Микропористая печатная плата

Печатная плата (PCB), изготовленная с использованием технологии лазерного или плазменного травления, с диаметром отверстий менее 0,15 мм (в отрасли обычно используется стандарт 0,1 мм), предназначенная для высокоплотных межсоединений.

Диаметр отверстий более чем на 50% меньше, чем у обычных печатных плат, ширина/расстояние между линиями может достигать 30 мкм/30 мкм, плотность проводников увеличивается в 2-3 раза, что делает его подходящим для высокочастотной и высокоскоростной передачи сигналов.

В зависимости от технологического процесса, они делятся на глухие переходные отверстия (односторонняя проводимость), скрытые переходные отверстия (внутренняя проводимость) и сквозные переходные отверстия (проходящие через всю плату). Обычно диаметр глухих переходных отверстий составляет 50-100 мкм.

Широко используется в сценариях интеграции высокой плотности, таких как смартфоны (на их долю приходится более 60%), базовые станции 5G, материнские платы серверов и упаковка чипов для искусственного интеллекта.

Этот метод появился после того, как в 1990-х годах технология лазерного сверления достигла зрелости. Современный, наиболее распространенный процесс позволяет получать отверстия диаметром 30 мкм, а минимальный рекордный диаметр отверстия составляет 15 мкм.

Минимальный диаметр отверстия для промышленного массового производства может достигать 50 мкм, а лабораторный предел составляет 15 мкм, но стоимость экспоненциально возрастает с уменьшением диаметра отверстия.

Как правило, соотношение сторон не превышает 1:1, а в специальных процессах может достигаться 1:0,8. Слишком высокое соотношение сторон может привести к плохому заполнению при гальваническом покрытии.

Рекомендуемое минимальное расстояние между электродами составляет ≥80 мкм для обеспечения целостности слоя химического меднения и снижения риска коротких замыканий.

Рекомендуется использовать чередующуюся укладку основных плат и препрегов, при этом толщина диэлектрика между слоями должна контролироваться в пределах 50-75 мкм для обеспечения качества передачи сигнала.

Необходимо обращать внимание на паразитную емкость отверстия (типичное значение

Для разводки BGA предпочтительнее использовать конструкцию с глухими переходными отверстиями. Каждая контактная площадка соответствует 1-2 микропереходным отверстиям, а ширина линии разводки составляет не менее 40 мкм.

Реализация многоточечного соединения между силовыми и заземляющими плоскостями посредством микропереходов с расстоянием между ними ≤5 мм для снижения импеданса между плоскостями.

Для повышения эффективности теплопроводности следует увеличить плотность теплоотводящих отверстий (рекомендуется ≥10 отверстий/см²) с диаметром отверстия ≥80 мкм.

Чтобы предотвратить засорение отверстий паяльной маской краской, диаметр отверстия с каждой стороны должен быть на 20-30 мкм больше диаметра отверстия паяльной маски.

Внедрение послойного процесса для увеличения количества проводящих слоев и использование глухих и скрытых переходных отверстий вместо сквозных позволяет повысить плотность проводки более чем на 30%.

Включая лазерное сверление (CO₂, УФ-лазер), плазменное травление и механическое сверление (подходит только для отверстий большего диаметра), при этом на лазерное сверление приходится более 80%.

CO₂-лазер подходит для обработки отверстий диаметром 0,075-0,15 мм с низкими затратами; УФ-лазер позволяет обрабатывать микроотверстия

Скорость сверления CO₂-лазером составляет примерно 5000-10000 отверстий в минуту, а УФ-лазером — около 2000-5000 отверстий в минуту.

Точность позиционирования при лазерном сверлении составляет ±25 мкм, при механическом сверлении — ±50 мкм, а УФ-лазер позволяет достичь высокой точности ±15 мкм.

Лазерное сверление с использованием азота позволяет контролировать высоту заусенцев в пределах 5 мкм, или же можно использовать плазменное удаление заусенцев.

Для нанесения покрытия на сквозные отверстия требуется процесс электроосаждения, при котором толщина медного покрытия контролируется в пределах 25-35 мкм, а равномерность толщины меди в отверстии составляет ≥85%.

Нанесите слой меди толщиной 0,3-0,5 мкм на изолирующую стенку отверстия для создания проводящей основы. Концентрацию ионов палладия в активационном растворе необходимо контролировать на уровне 2-5 ppm.

Температура ламинирования составляет 180-210℃, давление — 300-500 psi, а скорость нагрева — 1-2℃/минуту для обеспечения равномерного отверждения диэлектрического слоя.

Степень вакуума должна быть ниже -95 кПа. Предварительное отверждение препрега до стадии B перед ламинированием позволит снизить процент дефектов в виде пузырьков до менее 0,5%.

К наиболее распространенным относятся иммерсионное золочение (толщина 0,05-0,1 мкм), OSP (толщина пленки 0,2-0,5 мкм) и иммерсионное серебрение (0,1-0,3 мкм). Иммерсионное золочение обладает наибольшей надежностью.

Необходимо контролировать вязкость чернил в диапазоне 80-120 Па·с и использовать вакуумную герметизацию для предотвращения попадания остатков чернил в отверстия, при этом степень закупорки отверстий должна быть ≤1%.

Лазерная резка используется, когда требуется точность формы

Включая шероховатые стенки отверстий (шероховатость Ra > 1,5 мкм), пустоты в отверстиях (доля пустот > 5%), отклонение отверстий (> ± 30 мкм) и т. д.

Плазменная очистка используется для удаления остатков сверления, благодаря чему шероховатость поверхности Ra стенки отверстия составляет ≤1,0 мкм.

Общий выход годной продукции при использовании отработанных процессов составляет около 85-92%. Чем меньше диаметр отверстия, тем ниже выход годной продукции. Выход годной продукции для микроотверстий диаметром 50 мкм составляет около 80%.

Включая FR-4 (диэлектрическая постоянная 4,2-4,5), высокоскоростные платы (например, Rogers 4350B, Dk=3,66), смолу BT и т. д.

Высокоскоростные платы имеют меньший тангенс угла диэлектрических потерь (Df

Используется для межслойного соединения, при этом содержание клея контролируется на уровне 40-50%, а текучесть — на уровне 20-30%, что обеспечивает однородность диэлектрика после ламинирования.

Для внутреннего слоя рекомендуется использовать медную фольгу толщиной 18 мкм или 35 мкм. Для внешнего слоя можно использовать фольгу толщиной 18 мкм для уменьшения потерь сигнала. В платах HDI часто используется сверхтонкая медная фольга толщиной 9 мкм.

Необходимо обеспечить термостойкость (отсутствие отслаивания при 260℃/10 с), сопротивление изоляции (>10^12 Ом) и адгезию (уровень испытания на поперечное резание 0).

Для уменьшения потерь при передаче сигнала рекомендуется использовать медную фольгу с обратной обработкой (RTF) и шероховатостью Ra

Предпочтение следует отдавать материалам с низкой диэлектрической постоянной (Dk

Они должны соответствовать директиве RoHS 2.0, содержанию галогенов (хлор + бром)

Базовый материал FR-4 имеет самую низкую стоимость. Высокоскоростные платы стоят в 3-5 раз дороже, чем платы из FR-4, а смола BT занимает промежуточное положение.

Основной материал необходимо хранить при температуре ниже 25℃ и влажности

Включая визуальный осмотр, измерение диаметра отверстия, проверку толщины медного слоя в отверстии, измерение импеданса и анализ поперечного сечения.

Используйте двухмерный измерительный прибор для изображений (точность ±1 мкм) или сканирующий электронный микроскоп (СЭМ). Для проверки партий можно использовать автоматический оптический контроль (АОИ).

Стандарты IPC требуют, чтобы толщина медного слоя в отверстии составляла ≥20 мкм, а отношение средней толщины медного слоя к минимальной толщине медного слоя составляло ≤1,5, определяемое методом металлографического поперечного сечения.

Используйте сетевой анализатор с диапазоном тестовых частот 1-10 ГГц, при этом отклонение импеданса должно контролироваться в пределах ±10%.

С его помощью можно визуально оценить качество стенок отверстий, толщину медного слоя и состояние межслойного соединения с точностью нарезки ±5 мкм.

Включая испытание на термическую нагрузку (260℃/10 раз), испытание на выдерживаемое напряжение (500 В постоянного тока/1 минута) и испытание на цикличность по температуре и влажности (-40℃~85℃).

Проверьте, не образуются ли трещины на стенках отверстия после испытания на термоудар (288℃/10 раз), при этом длина трещины

Для наблюдения за микроструктурой используйте сканирующий электронный микроскоп (СЭМ), для определения элементного состава — энергодисперсионную спектроскопию (ЭДС), а для обнаружения внутренних дефектов — рентгеновское излучение.

Оптимизация процесса гальванического покрытия позволяет уменьшить количество пустот в отверстиях, повысить адгезию слоя припоя и избежать электрохимической миграции, вызванной факторами окружающей среды.

В нормальных условиях эксплуатации срок службы может составлять 5-10 лет, а в суровых условиях (высокая температура, высокая влажность) он сократится до 2-3 лет.

Включая нанесение пасты для поверхностного монтажа, пайку BGA-компонентов и установку компонентов, с требованием точности нанесения пасты для поверхностного монтажа ±50 мкм.

Необходимо контролировать давление приклеивания в диапазоне 0,5-1,0 кг/см², чтобы предотвратить разрушение микроотверстий в компонентах, а пиковая температура кривой оплавления в печи составляет 230-245℃.

Необходимо точно контролировать соосность шариков припоя (

Оптимизируйте толщину нанесения паяльной пасты (100-120 мкм), используйте пайку оплавлением в атмосфере азота, а содержание кислорода должно быть

Температуру при пайке следует контролировать ниже 260℃, а время пайки должно составлять менее 90 секунд, чтобы предотвратить отслаивание медного слоя со стенок отверстия.

Подходит для микроотверстий с диаметром отверстия ≥0,3 мм, требующих двухволновой или селективной волновой пайки с высотой волны припоя 25-35 мм.

Отдавайте предпочтение бессвинцовой припойной пасте (сплав SnAgCu) с температурой плавления 217℃, уровнем активности флюса RMA и остаточным сопротивлением изоляции >10^10Ω.

Снижение содержания металла в паяльной пасте до 90-92%, оптимизация конструкции отверстий трафарета позволят снизить процент дефектов припоя до менее 0,1%.

Для обеспечения концентрации остаточных ионов

Установите точность обнаружения на ±25 мкм и пороговое значение контраста на 30-50%, что позволит обнаружить более 95% дефектов сборки.

На материальные затраты приходится 40-50%, на производственные затраты — 30-40%, а на контроль качества и упаковку — 10-20%.

Диаметр отверстия, количество слоев, процесс обработки поверхности, тип материала. Каждое уменьшение минимального диаметра отверстия на 10 мкм увеличивает затраты на 15-20%.

Оптимизация конструкции с целью уменьшения количества слоев, использования стандартизированных материалов и увеличения объемов производства может снизить затраты на 10-30%.

Производственный цикл при традиционных процессах составляет 7-10 дней, а срочные заказы могут быть сокращены до 3-5 дней, но при этом стоимость увеличивается на 20-30%.

Внедрить автоматизированные производственные линии, оптимизировать технологические процессы и повысить коэффициент использования оборудования для лазерного сверления до более чем 80%.

Ежемесячная производственная мощность одной производственной линии составляет примерно 5000-10000 м², в зависимости от конфигурации оборудования и сложности процесса.

Стоимость небольших партий (1000 м²), главным образом из-за настройки оборудования и распределения фиксированных затрат.

Расчет производится комплексно, с учетом площади (юань/м²), количества слоев, диаметра отверстий и т. д. Стоимость обработки типичной 8-слойной платы с микропереходами диаметром 0,1 мм составляет около 2000-3000 юаней/м².

Благодаря оптимизации конструкции с учетом технологичности производства (DFM), ослабление требований к допускам при условии соответствия эксплуатационным характеристикам может снизить затраты более чем на 15%.

Инвестиции в комплектное оборудование для производственной линии составляют около 10-20 миллионов юаней и включают в себя лазерные сверлильные станки, линии гальванического покрытия, ламинаторы и т.д.

Развитие направлено на уменьшение диаметра отверстий (20 слоев), снижение потерь и создание интегрированной упаковки.

Для соответствия требованиям к укладке микросхем необходимо обеспечить диаметр вертикальных межсоединительных отверстий

Используется для оптимизации параметров процесса и интеллектуального обнаружения дефектов, что позволяет повысить выход годной продукции на 5-10% и эффективность обнаружения на 30%.

В лабораторных условиях удалось добиться производства отверстий диаметром 10 мкм, однако массовое производство сталкивается с проблемами, связанными с материалами, оборудованием и стоимостью.

Обеспечьте бесшовное соединение между микросхемами и печатными платами за счет высокоплотных межсоединений, сократите пути передачи сигнала и улучшите производительность системы.

Используйте экологически чистые материалы и процессы, чтобы содержание тяжелых металлов в сточных водах составляло

Для оптимизации структур передачи сигнала необходимы материалы с низкой диэлектрической постоянной (Dk＜3,0), сверхнизкими потерями (Df＜0,001), а также диаметры отверстий.

Необходимо решить проблемы растрескивания стенок отверстий и отслаивания медного слоя при изгибе с радиусом изгиба ≥3 мм.

Внедрите полный мониторинг производственных процессов и автоматизированное производство с помощью цифровых заводов, что позволит повысить эффективность производства более чем на 50%.

Требуются чрезвычайно низкие потери и высокая стабильность межсоединений, при этом диаметры отверстий и ширина линий контролируются на субмикронном уровне для обеспечения квантовой передачи сигнала.

Использование 6-10-слойных плат HDI с диаметром отверстий 0,075 мм позволяет достичь высокой плотности интеграции микросхем, камер и т. д., что составляет 30-40% от стоимости материнской платы мобильного телефона.

Требуются платы с низкими потерями (Df＜0,003), поддержка частотных диапазонов выше 28 ГГц и плотность теплоотвода через переходные отверстия ≥15/см².

Необходимо обеспечить высокоскоростное соединение нескольких процессоров, использовать технологию обратного сверления для устранения ответвлений и обеспечить задержку передачи сигнала менее 1 нс.

Прошел сертификацию AEC-Q100, диапазон температурной стойкости -40℃~125℃, а также испытание на солевое распыление в течение 1000 часов.