفاوت هایی در ضخامت مس بین لبه ها و مرکز تخته ایجاد می شود. علاوه بر این، سوراخ‌های کوچک و سوراخ‌های کور در PCB 12 لایه جریان را منحرف می‌کنند و باعث می‌شوند ضخامت مس سطح نزدیک سوراخ‌ها نازک‌تر از مناطق دیگر باشد. اگر انحراف ضخامت مس جهانی خیلی زیاد باشد، سرعت انتقال سیگنال مسیرهای مختلف در تجهیزات نیمه هادی متفاوت خواهد بود و در نتیجه همگام سازی داده ها به تأخیر می افتد و بر راندمان پردازش تجهیزات تأثیر می گذارد.

ضخیم شدن موضعی ضخامت مس خطر "آبکاری بیش از حد" را به همراه دارد. برای دستیابی به ضخامت موضعی ضخامت مس، آبکاری ثانویه باید در ناحیه مربوطه انجام شود. با این حال، در طول آبکاری ثانویه، جریان مستعد انتشار به مناطق اطراف است و باعث می شود ضخامت مس در مناطق غیر هدف از حد استاندارد فراتر رود. در همان زمان، انتقال بین منطقه ضخیم شده محلی و منطقه ضخیم مس معمولی اطراف مستعد "پله ها" است. در طول پوشش بعدی لایه ماسک لحیم، حباب ها یا ضخامت ناکافی به راحتی در مراحل ایجاد می شود که در نتیجه لایه مسی در معرض قرار می گیرد و خطر اکسیداسیون و اتصال کوتاه در تجهیزات نیمه هادی را افزایش می دهد.

4، پوشش ماسک لحیم کاری: تعادل بین پوشش نازک و عایق بالا

لایه ماسک لحیم کاری 12 لایه PCB در تجهیزات نیمه هادی باید هر دو الزامات "پوشش نازک" و "عایق بالا" را برآورده کند تا با فضای نصب فشرده و محیط کار با ولتاژ بالا در داخل تجهیزات سازگار شود. با این حال، یک تضاد طبیعی بین این دو الزام در ساخت وجود دارد.

کنترل دقت پوشش پوشش های نازک دشوار است. لایه ماسک لحیم معمولاً با چاپ روی صفحه یا پوشش اسپری پردازش می شود و برای برآمدگی ها و فرورفتگی های ظریف روی سطح PCB 12 لایه، پوشش های نازک مستعد "نشت" یا "ضخامت ناهموار" هستند. به عنوان مثال، اگر کنترل فشار اسکراپر در حین چاپ صفحه نامناسب باشد، ضخامت لایه ماسک لحیم کاری در مرحله ممکن است کمتر از مقدار استاندارد باشد. با این حال، یک لایه ماسک لحیم کاری نازک می تواند منجر به کاهش عملکرد عایق شود و انتقال سیگنال ولتاژ بالا در تجهیزات نیمه هادی مستعد خرابی است و باعث خرابی تجهیزات می شود.

عایق بالا الزامات سختگیرانه ای را بر روی مواد و فرآیند پخت مقاومت لحیم تحمیل می کند. در حین کارکرد تجهیزات نیمه هادی، بردهای مدار چاپی برای مدت طولانی در معرض دمای بالا قرار می گیرند و ممکن است با گازهای خورنده در تماس باشند. مقاومت لحیم کاری باید در برابر دماهای بالا و خوردگی مقاومت عالی داشته باشد. با این حال، در زیر پوشش‌های نازک، توزیع مواد پخت در مقاومت لحیم کاری مستعد ناهمواری است، که منجر به تراکم پیوند متقاطع ناکافی در برخی مناطق پس از پخت می‌شود، و ترک خوردن در محیط‌های با دمای{4}بالا مستعد رخ دادن است که منجر به کاهش سریع عملکرد عایق در طول زمان می‌شود.

5، کنترل صافی: یک محدودیت کلیدی برای مونتاژ بعدی و اتلاف گرما

PCB 12 لایه تجهیزات نیمه هادی باید صافی بسیار بالایی داشته باشد، در غیر این صورت بر چسبندگی تراشه ها و هیت سینک ها تأثیر می گذارد و منجر به اتلاف حرارت ضعیف یا خرابی مونتاژ می شود. با این حال، ساختار چند لایه و فرآیند پیچیده 12 لایه مدار چاپی، کنترل صافی را به یک "مشکل سرسخت" در تولید تبدیل کرده است.

از یک طرف، آزاد شدن تنش پس از فشرده‌سازی چند لایه می‌تواند باعث تاب برداشتن برد شود. در طی فرآیندهای چند لایه لایه برداری روی PCB 12 لایه، تنش داخلی هر ماده لایه به طور مداوم جمع می شود. پس از خنک شدن، تنش آزاد می شود که می تواند به راحتی باعث خم شدن تخته به سمت ضخیم تر فویل مسی شود. به خصوص زمانی که تفاوت قابل توجهی در ضخامت مس محلی وجود داشته باشد، تاب خوردگی ممکن است بسیار بیشتر از الزامات تجهیزات نیمه هادی باشد.

از سوی دیگر، درمان در دمای بالا{0}}فرآیندهای بعدی مسئله صافی را تشدید می‌کند. فرآیندهایی مانند پخت ماسک لحیم کاری باید در دمای بالا انجام شود. در این دما، برد PCB دوباره دچار تغییر شکل حرارتی می شود. اگر قبلاً تنش به طور کامل رها نشده باشد، تغییر شکل بیشتر همپوشانی می کند. برای مناطقی در دستگاه های نیمه هادی که نیاز به تماس نزدیک با هیت سینک دارند، انحرافات صافی می تواند منجر به کاهش سطح تماس، کاهش راندمان اتلاف گرما، افزایش دمای کارکرد تراشه و کوتاه شدن طول عمر دستگاه شود.

6، تست و تعمیر: چالش های کنترل کیفیت در سازه های پیچیده

فرآیند تولید PCB 12 لایه برای تجهیزات نیمه هادی نیاز به بازرسی 100٪ کامل دارد، اما به دلیل ساختار پیچیده، تشخیص برخی از عیوب دشوار است و دشواری تعمیر بسیار زیاد است و به یک مشکل عمده در کنترل کیفیت تبدیل می شود.

در فرآیند بازرسی، تشخیص نقص در لایه داخلی PCB 12 لایه از طریق بازرسی ظاهری معمولی دشوار است و به تشخیص اشعه ایکس- و اسکن اولتراسونیک نیاز دارد. با این حال، تشخیص اشعه ایکس سرعت تشخیص محدودی برای نقص‌های کوچک دارد و نمی‌تواند وضعیت پیوند بین دیواره سوراخ و ورق مسی داخلی را تعیین کند. اگرچه اسکن اولتراسونیک می تواند پیوند بین لایه را تشخیص دهد، وضوح اسکن ممکن است به دلیل ضخامت 12 لایه کاهش یابد، که ممکن است مناطق جداشدگی موضعی را از دست بدهد. این عیوب کشف نشده به تدریج در طول کارکرد طولانی مدت تجهیزات نیمه هادی گسترش می یابد و در نهایت منجر به خرابی مدار می شود.

چالش در فرآیند تعمیر حتی بیشتر است. اگر اتصال کوتاه یا آبکاری ریز سوراخ ضعیف در لایه داخلی تشخیص داده شود، PCB 12 لایه باید "لایه به لایه" تعمیر شود، یعنی لایه عایق و فویل مس لایه به لایه کنده شده، عیوب ترمیم شده و سپس دوباره فشار داده می شود. با این حال، در طول فرآیند لایه‌بندی، دماهای بالا و معرف‌های شیمیایی می‌توانند به راحتی به لایه‌های دست نخورده اطراف آسیب برسانند و در نتیجه میزان موفقیت تعمیرات کمتر می‌شود. حتی اگر تعمیر موفقیت آمیز باشد، هنوز هم ممکن است غلظت های جدید تنش در ناحیه تحت فشار رخ دهد. در محیط ارتعاشی تجهیزات نیمه هادی، ترک ها مستعد ایجاد ترک در محل تعمیر هستند و به یک خطر احتمالی جدید خطا تبدیل می شوند.