En los equipos semiconductores, las placas PCB de 12 capas desempeñan un papel crucial en la conexión de chips centrales, la transmisión de señales de alta-frecuencia y altas corrientes. Su proceso de fabricación requiere requisitos de precisión, estabilidad y confiabilidad extremadamente altos. En comparación con las placas de circuito impreso multi-capas ordinarias, las placas de circuito impreso de 12 capas tienen una estructura más compleja, más pasos de proceso y deben adaptarse a los estrictos estándares de los equipos semiconductores para la integridad de la señal y la disipación de calor. Por lo tanto, existen múltiples dificultades centrales en el proceso de fabricación. A partir de los pasos clave del proceso, analizaremos los desafíos de fabricación de placas de circuito impreso de 12 capas en escenarios de aplicación de equipos semiconductores.
1. Proceso laminado: el desafío de la "unión precisa" en estructuras multi-capas
La estratificación es el proceso central de la fabricación de PCB de 12 capas, que requiere la integración de 12 capas de sustrato, lámina de cobre y capa de aislamiento en un todo a través de alta temperatura y alto voltaje. La dificultad radica en la precisión de la alineación y la uniformidad del espesor entre capas, que son cruciales para la transmisión de señales en equipos semiconductores.
Desde la perspectiva de la alineación entre capas, una PCB de 12 capas debe presionarse varias veces, y cada presión debe garantizar que el error de alineación de los gráficos de cada capa se controle dentro de un rango muy pequeño. Sin embargo, en la fabricación real, el sustrato es propenso a deformarse térmicamente a altas temperaturas y puede haber ligeras desviaciones en la planitud de la lámina después de cada laminación. Cuando se apilan en 12 capas, el error de alineación total puede exceder el valor crítico. Una vez que la precisión de la alineación no cumple con el estándar, la pérdida de transmisión de señales de alta-frecuencia en equipos semiconductores aumentará significativamente e incluso puede ocurrir interferencia de señales, lo que afecta el funcionamiento normal del equipo.
La uniformidad del espesor es igualmente desafiante. La PCB de 12 capas necesita controlar el espesor general y el rango de desviación del espesor de cada capa. Sin embargo, durante el proceso de compresión, la distribución desigual de la presión y las diferencias en las tasas de contracción entre el sustrato y la capa de aislamiento pueden provocar problemas como "grueso en el medio, delgado en los bordes" o protuberancias locales en el tablero final. Para áreas en equipos semiconductores que requieren la instalación de conectores de precisión, una desviación excesiva del espesor puede provocar un contacto deficiente del conector y aumentar el riesgo de falla del equipo.
2, Procesamiento de microagujeros: desafíos duales de tamaño de poro pequeño y relación de aspecto
La PCB de 12 capas de los equipos semiconductores requiere una gran cantidad de microporos para lograr las conexiones del circuito entre capas. Estos microporos no solo son de tamaño pequeño, sino que también necesitan penetrar 12 capas de sustrato, con una relación de profundidad a diámetro muy superior a la de las placas de circuito impreso multicapa ordinarias, lo que aumenta considerablemente la dificultad de fabricación.
En primer lugar, está la cuestión de la precisión de la perforación. Debido a la apertura extremadamente pequeña, la broca es propensa a "vibrar" durante la rotación a alta-velocidad, lo que provoca una desviación de la apertura e incluso rayones en la pared del orificio. Al mismo tiempo, las diferencias de materiales del sustrato de 12 capas acelerarán la tasa de desgaste de la broca. Si no se reemplaza a tiempo, la precisión del tamaño de los poros de los microporos posteriores seguirá disminuyendo. Para los dispositivos semiconductores, la desviación del tamaño de los microporos puede provocar un espesor desigual de la capa de cobre dentro de los orificios chapados, intensificar el calentamiento local durante la transmisión de corriente y afectar el rendimiento de disipación de calor del dispositivo.
El desafío más profundo reside en la calidad de la pared de los poros. Los microporos de una PCB de 12 capas deben pasar por un proceso de "galvanoplastia de perforación", en el que el proceso de desperforación requiere la eliminación de restos de resina residual de la pared del orificio. Sin embargo, el estrecho tamaño de los poros de los microporos dificulta que la solución limpiadora penetre completamente. Si la perforación no es exhaustiva, la capa de cobre no podrá adherirse firmemente a la pared del orificio durante el proceso de galvanoplastia y se puede producir un "desprendimiento de la pared del orificio" durante el uso posterior, lo que provocará la rotura del circuito. Además, la relación de aspecto excesiva dificulta que la corriente se distribuya uniformemente en el fondo del orificio durante la galvanoplastia, y el espesor de la capa de cobre en el fondo del orificio es insuficiente. En escenarios de alta corriente de dispositivos semiconductores, la capa de cobre en el fondo del agujero es propensa a sobrecalentarse y quemarse.
3, control del espesor del cobre: la contradicción entre la uniformidad global y el espesamiento local
El requisito de espesor de cobre en la PCB de 12 capas de equipos semiconductores tiene una "dualidad": por un lado, el espesor global de cobre debe ser uniforme para garantizar una transmisión de señal estable; Por otro lado, algunas áreas requieren un espesamiento local del espesor del cobre para mejorar la disipación de calor y la capacidad de carga de corriente, lo que fácilmente puede generar conflictos en la fabricación.
La dificultad para lograr la uniformidad global del espesor del cobre radica en el proceso de galvanoplastia. El área de una PCB de 12 capas suele ser grande y la distribución de corriente en el tanque de revestimiento se ve fácilmente afectada por la forma de la placa y la posición del accesorio colgante, lo que resulta en diferencias en el espesor del cobre entre los bordes y el centro de la placa. Además, los microagujeros y los orificios ciegos en la PCB de 12 capas "desviarán" la corriente, lo que hará que el espesor de la superficie del cobre cerca de los orificios sea más delgado que en otras áreas. Si la desviación global del espesor del cobre es demasiado grande, la velocidad de transmisión de la señal de diferentes rutas en los equipos semiconductores será diferente, lo que provocará un retraso en la sincronización de datos y afectará la eficiencia del procesamiento del equipo.
El espesamiento local del espesor del cobre plantea un riesgo de "galvanoplastia excesiva". Para lograr un espesamiento local del espesor del cobre, es necesario realizar una galvanoplastia secundaria en el área correspondiente. Sin embargo, durante la galvanoplastia secundaria, la corriente tiende a difundirse a las áreas circundantes, lo que hace que el espesor del cobre en áreas no objetivo supere el estándar. Al mismo tiempo, la transición entre el área engrosada localmente y el área circundante con espesor de cobre convencional es propensa a "escalones". Durante el recubrimiento posterior de la capa de máscara de soldadura, se generan fácilmente burbujas o un espesor insuficiente en los escalones, lo que da como resultado la exposición de la capa de cobre y aumenta el riesgo de oxidación y cortocircuito en los equipos semiconductores.
4. Recubrimiento de máscara de soldadura: un equilibrio entre un recubrimiento fino y un alto aislamiento
La capa de máscara de soldadura de PCB de 12 capas en equipos semiconductores debe cumplir con los requisitos de "revestimiento fino" y "alto aislamiento" para adaptarse al espacio de instalación compacto y al entorno de trabajo de alto-voltaje dentro del equipo. Sin embargo, existe una contradicción natural entre estos dos requisitos en la fabricación.
La precisión del recubrimiento de recubrimientos finos es difícil de controlar. La capa de máscara de soldadura generalmente se procesa mediante serigrafía o recubrimiento por pulverización, y para los sutiles bultos y depresiones en la superficie de la PCB de 12 capas, los recubrimientos delgados son propensos a "fugas" o "espesor desigual". Por ejemplo, si el control de presión del raspador es inadecuado durante la serigrafía, el espesor de la capa de máscara de soldadura en el paso puede ser inferior al valor estándar. Sin embargo, una fina capa de máscara de soldadura puede provocar una disminución del rendimiento del aislamiento, y la transmisión de señales de alto-voltaje en equipos semiconductores es propensa a averiarse, provocando fallos en el equipo.
Un alto aislamiento impone requisitos estrictos sobre el material y el proceso de curado de la resistencia a la soldadura. Durante el funcionamiento de equipos semiconductores, las placas de circuito impreso están expuestas a altas temperaturas durante mucho tiempo y pueden entrar en contacto con gases corrosivos. El protector de soldadura debe tener una excelente resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión. Sin embargo, bajo recubrimientos delgados, la distribución de los agentes de curado en la resistencia a la soldadura tiende a ser desigual, lo que resulta en una densidad de reticulación-insuficiente en algunas áreas después del curado, y es probable que se produzcan grietas en ambientes de alta-temperatura, lo que lleva a una rápida disminución en el rendimiento del aislamiento con el tiempo.
5. Control de planitud: una limitación clave para el montaje posterior y la disipación del calor.
La PCB de 12 capas de los equipos semiconductores debe tener una planitud extremadamente alta; de lo contrario, afectará la adhesión con chips y disipadores de calor, lo que provocará una mala disipación del calor o fallas en el ensamblaje. Sin embargo, la estructura multi-capa y el complejo proceso de las placas de circuito impreso de 12 capas hacen que el control de la planitud sea un "problema persistente" en la fabricación.
Por un lado, la liberación de tensión después de la compresión multi-capa puede provocar que la placa se deforme. Durante múltiples procesos de laminación en una PCB de 12 capas, la tensión interna del material de cada capa se acumula continuamente. Después del enfriamiento, se libera la tensión, lo que puede hacer que la placa se doble fácilmente hacia el lado más grueso de la lámina de cobre. Especialmente cuando hay una diferencia significativa en el espesor del cobre local, la deformación puede exceder con creces los requisitos de los equipos semiconductores.
Por otro lado, el tratamiento a alta-temperatura de procesos posteriores exacerbará el problema de la planitud. Los procesos como el curado de la máscara de soldadura deben realizarse a una temperatura determinada. A esta temperatura, la placa PCB volverá a sufrir deformación térmica. Si la tensión no se libera completamente antes, la deformación se superpondrá aún más. Para áreas en dispositivos semiconductores que requieren un contacto cercano con disipadores de calor, las desviaciones de planitud pueden provocar una reducción del área de contacto, una disminución de la eficiencia de disipación de calor, un aumento de la temperatura de funcionamiento del chip y una vida útil más corta del dispositivo.
6, Pruebas y reparación: desafíos del control de calidad en estructuras complejas
El proceso de fabricación de PCB de 12 capas para equipos semiconductores requiere una inspección completa al 100%, pero debido a la estructura compleja, algunos defectos son difíciles de detectar y la dificultad de reparación es extremadamente alta, lo que se convierte en una dificultad importante en el control de calidad.
En el proceso de inspección, los defectos en la capa interna de la PCB de 12 capas son difíciles de detectar mediante la inspección de apariencia convencional y requieren detección por rayos X-y escaneo ultrasónico. Sin embargo, la detección por rayos X-tiene una tasa de reconocimiento limitada para defectos pequeños y no puede determinar el estado de unión entre la pared del orificio y la lámina de cobre interna; Aunque el escaneo ultrasónico puede detectar la unión entre capas, la resolución del escaneo puede disminuir debido al espesor de 12 capas, lo que puede pasar por alto áreas de desunión locales. Estos defectos no detectados se expandirán gradualmente durante-el funcionamiento a largo plazo de los equipos semiconductores y, en última instancia, provocarán fallas en los circuitos.
El desafío en el proceso de reparación es aún mayor. Si se detecta un cortocircuito o un microchapado deficiente en la capa interna, la PCB de 12 capas debe "repararse capa por capa", es decir, la capa de aislamiento y la lámina de cobre se despegan capa por capa, los defectos se reparan y luego se vuelven a presionar. Sin embargo, durante el proceso de estratificación, las altas temperaturas y los reactivos químicos pueden dañar fácilmente las capas intactas circundantes, lo que resulta en una menor tasa de éxito de las reparaciones. Incluso si la reparación es exitosa, aún pueden ocurrir nuevas concentraciones de tensión en el área reprimida. En el entorno de vibración de los equipos semiconductores, es probable que se produzcan grietas en el lugar de reparación, lo que se convierte en un nuevo peligro potencial de falla.