У напівпровідниковому обладнанні 12-шарові друковані плати відіграють вирішальну роль у з’єднанні мікросхем ядра, передачі високо-частотних сигналів і високих струмів. Його виробничий процес вимагає надзвичайно високих вимог до точності, стабільності та надійності. Порівняно зі звичайними багато{4}}шаровими друкованими платами, 12-шарові друковані плати мають складнішу структуру, більше етапів процесу та потребують адаптації до суворих стандартів напівпровідникового обладнання щодо цілісності сигналу та розсіювання тепла. Тому в процесі виробництва виникає кілька основних труднощів. Починаючи з ключових етапів процесу, ми розберемо проблеми виробництва 12-шарових друкованих плат у сценаріях застосування напівпровідникового обладнання.
1, Процес ламінування: проблема «точного з’єднання» в багато-шарових структурах
Нанесення шарів є основним процесом виробництва 12-шарових друкованих плат, який вимагає інтеграції 12-ти шарів підкладки, мідної фольги та шару ізоляції в одне ціле за допомогою високої температури та високої напруги. Складність полягає в точності вирівнювання та рівномірності товщини між шарами, які є вирішальними для передачі сигналу в напівпровідниковій апаратурі.
З точки зору міжшарового вирівнювання, 12-шарову друковану плату потрібно натискати кілька разів, і кожне натискання має гарантувати, що помилка вирівнювання графіки кожного шару контролюється в дуже малому діапазоні. Однак під час фактичного виробництва підкладка схильна до термічної деформації при високих температурах, і після кожного ламінування можуть спостерігатися незначні відхилення в площинності листа. При укладанні на 12 шарів загальна помилка вирівнювання може перевищити критичне значення. Якщо точність вирівнювання не відповідає стандарту, втрати високочастотних-сигналів у напівпровідниковому обладнанні значно збільшаться, і навіть можуть виникнути перехресні перешкоди сигналу, що вплине на нормальну роботу обладнання.
Рівномірність товщини так само складна. 12-шарова друкована плата повинна контролювати загальну товщину та діапазон відхилень товщини кожного шару. Однак під час процесу стиснення нерівномірний розподіл тиску та різниця у швидкості усадки між підкладкою та ізоляційним шаром може призвести до таких проблем, як «товста посередині, тонка по краях» або локальні виступи в кінцевій плиті. Для областей напівпровідникового обладнання, які вимагають встановлення точних з’єднувачів, надмірне відхилення товщини може призвести до поганого контакту з’єднувача та збільшити ризик виходу з ладу обладнання.
2, Обробка мікроотворів: подвійні проблеми малого розміру пор і співвідношення сторін
12-шарова друкована плата напівпровідникового обладнання вимагає великої кількості мікропор для досягнення міжшарових з’єднань схеми. Ці мікропори не тільки малі за розміром, але також повинні проникати через 12 шарів підкладки, причому співвідношення глибини до діаметра значно перевищує співвідношення звичайних багато-шарових друкованих плат, що значно ускладнює виробництво.
По-перше, це питання точності свердління. Завдяки надзвичайно малому отвору свердло схильне до «вібрації» під час високо-обертання, що призводить до відхилення отвору та навіть подряпин на стінці отвору. У той же час відмінності матеріалів 12-шарової підкладки прискорять швидкість зношування свердла. Якщо вчасно не замінити, точність розміру пір наступних мікропор буде продовжувати зменшуватися. Для напівпровідникових пристроїв відхилення розміру мікропор може призвести до нерівномірної товщини мідного шару всередині покритих отворів, посилити локальне нагрівання під час передачі струму та вплинути на тепловіддачу пристрою.
Глибока проблема полягає в якості стінки пор. Мікропори 12-шарової друкованої плати повинні пройти процес «свердління та свердління гальванічного покриття», у якому процес видалення свердління вимагає видалення залишків смоли зі стінки отвору. Однак вузький розмір мікропор ускладнює повне проникнення миючого розчину. Якщо свердління не виконано ретельно, шар міді не зможе щільно з’єднатися зі стінкою отвору під час гальванічного покриття, і під час подальшого використання може статися «відшарування стінки отвору», що спричинить розрив ланцюга. Крім того, надмірне співвідношення сторін ускладнює рівномірний розподіл струму на дно отвору під час гальванічного покриття, а товщина мідного шару в нижній частині отвору є недостатньою. У сценаріях сильного струму напівпровідникових пристроїв шар міді на дні отвору схильний до перегріву та вигоряння.
3, Контроль товщини міді: протиріччя між глобальною однорідністю та локальним потовщенням
Вимога до товщини міді в 12 шарах друкованої плати напівпровідникового обладнання має «подвійність»: з одного боку, загальна товщина міді повинна бути рівномірною для забезпечення стабільної передачі сигналу; З іншого боку, у деяких областях потрібне локальне потовщення товщини міді для посилення розсіювання тепла та пропускної здатності по струму, що може легко призвести до конфліктів у виробництві.
Складність досягнення глобальної однорідності товщини міді полягає в процесі гальванічного покриття. Площа 12-шарової друкованої плати зазвичай велика, і на розподіл струму в резервуарі покриття легко впливає форма плати та положення підвішування, що призводить до різниці в товщині міді між краями та центром плати. Крім того, мікроотвори та глухі отвори в 12-шаровій друкованій платі будуть «відводити» струм, внаслідок чого товщина поверхні міді біля отворів буде тоншою, ніж інші ділянки. Якщо глобальне відхилення товщини міді занадто велике, швидкість передачі сигналу різними шляхами в напівпровідниковому обладнанні буде відрізнятися, що призведе до затримки синхронізації даних і вплине на ефективність обробки обладнання.
Місцеве потовщення товщини міді створює ризик «надмірного гальванічного покриття». Щоб досягти локального потовщення товщини міді, у відповідній зоні необхідно провести вторинне гальванічне покриття. Однак під час вторинного гальванічного покриття струм схильний дифундувати до навколишніх областей, в результаті чого товщина міді в нецільових областях перевищує стандарт. У той же час перехід між локально потовщеною областю та навколишньою звичайною мідною товстою областю схильний до «сходинок». Під час подальшого нанесення шару маски припою на сходах легко утворюються бульбашки або недостатня товщина, що призводить до оголення шару міді та збільшення ризику окислення та короткого замикання в напівпровідниковому обладнанні.
4. Покриття паяльної маски: баланс між тонким покриттям і високою ізоляцією
Шар паяльної маски 12-шарової друкованої плати в напівпровідниковому обладнанні має відповідати вимогам «тонкого покриття» та «високої ізоляції», щоб адаптуватися до компактного простору для встановлення та робочого середовища під високою-напругою всередині обладнання. Однак між цими двома вимогами у виробництві існує природне протиріччя.
Точність нанесення тонких покриттів важко контролювати. Шар паяльної маски зазвичай обробляється трафаретним друком або напиленням, а для тонких нерівностей і западин на поверхні 12-шарової друкованої плати тонкі покриття схильні до «витоку» або «нерівномірної товщини». Наприклад, якщо контроль тиску скребка під час трафаретного друку є неправильним, товщина шару паяльної маски на кроці може бути нижчою за стандартне значення. Однак тонкий шар паяльної маски може призвести до зниження ефективності ізоляції, а-передача сигналу високої напруги в напівпровідниковому обладнанні схильна до поломки, що спричиняє поломку обладнання.
Висока ізоляція накладає суворі вимоги до матеріалу та процесу затвердіння резиста для припою. Під час експлуатації напівпровідникового обладнання друковані плати піддаються тривалому впливу високих температур і можуть контактувати з корозійними газами. Резисти для припою повинні мати відмінну стійкість до високих температур і корозії. Однак під тонкими покриттями розподіл отверджувачів у припойному резисті схильний до нерівномірності, що призводить до недостатньої щільності перехресних-зв’язків у деяких областях після затвердіння, а також схильність до розтріскування в середовищі з високою-температурою, що призводить до швидкого зниження ізоляції з часом.
5. Контроль площинності: ключове обмеження для подальшого складання та розсіювання тепла
12-шарова друкована плата напівпровідникового обладнання повинна мати надзвичайно високу площинність, інакше це вплине на адгезію з мікросхемами та радіаторами, що призведе до поганого розсіювання тепла або несправності збірки. Однак багато{2}}шарова структура та складний процес виготовлення 12-шарових друкованих плат роблять контроль площинності «впертою проблемою» у виробництві.
З одного боку, зняття напруги після багато{0}}стиснення може спричинити деформацію плати. Під час кількох процесів ламінування на 12-шаровій друкованій платі внутрішня напруга матеріалу кожного шару постійно накопичується. Після охолодження напруга знімається, що може легко спричинити згин дошки до товстої сторони мідної фольги. Особливо, коли існує значна різниця в місцевій товщині міді, викривлення може значно перевищувати вимоги до напівпровідникового обладнання.
З іншого боку, висока{0}}температурна обробка подальших процесів посилить проблему площинності. Такі процеси, як затвердіння паяльної маски, необхідно проводити при певній високій температурі. При цій температурі плата PCB знову зазнає термічної деформації. Якщо напруга не повністю знята раніше, деформація буде накладатися далі. Для областей напівпровідникових пристроїв, які потребують тісного контакту з радіаторами, відхилення від площинності можуть призвести до зменшення площі контакту, зниження ефективності розсіювання тепла, підвищення робочої температури мікросхеми та скорочення терміну служби пристрою.
6, Тестування та ремонт: Проблеми контролю якості складних конструкцій
Процес виготовлення 12-шарової друкованої плати для напівпровідникового обладнання вимагає 100% повної перевірки, але через складну структуру деякі дефекти важко виявити, а складність ремонту надзвичайно висока, що стає основною проблемою в контролі якості.
У процесі перевірки дефекти у внутрішньому шарі 12-шарової друкованої плати важко виявити за допомогою звичайного огляду зовнішнього вигляду, і для цього потрібне рентгенівське виявлення та ультразвукове сканування. Проте рентгенівське виявлення має обмежену швидкість розпізнавання невеликих дефектів і не може визначити стан зв’язку між стінкою отвору та внутрішньою мідною фольгою; Хоча ультразвукове сканування може виявити міжшарове з’єднання, роздільна здатність сканування може зменшитися через товщину 12 шарів, які можуть пропустити локальні ділянки роз’єднання. Ці невиявлені дефекти поступово збільшуватимуться під час тривалої-експлуатації напівпровідникового обладнання, що зрештою призведе до збоїв у схемі.
Проблема в процесі ремонту ще більша. Якщо у внутрішньому шарі виявлено коротке замикання або погане покриття з мікроотворами, 12-шарову друковану плату необхідно «відремонтувати шар за шаром», тобто шар за шаром відшаровується ізоляційний шар і мідна фольга, ремонтуються дефекти, а потім знову пресується. Однак під час процесу нанесення шарів високі температури та хімічні реагенти можуть легко пошкодити навколишні непошкоджені шари, що призведе до меншого успіху ремонту. Навіть якщо відновлення пройшло успішно, нові концентрації напруги все ще можуть виникнути в зоні здавлення. У вібраційному середовищі напівпровідникового обладнання на місці ремонту можуть з’являтися тріщини, що стає новою потенційною небезпекою несправності.