แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง

วัสดุ: แบบแข็งใช้ไฟเบอร์กลาส แบบยืดหยุ่นใช้โพลีอิไมด์ โครงสร้าง: แบบแข็งงอไม่ได้ แบบยืดหยุ่นโค้งงอได้ การใช้งาน: แบบแข็งใช้สำหรับการเชื่อมต่อที่มั่นคง แบบยืดหยุ่นใช้สำหรับพื้นที่จำกัด

แผงวงจรแบบชั้นเดียว สองชั้น และหลายชั้น แบบชั้นเดียวมีวงจรอยู่ด้านเดียว แบบสองชั้นมีวงจรอยู่ทั้งสองด้าน และแบบหลายชั้นเชื่อมต่อชั้นนำไฟฟ้าเข้าด้วยกันผ่านทางรูเชื่อมต่อ (เช่น เมนบอร์ด)

คอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ, โทรทัศน์, ระบบควบคุมอุตสาหกรรม, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ (คอมพิวเตอร์ในรถยนต์), ชิ้นส่วนลดแรงสั่นสะเทือนสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ เป็นต้น

ต้นทุนต่ำกว่า แผงวงจรพิมพ์แบบแข็งมีกระบวนการผลิตที่พัฒนาแล้วและวัสดุราคาถูก ในขณะที่แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมีราคาแพงเนื่องจากใช้วัสดุและกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน

แผ่นวงจรพิมพ์ FR4 ทั่วไป: ทนอุณหภูมิได้ตั้งแต่ -55°C ถึง 125°C สำหรับการใช้งานปกติ และ 260°C สำหรับการบัดกรีแบบไร้สารตะกั่วในระยะสั้น วัสดุพิเศษบางชนิดสามารถทนอุณหภูมิได้สูงกว่านี้

ตั้งแต่ไม่กี่ตารางเซนติเมตร (แผงควบคุมขนาดเล็ก) ไปจนถึงหลายตารางเมตร (เมนบอร์ดเซิร์ฟเวอร์ขนาดใหญ่)

น้ำหนักขึ้นอยู่กับขนาด จำนวนชั้น และวัสดุ แผ่นวงจรพิมพ์หลายชั้น FR4: ประมาณ 1-3 กก./ตร.ม. หนักกว่าแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นที่มีพื้นที่เท่ากัน

10-20 ปีขึ้นไปในสภาพแวดล้อมปกติ; สั้นลงเหลือเพียงไม่กี่ปีในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (อุณหภูมิ/ความชื้นสูง)

FR4 มีค่าโมดูลัสการดัดงอประมาณ 100-200 MPa ซึ่งต่ำกว่า PCB แบบยืดหยุ่นมาก การเพิ่มความหนาจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อแรงดึง

FR4 (ไฟเบอร์กลาสอีพ็อกซี), เรซินฟีนอลิก, เรซินอีพ็อกซี; PTFE สำหรับการใช้งานความถี่สูงพิเศษ

เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี มีคุณสมบัติทางกลที่ดี และมีเสถียรภาพทางมิติ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE): 13-17 ppm/℃ ต้นทุนต่ำและกระบวนการผลิตที่พัฒนาแล้ว

มีอุณหภูมิการสลายตัวต่ำ (120-150°C) มีแนวโน้มที่จะหลุดลอกระหว่างการบัดกรี คุณสมบัติทางไฟฟ้า/เชิงกลไม่ดี มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง และมีกลิ่น

สร้างร่องรอยนำไฟฟ้าสำหรับการไหลของกระแสไฟฟ้า ความหนาที่ใช้กันทั่วไป: 0.5 ออนซ์ (17 ไมโครเมตร), 1 ออนซ์ (35 ไมโครเมตร), 2 ออนซ์ (70 ไมโครเมตร) ฟอยล์หนาสำหรับงานที่ใช้กระแสไฟฟ้าสูง

ทำหน้าที่เป็นฉนวนเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร ป้องกันทองแดงจากการเกิดออกซิเดชันและความเสียหายทางกายภาพ และแยกแยะพื้นที่ต่างๆ ด้วยสี (เช่น สีเขียว สีฟ้า)

พิมพ์ตัวอักษร/สัญลักษณ์เพื่อระบุส่วนประกอบระหว่างการผลิตและการแก้ไขข้อผิดพลาด สีที่ใช้ทั่วไป: สีขาว นอกจากนี้ยังมีสีเทา แดง ดำ เหลือง ฯลฯ

FR4: ต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไป วัสดุความถี่สูง (เช่น PTFE): การสูญเสียสัญญาณต่ำ เหมาะสำหรับ 5G วัสดุเซรามิก: การนำความร้อนสูง เหมาะสำหรับงานที่ต้องการอุณหภูมิสูง

พิจารณาคุณสมบัติทางไฟฟ้า (ความถี่สูง/แรงดันสูง), คุณสมบัติทางกล (การสั่นสะเทือน), อุณหภูมิ และต้นทุน ใช้ FR4 สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค, PTFE สำหรับความถี่สูง และเซรามิกสำหรับทนความร้อนสูง

RoHS: จำกัดสารอันตราย (ตะกั่ว ปรอท ฯลฯ) ปราศจากฮาโลเจน: Br/Cl

วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำช่วยเพิ่มเสถียรภาพด้านมิติ การนำความร้อนสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน ฉนวนประสิทธิภาพสูงช่วยลดการสูญเสียสัญญาณ ทำให้สามารถย่อขนาดและเพิ่มประสิทธิภาพได้

ความสมบูรณ์ของสัญญาณ (การจับคู่ความต้านทาน, การป้องกันการสะท้อน/การรบกวนข้ามช่องสัญญาณ), การกระจายพลังงาน, การต่อลงดิน และความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้า

ลดความยาวของเส้นทางสัญญาณ ลดจำนวน vias ให้น้อยที่สุด ใช้คู่สายแบบดิฟเฟอเรนเชียลสำหรับสัญญาณความเร็วสูงและอิมพีแดนซ์ควบคุม ระนาบพลังงาน/กราวด์ทำจากทองแดงแข็ง แบ่งโมดูลเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน ความกว้างของสายขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้า

ขนาดขึ้นอยู่กับความหนา/กระแสไฟฟ้า (แผ่นวงจรที่หนากว่าต้องการรูเชื่อมต่อขนาดใหญ่กว่า) ลดจำนวนรูเชื่อมต่อให้น้อยที่สุด เจาะรูด้านหลังสำหรับสัญญาณความเร็วสูงเพื่อกำจัดส่วนที่ยื่นออกมา

การจับคู่ความต้านทานของแหล่งกำเนิด สายส่ง และโหลด เพื่อลดการสะท้อน ทำได้โดยการควบคุมความกว้างของสาย ระยะห่าง ความหนาของฉนวน และค่าสภาพยอมทางไฟฟ้า (เช่น ความกว้าง 0.33 มม. สำหรับไมโครสตริป 50 โอห์ม บน FR4)

แบ่งส่วนประกอบต่างๆ ออกจากกัน โดยเก็บชิ้นส่วนที่ไวต่อสัญญาณรบกวนให้ห่างจากแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน ใช้แผ่นจ่ายไฟ/กราวด์ในแผงวงจรหลายชั้นเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน ใช้แผ่นกราวด์ล้อมรอบสัญญาณความเร็วสูง ใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน และปรับปรุงการต่อกราวด์ให้เหมาะสมที่สุด

การแบ่งพื้นที่ใช้งานอย่างเหมาะสม เช่น แยกส่วนประกอบที่ไวต่อความร้อนออกจากกัน วางส่วนประกอบที่มีความถี่สูงไว้ใกล้กัน ให้ความสำคัญกับส่วนประกอบขนาดใหญ่ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าติดตั้งและบำรุงรักษาได้ง่าย

วางแผ่นตัวนำไฟฟ้าและแผ่นกราวด์ที่อยู่ติดกันเพื่อลดค่าความเหนี่ยวนำ ใช้แรงดันไฟฟ้าผ่านการเชื่อมต่อแบบ vias ใช้ทองแดงแข็งสำหรับแผ่นตัวนำไฟฟ้า และเพิ่มความหนาของเส้นทางกระแสสูง

รูระบายความร้อนและแผ่นทองแดงใต้ชิ้นส่วนที่ร้อน วัสดุรองรับที่มีค่าการนำความร้อนสูง การออกแบบการไหลเวียนของอากาศ เพิ่มแผ่นระบายความร้อน/พัดลมหากจำเป็น

ตำแหน่งรู: ±0.1 มม. รูเคลือบ: ±0.076 มม. รูไม่เคลือบ: ±0.05 มม. ความกว้างของเส้น: ±10%-20%

Altium Designer (เหมาะสำหรับการออกแบบขนาดเล็กถึงขนาดกลาง), Cadence Allegro (ความเร็วสูงสำหรับการออกแบบหลายชั้น), Mentor PADS (ใช้งานง่ายและมีประสิทธิภาพ)

การตัดแบ่งแผ่น → การเจาะ → การเคลือบทองแดง → การสร้างภาพ → การชุบ → การกัด → การเคลือบสารกันบัดกรี → การพิมพ์สกรีน → การตกแต่งพื้นผิว → การขึ้นรูปโปรไฟล์

ปัญหา: ผนังไม่เรียบ มีเสี้ยน ดอกสว่านหัก วิธีแก้ไข: เปลี่ยนดอกสว่าน ปรับความเร็ว/อัตราการป้อนให้เหมาะสม ตรวจสอบวัสดุ

หน้าที่: เพิ่มความนำไฟฟ้าให้กับผนังรูพรุนเพื่อการเชื่อมต่อชั้นต่างๆ การควบคุม: องค์ประกอบของสารละลาย อุณหภูมิ (25-35°C) ค่า pH (11-12) ความสะอาดของการเตรียมพื้นผิวก่อนใช้งาน

การพิมพ์ภาพด้วยแสง (Photolithography): ความแม่นยำสูงสำหรับ HDI ต้นทุนสูง และซับซ้อน การพิมพ์สกรีน: ต้นทุนต่ำ/อุปกรณ์เรียบง่าย ความแม่นยำต่ำกว่า

ควบคุมกระบวนการผ่านความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า เวลาในการชุบ และความเข้มข้นของสารละลาย ตัวอย่างเช่น 1 ออนซ์ (35 ไมโครเมตร) ต้องใช้เวลา 20-30 นาที ที่กระแสไฟฟ้า 2-3 แอมป์/ตารางเดซิเมตร

ควบคุมความเข้มข้นของสารกัดกร่อน อุณหภูมิ เวลา และแรงดันในการฉีดพ่น และบำรุงรักษาอุปกรณ์อย่างสม่ำเสมอ ความเข้มข้นสูงอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนมากเกินไป ในขณะที่ความเข้มข้นต่ำเกินไปจะทำให้การกัดกร่อนไม่สมบูรณ์ รักษาอุณหภูมิไว้ที่ 45-55℃ กำหนดเวลาตามความหนาของแผ่นวงจร ฯลฯ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันสม่ำเสมอเพื่อให้เกิดการสัมผัสอย่างสมบูรณ์

เคลือบวงจรให้ทั่วถึงโดยไม่มีการพิมพ์ตกหล่น รูเล็กๆ หรือฟองอากาศ ความหนาของน้ำมันบนพื้นผิวทองแดง: 10-18 ไมโครเมตร, บริเวณรูเชื่อมต่อ: 5-8 ไมโครเมตร เว้นระยะห่างที่เหมาะสมจากขอบวงจรเพื่อป้องกันการเคลือบแผ่นรองมากเกินไปหรือความเสี่ยงต่อการลัดวงจร

ตัวอักษรควรมีความชัดเจน ครบถ้วน มีความคมชัดของสีที่ดี จัดวางตำแหน่งได้อย่างแม่นยำโดยไม่บดบังส่วนสำคัญ และมีการยึดเกาะที่แข็งแรง (เลือกหมึกและกระบวนการอบแห้งที่เหมาะสม)

HASL: ต้นทุนต่ำ บัดกรีได้ดี ความเรียบผิวจำกัด ENIG: ผิวเรียบ บัดกรีได้ดี และทนต่อการกัดกร่อน ต้นทุนสูง การชุบดีบุกแบบจุ่ม: บัดกรีได้ดี ผิวเรียบ อายุการเก็บรักษานาน OSP: ต้นทุนต่ำ กระบวนการง่าย แต่ความสามารถในการบัดกรีคงอยู่ได้ไม่นาน

การตัดด้วยเครื่องจักร (ความแม่นยำสูง เหมาะสำหรับชิ้นงานขนาดใหญ่ที่ซับซ้อน) การเจาะ (ประสิทธิภาพสูง เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากเป็นประจำ) การตัดด้วยเลเซอร์ (ความแม่นยำสูงมาก ต้นทุนสูง เหมาะสำหรับชิ้นงานขนาดเล็กที่ต้องการความละเอียด) เลือกใช้ตามรูปทรง ความแม่นยำ ขนาดชิ้นงาน และต้นทุน

ตรวจสอบขนาด/ความหนาหลังการตัด ตรวจสอบตำแหน่ง ขนาด และความหนาของผนังรูหลังการเจาะ ทดสอบความหนา/ความสม่ำเสมอของทองแดงหลังการชุบ ตรวจสอบความสมบูรณ์ของวงจรหลังการกัดกรด ตรวจสอบคุณภาพการพิมพ์ของหน้ากากบัดกรี/ตัวอักษร ทดสอบความหนา/การยึดเกาะของสารเคลือบหลังการตกแต่งพื้นผิว ตรวจสอบรูปทรง/ขอบหลังการขึ้นรูป

ใช้เครื่องทดสอบแบบหัววัดอิสระ (Flying Probe Tester) หรืออุปกรณ์ ICT เครื่องทดสอบแบบหัววัดอิสระเหมาะสำหรับงานผลิตจำนวนน้อย/หลากหลายชนิด ตรวจจับการเปิด/ปิดวงจร ฯลฯ ส่วนอุปกรณ์ ICT เหมาะสำหรับงานผลิตจำนวนมาก ทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้าอย่างครบถ้วนด้วยอุปกรณ์จับยึดพิเศษ

ตรวจสอบการเชื่อมต่อ ช่องว่าง และความสมบูรณ์ของทองแดงในแผงวงจรหลายชั้น ตรวจสอบข้อต่อบัดกรี BGA และข้อบกพร่องภายใน (สิ่งแปลกปลอม การแยกชั้น) โดยไม่ทำลายชิ้นงาน

รวบรวมภาพผ่านกล้องออปติคอลและเปรียบเทียบกับมาตรฐานเพื่อตรวจจับข้อบกพร่อง เช่น ชิ้นส่วนขาดหาย การจัดวางที่ไม่ถูกต้อง การลัดวงจร นำไปใช้ในการตรวจสอบแบบเรียลไทม์หลังการพิมพ์ การจัดวาง และการบัดกรีแบบรีโฟลว์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและคุณภาพ

การทดสอบการดัดงอ (สังเกตรอยแตกที่มุม/รอบที่กำหนด) การทดสอบการตกกระแทก (จำลองแรงกระแทก) การทดสอบการสั่นสะเทือน (จำลองการสั่นสะเทือนเพื่อตรวจสอบการบัดกรีและโครงสร้าง)

ตามมาตรฐาน IPC-4552 ฟิล์ม ENIG เหมาะสำหรับงานที่มีความถี่สูง/ความน่าเชื่อถือสูง (Ni: 3-5 μm, Au: 0.05-0.1 μm) ฟิล์ม OSP มีต้นทุนต่ำ (ความหนาของฟิล์ม: 0.2-0.5 μm เหมาะสำหรับการจัดเก็บระยะสั้น) ฟิล์ม HASL เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาแล้ว (ความหนาของ Sn > 2.5 μm ความเรียบไม่ดี)

ปรับความเข้มข้นของสารละลาย (สารกัดกรด: CuCl₂ 180-220 กรัม/ลิตร, HCl 1.0-1.5 โมล/ลิตร) และอุณหภูมิ 50-55℃ หากเกิดการกัดเซาะใต้ผิวมากเกินไป ให้ลดความเร็วและเพิ่มแรงดันการพ่นเป็น 2-3 บาร์

ตามมาตรฐาน IPC-6012 แผงวงจรหลายชั้นทั่วไปมีความหนา ≤75 μm และแผงวงจร HDI มีความหนา ≤50 μm ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งการเจาะด้วยเลเซอร์ ±25 μm ควบคุมด้วยเครื่องฉายแสงความแม่นยำสูง

วัสดุ FR-4: ความแข็งแรงตามแนวยาว ≥345 MPa, ความแข็งแรงตามแนวขวาง ≥276 MPa (ASTM D790) ความหนา 1.6 มม. ความแข็งแรง ≥300 MPa

การตัดชิ้นตัวอย่างทางโลหะวิทยา (IPC-TM-650, รูทะลุ ≥20μm, รูเจาะลึก/รูฝัง ≥18μm) การทดสอบแบบไม่ทำลายด้วย XRF (ความแม่นยำ ±0.5μm)

การอุ่นก่อน: 90-130℃ (60-120 วินาที) ช่วงการบัดกรี: 240-260℃ (สัมผัส 2-4 วินาที) อัตราการเย็นตัว: 3-6℃/วินาที (J-STD-003)

การพิมพ์แบบดั้งเดิม: 15-30 ไมโครเมตร (IPC-6012), บริเวณที่มีความหนาแน่นสูง ≥20 ไมโครเมตร การพิมพ์สกรีน: 20-25 ไมโครเมตร, การอบแห้งด้วยแสง: 15-20 ไมโครเมตร

แบบดั้งเดิม: 6/6 มิล (0.1524 มม.) LDI + การกัดด้วยสารเคมี: 3/3 มิล (0.0762 มม.) แผ่นวงจร HDI: 1/1 มิล (0.0254 มม.)

หากต้องการคุณสมบัติการนำไฟฟ้า ให้เลือกการอุดด้วยเรซิน (ความลึก ≥80% โดยวัดจากความลึกทั้งหมด ความคลาดเคลื่อนของความเรียบ ≤10μm) หากต้องการฉนวนอย่างเดียว ให้เลือกวัสดุปิดคลุม (ความกว้างของวัสดุปิดคลุม ≥0.1 มม.)

ตามมาตรฐาน IPC-J-STD-033 ให้อบที่อุณหภูมิ 125℃ เป็นเวลา 4-8 ชั่วโมง (≤1.6 มม.: 4 ชั่วโมง, ＞1.6 มม.: 8 ชั่วโมง) เพื่อลดปริมาณความชื้นให้ต่ำกว่า 0.1%

ความหยาบที่สูงขึ้นจะเพิ่มเอฟเฟกต์ผิวและลดการสูญเสียสัญญาณ ฟอยล์ RTF Ra＜0.5μm (เหมาะสำหรับความถี่สูง >10GHz) ฟอยล์ VLP Ra＜0.3μm (ลดการสูญเสีย 15%-20%)

การขัดลบคมด้วยเครื่องขัด (แรงดัน 0.3-0.5 MPa, ความเร็ว 2-3 เมตร/นาที) การกัดผิวด้วยสารเคมีขนาดเล็ก (โซเดียมเปอร์ซัลเฟต 100-150 กรัม/ลิตร, 40-50℃, 1-2 นาที)

ทั่วไป: แบบซิงเกิลเอนด์ ±10%, แบบดิฟเฟอเรนเชียล ±8% ความเร็วสูง (>1Gbps): แบบซิงเกิลเอนด์ ±5%, แบบดิฟเฟอเรนเชียล ±3% ปรับค่าได้ผ่านความกว้างของสาย ความหนาของฉนวน และความหนาของทองแดง

ตามมาตรฐาน UL 796 วัสดุ FR-4 ทนแรงดัน ≥1400V/mm ที่อุณหภูมิ 25℃/ความชื้นสัมพัทธ์ 50% ระยะการคืบคลาน 1 มม. เทียบเท่ากับแรงดัน 100-200V

ความกว้าง/ระยะห่างของเส้นขั้นต่ำ อัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางรูต่อแผ่นรอง (แผ่นรอง ≥ รู + 0.4 มม. เมื่อรู ≥ 0.3 มม.) อัตราส่วนพื้นที่ทองแดง (30%-70%) อัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของรูเจาะ (≤ 8:1) ความกว้างของสะพานมาสก์บัดกรี (≥ 0.1 มม.)

สาเหตุ: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ไม่ตรงกัน ความหนาไม่สม่ำเสมอ เส้นกราฟอุณหภูมิไม่เหมาะสม วิธีแก้ไข: เลือกใช้วัสดุที่มีค่า CTE ≤15 ppm/℃ ควบคุมความคลาดเคลื่อนของความหนา ±0.05 มม. ปรับอัตราการให้ความร้อนให้เหมาะสม ≤3℃/วินาที

ตามมาตรฐาน IPC-TM-650 ความต้านทาน ≥10¹⁰Ω หลังจาก 168 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 85℃/ความชื้นสัมพัทธ์ 85% และ ≥10¹²Ω สำหรับการใช้งานระดับสูงที่ต้องการการควบคุมความสะอาดของพื้นผิว

รูทะลุแบบปิด: การเจาะด้วยเลเซอร์/เชิงกล + การชุบ ความลึก ≤0.5 มม. สำหรับการเชื่อมต่อบนพื้นผิว รูทะลุแบบฝัง: การเจาะเชิงกล + การเคลือบ ต้องมีการจัดแนว สำหรับสัญญาณชั้นในเพื่อลดพารามิเตอร์ปรสิต

หัววัดแบบบินได้: ครอบคลุมพื้นที่ >98% เหมาะสำหรับงานชุดเล็ก/ความหนาแน่นสูง ช้า (3-5 วินาที/จุด) หัววัดแบบแผ่นตะปู: เร็ว (

การเพิ่มความหนา 1 ออนซ์ (35 ไมโครเมตร) จะเพิ่มค่าการนำความร้อนขึ้น 38% ฟอยล์หนา 3 ออนซ์ ในการใช้งานที่ต้องการกำลังสูง จะช่วยลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นได้ 15%-20% เมื่อใช้ร่วมกับรูระบายความร้อน (thermal vias)

แบบทั่วไป: 0.1 มม. แผงวงจรความหนาแน่นสูงที่มี LDI: 0.075 มม. เพื่อป้องกันการเชื่อมต่อผิดพลาดจากการบัดกรี

การบัดกรีบนแผ่นรองไม่สม่ำเสมอ การบัดกรีผ่านรูไม่เพียงพอ พื้นผิวไม่เรียบ ตรวจสอบการบัดกรี