În echipamentele semiconductoare, plăcile PCB cu 12 straturi au un rol crucial în conectarea cipurilor de bază, transmiterea de semnale de înaltă-frecvență și curenți mari. Procesul său de fabricație necesită cerințe extrem de ridicate de precizie, stabilitate și fiabilitate. În comparație cu plăcile de circuite imprimate multi-strat obișnuite, plăcile de circuite imprimate cu 12 straturi au o structură mai complexă, mai mulți pași de proces și trebuie să se adapteze la standardele stricte ale echipamentelor semiconductoare pentru integritatea semnalului și disiparea căldurii. Prin urmare, există multiple dificultăți de bază în procesul de fabricație. Pornind de la etapele cheie ale procesului, vom descompune provocările de fabricație ale plăcilor de circuite imprimate cu 12 straturi în scenariile de aplicare a echipamentelor semiconductoare.
1, Proces laminat: provocarea „legarii precise” în structuri multi-strat
Stratificarea este procesul de bază al producției de PCB cu 12 straturi, care necesită integrarea a 12 straturi de substrat, folie de cupru și strat de izolație într-un întreg prin temperatură ridicată și tensiune înaltă. Dificultatea constă în acuratețea alinierii și uniformitatea grosimii dintre straturi, care sunt cruciale pentru transmisia semnalului în echipamentele semiconductoare.
Din perspectiva alinierii dintre straturi, un PCB cu 12 straturi trebuie apăsat de mai multe ori, iar fiecare apăsare trebuie să se asigure că eroarea de aliniere a graficii fiecărui strat este controlată într-un interval foarte mic. Cu toate acestea, în producția efectivă, substratul este predispus la deformare termică la temperaturi ridicate și pot exista ușoare abateri în planeitatea foii după fiecare laminare. Când sunt stivuite pe 12 straturi, eroarea totală de aliniere poate depăși valoarea critică. Odată ce precizia de aliniere nu respectă standardul, pierderea de transmisie a semnalelor de-frecvență înaltă în echipamentele semiconductoare va crește semnificativ și poate apărea chiar diafonia semnalelor, afectând funcționarea normală a echipamentului.
Uniformitatea grosimii este la fel de dificilă. PCB-ul cu 12 straturi trebuie să controleze grosimea totală și intervalul de abatere a grosimii fiecărui strat. Cu toate acestea, în timpul procesului de compresie, distribuția neuniformă a presiunii și diferențele în ratele de contracție între substrat și stratul de izolație pot duce la probleme precum „gros la mijloc, subțire la margini” sau proeminențe locale în placa finală. Pentru zonele din echipamentele semiconductoare care necesită instalarea de conectori de precizie, abaterea excesivă a grosimii poate duce la un contact slab al conectorului și poate crește riscul defecțiunii echipamentului.
2, Prelucrare cu micro-găuri: provocări duble de dimensiune mică a porilor și raport de aspect
PCB-ul cu 12 straturi al echipamentelor semiconductoare necesită un număr mare de micropori pentru a realiza conexiuni ale circuitelor interstrat. Acești micropori nu numai că au dimensiuni mici, dar trebuie și să pătrundă în 12 straturi de substrat, cu un raport adâncime-diametru care îl depășește cu mult pe cel al plăcilor obișnuite cu circuite imprimate multi-strat, crescând foarte mult dificultatea de fabricație.
În primul rând, este problema preciziei de găurire. Datorită deschiderii extrem de mici, burghiul este predispus la „vibrații” în timpul-rotației cu viteză mare, ceea ce duce la abaterea deschiderii și chiar la zgârieturi pe peretele găurii. În același timp, diferențele de material ale substratului cu 12 straturi vor accelera rata de uzură a burghiului. Dacă nu este înlocuită la timp, precizia mărimii porilor a microporilor următori va continua să scadă. Pentru dispozitivele semiconductoare, abaterea dimensiunii microporilor poate duce la grosimea neuniformă a stratului de cupru în interiorul găurilor placate, intensifică încălzirea locală în timpul transmisiei curentului și poate afecta performanța de disipare a căldurii a dispozitivului.
Provocarea mai profundă constă în calitatea peretelui porilor. Microporii unui PCB cu 12 straturi trebuie să treacă printr-un proces de „găurire de forare electroplating”, în care procesul de deforare necesită îndepărtarea resturilor de rășină reziduale de pe peretele găurii. Cu toate acestea, dimensiunea porilor înguste a microporilor face dificilă pătrunderea completă a soluției de curățare. Dacă găurirea nu este minuțioasă, stratul de cupru nu se poate lega strâns de peretele găurii în timpul galvanizării, iar în timpul utilizării ulterioare poate apărea „decojirea peretelui găurii”, provocând ruperea circuitului. În plus, raportul de aspect excesiv face dificilă distribuirea uniformă a curentului în partea inferioară a găurii în timpul galvanizării, iar grosimea stratului de cupru din partea inferioară a găurii este insuficientă. În scenariile cu curent ridicat ale dispozitivelor semiconductoare, stratul de cupru din partea inferioară a găurii este predispus la supraîncălzire și ardere.
3, Controlul grosimii cuprului: contradicția dintre uniformitatea globală și îngroșarea locală
Cerința pentru grosimea cuprului în PCB cu 12 straturi ale echipamentelor semiconductoare are o „dualitate”: pe de o parte, grosimea globală a cuprului trebuie să fie uniformă pentru a asigura o transmisie stabilă a semnalului; Pe de altă parte, unele zone necesită îngroșarea locală a grosimii cuprului pentru a îmbunătăți disiparea căldurii și capacitatea de transport a curentului, ceea ce poate duce cu ușurință la conflicte în producție.
Dificultatea de a obține uniformitatea globală a grosimii cuprului constă în procesul de galvanizare. Suprafața unui PCB cu 12 straturi este de obicei mare, iar distribuția curentului în rezervorul de placare este ușor afectată de forma plăcii și de poziția dispozitivului de suspendare, rezultând diferențe de grosime a cuprului între margini și centrul plăcii. În plus, micro-găurile și găurile oarbe din PCB-ul cu 12 straturi vor „devia” curentul, determinând ca grosimea suprafeței cuprului din apropierea găurilor să fie mai subțire decât în alte zone. Dacă abaterea globală a grosimii cuprului este prea mare, viteza de transmisie a semnalului a diferitelor căi în echipamentele semiconductoare va diferi, rezultând întârzierea sincronizării datelor și afectând eficiența procesării echipamentelor.
Îngroșarea locală a grosimii cuprului prezintă un risc de „electroplacare excesivă”. Pentru a obține îngroșarea locală a grosimii cuprului, galvanizarea secundară trebuie efectuată în zona corespunzătoare. Cu toate acestea, în timpul galvanizării secundare, curentul este predispus să se difuzeze în zonele înconjurătoare, determinând ca grosimea cuprului în zonele nețintă să depășească standardul. În același timp, tranziția dintre zona îngroșată local și zona groasă de cupru convențională din jur este predispusă la „trepte”. În timpul acoperirii ulterioare a stratului de mască de lipit, la trepte se generează cu ușurință bule sau grosime insuficientă, rezultând expunerea stratului de cupru și creșterea riscului de oxidare și scurtcircuit în echipamentele semiconductoare.
4, Acoperire cu mască de lipit: un echilibru între stratul subțire și izolația ridicată
Stratul de mască de lipit al PCB-ului cu 12 straturi din echipamentele semiconductoare trebuie să îndeplinească atât cerințele de „acoperire subțire”, cât și de „izolare ridicată”, pentru a se adapta la spațiul de instalare compact și la mediul de lucru de înaltă-tensiune din interiorul echipamentului. Cu toate acestea, există o contradicție firească între aceste două cerințe în producție.
Precizia acoperirii straturilor subțiri este dificil de controlat. Stratul de mască de lipit este de obicei prelucrat prin serigrafie sau acoperire prin pulverizare, iar pentru denivelările subtile și depresiunile de pe suprafața PCB-ului cu 12 straturi, acoperirile subțiri sunt predispuse la „scurgeri” sau „grosimi inegale”. De exemplu, dacă controlul presiunii răzuitorului este necorespunzător în timpul serigrafiei, grosimea stratului de mască de lipit la pas poate fi mai mică decât valoarea standard. Cu toate acestea, un strat subțire de mască de lipit poate duce la o scădere a performanței izolației, iar transmisia semnalului de-înaltă tensiune în echipamentele semiconductoare este predispusă la defecțiuni, provocând defecțiuni ale echipamentului.
Izolarea ridicată impune cerințe stricte asupra materialului și procesului de întărire a rezistenței de lipit. În timpul funcționării echipamentelor semiconductoare, plăcile de circuite imprimate sunt expuse la temperaturi ridicate pentru o lungă perioadă de timp și pot intra în contact cu gaze corozive. Rezistul de lipit trebuie să aibă o rezistență excelentă la temperaturi ridicate și la coroziune. Cu toate acestea, sub acoperiri subțiri, distribuția agenților de întărire în rezistența de lipire este predispusă la neuniformități, ceea ce duce la o densitate insuficientă de reticulare-în unele zone după întărire, iar fisurarea este predispusă să apară în medii cu temperatură-înaltă, ceea ce duce la o scădere rapidă a performanței izolației în timp.
5, Controlul planeității: o constrângere cheie pentru asamblarea ulterioară și disiparea căldurii
PCB-ul cu 12 straturi al echipamentelor semiconductoare trebuie să aibă o planeitate extrem de ridicată, altfel va afecta aderența cu cipuri și radiatoare, ducând la o slabă disipare a căldurii sau la defecțiunea asamblarii. Cu toate acestea, structura multi-stratificată și procesul complex al plăcilor de circuite imprimate cu 12 straturi fac din controlul planeității o „problemă încăpățânată” în producție.
Pe de o parte, eliberarea tensiunii după comprimarea cu mai multe-straturi poate cauza deformarea plăcii. În timpul proceselor multiple de laminare pe un PCB cu 12 straturi, stresul intern al fiecărui strat de material se acumulează continuu. După răcire, stresul este eliberat, ceea ce poate determina cu ușurință îndoirea plăcii spre partea mai groasă a foliei de cupru. Mai ales când există o diferență semnificativă în grosimea locală a cuprului, deformarea poate depăși cu mult cerințele echipamentelor semiconductoare.
Pe de altă parte, tratamentul la temperatură înaltă-al proceselor ulterioare va agrava problema planeității. Procesele precum întărirea măștii de lipit trebuie efectuate la o anumită temperatură ridicată. La această temperatură, placa PCB va suferi din nou deformare termică. Dacă tensiunea nu este eliberată complet înainte, deformația se va suprapune în continuare. Pentru zonele din dispozitivele semiconductoare care necesită contact strâns cu radiatoarele, abaterile de planeitate pot duce la o suprafață de contact redusă, o eficiență scăzută de disipare a căldurii, o temperatură crescută de funcționare a cipului și o durată de viață scurtă a dispozitivului.
6, Testare și reparare: provocări de control al calității în structuri complexe
Procesul de fabricație a PCB cu 12 straturi pentru echipamente semiconductoare necesită o inspecție completă 100%, dar din cauza structurii complexe, unele defecte sunt greu de detectat, iar dificultatea reparației este extrem de mare, devenind o dificultate majoră în controlul calității.
În procesul de inspecție, defectele din stratul interior al PCB-ului cu 12 straturi sunt greu de detectat prin inspecția convențională a aspectului și necesită detectarea cu raze X-și scanare cu ultrasunete. Cu toate acestea, detectarea cu raze X-are o rată limitată de recunoaștere a defectelor mici și nu poate determina starea de legătură dintre peretele găurii și folia interioară de cupru; Deși scanarea cu ultrasunete poate detecta lipirea dintre straturi, rezoluția de scanare poate scădea din cauza grosimii a 12 straturi, care pot lipsi zonele locale de delipire. Aceste defecte nedetectate se vor extinde treptat în timpul-funcționării pe termen lung a echipamentelor semiconductoare, ducând în cele din urmă la defecțiuni ale circuitului.
Provocarea în procesul de reparare este și mai mare. Dacă în stratul interior se detectează un scurtcircuit sau o placare slabă cu micro-găuri, PCB-ul cu 12 straturi trebuie „reparat strat cu strat”, adică stratul de izolație și folia de cupru sunt dezlipite strat cu strat, defectele sunt reparate și apoi presate din nou. Cu toate acestea, în timpul procesului de stratificare, temperaturile ridicate și reactivii chimici pot deteriora cu ușurință straturile intacte din jur, rezultând o rată de succes mai mică a reparațiilor. Chiar dacă reparația are succes, pot apărea noi concentrații de stres în zona reprimată. În mediul de vibrații al echipamentelor semiconductoare, fisurile sunt predispuse să apară la locul reparației, devenind un nou pericol potențial de defecțiune.