A diferencia de las placas de circuitos electrónicos de consumo convencionales, las placas de circuitos impresos de gran tamaño y alto nivel utilizadas en equipos de imágenes médicas generalmente tienen las características de un producto terminado de gran tamaño, capas concentradas de 20 o más, y algunos modelos de alta gama incluso alcanzan 30 o más capas. Al mismo tiempo, también deben cumplir con estrictos requisitos de fluctuaciones de impedancia baja, pérdida de señal baja y resistencia al envejecimiento ambiental a largo plazo. Desde la revisión de ingeniería preliminar hasta la entrega del producto final, todo el proceso de fabricación requiere el establecimiento de un sistema de control de proceso dedicado en términos de precisión, coherencia y confiabilidad.
Bloqueo del rendimiento desde el final del diseño: aprobación previa del DFM para escenarios de imágenes médicas
Los desafíos de fabricación de placas de circuitos impresos médicos de alto nivel y gran tamaño comenzaron a surgir antes de que los documentos de diseño se importaran oficialmente a la línea de producción. Los equipos de imágenes médicas integran internamente una gran cantidad de canales de muestreo de alta velocidad, unidades de procesamiento de señales analógicas y circuitos de suministro de energía de alto voltaje. En los diseños de PCB, a menudo coexisten áreas BGA de alta densidad, láminas de cobre de gran tamaño y cableado diferencial de larga distancia. Una leve negligencia puede causar problemas como polarización de capa, impedancia que excede los estándares o diafonía de señal.
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(常见问题示例)
Para productos de tan alta demanda, tomaremos la iniciativa al iniciar auditorías DFM especializadas para escenarios médicos:
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Con base en la tendencia general de deformación de placas de gran tamaño, optimice el diseño del empalme de paneles y procese el diseño del borde para evitar la deformación por estiramiento del circuito en el área del borde de la superficie de la placa.
Para la estructura apilada de alto nivel, la relación de coincidencia de CTE entre la lámina semicurada, la lámina de cobre y el tablero central se verifica uno por uno para reducir el riesgo de deformación en procesos de laminación posteriores desde el origen.
Compense el ancho de línea y el espaciado de las líneas diferenciales de alta velocidad y las rutas de energía de baja impedancia ampliamente implementadas en equipos de imágenes, para eliminar de antemano la deriva de impedancia causada por el grabado y la desviación del espesor del cobre.
Realice una verificación de cumplimiento en las vías densas debajo de BGA, espacios de aislamiento en áreas de alto voltaje y cintas de aislamiento de señales analógicas para garantizar el cumplimiento total de los estándares de seguridad para el funcionamiento a largo plazo de equipos médicos.
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Caso: En un proyecto de tablero de control de imágenes médicas de 32 capas, fue a través de una revisión previa al DFM que se identificaron de antemano peligros ocultos, como el apilamiento asimétrico en algunas áreas y la distribución muy desigual de la lámina de cobre en algunas partes del diseño original. La optimización de la estructura de apilamiento se completó sin afectar el rendimiento eléctrico, sentando una base sólida para la posterior mejora del rendimiento general del proceso.
Bloqueo del rendimiento desde el final del diseño: aprobación previa del DFM para escenarios de imágenes médicas
La producción de circuitos de capa interna para placas de circuito impreso de alto nivel y gran tamaño es la base fundamental que determina la integridad de la señal del producto final. La capa interna de los equipos de imágenes médicas suele estar equipada con una gran cantidad de líneas de muestreo analógicas de bajo voltaje y rutas de transmisión de datos de alta velocidad. El ancho y el espaciado de las líneas son generalmente muy finos. Al mismo tiempo, los efectos de estiramiento y expansión/contracción térmica de la gran superficie del tablero interfieren directamente con la precisión de la alineación entre capas.
En el proceso de producción real, este tipo de producto generalmente utiliza tecnología de imagen directa con láser LDI en lugar de la exposición de película tradicional, lo que fundamentalmente evita el error de deformación de la propia película de gran tamaño. Al mismo tiempo, los coeficientes de expansión y contracción de cada capa de la placa central se miden por separado y se compensan dinámicamente, de modo que los gráficos del circuito en diferentes posiciones puedan caer con precisión dentro del rango permitido de las coordenadas de diseño. Una vez completado el grabado del circuito, el proceso de inspección óptica automática AOI está cubierto al 100% y los circuitos abiertos, cortocircuitos, ancho de línea insuficiente y defectos residuales de cobre se verifican uno por uno para evitar que problemas ocultos en la capa interna fluyan hacia procesos posteriores.
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Tomando como ejemplo una placa de adquisición de imágenes industrial de 22 capas de Uniwell Circuits, al implementar un control gradual de expansión y contracción en la placa central interna, la desviación de alineación del circuito interno se controla en última instancia dentro de ± 20 μm. Incluso en las áreas de los bordes de tableros de gran ancho, la precisión del ancho de línea de los pares diferenciales finos permanece estable, cumpliendo plenamente con los requisitos de alta precisión de muestreo de los sistemas de imágenes médicas.
Avance en el proceso central: control antideformación de compresión de gran altura
La compresión es el proceso central más difícil en la fabricación de placas de circuitos impresos médicos de alto nivel y gran tamaño, que determina directamente la fuerza de unión entre capas y el rendimiento de deformación de toda la placa. Los PCB utilizados en equipos de imágenes médicas generalmente tienen un espesor relativamente grande, y algunos productos terminados tienen un espesor superior a 3 mm. Durante el proceso de apilamiento, se apilan capa por capa docenas de capas de tableros centrales, láminas semicuradas y láminas de cobre, lo que puede causar fácilmente deslizamiento entre capas, flujo desigual de resina, concentración de tensión local y otros problemas en ambientes de alta temperatura y alta presión, lo que en última instancia conduce a delaminación o deformación del tablero y otros defectos.
Para los requisitos especiales de los productos de grado médico, se establecerá un sistema de parámetros de compresión dedicado al final del proceso:
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Adoptar una curva gradual de aumento de temperatura y presión para evitar diferencias de tensión locales causadas por cambios repentinos de temperatura en superficies de tableros de gran tamaño.
Se ejercerá un control estricto sobre la simetría de la estructura laminada, y la distribución de la lámina de cobre, la selección de láminas semicuradas y la disposición de los tableros centrales seguirán el principio de simetría central.
Después de la compresión, la calibración secundaria de la capa intermedia se completa mediante orificios de posicionamiento con perforación por rayos X para corregir aún más el desplazamiento general de las placas de gran tamaño.
Después de la compresión, se lleva a cabo una inspección completa de la planitud del tablero para controlar estrictamente la deformación dentro del 0,75 % del estándar IPC, cumpliendo plenamente con los requisitos de alta precisión del montaje de automatización de equipos médicos.
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Caso: Un tablero de control principal de 26 capas aplicado a un sistema de imágenes por TC, utilizando tecnología de prensado personalizada, resolvió con éxito el problema de deformación del apilamiento de múltiples capas en la gran superficie del tablero. El producto aún mantuvo un rendimiento de deformación extremadamente bajo durante el posterior proceso de soldadura por reflujo SMT, y el rendimiento de montaje del área BGA alcanzó completamente el estándar de nivel de equipo médico.
Mecanizado de orificios de precisión y verificación de circuito cerrado de confiabilidad de grado médico
Hay una gran cantidad de orificios pasantes mecánicos, orificios perforados en la parte posterior de alta precisión y algunos orificios ciegos de precisión que se utilizan para la interconexión de alta densidad en la PCB de equipos de imágenes médicas. La precisión de la posición del orificio, la rugosidad de la pared del orificio y el error de control de la profundidad de la perforación posterior afectarán directamente la calidad de transmisión de la señal. Las placas de gran tamaño son propensas a sacudir la superficie y al desplazamiento del orificio durante la perforación, mientras que las estructuras de gran altura requieren una uniformidad extremadamente alta en la metalización de la pared del orificio.
La parte de producción adopta máquinas perforadoras CNC de alta velocidad y alta precisión, que combinan parámetros exclusivos de velocidad de perforación y avance para diferentes diámetros de orificio y espesores de placa. Al mismo tiempo, el exceso de agujeros en la capa de señal se elimina mediante tecnología de perforación trasera, lo que reduce en gran medida la transmisión y reflexión de señales de alta velocidad. El proceso de deposición de cobre y galvanoplastia del tablero completo controla estrictamente la uniformidad del espesor del cobre para garantizar que el espesor del cobre de todos los orificios en todo el tablero cumpla con los requisitos de confiabilidad a largo plazo de grado médico.
En la etapa de producto terminado, todas las placas de circuito impreso de alto nivel y gran tamaño para equipos de imágenes médicas deben someterse a una verificación de circuito cerrado de confiabilidad completa: además de las pruebas eléctricas convencionales con pasador volador, se agregarán pruebas rigurosas de ciclos térmicos, pruebas de estrés de interconexión IST y pruebas ambientales de alta humedad y alta temperatura para garantizar que el producto no experimente separación de capas, fractura de orificios de cobre o deriva de señal en entornos electromagnéticos complejos y escenarios de operación continua a largo plazo en hospitales.
La capacidad de fabricación de placas de circuito impreso de gran tamaño y alto nivel, desde placas de prueba de imágenes de semiconductores de 32 capas hasta placas de control de sistemas de imágenes médicas de 20 capas, refleja esencialmente la solidez integral de los materiales, equipos, procesos y sistemas de confiabilidad. Para la industria de imágenes médicas, una PCB estable no es solo el soporte de hardware del equipo, sino también la garantía principal subyacente para obtener datos de diagnóstico por imágenes precisos y confiables.