I halvledarutrustning har 12-lagers PCB-kort en avgörande roll för att ansluta kärnchip, sända högfrekventa signaler och höga strömmar. Dess tillverkningsprocess kräver extremt höga krav på precision, stabilitet och tillförlitlighet. Jämfört med vanliga kretskort med flera-lager har 12-lagers kretskort en mer komplex struktur, fler processsteg och måste anpassas till de strikta standarderna för halvledarutrustning för signalintegritet och värmeavledning. Därför finns det flera kärnsvårigheter i tillverkningsprocessen. Med utgångspunkt från de viktigaste processtegen kommer vi att bryta ner tillverkningsutmaningarna för 12-lagers tryckta kretskort i tillämpningsscenarier för halvledarutrustning.
1, Laminerad process: utmaningen med "exakt bindning" i fler-lagerstrukturer
Skiktning är kärnprocessen för 12-lagers PCB-tillverkning, vilket kräver integration av 12 lager av substrat, kopparfolie och isoleringsskikt till en helhet genom hög temperatur och hög spänning. Svårigheten ligger i inriktningsnoggrannheten och tjocklekslikformigheten mellan skikten, vilket är avgörande för signalöverföring i halvledarutrustning.
Ur perspektivet av inriktning mellan lager måste en 12-lagers PCB tryckas flera gånger, och varje pressning måste säkerställa att inriktningsfelet för varje lagers grafik kontrolleras inom ett mycket litet område. Vid faktisk tillverkning är emellertid substratet benäget att termisk deformeras vid höga temperaturer, och det kan förekomma små avvikelser i plåtens planhet efter varje laminering. När den staplas på 12 lager kan det totala inriktningsfelet överstiga det kritiska värdet. När inriktningsnoggrannheten inte uppfyller standarden kommer överföringsförlusten av hög-signaler i halvledarutrustning att öka avsevärt, och till och med signalöverhörning kan inträffa, vilket påverkar utrustningens normala funktion.
Lika utmanande är tjocklekens enhetlighet. De 12 skikten PCB behöver för att kontrollera den totala tjockleken och avvikelseintervallet för varje skikttjocklek. Under kompressionsprocessen kan dock ojämn tryckfördelning och skillnader i krympningshastigheter mellan substrat och isoleringsskikt leda till problem som "tjocka i mitten, tunna i kanterna" eller lokala utsprång i slutskivan. För områden i halvledarutrustning som kräver installation av precisionskontakter kan alltför stor tjockleksavvikelse leda till dålig kontakt med kontakten och öka risken för utrustningsfel.
2, Mikrohålsbehandling: dubbla utmaningar med liten porstorlek och bildförhållande
De 12 skiktens PCB i halvledarutrustning kräver ett stort antal mikroporer för att uppnå mellanskiktskretsanslutningar. Dessa mikroporer är inte bara små i storlek, utan behöver också penetrera 12 lager av substrat, med ett förhållande mellan djup och diameter som vida överstiger det för vanliga flerlagers tryckta kretskort, vilket avsevärt ökar tillverkningssvårigheten.
För det första är det frågan om borrnoggrannhet. På grund av den extremt lilla öppningen är borrkronan benägen att "vibrera" under hög-rotation, vilket resulterar i öppningsavvikelse och till och med repor på hålväggen. Samtidigt kommer materialskillnaderna hos substratet med 12 skikt att accelerera slitagehastigheten för borrkronan. Om den inte byts ut i tid, kommer porstorleksnoggrannheten för de efterföljande mikroporerna att fortsätta att minska. För halvledarenheter kan avvikelsen i mikroporstorleken leda till ojämn tjocklek på kopparskiktet inuti de pläterade hålen, intensifiera lokal uppvärmning under strömöverföring och påverka enhetens värmeavledningsprestanda.
Den djupare utmaningen ligger i kvaliteten på porväggen. Mikroporerna i ett 12-lagers PCB behöver genomgå en "borrning av borrning"-process, där avborrningsprocessen kräver att resterande hartsskräp avlägsnas från hålväggen. Den smala porstorleken på mikroporerna gör det dock svårt för rengöringslösningen att penetrera helt. Om avborrningen inte är noggrann kan kopparskiktet inte binda tätt till hålväggen under elektroplätering, och "hålväggsavskalning" kan inträffa under senare användning, vilket orsakar kretsbrott. Dessutom gör överdrivet bildförhållande det svårt för strömmen att fördelas jämnt till botten av hålet under galvanisering, och tjockleken på kopparskiktet i botten av hålet är otillräcklig. I scenarier med hög ström av halvledarenheter är kopparskiktet i botten av hålet benäget att överhettas och brinna ut.
3, Koppartjocklekskontroll: motsättningen mellan global enhetlighet och lokal förtjockning
Kravet på koppartjocklek i de 12 skiktens PCB i halvledarutrustning har en "dualitet": å ena sidan måste den globala koppartjockleken vara enhetlig för att säkerställa stabil signalöverföring; Å andra sidan kräver vissa områden lokal förtjockning av koppartjocklek för att förbättra värmeavledning och strömförande förmåga, vilket lätt kan leda till konflikter i tillverkningen.
Svårigheten att uppnå global enhetlig koppartjocklek ligger i elektropläteringsprocessen. Arean av ett 12-lagers PCB är vanligtvis stort, och strömfördelningen i pläteringstanken påverkas lätt av brädets form och placeringen av den hängande fixturen, vilket resulterar i skillnader i koppartjocklek mellan kanterna och mitten av brädet. Dessutom kommer mikrohålen och blindhålen i 12-lagers PCB att "avleda" ström, vilket gör att ytans koppartjocklek nära hålen blir tunnare än andra områden. Om den globala koppartjockleksavvikelsen är för stor, kommer signalöverföringshastigheten för olika vägar i halvledarutrustning att skilja sig, vilket resulterar i datasynkroniseringsfördröjning och påverkar utrustningens bearbetningseffektivitet.
Lokal förtjockning av koppartjockleken medför risk för "överdriven galvanisering". För att uppnå lokal förtjockning av koppartjockleken måste sekundär elektroplätering utföras i motsvarande område. Men under sekundär elektroplätering är strömmen benägen att diffundera till de omgivande områdena, vilket gör att koppartjockleken i icke-målområden överskrider standarden. Samtidigt är övergången mellan det lokalt förtjockade området och det omgivande konventionella koppartjocka området benäget till "steg". Under den efterföljande beläggningen av lödmaskskiktet genereras lätt bubblor eller otillräcklig tjocklek vid stegen, vilket resulterar i exponering av kopparskiktet och ökar risken för oxidation och kortslutning i halvledarutrustning.
4, Lödmaskbeläggning: en balans mellan tunn beläggning och hög isolering
Lödmaskskiktet för 12-lagers PCB i halvledarutrustning måste uppfylla både kraven på "tunn beläggning" och "hög isolering" för att anpassa sig till det kompakta installationsutrymmet och hög-arbetsmiljön inuti utrustningen. Det finns dock en naturlig motsättning mellan dessa två krav i tillverkningen.
Beläggningsnoggrannheten för tunna beläggningar är svår att kontrollera. Lödmaskskiktet bearbetas vanligtvis genom screentryck eller spraybeläggning, och för de subtila stötarna och fördjupningarna på ytan av de 12 skikten PCB, är tunna beläggningar benägna att "läcka" eller "ojämn tjocklek". Till exempel, om tryckkontrollen av skrapan är felaktig under screentryckning, kan tjockleken på lödmaskskiktet vid steget vara lägre än standardvärdet. Ett tunt lödmaskskikt kan dock leda till en minskning av isoleringsprestanda, och hög-signalöverföring i halvledarutrustning är benägen att gå sönder, vilket orsakar utrustningsfel.
Hög isolering ställer stränga krav på materialet och härdningsprocessen för lödresist. Under drift av halvledarutrustning utsätts kretskort för höga temperaturer under lång tid och kan komma i kontakt med korrosiva gaser. Lödresist måste ha utmärkt motståndskraft mot höga temperaturer och korrosion. Under tunna beläggningar är dock fördelningen av härdare i lodresist utsatt för ojämnheter, vilket resulterar i otillräcklig tvärbindningsdensitet i vissa områden efter härdning, och sprickbildning är benägen att uppstå i miljöer med hög-temperatur, vilket leder till en snabb minskning av isoleringsprestanda över tid.
5, Planhetskontroll: en viktig begränsning för senare montering och värmeavledning
De 12 skiktens PCB i halvledarutrustning måste ha extremt hög planhet, annars kommer det att påverka vidhäftningen med chips och kylflänsar, vilket leder till dålig värmeavledning eller monteringsfel. Fler-strukturen och den komplexa processen med 12-lagers tryckta kretskort gör dock planhetskontroll till ett "envist problem" vid tillverkning.
Å ena sidan kan spänningsavlastningen efter flerskiktskomprimering- få brädan att skeva. Under flera lamineringsprocesser på ett 12-lagers PCB, ackumuleras den inre spänningen av varje lagermaterial kontinuerligt. Efter kylning släpps spänningen, vilket lätt kan få skivan att böjas mot kopparfoliens tjockare sida. Speciellt när det finns en betydande skillnad i lokal koppartjocklek, kan skevningen vida överskrida kraven för halvledarutrustning.
Å andra sidan kommer den höga-temperaturbehandlingen av efterföljande processer att förvärra problemet med planhet. Processerna som lödmaskhärdning måste utföras vid en viss hög temperatur. Vid denna temperatur kommer PCB-kortet att genomgå termisk deformation igen. Om spänningen inte släpps helt innan, kommer deformationen att överlappa ytterligare. För områden i halvledarenheter som kräver nära kontakt med kylflänsar kan planhetsavvikelser leda till minskad kontaktyta, minskad värmeavledningseffektivitet, ökad chipdriftstemperatur och förkortad livslängd.
6, Testning och reparation: kvalitetskontrollutmaningar i komplexa strukturer
Tillverkningsprocessen av 12-lagers PCB för halvledarutrustning kräver 100% fullständig inspektion, men på grund av den komplexa strukturen är vissa defekter svåra att upptäcka, och svårigheten att reparera är extremt hög, vilket blir en stor svårighet i kvalitetskontroll.
I inspektionsprocessen är defekter i det inre lagret av 12-lagers PCB svåra att upptäcka genom konventionell utseendeinspektion och kräver röntgenstrålningsdetektering och ultraljudsskanning. Röntgendetektering har dock begränsad igenkänningshastighet för små defekter och kan inte bestämma bindningstillståndet mellan hålväggen och den inre kopparfolien; Även om ultraljudsskanning kan detektera bindning mellan skikt, kan skanningsupplösningen minska på grund av tjockleken på 12 skikt, vilket kan missa lokala frigörande områden. Dessa oupptäckta defekter kommer gradvis att expandera under lång-drift av halvledarutrustning, vilket i slutändan leder till kretsfel.
Utmaningen i reparationsprocessen är ännu större. Om en kortslutning eller dålig plätering av mikrohål upptäcks i det inre lagret, måste de 12 lagren PCB "repareras lager för lager", det vill säga att isoleringsskiktet och kopparfolien skalas av lager för lager, defekterna repareras och sedan pressas igen. Men under skiktningsprocessen kan höga temperaturer och kemiska reagens lätt skada de omgivande intakta skikten, vilket resulterar i en lägre framgångsfrekvens för reparationer. Även om reparationen lyckas kan nya spänningskoncentrationer uppstå i det undertryckta området. I vibrationsmiljön för halvledarutrustning är det benäget att sprickor uppstår på reparationsplatsen, vilket blir en ny potentiell felrisk.