Nelle apparecchiature a semiconduttore, le schede PCB a 12 strati svolgono un ruolo cruciale nel collegare i chip principali, trasmettere segnali ad alta-frequenza e correnti elevate. Il suo processo di produzione richiede requisiti estremamente elevati di precisione, stabilità e affidabilità. Rispetto ai normali circuiti stampati multi-strato, i circuiti stampati a 12 strati hanno una struttura più complessa, più fasi di processo e devono adattarsi ai rigorosi standard delle apparecchiature a semiconduttore per l'integrità del segnale e la dissipazione del calore. Pertanto, ci sono molteplici difficoltà fondamentali nel processo di produzione. Partendo dalle fasi chiave del processo, analizzeremo le sfide produttive dei circuiti stampati a 12 strati negli scenari applicativi delle apparecchiature per semiconduttori.
1, Processo laminato: la sfida dell'"incollaggio preciso" in strutture multi-strato
La stratificazione è il processo principale della produzione di PCB a 12 strati, che richiede l'integrazione di 12 strati di substrato, lamina di rame e strato isolante in un tutto attraverso l'alta temperatura e l'alta tensione. La difficoltà risiede nella precisione dell'allineamento e nell'uniformità dello spessore tra gli strati, che sono cruciali per la trasmissione del segnale nelle apparecchiature a semiconduttore.
Dal punto di vista dell'allineamento tra gli strati, un PCB a 12 strati deve essere pressato più volte e ogni pressione deve garantire che l'errore di allineamento della grafica di ogni strato sia controllato entro un intervallo molto piccolo. Tuttavia, nella produzione reale, il substrato è soggetto a deformazione termica alle alte temperature e potrebbero verificarsi lievi deviazioni nella planarità del foglio dopo ogni laminazione. Se impilati su 12 strati, l'errore di allineamento totale può superare il valore critico. Una volta che la precisione dell'allineamento non soddisfa lo standard, la perdita di trasmissione dei segnali ad alta-frequenza nelle apparecchiature a semiconduttore aumenterà in modo significativo e potrebbe verificarsi anche una diafonia del segnale, influenzando il normale funzionamento dell'apparecchiatura.
L’uniformità dello spessore è altrettanto impegnativa. Il PCB a 12 strati deve controllare lo spessore complessivo e l'intervallo di deviazione di ogni spessore di strato. Tuttavia, durante il processo di compressione, la distribuzione non uniforme della pressione e le differenze nei tassi di ritiro tra il substrato e lo strato isolante possono portare a problemi come "spesso al centro, sottile ai bordi" o sporgenze locali nel pannello finale. Per le aree delle apparecchiature a semiconduttore che richiedono l'installazione di connettori di precisione, un'eccessiva deviazione dello spessore può portare a uno scarso contatto del connettore e aumentare il rischio di guasti dell'apparecchiatura.
2, elaborazione microforo: doppia sfida di piccole dimensioni dei pori e proporzioni
Il PCB a 12 strati delle apparecchiature a semiconduttore richiede un gran numero di micropori per ottenere connessioni del circuito interstrato. Questi micropori non solo sono di piccole dimensioni, ma devono anche penetrare 12 strati di substrato, con un rapporto profondità/diametro di gran lunga superiore a quello dei normali circuiti stampati multi-strato, aumentando notevolmente la difficoltà di produzione.
Innanzitutto c’è il problema della precisione della perforazione. A causa dell'apertura estremamente piccola, la punta è soggetta a "vibrazioni" durante la rotazione ad alta-velocità, con conseguente deviazione dell'apertura e persino graffi sulla parete del foro. Allo stesso tempo, le differenze di materiale del substrato a 12 strati accelereranno il tasso di usura della punta. Se non sostituiti in tempo, la precisione della dimensione dei pori dei micropori successivi continuerà a diminuire. Per i dispositivi a semiconduttore, la deviazione della dimensione dei micropori può portare a uno spessore non uniforme dello strato di rame all'interno dei fori placcati, intensificare il riscaldamento locale durante la trasmissione di corrente e influire sulle prestazioni di dissipazione del calore del dispositivo.
La sfida più profonda risiede nella qualità della parete dei pori. I micropori di un PCB a 12 strati devono essere sottoposti a un processo di "perforazione galvanica", in cui il processo di deforatura richiede la rimozione dei detriti residui di resina dalla parete del foro. Tuttavia, la dimensione stretta dei micropori rende difficile la penetrazione completa della soluzione detergente. Se la rimozione della perforazione non è accurata, lo strato di rame non potrà aderire saldamente alla parete del foro durante la galvanica e durante l'uso successivo potrebbe verificarsi uno "sfaldamento della parete del foro", causando la rottura del circuito. Inoltre, un rapporto d'aspetto eccessivo rende difficile la distribuzione uniforme della corrente sul fondo del foro durante la galvanica e lo spessore dello strato di rame sul fondo del foro è insufficiente. Negli scenari ad alta corrente dei dispositivi a semiconduttore, lo strato di rame sul fondo del foro tende a surriscaldarsi e bruciarsi.
3, Controllo dello spessore del rame: la contraddizione tra uniformità globale e ispessimento locale
Il requisito relativo allo spessore del rame nel PCB a 12 strati delle apparecchiature a semiconduttore presenta una "dualità": da un lato, lo spessore globale del rame deve essere uniforme per garantire una trasmissione stabile del segnale; D’altra parte, alcune aree richiedono un ispessimento locale dello spessore del rame per migliorare la dissipazione del calore e la capacità di trasporto di corrente, il che può facilmente portare a conflitti nella produzione.
La difficoltà nel raggiungere l’uniformità globale dello spessore del rame risiede nel processo di galvanica. L'area di un PCB a 12 strati è solitamente ampia e la distribuzione della corrente nella vasca di placcatura è facilmente influenzata dalla forma della scheda e dalla posizione del dispositivo di sospensione, con conseguenti differenze nello spessore del rame tra i bordi e il centro della scheda. Inoltre, i microfori e i fori ciechi nel PCB a 12 strati "deviano" la corrente, facendo sì che lo spessore superficiale del rame vicino ai fori sia più sottile rispetto ad altre aree. Se la deviazione globale dello spessore del rame è troppo grande, la velocità di trasmissione del segnale dei diversi percorsi nelle apparecchiature a semiconduttore sarà diversa, con conseguente ritardo nella sincronizzazione dei dati e incidendo sull'efficienza di elaborazione delle apparecchiature.
L'ispessimento locale dello spessore del rame comporta il rischio di "galvanica eccessiva". Per ottenere un ispessimento locale dello spessore del rame, è necessario eseguire la galvanizzazione secondaria nell'area corrispondente. Tuttavia, durante la galvanica secondaria, la corrente tende a diffondersi nelle aree circostanti, facendo sì che lo spessore del rame nelle aree non target superi lo standard. Allo stesso tempo, la transizione tra l'area localmente ispessita e l'area circostante con spessore di rame convenzionale è soggetta a "gradini". Durante il successivo rivestimento dello strato della maschera di saldatura, nelle fasi si generano facilmente bolle o uno spessore insufficiente, con conseguente esposizione dello strato di rame e aumento del rischio di ossidazione e cortocircuito nelle apparecchiature a semiconduttore.
4, rivestimento della maschera di saldatura: un equilibrio tra rivestimento sottile ed elevato isolamento
Lo strato della maschera di saldatura del PCB a 12 strati nelle apparecchiature a semiconduttore deve soddisfare sia i requisiti di "rivestimento sottile" che di "isolamento elevato" per adattarsi allo spazio di installazione compatto e all'ambiente di lavoro ad alta-tensione all'interno dell'apparecchiatura. Tuttavia, esiste una contraddizione naturale tra questi due requisiti nel settore manifatturiero.
La precisione del rivestimento dei rivestimenti sottili è difficile da controllare. Lo strato della maschera di saldatura viene solitamente lavorato mediante serigrafia o rivestimento a spruzzo e, a causa dei sottili rilievi e depressioni sulla superficie del PCB a 12 strati, i rivestimenti sottili sono soggetti a "perdite" o "spessore irregolare". Ad esempio, se il controllo della pressione del raschiatore non è corretto durante la stampa serigrafica, lo spessore dello strato della maschera di saldatura nella fase potrebbe essere inferiore al valore standard. Tuttavia, uno strato sottile della maschera di saldatura può portare a una diminuzione delle prestazioni di isolamento e la trasmissione del segnale ad alta-tensione nelle apparecchiature a semiconduttore è soggetta a guasti, causando guasti alle apparecchiature.
L'elevato isolamento impone requisiti severi sul materiale e sul processo di indurimento del materiale di saldatura. Durante il funzionamento delle apparecchiature a semiconduttore, i circuiti stampati sono esposti per lungo tempo a temperature elevate e possono entrare in contatto con gas corrosivi. Il solder resist deve avere un'eccellente resistenza alle alte temperature e alla corrosione. Tuttavia, sotto rivestimenti sottili, la distribuzione degli agenti indurenti nel materiale di saldatura è soggetta a irregolarità, con conseguente densità di reticolazione insufficiente-in alcune aree dopo l'indurimento, ed è probabile che si verifichino fessurazioni in ambienti ad alta-temperatura, portando a un rapido calo delle prestazioni di isolamento nel tempo.
5, Controllo della planarità: un vincolo chiave per il successivo assemblaggio e la dissipazione del calore
Il PCB a 12 strati delle apparecchiature a semiconduttore deve avere una planarità estremamente elevata, altrimenti influenzerà l'adesione con chip e dissipatori di calore, portando a una scarsa dissipazione del calore o a guasti di assemblaggio. Tuttavia, la struttura multi-strato e il complesso processo dei circuiti stampati a 12 strati rendono il controllo della planarità un "problema ostinato" nella produzione.
Da un lato, il rilascio dello stress dopo la compressione multi-strato può causare la deformazione della tavola. Durante processi di laminazione multipli su un PCB a 12 strati, lo stress interno del materiale di ogni strato si accumula continuamente. Dopo il raffreddamento, lo stress viene rilasciato, il che può facilmente causare la flessione del pannello verso il lato più spesso della lamina di rame. Soprattutto quando c'è una differenza significativa nello spessore locale del rame, la deformazione può superare di gran lunga i requisiti delle apparecchiature a semiconduttore.
D'altro canto, il trattamento ad alta-temperatura dei processi successivi aggraverà il problema della planarità. I processi come la polimerizzazione della maschera di saldatura devono essere eseguiti a una certa temperatura elevata. A questa temperatura, la scheda PCB subirà nuovamente una deformazione termica. Se la tensione non viene completamente rilasciata prima, la deformazione si sovrapporrà ulteriormente. Per le aree dei dispositivi a semiconduttore che richiedono uno stretto contatto con i dissipatori di calore, le deviazioni di planarità possono portare a una ridotta area di contatto, una diminuzione dell'efficienza di dissipazione del calore, un aumento della temperatura operativa del chip e una durata di vita ridotta del dispositivo.
6, Test e riparazioni: sfide del controllo qualità in strutture complesse
Il processo di produzione di PCB a 12 strati per apparecchiature a semiconduttore richiede un'ispezione completa al 100%, ma a causa della struttura complessa, alcuni difetti sono difficili da rilevare e la difficoltà di riparazione è estremamente elevata, diventando una delle principali difficoltà nel controllo di qualità.
Nel processo di ispezione, i difetti nello strato interno del PCB a 12 strati sono difficili da rilevare tramite l'ispezione estetica convenzionale e richiedono il rilevamento a raggi X-e la scansione a ultrasuoni. Tuttavia, il rilevamento a raggi X- ha un tasso di riconoscimento limitato per piccoli difetti e non è in grado di determinare lo stato di legame tra la parete del foro e la lamina di rame interna; Sebbene la scansione a ultrasuoni sia in grado di rilevare l'adesione tra gli strati, la risoluzione della scansione potrebbe diminuire a causa dello spessore di 12 strati, che potrebbero non individuare aree locali di distacco. Questi difetti non rilevati si espanderanno gradualmente durante il funzionamento a lungo-termine delle apparecchiature a semiconduttore, portando infine a guasti dei circuiti.
La sfida nel processo di riparazione è ancora maggiore. Se viene rilevato un cortocircuito o una placcatura di microfori scadente nello strato interno, il PCB a 12 strati deve essere "riparato strato per strato", ovvero lo strato isolante e il foglio di rame vengono rimossi strato per strato, i difetti vengono riparati e quindi repressati. Tuttavia, durante il processo di stratificazione, le alte temperature e i reagenti chimici possono facilmente danneggiare gli strati intatti circostanti, determinando una minore percentuale di successo delle riparazioni. Anche se la riparazione ha successo, nella zona repressa possono comunque verificarsi nuove concentrazioni di stress. Nell'ambiente vibrante delle apparecchiature a semiconduttore, è probabile che si verifichino crepe nel luogo di riparazione, diventando un nuovo potenziale pericolo di guasto.