In halfgeleiderapparatuur spelen de twaalflaagse printplaten een cruciale rol bij het verbinden van kernchips, het verzenden van hoog-signalen en hoge stromen. Het productieproces vereist extreem hoge eisen op het gebied van nauwkeurigheid, stabiliteit en betrouwbaarheid. Vergeleken met gewone meer-laags printplaten hebben 12-laags printplaten een complexere structuur, meer processtappen en moeten ze zich aanpassen aan de strikte normen van halfgeleiderapparatuur voor signaalintegriteit en warmteafvoer. Daarom zijn er meerdere kernproblemen in het productieproces. Vertrekkend van de belangrijkste processtappen, zullen we de productie-uitdagingen van 12-laags printplaten in toepassingsscenario's voor halfgeleiderapparatuur opsplitsen.
1. Gelamineerd proces: de uitdaging van "precieze hechting" in meer--laagstructuren
Gelaagdheid is het kernproces van de productie van 12 lagen PCB's, waarvoor de integratie van 12 lagen substraat, koperfolie en isolatielaag tot een geheel vereist is door middel van hoge temperaturen en hoge spanning. De moeilijkheid ligt in de uitlijningsnauwkeurigheid en dikte-uniformiteit tussen lagen, die cruciaal zijn voor signaaloverdracht in halfgeleiderapparatuur.
Vanuit het perspectief van uitlijning tussen de lagen moet een PCB met 12 lagen meerdere keren worden ingedrukt, en elke persing moet ervoor zorgen dat de uitlijningsfout van de grafische weergave van elke laag binnen een zeer klein bereik wordt gecontroleerd. Bij de daadwerkelijke productie is het substraat echter gevoelig voor thermische vervorming bij hoge temperaturen, en kunnen er na elke laminering kleine afwijkingen optreden in de vlakheid van de plaat. Bij stapeling op 12 lagen kan de totale uitlijningsfout de kritische waarde overschrijden. Zodra de uitlijningsnauwkeurigheid niet aan de norm voldoet, zal het transmissieverlies van hoog-signalen in halfgeleiderapparatuur aanzienlijk toenemen en kan er zelfs sprake zijn van signaaloverspraak, waardoor de normale werking van de apparatuur wordt beïnvloed.
Uniformiteit van de dikte is een even grote uitdaging. De 12-laags PCB moet de totale dikte en het afwijkingsbereik van elke laagdikte regelen. Tijdens het compressieproces kunnen een ongelijkmatige drukverdeling en verschillen in krimpsnelheden tussen het substraat en de isolatielaag echter leiden tot problemen zoals "dik in het midden, dun aan de randen" of lokale uitsteeksels in de eindplaat. Voor gebieden in halfgeleiderapparatuur die de installatie van precisieconnectoren vereisen, kan een buitensporige dikteafwijking leiden tot slecht connectorcontact en het risico op apparatuurstoringen vergroten.
2, Micro-gatverwerking: dubbele uitdagingen van kleine poriegrootte en aspectverhouding
De 12-laags PCB van halfgeleiderapparatuur vereist een groot aantal microporiën om circuitverbindingen tussen de lagen te realiseren. Deze microporiën zijn niet alleen klein van formaat, maar moeten ook twaalf lagen substraat doordringen, met een verhouding tussen diepte en diameter die veel groter is dan die van gewone meer-laagse printplaten, waardoor de productieproblemen aanzienlijk toenemen.
Ten eerste is er de kwestie van de boornauwkeurigheid. Vanwege de extreem kleine opening is de boor gevoelig voor "trilling" tijdens rotatie op hoge- snelheid, wat resulteert in afwijkingen in de opening en zelfs krassen op de gatwand. Tegelijkertijd zullen de materiaalverschillen van het 12-laags substraat de slijtagesnelheid van de boor versnellen. Als het niet op tijd wordt vervangen, zal de nauwkeurigheid van de poriegrootte van de volgende microporiën blijven afnemen. Bij halfgeleiderapparaten kan de afwijking van de microporiegrootte leiden tot een ongelijkmatige dikte van de koperlaag in de geplateerde gaten, de lokale verwarming tijdens de stroomoverdracht intensiveren en de warmteafvoerprestaties van het apparaat beïnvloeden.
De diepere uitdaging ligt in de kwaliteit van de poriewand. De microporiën van een 12-laags PCB moeten een "boren en galvaniseren" proces ondergaan, waarbij het boorproces de verwijdering van achtergebleven harsresten uit de gatwand vereist. De smalle poriegrootte van de microporiën maakt het echter moeilijk voor de reinigingsoplossing om volledig door te dringen. Als het boren niet grondig is, kan de koperlaag tijdens het galvaniseren niet stevig aan de wand van het gat hechten en kan er bij later gebruik "afbladdering van de gatwand" optreden, waardoor het circuit kapot gaat. Bovendien maakt een overmatige aspectverhouding het moeilijk om de stroom tijdens het galvaniseren gelijkmatig naar de bodem van het gat te verdelen, en is de dikte van de koperlaag op de bodem van het gat onvoldoende. In scenario's met hoge stroomsterktes van halfgeleiderapparaten is de koperlaag aan de onderkant van het gat gevoelig voor oververhitting en doorbranden.
3, Controle van de koperdikte: de tegenstelling tussen mondiale uniformiteit en lokale verdikking
De vereiste voor koperdikte in de 12-laags PCB van halfgeleiderapparatuur heeft een "dualiteit": aan de ene kant moet de globale koperdikte uniform zijn om een stabiele signaaloverdracht te garanderen; Aan de andere kant vereisen sommige gebieden plaatselijke verdikking van de koperdikte om de warmteafvoer en het stroomtransportvermogen te verbeteren, wat gemakkelijk tot conflicten bij de productie kan leiden.
De moeilijkheid bij het bereiken van een uniforme koperdikte ligt in het galvaniseerproces. Het oppervlak van een printplaat met 12 lagen is meestal groot en de stroomverdeling in de galvaniseertank wordt gemakkelijk beïnvloed door de vorm van het bord en de positie van het ophangsysteem, wat resulteert in verschillen in koperdikte tussen de randen en het midden van het bord. Bovendien zullen de microgaten en blinde gaten in de 12 lagen PCB de stroom 'omleiden', waardoor de koperdikte aan het oppervlak nabij de gaten dunner is dan in andere gebieden. Als de globale koperdikteafwijking te groot is, zal de signaaloverdrachtsnelheid van verschillende paden in halfgeleiderapparatuur verschillen, wat resulteert in vertraging van de gegevenssynchronisatie en de verwerkingsefficiëntie van de apparatuur beïnvloedt.
Lokale verdikking van de koperdikte brengt het risico van "overmatige galvanisering" met zich mee. Om lokale verdikking van de koperdikte te bereiken, moet in het overeenkomstige gebied secundair galvaniseren worden uitgevoerd. Tijdens secundair galvaniseren is de stroom echter geneigd naar de omliggende gebieden te diffunderen, waardoor de koperdikte in niet-doelgebieden de norm overschrijdt. Tegelijkertijd is de overgang tussen het plaatselijk verdikte gebied en het omliggende conventionele koperdikke gebied gevoelig voor "stappen". Tijdens het daaropvolgend aanbrengen van de soldeermaskerlaag worden bij de treden gemakkelijk bellen of onvoldoende dikte gegenereerd, wat resulteert in het blootleggen van de koperlaag en het vergroten van het risico op oxidatie en kortsluiting in halfgeleiderapparatuur.
4. Soldeermaskercoating: een balans tussen dunne coating en hoge isolatie
De soldeermaskerlaag van de 12-laags PCB in halfgeleiderapparatuur moet voldoen aan zowel de vereisten van "dunne coating" als "hoge isolatie" om zich aan te passen aan de compacte installatieruimte en de hoog-werkomgeving met hoge spanning in de apparatuur. Er bestaat echter een natuurlijke tegenstelling tussen deze twee vereisten in de productie.
De coatingnauwkeurigheid van dunne coatings is moeilijk te controleren. De soldeermaskerlaag wordt meestal verwerkt door zeefdruk of spuitcoating, en vanwege de subtiele bobbels en depressies op het oppervlak van de 12-laags PCB zijn dunne coatings gevoelig voor "lekken" of "ongelijke dikte". Als de drukregeling van de schraper bijvoorbeeld onjuist is tijdens het zeefdrukken, kan de dikte van de soldeermaskerlaag ter plaatse van de stap lager zijn dan de standaardwaarde. Een dunne soldeermaskerlaag kan echter leiden tot een afname van de isolatieprestaties, en signaaloverdracht met hoge- spanning in halfgeleiderapparatuur is gevoelig voor storingen, waardoor apparatuur defect raakt.
Hoge isolatie stelt strenge eisen aan het materiaal en het uithardingsproces van soldeerresist. Tijdens de werking van halfgeleiderapparatuur worden printplaten langdurig blootgesteld aan hoge temperaturen en kunnen ze in contact komen met corrosieve gassen. Soldeerresist moet uitstekend bestand zijn tegen hoge temperaturen en corrosie. Onder dunne coatings is de verdeling van de uithardingsmiddelen in soldeerresist echter gevoelig voor oneffenheden, wat resulteert in onvoldoende verknopingsdichtheid in sommige gebieden na het uitharden, en scheuren kunnen gemakkelijk optreden in omgevingen met hoge- temperaturen, wat in de loop van de tijd tot een snelle afname van de isolatieprestaties leidt.
5, vlakheidscontrole: een belangrijke beperking voor latere montage en warmteafvoer
De 12-laags PCB's van halfgeleiderapparatuur moeten een extreem hoge vlakheid hebben, anders zal dit de hechting met chips en koellichamen beïnvloeden, wat kan leiden tot slechte warmteafvoer of falen van de montage. De meer-gelaagde structuur en het complexe proces van twaalf lagen printplaten maken de vlakheidscontrole echter tot een "hardnekkig probleem" in de productie.
Aan de ene kant kan het vrijkomen van spanning na compressie van meerdere-lagen ervoor zorgen dat het bord kromtrekt. Tijdens meerdere lamineerprocessen op een PCB met 12 lagen hoopt de interne spanning van elk laagmateriaal zich voortdurend op. Na afkoeling komt de spanning vrij, waardoor de plaat gemakkelijk naar de dikkere kant van de koperfolie kan buigen. Vooral als er een aanzienlijk verschil is in de lokale koperdikte, kan de kromming de vereisten van halfgeleiderapparatuur ruimschoots overschrijden.
Aan de andere kant zal de behandeling op hoge- temperatuur van daaropvolgende processen het probleem van vlakheid verergeren. De processen zoals het uitharden van soldeermaskers moeten bij een bepaalde hoge temperatuur worden uitgevoerd. Bij deze temperatuur zal de printplaat opnieuw thermische vervorming ondergaan. Als de spanning niet eerder volledig wordt opgeheven, zal de vervorming verder overlappen. Voor gebieden in halfgeleiderapparaten die nauw contact met koellichamen vereisen, kunnen afwijkingen in de vlakheid leiden tot een kleiner contactoppervlak, een verminderde efficiëntie van de warmtedissipatie, een hogere bedrijfstemperatuur van de chip en een kortere levensduur van het apparaat.
6, Testen en repareren: uitdagingen op het gebied van kwaliteitscontrole in complexe structuren
Het productieproces van 12-laags PCB's voor halfgeleiderapparatuur vereist 100% volledige inspectie, maar vanwege de complexe structuur zijn sommige defecten moeilijk te detecteren en is de moeilijkheid van reparatie extreem hoog, wat een groot probleem wordt bij de kwaliteitscontrole.
Tijdens het inspectieproces zijn defecten in de binnenlaag van de 12-laags PCB moeilijk te detecteren via conventionele inspectie van het uiterlijk en vereisen röntgendetectie en ultrasoon scannen. Röntgendetectie heeft echter een beperkte herkenningsgraad voor kleine defecten en kan de bindingstoestand tussen de gatwand en de binnenste koperfolie niet bepalen; Hoewel ultrasoon scannen de hechting tussen de lagen kan detecteren, kan de scanresolutie afnemen als gevolg van de dikte van 12 lagen, waardoor lokale onthechtingsgebieden gemist kunnen worden. Deze niet-gedetecteerde defecten zullen zich geleidelijk uitbreiden tijdens het langdurig gebruik van halfgeleiderapparatuur, wat uiteindelijk tot circuitstoringen zal leiden.
De uitdaging in het reparatieproces is nog groter. Als er in de binnenlaag een kortsluiting of een slechte micro-hole-plating wordt gedetecteerd, moeten de 12 lagen PCB's "laag voor laag worden gerepareerd", dat wil zeggen dat de isolatielaag en de koperfolie laag voor laag worden afgepeld, de defecten worden gerepareerd en vervolgens worden onderdrukt. Tijdens het laagjesproces kunnen hoge temperaturen en chemische reagentia echter gemakkelijk de omringende intacte lagen beschadigen, wat resulteert in een lager succespercentage van reparaties. Zelfs als de reparatie succesvol is, kunnen er nog steeds nieuwe spanningsconcentraties optreden in het onderdrukte gebied. In de trillingsomgeving van halfgeleiderapparatuur is de kans groot dat er scheuren ontstaan op de reparatielocatie, waardoor een nieuw potentieel storingsgevaar ontstaat.