Vícevrstvé desky plošných spojů se svou více{0}}vrstvou vodivou strukturou a stabilním elektrickým výkonem jsou široce používány ve špičkových -oborech, jako jsou komunikace, servery a průmyslové řídicí. 8-vrstvy a 12{4}}vrstvé desky plošných spojů, s komplexními postupy zpracování a extrémně vysokými požadavky na přesnost zařízení, procesní parametry a prostředí. Zatímco jejich celkový procesní rámec je podobný, existují významné rozdíly v klíčových aspektech, jako je stohování, doba laminace, přesnost vyrovnání, vrtání a galvanické pokovování, a to kvůli rostoucímu počtu vrstev. Následující část na základě praktických zkušeností z výroby nastiňuje kompletní postup zpracování a klíčové technologické body pro oba typy vícevrstvých DPS.
1. Před-zpracování materiálů a plánování stohování
Předběžné zpracování materiálu-je zásadní pro zajištění stability desky. 8-vrstvé i 12{7}}vrstvé desky plošných spojů používají jako materiály jádra měděné-laminátové desky (CCL), prepreg (PP listy) a měděnou fólii, liší se pouze metodou stohování. Po příchodu surovin je prvním krokem řezání. Celá role CCL je nařezána na jádrové desky standardní{12}}velikosti podle výrobních specifikací. Řezné hrany musí být hladké a bez otřepů,{13}}aby se předešlo problémům s delaminací při následných procesech. Poté se desky zapečou, aby se odstranila vlhkost. Vysoce-vrstvé vícevrstvé desky snadno absorbují vlhkost; vysokoteplotní pečení tuto vlhkost zcela odstraní a zabrání defektům, jako jsou bubliny a delaminace po laminaci. Pro vrstvené vrstvení 8vrstvé PCB obvykle používají symetrický vzor vrstvení 2+4+2 nebo 4+4, rozdělený do dvou nebo tří modulů. Pro celkové spojení jsou potřeba pouze dvě kompletní laminace. Symetrická struktura účinně kompenzuje tepelné namáhání a snižuje pravděpodobnost deformace desky{20}}PCB s ještě více vrstvami, čímž se zdvojnásobí počet vnitřních vodivých a izolačních vrstev. Běžně se používá 4+4+4 třísegmentová stohovací struktura, která vyžaduje tři nezávislé operace laminace. Každý segment stohu musí nezávisle dokončit procesy výroby vnitřní vrstvy, zhnědnutí a předběžného stohování. Čím více vrstev, tím vyšší je složitost vrstvení mezivrstvy a tím větší je riziko kumulativní odchylky, což zpřísňuje kontrolu sekvence vrstvení. Prepreg slouží jako mezivrstvová izolace a spojovací materiál. Pro oba typy desek jsou zvoleny vhodné specifikace na základě tloušťky izolace a požadavků na impedanci a stohování přísně dodržuje pravidlo střídavého uspořádání nosné desky a prepregu.
2. Proces výroby obvodu vnitřní vrstvy
Vnitřní vrstvy jsou nosnými jádry pro přenos signálu ve vícevrstvých deskách plošných spojů. Výrobní proces pro vnitřní vrstvy 8vrstvých a 12vrstvých DPS je stejný, včetně povrchové úpravy desek, přenosu vzoru, leptání, odstraňování filmu, kontroly a hnědnutí. 12-vrstvých DPS, vzhledem k většímu počtu vnitřních vrstev mají vyšší požadavky na konzistenci dávkového zpracování.
Čištění a zdrsňování povrchu desek
Po nařezání se jádrová deska nejprve dostane na čisticí výrobní linku, kde chemické roztoky a mytí vysokotlakou vodou-odstraňují olej, prach a oxidové vrstvy z povrchu desky. Následně je měděný povrch podroben mikro-zdrsnění, aby se zlepšila přilnavost mezi fotocitlivým filmem a měděným povrchem, čímž se zabránilo oddělení filmu a defektům obvodu během přenosu vzoru. Celý proces čištění je dokončen v čisté místnosti a částice ve vzduchu jsou přísně kontrolovány, aby se zabránilo ulpívání nečistot na povrchu desky.
Přenos vzoru a leptání
Po vyčištění se fotocitlivý suchý film rovnoměrně nanese na jádrovou desku. Replikace vzoru je dokončena pomocí laserového přímého zobrazovacího zařízení. Tato metoda nabízí vysokou přesnost vyrovnání a může splnit požadavky na zpracování jemných obvodů. Po zobrazení se vyvíjecí roztok použije k rozpuštění suchého filmu v neexponovaných oblastech, čímž se obnaží oblasti měděné fólie, které mají být vyleptány. Dále začíná proces leptání pomocí speciálního leptacího roztoku k odstranění přebytečné odkryté měděné fólie, přičemž zůstanou pouze kompletní vodivé linie vnitřní vrstvy. Během zpracování jsou teplota roztoku a tlak stříkání monitorovány v reálném čase a množství bočního leptání je přísně kontrolováno, aby byly zajištěny čisté okraje. Po leptání se použije stripovací roztok k odstranění zbývajícího suchého filmu z povrchu desky, čímž se obnaží čáry z čisté mědi.
Kontrola vnitřní vrstvy a úprava zhnědnutí Všechny základní desky s vnitřní vrstvou procházejí automatizovanou optickou kontrolou, aby se rychle identifikovaly defekty, jako jsou přerušené obvody, zkraty a mezery. Vadné desky jsou přímo tříděny a přepracovány. Kvalifikované jádrové desky vstupují do procesu hnědnutí, což je zásadní krok před vícevrstvou laminací desek. Prostřednictvím chemického ošetření se na povrchu měděného obvodu vytvoří stejnoměrná drsná oxidová vrstva, která výrazně zlepšuje pevnost spojení mezi měděným povrchem a prepregem a zabraňuje delaminaci mezivrstvy. U 12vrstvých desek plošných spojů s více než 8 vnitřními vrstvami musí být parametry zhnědnutí rovnoměrně kalibrovány, aby se zajistily konzistentní účinky zdrsnění na každé jádrové desce vnitřní vrstvy.
3. Základní proces vrstvené laminace
Laminace je základním procesem při výrobě vícevrstvých desek plošných spojů a významným rozdílem mezi procesy 8vrstvých a 12vrstvých desek plošných spojů. Zvýšení počtu vrstev vede ke komplexní modernizaci počtu laminací, přesnosti vyrovnání, profilů regulace teploty a tlakových parametrů, které přímo určují celkovou strukturální pevnost a výtěžnost desky.
1). Před-stohování a umístění Podle před-nastavené struktury stohu jsou hnědá vnitřní jádrová deska, prepreg a vnější měděná fólie naskládány postupně. 8-vrstvy DPS kvůli menšímu počtu laminací většinou používají mechanické kolíky pro umístění, což umožňuje řídit posun mezi vrstvami v rozumném rozsahu, zvyšuje se riziko, že výrazně se zvyšující odchylky mezi vrstvami DPS podstupují tři vrstvené laminace. Stohování středních-segmentů a celkové stohování vyžadují laserový polohovací systém, jehož přesnost polohování daleko převyšuje tradiční mechanické polohování a zajišťuje přesné zarovnání desítek vrstev. Dočasné nýtování se provádí po stohování, aby se zabránilo nesouososti vrstev během přepravy.
2). Vakuové vytvrzování za tepla Naskládané desky jsou odeslány do vakuového laminátoru. Vakuové prostředí zcela odstraňuje mezivrstvový vzduch a zabraňuje tvorbě bublin. Oba typy desek využívají segmentovaný ohřev a gradientní tlakování. Za prvé, nízkoteplotní předlisování- umožňuje předimpregnovanému laminátu nejprve se roztavit a roztéct, čímž se vyplní malé mezery mezi vrstvami. Poté se teplota a tlak zvýší pro hlavní natlakování, což umožní prepregu plně impregnovat povrch jádrové desky. Nakonec se provádí vytvrzování při konstantní teplotě, úplné vytvrzení pryskyřice a spojení všech vrstev do jednotné struktury. Teplotní a tlakové parametry pro dvě laminace 8-vrstvé desky plošných spojů jsou relativně široké, což má za následek vyšší toleranci procesních chyb. U 12vrstvé desky plošných spojů vyžaduje každá segmentovaná laminace samostatně nastavenou křivku regulace teploty. Několik lisů za tepla nepřetržitě akumuluje tepelné namáhání, proto rychlost ohřevu a ochlazování, doby výdrže a úrovně tlaku vyžadují přesné řízení. Doba zdržení pro každou laminaci je delší, aby bylo zajištěno současné vytvrzení více vrstev pryskyřice, což zabraňuje deformaci desky a nerovnoměrnému vnitřnímu pnutí. Po každém kole laminace se desky nechají přirozeně vychladnout na pokojovou teplotu, než začne další kolo laminace a lisování, dokud se všechny vrstvy nespojí.
4. Proces vrtání a pokovování otvorů
Po laminaci celá deska vstupuje do procesu vrtání. Otvory jsou klíčovými kanály pro mezivrstvovou vodivost. Rozdíly v tloušťce desky a počtu vrstev mají za následek výrazné rozdíly v parametrech vrtání, obtížnosti zpracování a galvanizačních procesech mezi 8vrstvými a 12vrstvými PCB.
Mechanické vrtání Vysoce-vícevrstvé desky plošných spojů používají k mechanickému vrtání vrtáky z tvrdokovu s odpovídajícími specifikacemi vrtáků, které odpovídají různým požadavkům na průměr otvorů. 8-vrstvé desky plošných spojů mají tenčí desku a menší hloubku vrtání; parametry rychlosti vrtání a rychlosti posuvu se nastavují konvenčně a přesnost polohy otvoru se snadno ovládá. 12-vrstvy DPS mají větší celkovou tloušťku a větší hloubku vrtání; proto je potřeba snížit rychlost posuvu vrtáku, optimalizovat rychlost a zvýšit četnost odstraňování třísek, aby se zabránilo vysokoteplotnímu opotřebení vrtáku, otřepům na stěnách otvoru a nesouososti pozice otvoru. Po vyvrtání se všechny otvory zbaví otřepů a provede se odstranění vodního kamene, aby se odstranily zbytky pryskyřice a měděné hobliny, čímž se zajistí hladké a čisté stěny otvoru.
Pokovování otvorů a galvanické pokovování Po vrtání se deskový materiál nejprve podrobí chemickému pomědění, nanesením tenké vrstvy mědi na stěny izolačních otvorů, aby se vytvořila základní vodivá vrstva a dosáhlo se počáteční vodivosti ve stěnách otvoru. Následuje proces galvanického pokovování celé desky, kde elektrolýza zahušťuje měděnou vrstvu na stěnách otvorů a měděnou vrstvu na povrchu desky, čímž je zajištěna stabilita mezivrstvové vodivosti. U 8-vrstvých desek plošných spojů stačí konvenční stejnosměrné galvanické pokovování, aby byly splněny požadavky na tloušťku mědi v otvoru. U 12-vrstvých desek plošných spojů s více vrstvami a delšími spojeními vodivých vrstev vyžaduje nerovnoměrná distribuce proudu v některých hustě uložených oblastech děr segmentované galvanické pokovování nebo pulzní galvanické pokovování, aby byla zajištěna rovnoměrná tloušťka měděné vrstvy na stěnách díry a aby se zabránilo poruchám vodivosti způsobeným příliš tenkými vrstvami mědi v určitých oblastech. U některých 12vrstvých desek s vysokou hustotou může být použit proces galvanického pokovování, aby se přizpůsobily složité struktury otvorů. Po galvanizaci se zkontroluje tloušťka a vodivost mědi v otvoru a desky s poškozenými vrstvami mědi na stěnách otvoru se vyřadí.
5. Proces výroby obvodu vnější vrstvy
Po vyvrtání a pokovení celé desky je vyroben obvod vnější vrstvy. Tento proces je do značné míry stejný jako obvody vnitřní vrstvy, ale protože deska je již vytvořena, jsou normy kontroly přísnější. Nejprve se povrch desky důkladně očistí a zdrsní, aby se odstranily zbytky galvanického pokovování. Poté se nanese fotosenzitivní suchý film. Prostřednictvím řady procesů včetně laserového zobrazování, vyvolávání, leptání a odstraňování filmu se vytváří vnější vodivý obvod. Ve srovnání s vnitřní vrstvou je obvod vnější vrstvy přímo vystaven vnějšímu prostředí. Po leptání jsou okraje a šířka čáry pečlivě zkontrolovány, aby bylo zajištěno, že vzhled a výkon splňují normy. Po dokončení procesu se optické kontrolní zařízení použije pro úplnou kontrolu, aby se zkontrolovaly případné vady vzhledu v obvodech vnější vrstvy.
6. Pájecí maska, povrchová úprava a tvarové zpracování
Potah pájecí masky Poté, co obvod vnější vrstvy projde kontrolou, inkoust pájecí masky se nanese na celý povrch desky. Po předběžném-vypálení, expozici, vyvolání a vytvrzení se odkryjí pouze vodivé oblasti, zatímco zbytek povrchu desky je pokryt vrstvou pájecí masky. Vrstva pájecí masky izoluje vnější vlhkost a prach, zabraňuje oxidaci obvodu a zkratům a zároveň zlepšuje izolační výkon desky. Proces pro 8vrstvé a 12vrstvé desky plošných spojů je v tomto kroku v podstatě stejný, jediným rozdílem je volba pájecího inkoustu na základě scénáře aplikace.
Povrchová úprava Vhodná metoda povrchové úpravy se volí podle aplikačního scénáře. Mezi běžné procesy patří chemické niklování-zlacení, organická pájecí vrstva a vyrovnávání horkým vzduchem. Hlavní funkcí tohoto procesu je chránit exponované vodivé oblasti, zlepšit odolnost proti oxidaci a výkon připojení. Tyto dva typy vícevrstvých desek lze flexibilně sladit s procesem podle požadavků koncového-uživatele.
Tvarové opracování Pomocí CNC frézek nebo vysekávání je deskový materiál opracován do požadovaného tvaru a rozměrů zákazníkem a přebytečné hrany jsou ořezány. Po opracování se hrany desky brousí, aby byly hrany rovné a hladké, bez ostrých hran, delaminace, odštípnutí nebo jiných problémů.
7. Závěrečná kontrola a třídění hotových výrobků
Komplexní kontrola se provádí ve fázi hotového výrobku a je rozdělena do tří hlavních částí: kontrola vzhledu, kontrola rozměrů a kontrola elektrické kontinuity. Vizuální kontrola se opírá o kombinaci ruční práce a optického vybavení pro kontrolu poškození, skvrn a barevných rozdílů v inkoustu, obvodech a otvorech na povrchu desky. Rozměrová kontrola využívá přesné přístroje k ověření tloušťky desky, celkových rozměrů a souřadnic otvorů, čímž zajišťuje, že všechny parametry splňují normy. Elektrická inspekce využívá specializované zařízení k testování kontinuity mezivrstvy a izolačního výkonu bod-po{4}}bodu a identifikuje skryté přerušené obvody a zkraty. Po absolvování všech kontrol jsou 8-vrstvé a 12vrstvé vícevrstvé desky plošných spojů před uskladněním vyčištěny, izolovány proti vlhkosti a zabaleny. Vadné produkty jsou kategorizovány a evidovány podle typu závady, což poskytuje datovou podporu pro následnou optimalizaci procesu.
Zpracování 8-vrstvých a 12-vrstvých vícevrstvých PCB je vysoce sofistikovaný systém vzájemně propojených procesů. Zatímco jejich základní logika zpracování je podobná, hlavní rozdíly spočívají ve čtyřech klíčových oblastech: stohování vrstev, počet laminací, přesnost vyrovnání a vrtání/pokovování. 12-vrstvá PCB s dvojnásobným počtem vrstev představuje výrazně vyšší složitost, obtížnost zpracování a standardy přesnosti, což klade mnohem vyšší nároky na výrobní zařízení, úpravy procesních parametrů a dílenskou kontrolu prostředí než 8vrstvé PCB. Při skutečné výrobě dolaďování parametrů a kontrola detailů v každém procesu přímo ovlivňuje výtěžnost a stabilitu hotového produktu. Pouze striktním dodržováním specifikací pro zpracování vícevrstvých desek a optimalizací odpovídajících procesních řešení pro různé vrstvy desek můžeme vyrábět vysoce vícevrstvé produkty PCB se stabilním výkonem a splňující standardy kvality, čímž uspokojíme aplikační potřeby různých špičkových elektronických zařízení.