PCB میکرو متخلخل

برد مدار چاپی (PCB) که با استفاده از فناوری حکاکی لیزری یا پلاسما با قطر سوراخ کوچکتر از 0.15 میلی‌متر (در صنعت معمولاً از 0.1 میلی‌متر به عنوان استاندارد استفاده می‌شود) ساخته شده و برای اتصال با چگالی بالا استفاده می‌شود.

قطر سوراخ بیش از 50٪ کوچکتر از PCB های معمولی است، عرض/فاصله خط می تواند به 30μm/30μm برسد، تراکم سیم کشی 2-3 برابر افزایش یافته است و برای انتقال سیگنال با فرکانس بالا و سرعت بالا مناسب است.

بر اساس فرآیند، آنها به ویاهای کور (هدایت یک طرفه)، ویاهای مدفون (هدایت داخلی) و ویاهای عبوری (از طریق کل برد) تقسیم می‌شوند. محدوده قطر ویاهای کور معمولی ۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر است.

به طور گسترده در سناریوهای یکپارچه‌سازی با تراکم بالا مانند تلفن‌های هوشمند (بیش از 60٪)، ایستگاه‌های پایه 5G، مادربردهای سرور و بسته‌بندی تراشه هوش مصنوعی استفاده می‌شود.

این روش پس از بلوغ فناوری حفاری لیزری در دهه 1990 ظهور کرد. فرآیند رایج فعلی می‌تواند به قطر سوراخ 30 میکرومتر دست یابد و حداقل قطر سوراخ ثبت شده 15 میکرومتر است.

حداقل قطر سوراخ برای تولید انبوه صنعتی می‌تواند به 50 میکرومتر برسد و حد آزمایشگاهی 15 میکرومتر است، اما هزینه با کاهش قطر سوراخ به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد.

به طور کلی، نسبت ابعاد از ۱:۱ تجاوز نمی‌کند و فرآیندهای ویژه می‌توانند به ۱:۰.۸ برسند. نسبت ابعاد خیلی بالا احتمالاً باعث پر شدن ضعیف آبکاری می‌شود.

حداقل فاصله توصیه شده ≥80μm است تا از یکپارچگی لایه آبکاری مس الکترولس اطمینان حاصل شود و خطر اتصال کوتاه کاهش یابد.

توصیه می‌شود از چیدمان متناوب بردهای هسته و پیش‌پرگ‌ها استفاده شود، به طوری که ضخامت دی‌الکتریک بین لایه‌ها در محدوده ۵۰ تا ۷۵ میکرومتر کنترل شود تا کیفیت انتقال سیگنال تضمین شود.

لازم است به ظرفیت خازنی انگلی سوراخ (مقدار معمول

برای خروجی فن BGA، طراحی کور از طریق ترجیح داده می‌شود. هر پد مربوط به ۱-۲ میکروویو است و عرض خط خروجی فن کمتر از ۴۰ میکرومتر نیست.

اتصال چند نقطه‌ای بین صفحات تغذیه/زمین از طریق میکروویوها، با فاصله ≤5 میلی‌متر، برای کاهش امپدانس بین صفحات.

برای بهبود راندمان هدایت گرما، چگالی مسیر‌های اتلاف گرما (توصیه می‌شود ≥10 مسیر بر سانتی‌متر مربع) را با قطر سوراخ ≥80 میکرومتر افزایش دهید.

دهانه پوشش لحیم باید از هر طرف 20 تا 30 میکرومتر بزرگتر از قطر سوراخ باشد تا از مسدود شدن سوراخ توسط جوهر پوشش لحیم جلوگیری شود.

برای افزایش تعداد لایه‌های سیم‌کشی، از یک فرآیند افزایشی استفاده کنید و به جای ویاهای عبوری، از ویاهای کور و مدفون استفاده کنید که می‌تواند تراکم سیم‌کشی را بیش از 30٪ افزایش دهد.

از جمله حفاری لیزری (CO₂، لیزر UV)، حکاکی پلاسما و حفاری مکانیکی (فقط برای قطر سوراخ‌های بزرگتر مناسب است)، که حفاری لیزری بیش از 80٪ را تشکیل می‌دهد.

لیزر CO₂ برای قطر سوراخ‌های 0.075-0.15 میلی‌متر با هزینه کم مناسب است؛ لیزر UV می‌تواند میکروویوهای کمتر از 50 میکرومتر را پردازش کند، اما هزینه تجهیزات آن 3-5 برابر بیشتر است.

سرعت حفاری لیزر CO₂ حدود 5000 تا 10000 سوراخ در دقیقه و لیزر UV حدود 2000 تا 5000 سوراخ در دقیقه است.

دقت موقعیت‌یابی حفاری لیزری ±25μm، حفاری مکانیکی ±50μm و لیزر UV می‌تواند به دقت بالای ±15μm دست یابد.

سوراخکاری لیزری با کمک نیتروژن می‌تواند ارتفاع پلیسه را در محدوده 5 میکرومتر کنترل کند، یا می‌توان از پلاسما برای حذف لکه استفاده کرد.

یک فرآیند آبکاری الکتریکی از طریق سوراخ مورد نیاز است، با ضخامت آبکاری مس کنترل شده در 25-35μm، و یکنواختی ضخامت مس در سوراخ ≥85٪.

یک لایه مس با ضخامت 0.3 تا 0.5 میکرومتر روی دیواره سوراخ عایق قرار دهید تا یک پایه رسانا ایجاد شود. غلظت یون‌های پالادیوم در محلول فعال‌سازی باید در محدوده 2 تا 5 ppm کنترل شود.

دمای لایه گذاری ۱۸۰-۲۱۰ درجه سانتیگراد، فشار ۳۰۰-۵۰۰ psi و سرعت گرمایش ۱-۲ درجه سانتیگراد در دقیقه است تا از پخت یکنواخت لایه دی الکتریک اطمینان حاصل شود.

درجه خلاء باید کمتر از -95kPa باشد. قبل از لمینیت، پیش‌پرگ را تا مرحله B پیش‌پخت کنید و میزان نقص حباب را می‌توان به زیر 0.5٪ کاهش داد.

موارد رایج شامل غوطه‌وری طلا (ضخامت 0.05-0.1μm)، OSP (ضخامت لایه 0.2-0.5μm) و غوطه‌وری نقره (0.1-0.3μm) است. غوطه‌وری طلا بالاترین قابلیت اطمینان را دارد.

لازم است ویسکوزیته جوهر در ۸۰ تا ۱۲۰ پاسکال ثانیه کنترل شود و از فرآیند مسدود کردن خلاء برای جلوگیری از باقی ماندن جوهر در سوراخ‌ها، با نرخ مسدود کردن سوراخ کمتر یا مساوی ۱٪، استفاده شود.

برش لیزری زمانی استفاده می‌شود که دقت شکل مورد نیاز کمتر از ±0.1 میلی‌متر باشد. برای موارد متعارف، می‌توان از فرزهای برش با سرعت برش 20000 تا 30000 دور در دقیقه استفاده کرد.

شامل دیواره‌های ناهموار سوراخ (زبری Ra >1.5μm)، حفره‌های موجود در سوراخ‌ها (نسبت حفره >5%)، انحراف سوراخ (>±30μm) و غیره.

از تمیزکاری پلاسما برای حذف بقایای حفاری استفاده می‌شود، به طوری که زبری سطح Ra دیواره سوراخ ≤1.0μm باشد.

بازده کلی تحت فرآیندهای بالغ حدود ۸۵-۹۲٪ است. هرچه قطر سوراخ کوچکتر باشد، بازده کمتر است. بازده میکروویوهای ۵۰ میکرومتری حدود ۸۰٪ است.

از جمله FR-4 (ثابت دی الکتریک ۴.۲-۴.۵)، بردهای پرسرعت (مانند Rogers 4350B، Dk=3.66)، رزین BT و غیره.

بردهای پرسرعت تانژانت تلفات کمتری دارند (Df

برای اتصال بین لایه‌ها استفاده می‌شود، با میزان چسب کنترل‌شده بین ۴۰ تا ۵۰ درصد و سیالیت بین ۲۰ تا ۳۰ درصد تا یکنواختی دی‌الکتریک پس از لایه‌بندی تضمین شود.

برای لایه داخلی، فویل مسی ۱۸μm یا ۳۵μm توصیه می‌شود. برای لایه بیرونی، می‌توان از ۱۸μm برای کاهش افت سیگنال استفاده کرد. بردهای HDI اغلب از فویل مسی فوق نازک ۹μm استفاده می‌کنند.

باید مقاومت دمایی (بدون لایه برداری در دمای 260 درجه سانتیگراد / 10 ثانیه)، مقاومت عایق (> 10^12Ω) و چسبندگی (سطح تست برش عرضی 0) را برآورده کند.

توصیه می‌شود از فویل مسی RTF (پردازش معکوس) با زبری Ra

موادی با ثابت دی‌الکتریک پایین (Dk

آنها باید با دستورالعمل RoHS 2.0 مطابقت داشته باشند، به طوری که میزان هالوژن (کلر + برم) کمتر از 1500ppm و برم کمتر از 900ppm باشد.

ماده پایه FR-4 کمترین هزینه را دارد. بردهای پرسرعت 3 تا 5 برابر FR-4 قیمت دارند و رزین BT بین این دو قرار دارد.

ماده پایه باید در دمای کمتر از ۲۵ درجه سانتیگراد و رطوبت کمتر از ۶۰٪ نگهداری شود. پیش‌پرگ باید در دمای ۱۸- درجه سانتیگراد و با مدت اعتبار ۶ تا ۱۲ ماه منجمد شود.

شامل بازرسی چشمی، اندازه‌گیری قطر سوراخ، تست ضخامت مس سوراخ، تست امپدانس و آنالیز سطح مقطع.

از یک ابزار اندازه‌گیری تصویر دوبعدی (با دقت ±1μm) یا میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده کنید. می‌توان از بازرسی نوری خودکار (AOI) برای تشخیص دسته‌ای استفاده کرد.

استانداردهای IPC ایجاب می‌کنند که ضخامت مس در سوراخ ≥20μm و نسبت ضخامت متوسط ​​مس به حداقل ضخامت مس ≤1.5 باشد که با روش برش عرضی متالوگرافی تعیین می‌شود.

از یک آنالایزر شبکه با محدوده فرکانس تست ۱-۱۰ گیگاهرتز استفاده کنید و انحراف امپدانس باید در محدوده ±۱۰٪ کنترل شود.

این دستگاه می‌تواند کیفیت دیواره سوراخ، ضخامت لایه مس و وضعیت پیوند بین لایه‌ها را با دقت برش ±5μm به صورت بصری مشاهده کند.

شامل تست تنش حرارتی (۲۶۰ درجه سانتیگراد / ۱۰ بار)، تست ولتاژ قابل تحمل (۵۰۰ ولت DC / ۱ دقیقه) و تست چرخه دما-رطوبت (-۴۰ درجه سانتیگراد ~ ۸۵ درجه سانتیگراد).

مشاهده کنید که آیا دیواره سوراخ پس از آزمایش شوک حرارتی (288 درجه سانتیگراد / 10 بار) ترک می‌خورد یا خیر، و طول ترک کمتر از 50 میکرومتر واجد شرایط است.

از SEM برای مشاهده ریزساختار، از طیف‌سنجی پراکندگی انرژی (EDS) برای تشخیص ترکیب عناصر و از اشعه ایکس برای تشخیص عیوب داخلی استفاده کنید.

فرآیند آبکاری الکتریکی را بهینه کنید تا حفره‌های موجود در سوراخ‌ها کاهش یابد، چسبندگی لایه پوشش لحیم تقویت شود و از مهاجرت الکتروشیمیایی ناشی از عوامل محیطی جلوگیری شود.

در شرایط استفاده عادی، می‌تواند به ۵ تا ۱۰ سال برسد و محیط‌های سخت (دمای بالا، رطوبت بالا) آن را به ۲ تا ۳ سال کاهش می‌دهد.

شامل چسباندن SMT، جوشکاری BGA و قرار دادن قطعات، با دقت چسباندن SMT معادل ±50μm.

برای جلوگیری از فروپاشی میکروویوها در قطعات، لازم است فشار چسباندن در محدوده 0.5-1.0 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع کنترل شود و دمای اوج منحنی کوره بازتابی 230-245 درجه سانتیگراد باشد.

لازم است که هم‌سطحی توپ‌های لحیم (

ضخامت چاپ خمیر لحیم (100-120 میکرومتر) را بهینه کنید، از لحیم کاری بازتابی محافظت شده با نیتروژن استفاده کنید و میزان اکسیژن کمتر از 500ppm باشد.

دمای کار مجدد باید زیر ۲۶۰ درجه سانتیگراد کنترل شود و زمان آن باید کمتر از ۹۰ ثانیه باشد تا از کنده شدن لایه مسی روی دیواره سوراخ جلوگیری شود.

مناسب برای میکروویوهایی با قطر سوراخ ≥0.3 میلی‌متر، که نیاز به لحیم‌کاری دو موج یا لحیم‌کاری موج انتخابی دارند، با ارتفاع موج لحیم 25-35 میلی‌متر.

به خمیر لحیم بدون سرب (آلیاژ SnAgCu) با نقطه ذوب 217 درجه سانتیگراد، سطح فعالیت شار RMA و مقاومت عایق باقیمانده > 10^10Ω اولویت دهید.

با کاهش محتوای فلزی خمیر لحیم به ۹۰ تا ۹۲ درصد، طراحی دهانه شابلون را بهینه کنید و میزان نقص مهره لحیم را به زیر ۰.۱ درصد کاهش دهید.

از مواد تمیزکننده پایه آب در دمای ۵۰-۶۰ درجه سانتیگراد به مدت ۳-۵ دقیقه استفاده کنید تا غلظت یون باقیمانده کمتر از ۱.۵ میکروگرم بر سانتی‌متر مربع باشد.

دقت تشخیص را روی ±25μm و آستانه کنتراست را روی 30-50٪ تنظیم کنید که می‌تواند بیش از 95٪ از عیوب مونتاژ را تشخیص دهد.

هزینه‌های مواد اولیه ۴۰ تا ۵۰ درصد، هزینه‌های فرآوری ۳۰ تا ۴۰ درصد و هزینه‌های بازرسی و بسته‌بندی ۱۰ تا ۲۰ درصد را تشکیل می‌دهند.

قطر سوراخ، تعداد لایه‌ها، فرآیند عملیات سطحی، نوع ماده. هر 10 میکرومتر کاهش در حداقل قطر سوراخ، هزینه‌ها را 15 تا 20 درصد افزایش می‌دهد.

طراحی را بهینه کنید تا تعداد لایه‌ها کاهش یابد، از مواد استاندارد استفاده شود و تعداد دسته‌های تولید افزایش یابد که می‌تواند هزینه‌ها را 10 تا 30 درصد کاهش دهد.

چرخه تولید برای فرآیندهای مرسوم ۷ تا ۱۰ روز است و سفارش‌های فوری را می‌توان به ۳ تا ۵ روز کاهش داد، اما هزینه ۲۰ تا ۳۰ درصد افزایش می‌یابد.

خطوط تولید خودکار را اتخاذ کنید، جریان‌های فرآیند را بهینه کنید و میزان استفاده از تجهیزات حفاری لیزری را به بیش از ۸۰٪ افزایش دهید.

ظرفیت تولید ماهانه یک خط تولید واحد، بسته به پیکربندی تجهیزات و پیچیدگی فرآیند، حدود ۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ متر مکعب است.

هزینه تولید دسته‌های کوچک (کمتر از ۱۰۰ متر مکعب) ۴۰ تا ۶۰ درصد بیشتر از دسته‌های بزرگ (بیشتر از ۱۰۰۰ متر مکعب) است، که عمدتاً به دلیل راه‌اندازی دستگاه و تخصیص هزینه‌های ثابت است.

به طور جامع بر اساس مساحت (یوان/㎡)، تعداد لایه‌ها، قطر سوراخ و غیره محاسبه شده است. هزینه پردازش برای یک برد میکروویو معمولی ۸ لایه ۰.۱ میلی‌متری حدود ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ یوان/㎡ است.

از طریق بهینه‌سازی طراحی DFM، کاهش الزامات تلرانس تحت فرض برآورده کردن عملکرد می‌تواند هزینه‌ها را بیش از 15٪ کاهش دهد.

سرمایه‌گذاری در تجهیزات کامل خط تولید حدود 10 تا 20 میلیون یوان است، از جمله دستگاه‌های حفاری لیزری، خطوط آبکاری، لمینت‌ها و غیره.

در حال توسعه به سمت قطر سوراخ‌های کوچک‌تر (20 لایه)، اتلاف کمتر و بسته‌بندی یکپارچه.

برای برآورده کردن الزامات چیدمان تراشه، دستیابی به قطر سوراخ‌های اتصال عمودی کمتر از 50 میکرومتر و دقت ترازبندی بین لایه‌ای ±10 میکرومتر ضروری است.

برای بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند و تشخیص هوشمند نقص استفاده می‌شود که می‌تواند بازده را ۵ تا ۱۰ درصد و راندمان تشخیص را ۳۰ درصد افزایش دهد.

تولید آزمایشگاهی سوراخ‌هایی با قطر ۱۰ میکرومتر انجام شده است، اما تولید انبوه با چالش‌هایی در زمینه مواد، تجهیزات و هزینه مواجه است.

از طریق اتصال با چگالی بالا، اتصال یکپارچه بین تراشه‌ها و PCBها را محقق کنید، مسیرهای انتقال سیگنال را کوتاه کنید و عملکرد سیستم را بهبود بخشید.

از مواد و فرآیندهای سازگار با محیط زیست استفاده کنید، به طوری که میزان فلزات سنگین در فاضلاب خروجی کمتر از ۱ ppm باشد و مصرف انرژی ۲۰٪ کاهش یابد.

به موادی با ثابت دی‌الکتریک پایین (Dk

لازم است مشکلات ترک خوردگی دیواره سوراخ و کنده شدن لایه مس در حین خمکاری، با شعاع خمش ≥3 میلی‌متر، حل شود.

دستیابی به نظارت کامل بر فرآیند و تولید خودکار از طریق کارخانه‌های دیجیتال، با افزایش بهره‌وری تولید بیش از ۵۰٪.

به اتصال داخلی با تلفات بسیار کم و پایداری بالا نیاز دارند، به طوری که قطر سوراخ‌ها و پهنای خطوط در سطح زیرمیکرون کنترل شوند تا انتقال سیگنال کوانتومی تضمین شود.

برای دستیابی به یکپارچه‌سازی با چگالی بالا از تراشه‌ها، دوربین‌ها و غیره، از بردهای HDI 6-10 لایه با قطر سوراخ 0.075 میلی‌متر استفاده کنید که 30-40٪ از هزینه مادربرد تلفن همراه را تشکیل می‌دهد.

به بردهای کم‌اتلاف (Df

نیاز به برآورده کردن اتصال پرسرعت چندین پردازنده، استفاده از فناوری حفاری معکوس برای حذف نویزهای گذرا و تأخیر انتقال سیگنال کمتر از ۱ نانوثانیه.

دارای گواهینامه AEC-Q100، محدوده مقاومت دمایی -40℃~125℃ و 1000 ساعت تست اسپری نمک.