V polprevodniški opremi imajo 12-slojne plošče PCB ključno vlogo pri povezovanju jedrnih čipov, prenosu visoko-frekvenčnih signalov in visokih tokov. Njegov proizvodni proces zahteva izjemno visoke zahteve glede natančnosti, stabilnosti in zanesljivosti. V primerjavi z navadnimi več-slojnimi tiskanimi vezji imajo 12-slojna tiskana vezja bolj zapleteno strukturo, več procesnih korakov in se morajo prilagoditi strogim standardom polprevodniške opreme glede celovitosti signala in odvajanja toplote. Zato je v procesu izdelave več glavnih težav. Začenši s ključnimi procesnimi koraki, bomo razčlenili proizvodne izzive 12-slojnih tiskanih vezij v scenarijih uporabe polprevodniške opreme.
1, Postopek laminiranja: izziv "natančnega lepljenja" v več-plastnih strukturah
Layering je osrednji proces proizvodnje 12 plasti PCB, ki zahteva integracijo 12 plasti substrata, bakrene folije in izolacijske plasti v celoto s pomočjo visoke temperature in visoke napetosti. Težava je v natančnosti poravnave in enakomernosti debeline med plastmi, ki sta ključni za prenos signala v polprevodniški opremi.
Z vidika medplastne poravnave je treba 12-slojno PCB pritisniti večkrat in vsak pritisk mora zagotoviti, da je napaka poravnave grafike vsake plasti nadzorovana v zelo majhnem obsegu. Vendar pa je pri dejanski proizvodnji podlaga nagnjena k toplotni deformaciji pri visokih temperaturah in lahko pride do manjših odstopanj v ravnosti plošče po vsakem laminiranju. Pri zlaganju na 12 plasti lahko skupna napaka poravnave preseže kritično vrednost. Ko natančnost poravnave ne ustreza standardu, se bo izguba prenosa visoko-frekvenčnih signalov v polprevodniški opremi znatno povečala in lahko pride celo do preslušavanja signala, kar vpliva na normalno delovanje opreme.
Enakomernost debeline je enako zahtevna. 12-slojni PCB mora nadzorovati celotno debelino in razpon odstopanja vsake debeline plasti. Vendar pa lahko med postopkom stiskanja neenakomerna porazdelitev tlaka in razlike v stopnjah krčenja med podlago in plastjo izolacije povzročijo težave, kot so "na sredini debelo, na robovih tanko" ali lokalne izbokline na končni plošči. Za področja v polprevodniški opremi, ki zahtevajo namestitev natančnih konektorjev, lahko preveliko odstopanje debeline povzroči slab stik konektorja in poveča tveganje za okvaro opreme.
2, Obdelava mikro lukenj: dvojni izzivi majhne velikosti por in razmerja stranic
12-slojno tiskano vezje polprevodniške opreme zahteva veliko število mikropor za doseganje povezav medslojnega vezja. Te mikropore niso samo majhne, ampak morajo prodreti tudi skozi 12 plasti substrata, pri čemer razmerje med globino in premerom močno presega razmerje običajnih več-slojnih tiskanih vezij, kar močno poveča težave pri izdelavi.
Prvič, tu je vprašanje natančnosti vrtanja. Zaradi izjemno majhne odprtine je sveder nagnjen k "vibracijam" med-vrtenjem visoke hitrosti, kar povzroči odstopanje zaslonke in celo praske na steni luknje. Hkrati bodo razlike v materialu 12-slojnega substrata pospešile stopnjo obrabe svedra. Če se ne zamenja pravočasno, se bo natančnost velikosti por naslednjih mikropor še naprej zmanjševala. Pri polprevodniških napravah lahko odstopanje velikosti mikro por povzroči neenakomerno debelino bakrene plasti znotraj prevlečenih lukenj, okrepi lokalno segrevanje med prenosom toka in vpliva na zmogljivost odvajanja toplote naprave.
Globlji izziv je kakovost stene por. Mikropore 12-slojnega tiskanega vezja morajo iti skozi postopek "vrtanja in galvanizacije vrtanja", pri katerem postopek odstranjevanja vrtanja zahteva odstranitev ostankov smole iz stene luknje. Vendar pa zaradi ozke velikosti por mikropor čistilna raztopina težko prodre v celoti. Če odvrtanje ni temeljito, se bakrena plast med galvaniziranjem ne more tesno povezati s steno luknje in med kasnejšo uporabo lahko pride do "luščenja stene luknje", kar povzroči prekinitev tokokroga. Poleg tega preveliko razmerje stranic otežuje enakomerno porazdelitev toka na dno luknje med galvanizacijo, debelina bakrene plasti na dnu luknje pa je nezadostna. V scenarijih polprevodniških naprav z visokim tokom je bakrena plast na dnu luknje nagnjena k pregrevanju in izgorevanju.
3, Nadzor debeline bakra: protislovje med globalno enotnostjo in lokalnim zgoščevanjem
Zahteva za debelino bakra v 12-slojnem tiskanem vezju polprevodniške opreme ima "dvojnost": na eni strani mora biti skupna debelina bakra enotna, da se zagotovi stabilen prenos signala; Po drugi strani pa nekatera področja zahtevajo lokalno odebelitev debeline bakra za izboljšanje odvajanja toplote in tokovne nosilnosti, kar lahko zlahka privede do konfliktov v proizvodnji.
Težava pri doseganju globalne enotnosti debeline bakra je v postopku galvanizacije. Območje 12-slojnega tiskanega vezja je običajno veliko, na porazdelitev toka v posodi za prevleko pa zlahka vplivata oblika plošče in položaj viseče napeljave, kar povzroči razlike v debelini bakra med robovi in sredino plošče. Poleg tega bodo mikro luknje in slepe luknje v 12-slojnem tiskanem vezju 'preusmerjale' tok, zaradi česar bo površinska debelina bakra v bližini lukenj tanjša od drugih območij. Če je globalno odstopanje debeline bakra preveliko, se bo hitrost prenosa signala različnih poti v polprevodniški opremi razlikovala, kar bo povzročilo zamudo pri sinhronizaciji podatkov in vplivalo na učinkovitost obdelave opreme.
Lokalno zgostitev debeline bakra predstavlja tveganje za "pretirano galvanizacijo". Da bi dosegli lokalno zgostitev debeline bakra, je treba na ustreznem območju izvesti sekundarno galvanizacijo. Vendar pa je med sekundarno galvanizacijo tok nagnjen k difuziji v okoliška območja, kar povzroči, da debelina bakra na neciljnih območjih preseže standard. Hkrati je prehod med lokalno odebeljenim območjem in okoliškim konvencionalnim bakrenim debelim območjem nagnjen k "stopnicam". Med kasnejšim nanašanjem sloja spajkalne maske se na stopnicah zlahka ustvarijo mehurčki ali premajhna debelina, kar povzroči izpostavljenost bakrene plasti in poveča tveganje oksidacije in kratkega stika v polprevodniški opremi.
4, Prevleka spajkalne maske: ravnovesje med tanko prevleko in visoko izolacijo
Plast spajkalne maske 12-slojnega tiskanega vezja v polprevodniški opremi mora izpolnjevati tako zahteve glede "tanke prevleke" kot "visoke izolacije", da se prilagodi kompaktnemu prostoru za namestitev in visoko-napetostnemu delovnemu okolju znotraj opreme. Vendar pa obstaja naravno protislovje med tema dvema zahtevama v proizvodnji.
Natančnost nanosa tankih premazov je težko nadzorovati. Plast spajkalne maske je običajno obdelana s sitotiskom ali nanosom z razpršilom, pri subtilnih izboklinah in vdolbinah na površini 12-slojnega tiskanega vezja pa so tanki premazi nagnjeni k "puščanju" ali "neenakomerni debelini". Na primer, če nadzor tlaka strgala med sitotiskom ni ustrezen, je lahko debelina sloja spajkalne maske na koraku nižja od standardne vrednosti. Vendar pa lahko tanka plast spajkalne maske zmanjša učinkovitost izolacije, visoko{4}}napetostni prenos signala v polprevodniški opremi pa je nagnjen k okvaram, kar povzroči okvaro opreme.
Visoka izolacija nalaga stroge zahteve glede materiala in procesa strjevanja rezista za spajkanje. Med delovanjem polprevodniške opreme so tiskana vezja dolgo časa izpostavljena visokim temperaturam in lahko pridejo v stik z jedkimi plini. Spajkalni rezist mora imeti odlično odpornost na visoke temperature in korozijo. Vendar pa je pod tankimi prevlekami porazdelitev utrjevalnih sredstev v rezistu za spajkanje nagnjena k neenakomernosti, kar ima za posledico nezadostno gostoto navzkrižnih-vez na nekaterih območjih po strjevanju, poleg tega pa je v okoljih z visoko-temperaturo nagnjeno k pojavu razpok, kar sčasoma vodi do hitrega upada izolacijske učinkovitosti.
5, Nadzor ravnosti: ključna omejitev za poznejšo montažo in odvajanje toplote
12-slojno tiskano vezje polprevodniške opreme mora imeti izredno visoko ravnost, sicer bo to vplivalo na oprijem s čipi in toplotnimi odvodi, kar bo povzročilo slabo odvajanje toplote ali napako pri sestavljanju. Vendar pa je zaradi več-plastne strukture in zapletenega postopka 12-slojnih tiskanih vezij nadzor ravnosti "trdovraten problem" v proizvodnji.
Po eni strani lahko sprostitev napetosti po več-plastnem stiskanju povzroči zvijanje plošče. Med postopki večkratne laminacije na 12-slojnem tiskanem vezju se notranja napetost materiala vsake plasti nenehno kopiči. Po ohlajanju se napetost sprosti, zaradi česar se lahko plošča zlahka upogne proti debelejši strani bakrene folije. Zlasti kadar obstaja velika razlika v lokalni debelini bakra, lahko zvitost močno preseže zahteve polprevodniške opreme.
Po drugi strani pa bo visoko{0}}temperaturna obdelava poznejših postopkov poslabšala težavo ravnosti. Postopke, kot je utrjevanje spajkalne maske, je treba izvajati pri določeni visoki temperaturi. Pri tej temperaturi bo PCB plošča ponovno podvržena toplotni deformaciji. Če se napetost pred tem ne sprosti v celoti, se bo deformacija še naprej prekrivala. Za področja v polprevodniških napravah, ki zahtevajo tesen stik s toplotnimi odvodi, lahko odstopanja ravnosti povzročijo zmanjšano kontaktno površino, zmanjšano učinkovitost odvajanja toplote, povečano delovno temperaturo čipa in skrajšano življenjsko dobo naprave.
6, Testiranje in popravilo: Izzivi nadzora kakovosti v kompleksnih strukturah
Proizvodni proces 12-slojnega tiskanega vezja za polprevodniško opremo zahteva 100-odstotno popoln pregled, vendar je zaradi zapletene strukture nekatere napake težko odkriti, težavnost popravila pa je izjemno velika, kar postane velika težava pri nadzoru kakovosti.
V postopku inšpekcijskega pregleda je napake v notranji plasti 12-slojnega tiskanega vezja težko odkriti z običajnim pregledom videza in zahtevata zaznavanje rentgenskih žarkov in ultrazvočno skeniranje. Vendar ima zaznavanje rentgenskih žarkov omejeno stopnjo prepoznavanja majhnih napak in ne more določiti stanja vezi med steno luknje in notranjo bakreno folijo; Čeprav lahko ultrazvočno skeniranje zazna vmesno lepljenje, se lahko ločljivost skeniranja zmanjša zaradi debeline 12 slojev, ki lahko zgrešijo lokalna območja odlepitve. Te neodkrite napake se bodo med dolgotrajnim-delovanjem polprevodniške opreme postopoma razširile, kar bo na koncu vodilo do okvar vezja.
Izziv v procesu popravila je še večji. Če je v notranji plasti zaznan kratek stik ali slaba prevleka z mikro luknjami, je treba 12-slojno PCB "popraviti plast za plastjo", kar pomeni, da se izolacijska plast in bakrena folija odluščita plast za plastjo, napake se popravijo in nato ponovno stisnejo. Vendar pa lahko med postopkom nanašanja plasti visoke temperature in kemični reagenti zlahka poškodujejo okoliške nedotaknjene plasti, kar povzroči nižjo stopnjo uspešnosti popravil. Tudi če je popravilo uspešno, se lahko na stisnjenem območju še vedno pojavijo nove koncentracije napetosti. V vibracijskem okolju polprevodniške opreme se na mestu popravila pogosto pojavijo razpoke, ki postanejo nova potencialna nevarnost napake.