Στον εξοπλισμό ημιαγωγών, οι πλακέτες PCB 12 επιπέδων διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη σύνδεση των τσιπ πυρήνα, στη μετάδοση σημάτων υψηλής-συχνότητας και υψηλών ρευμάτων. Η διαδικασία κατασκευής του απαιτεί εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας, σταθερότητας και αξιοπιστίας. Σε σύγκριση με τις συνηθισμένες πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων πολλαπλών-στρώσεων, οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων 12 επιπέδων έχουν πιο περίπλοκη δομή, περισσότερα βήματα διαδικασίας και πρέπει να προσαρμοστούν στα αυστηρά πρότυπα του εξοπλισμού ημιαγωγών για ακεραιότητα σήματος και απαγωγή θερμότητας. Επομένως, υπάρχουν πολλές βασικές δυσκολίες στη διαδικασία παραγωγής. Ξεκινώντας από τα βασικά βήματα της διαδικασίας, θα αναλύσουμε τις προκλήσεις κατασκευής των πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων 12 επιπέδων σε σενάρια εφαρμογής εξοπλισμού ημιαγωγών.
1, Πολυστρωματική διαδικασία: η πρόκληση της "ακριβούς συγκόλλησης" σε δομές πολλαπλών-στρώσεων
Η επίστρωση είναι η βασική διαδικασία της κατασκευής PCB 12 στρώσεων, η οποία απαιτεί την ενσωμάτωση 12 στρώσεων υποστρώματος, φύλλου χαλκού και μονωτικού στρώματος σε ένα σύνολο μέσω υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής τάσης. Η δυσκολία έγκειται στην ακρίβεια ευθυγράμμισης και στην ομοιομορφία του πάχους μεταξύ των στρωμάτων, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για τη μετάδοση σήματος σε εξοπλισμό ημιαγωγών.
Από την άποψη της ευθυγράμμισης μεταξύ των επιπέδων, ένα PCB 12 επιπέδων πρέπει να πατηθεί πολλές φορές και κάθε πάτημα πρέπει να διασφαλίζει ότι το σφάλμα ευθυγράμμισης των γραφικών κάθε στρώματος ελέγχεται σε πολύ μικρό εύρος. Ωστόσο, στην πραγματική κατασκευή, το υπόστρωμα είναι επιρρεπές σε θερμική παραμόρφωση σε υψηλές θερμοκρασίες και μπορεί να υπάρχουν μικρές αποκλίσεις στην επιπεδότητα του φύλλου μετά από κάθε πλαστικοποίηση. Όταν στοιβάζονται σε 12 επίπεδα, το συνολικό σφάλμα ευθυγράμμισης μπορεί να υπερβαίνει την κρίσιμη τιμή. Όταν η ακρίβεια ευθυγράμμισης δεν πληροί το πρότυπο, η απώλεια μετάδοσης σημάτων υψηλής-συχνότητας στον εξοπλισμό ημιαγωγών θα αυξηθεί σημαντικά και μπορεί να προκύψει ακόμη και αλληλεπιδράσεις σήματος, επηρεάζοντας την κανονική λειτουργία του εξοπλισμού.
Η ομοιομορφία του πάχους είναι εξίσου προκλητική. Το PCB 12 στρώσεων χρειάζεται να ελέγχει το συνολικό πάχος και το εύρος απόκλισης του πάχους κάθε στρώσης. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συμπίεσης, η ανομοιόμορφη κατανομή της πίεσης και οι διαφορές στους ρυθμούς συρρίκνωσης μεταξύ του υποστρώματος και του στρώματος μόνωσης μπορεί να οδηγήσουν σε προβλήματα όπως "παχύ στη μέση, λεπτή στα άκρα" ή τοπικές προεξοχές στην τελική σανίδα. Για περιοχές σε εξοπλισμό ημιαγωγών που απαιτούν την εγκατάσταση συνδέσμων ακριβείας, η υπερβολική απόκλιση πάχους μπορεί να οδηγήσει σε κακή επαφή του συνδετήρα και να αυξήσει τον κίνδυνο αστοχίας του εξοπλισμού.
2, επεξεργασία μικρο οπών: διπλές προκλήσεις μικρού μεγέθους πόρων και αναλογίας διαστάσεων
Το PCB 12 στρώσεων του εξοπλισμού ημιαγωγών απαιτεί μεγάλο αριθμό μικροπόρων για την επίτευξη συνδέσεων κυκλώματος ενδιάμεσου στρώματος. Αυτοί οι μικροπόροι δεν είναι μόνο μικροί σε μέγεθος, αλλά πρέπει επίσης να διεισδύσουν σε 12 στρώματα υποστρώματος, με αναλογία βάθους προς διάμετρο που υπερβαίνει κατά πολύ αυτόν των συνηθισμένων πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων πολλαπλών-στρώσεων, αυξάνοντας σημαντικά τη δυσκολία κατασκευής.
Πρώτον, υπάρχει το θέμα της ακρίβειας διάτρησης. Λόγω του εξαιρετικά μικρού διαφράγματος, το τρυπάνι είναι επιρρεπές σε "δόνηση" κατά την περιστροφή υψηλής-ταχύτητας, με αποτέλεσμα την απόκλιση του ανοίγματος και ακόμη και γρατσουνιές στο τοίχωμα της οπής. Ταυτόχρονα, οι διαφορές υλικού του υποστρώματος των 12 στρώσεων θα επιταχύνουν τον ρυθμό φθοράς του τρυπανιού. Εάν δεν αντικατασταθεί εγκαίρως, η ακρίβεια του μεγέθους των πόρων των επόμενων μικροπόρων θα συνεχίσει να μειώνεται. Για συσκευές ημιαγωγών, η απόκλιση του μεγέθους των μικροπόρων μπορεί να οδηγήσει σε ανομοιόμορφο πάχος του στρώματος χαλκού μέσα στις επιμεταλλωμένες οπές, να εντείνει την τοπική θέρμανση κατά τη μετάδοση ρεύματος και να επηρεάσει την απόδοση απαγωγής θερμότητας της συσκευής.
Η βαθύτερη πρόκληση έγκειται στην ποιότητα του τοιχώματος των πόρων. Οι μικροπόροι ενός PCB 12 στρωμάτων πρέπει να περάσουν από μια διαδικασία "διάτρησης και ηλεκτρολυτικής διάτρησης", κατά την οποία η διαδικασία αφαίρεσης διάτρησης απαιτεί την απομάκρυνση των υπολειμμάτων ρητίνης από το τοίχωμα της οπής. Ωστόσο, το στενό μέγεθος πόρων των μικροπόρων καθιστά δύσκολη την πλήρη διείσδυση του διαλύματος καθαρισμού. Εάν η διάτρηση δεν είναι επιμελής, το στρώμα χαλκού δεν μπορεί να συνδεθεί σφιχτά με το τοίχωμα της οπής κατά την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση και μπορεί να συμβεί "ξεφλούδισμα τοιχώματος οπής" κατά τη μεταγενέστερη χρήση, προκαλώντας θραύση του κυκλώματος. Επιπλέον, η υπερβολική αναλογία διαστάσεων καθιστά δύσκολη την ομοιόμορφη κατανομή του ρεύματος στο κάτω μέρος της οπής κατά την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση και το πάχος του στρώματος χαλκού στο κάτω μέρος της οπής είναι ανεπαρκές. Σε σενάρια υψηλού ρεύματος συσκευών ημιαγωγών, το στρώμα χαλκού στο κάτω μέρος της οπής είναι επιρρεπές σε υπερθέρμανση και καύση.
3, Έλεγχος πάχους χαλκού: η αντίφαση μεταξύ της παγκόσμιας ομοιομορφίας και της τοπικής πάχυνσης
Η απαίτηση για πάχος χαλκού στα 12 στρώματα PCB του εξοπλισμού ημιαγωγών έχει μια "δυαδικότητα": αφενός, το παγκόσμιο πάχος χαλκού πρέπει να είναι ομοιόμορφο για να εξασφαλίζεται σταθερή μετάδοση σήματος. Από την άλλη πλευρά, ορισμένες περιοχές απαιτούν τοπική πάχυνση του πάχους χαλκού για να ενισχυθεί η απαγωγή θερμότητας και η ικανότητα μεταφοράς ρεύματος, η οποία μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε συγκρούσεις στην κατασκευή.
Η δυσκολία στην επίτευξη παγκόσμιας ομοιομορφίας πάχους χαλκού έγκειται στη διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης. Η περιοχή ενός PCB 12 στρώσεων είναι συνήθως μεγάλη και η κατανομή του ρεύματος στη δεξαμενή επιμετάλλωσης επηρεάζεται εύκολα από το σχήμα της σανίδας και τη θέση του κρεμαστού εξαρτήματος, με αποτέλεσμα να υπάρχουν διαφορές στο πάχος του χαλκού μεταξύ των άκρων και του κέντρου της σανίδας. Επιπλέον, οι μικροοπές και οι τυφλές οπές στα 12 στρώματα PCB θα «εκτρέψουν» το ρεύμα, με αποτέλεσμα το πάχος του χαλκού της επιφάνειας κοντά στις οπές να είναι λεπτότερο από άλλες περιοχές. Εάν η συνολική απόκλιση του πάχους του χαλκού είναι πολύ μεγάλη, η ταχύτητα μετάδοσης του σήματος των διαφορετικών διαδρομών στον εξοπλισμό ημιαγωγών θα διαφέρει, με αποτέλεσμα να καθυστερεί ο συγχρονισμός των δεδομένων και να επηρεάζεται η απόδοση επεξεργασίας του εξοπλισμού.
Η τοπική πάχυνση του πάχους του χαλκού ενέχει κίνδυνο «υπερβολικής ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης». Για να επιτευχθεί τοπική πάχυνση του πάχους του χαλκού, χρειάζεται να πραγματοποιηθεί δευτερεύουσα επιμετάλλωση στην αντίστοιχη περιοχή. Ωστόσο, κατά τη δευτερεύουσα επιμετάλλωση, το ρεύμα είναι επιρρεπές να διαχέεται στις γύρω περιοχές, προκαλώντας το πάχος του χαλκού στις μη στοχευόμενες περιοχές να υπερβαίνει το πρότυπο. Ταυτόχρονα, η μετάβαση μεταξύ της τοπικά παχύρρευστης περιοχής και της γύρω περιοχής συμβατικού χάλκινου πάχους είναι επιρρεπής σε «βήματα». Κατά την επακόλουθη επίστρωση του στρώματος της μάσκας συγκόλλησης, δημιουργούνται εύκολα φυσαλίδες ή ανεπαρκές πάχος στα σκαλοπάτια, με αποτέλεσμα την έκθεση του στρώματος χαλκού και αυξάνοντας τον κίνδυνο οξείδωσης και βραχυκυκλώματος σε εξοπλισμό ημιαγωγών.
4, Επικάλυψη μάσκας συγκόλλησης: μια ισορροπία μεταξύ λεπτής επίστρωσης και υψηλής μόνωσης
Το στρώμα μάσκας συγκόλλησης του PCB 12 στρώσεων σε εξοπλισμό ημιαγωγών πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις "λεπτής επίστρωσης" και "υψηλής μόνωσης" για να προσαρμοστεί στον συμπαγή χώρο εγκατάστασης και στο περιβάλλον εργασίας υψηλής{1}τάσης εντός του εξοπλισμού. Ωστόσο, υπάρχει μια φυσική αντίφαση μεταξύ αυτών των δύο απαιτήσεων στην κατασκευή.
Η ακρίβεια επίστρωσης των λεπτών επιστρώσεων είναι δύσκολο να ελεγχθεί. Το στρώμα μάσκας συγκόλλησης συνήθως επεξεργάζεται με μεταξοτυπία ή επικάλυψη με ψεκασμό και για τις ανεπαίσθητες εξογκώματα και κοιλότητες στην επιφάνεια των 12 στρώσεων PCB, οι λεπτές επικαλύψεις είναι επιρρεπείς σε "διαρροή" ή "ανομοιόμορφο πάχος". Για παράδειγμα, εάν ο έλεγχος πίεσης του ξύστρα είναι ακατάλληλος κατά τη μεταξοτυπία, το πάχος του στρώματος της μάσκας συγκόλλησης στο βήμα μπορεί να είναι χαμηλότερο από την τυπική τιμή. Ωστόσο, ένα λεπτό στρώμα μάσκας συγκόλλησης μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της απόδοσης της μόνωσης και η μετάδοση σήματος υψηλής τάσης σε εξοπλισμό ημιαγωγών είναι επιρρεπής σε βλάβη, προκαλώντας αστοχία του εξοπλισμού.
Η υψηλή μόνωση επιβάλλει αυστηρές απαιτήσεις στο υλικό και τη διαδικασία ωρίμανσης της αντίστασης συγκόλλησης. Κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού ημιαγωγών, οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες για μεγάλο χρονικό διάστημα και ενδέχεται να έρθουν σε επαφή με διαβρωτικά αέρια. Η αντίσταση συγκόλλησης πρέπει να έχει εξαιρετική αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες και στη διάβρωση. Ωστόσο, κάτω από λεπτές επιστρώσεις, η κατανομή των σκληρυντικών παραγόντων στην αντίσταση συγκόλλησης είναι επιρρεπής σε ανομοιομορφία, με αποτέλεσμα ανεπαρκή πυκνότητα διασταυρούμενης-σύνδεσης σε ορισμένες περιοχές μετά τη σκλήρυνση και ρωγμές είναι επιρρεπείς σε περιβάλλοντα υψηλής{4} θερμοκρασίας, οδηγώντας σε ταχεία μείωση της απόδοσης της μόνωσης με την πάροδο του χρόνου.
5, Έλεγχος επιπεδότητας: βασικός περιορισμός για μεταγενέστερη συναρμολόγηση και απαγωγή θερμότητας
Τα PCB 12 στρώσεων του εξοπλισμού ημιαγωγών πρέπει να έχουν εξαιρετικά υψηλή επιπεδότητα, διαφορετικά θα επηρεάσει την πρόσφυση με τα τσιπ και τις ψύκτρες, οδηγώντας σε κακή απαγωγή θερμότητας ή αστοχία συναρμολόγησης. Ωστόσο, η πολυεπίπεδη δομή και η πολύπλοκη διαδικασία των πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων 12 επιπέδων καθιστούν τον έλεγχο επιπεδότητας ένα "επίμονο πρόβλημα" στην κατασκευή.
Από τη μία πλευρά, η απελευθέρωση τάσεων μετά από συμπίεση πολλαπλών{0}}στρώσεων μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση της πλακέτας. Κατά τη διάρκεια πολλαπλών διεργασιών πλαστικοποίησης σε ένα PCB 12 στρώσεων, η εσωτερική τάση κάθε υλικού στρώματος συσσωρεύεται συνεχώς. Μετά την ψύξη, η πίεση απελευθερώνεται, η οποία μπορεί εύκολα να προκαλέσει την κάμψη της σανίδας προς την παχύτερη πλευρά του φύλλου χαλκού. Ειδικά όταν υπάρχει σημαντική διαφορά στο τοπικό πάχος του χαλκού, η παραμόρφωση μπορεί να υπερβαίνει κατά πολύ τις απαιτήσεις του εξοπλισμού ημιαγωγών.
Από την άλλη πλευρά, η επεξεργασία σε υψηλές-θερμοκρασίες των επόμενων διεργασιών θα επιδεινώσει το ζήτημα της επιπεδότητας. Οι διαδικασίες όπως η σκλήρυνση της μάσκας συγκόλλησης πρέπει να εκτελούνται σε μια ορισμένη υψηλή θερμοκρασία. Σε αυτή τη θερμοκρασία, η πλακέτα PCB θα υποστεί ξανά θερμική παραμόρφωση. Εάν η τάση δεν εκτονωθεί πλήρως πριν, η παραμόρφωση θα επικαλύπτεται περαιτέρω. Για περιοχές σε συσκευές ημιαγωγών που απαιτούν στενή επαφή με ψύκτρες, οι αποκλίσεις της επιπεδότητας μπορεί να οδηγήσουν σε μειωμένη επιφάνεια επαφής, μειωμένη απόδοση απαγωγής θερμότητας, αυξημένη θερμοκρασία λειτουργίας τσιπ και μείωση της διάρκειας ζωής της συσκευής.
6, Δοκιμές και επισκευές: Προκλήσεις ποιοτικού ελέγχου σε σύνθετες κατασκευές
Η διαδικασία κατασκευής PCB 12 στρώσεων για εξοπλισμό ημιαγωγών απαιτεί 100% πλήρη επιθεώρηση, αλλά λόγω της πολύπλοκης δομής, ορισμένα ελαττώματα είναι δύσκολο να εντοπιστούν και η δυσκολία επισκευής είναι εξαιρετικά υψηλή, καθιστώντας μια σημαντική δυσκολία στον ποιοτικό έλεγχο.
Στη διαδικασία επιθεώρησης, τα ελαττώματα στο εσωτερικό στρώμα των 12 επιπέδων PCB είναι δύσκολο να εντοπιστούν μέσω συμβατικής επιθεώρησης εμφάνισης και απαιτούν ανίχνευση ακτίνων Χ-και σάρωση υπερήχων. Ωστόσο, η ανίχνευση ακτίνων Χ έχει περιορισμένο ρυθμό αναγνώρισης για μικρά ελαττώματα και δεν μπορεί να προσδιορίσει την κατάσταση συγκόλλησης μεταξύ του τοιχώματος της οπής και του εσωτερικού φύλλου χαλκού. Αν και η σάρωση με υπερήχους μπορεί να ανιχνεύσει τη συγκόλληση μεταξύ των στρωμάτων, η ανάλυση σάρωσης μπορεί να μειωθεί λόγω του πάχους 12 στρωμάτων, τα οποία μπορεί να χάνουν τις τοπικές περιοχές αποκόλλησης. Αυτά τα μη εντοπισμένα ελαττώματα θα επεκταθούν σταδιακά κατά τη διάρκεια-μακροχρόνιας λειτουργίας του εξοπλισμού ημιαγωγών, οδηγώντας τελικά σε αστοχίες του κυκλώματος.
Η πρόκληση στη διαδικασία επισκευής είναι ακόμη μεγαλύτερη. Εάν εντοπιστεί βραχυκύκλωμα ή κακή επιμετάλλωση μικροοπών στην εσωτερική στρώση, το PCB 12 στρώσεων πρέπει να "επισκευαστεί στρώμα-στρώμα", δηλαδή, το στρώμα μόνωσης και το φύλλο χαλκού ξεφλουδίζονται στρώμα-στρώμα, τα ελαττώματα επισκευάζονται και στη συνέχεια πιέζονται ξανά. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία στρώσης, οι υψηλές θερμοκρασίες και τα χημικά αντιδραστήρια μπορούν εύκολα να βλάψουν τα γύρω άθικτα στρώματα, με αποτέλεσμα χαμηλότερο ποσοστό επιτυχίας των επισκευών. Ακόμα κι αν η επισκευή είναι επιτυχής, μπορεί να εξακολουθήσουν να εμφανίζονται νέες συγκεντρώσεις τάσεων στην πιεσμένη περιοχή. Στο περιβάλλον δόνησης του εξοπλισμού ημιαγωγών, οι ρωγμές είναι επιρρεπείς στο να εμφανιστούν ρωγμές στο χώρο επισκευής, γεγονός που καθίσταται ένας νέος πιθανός κίνδυνος σφάλματος.