PCB đồng dày

Thuật ngữ này dùng để chỉ các bo mạch in có độ dày lá đồng ≥3oz (105μm), được sử dụng trong các bộ nguồn công suất cao, thiết bị điện tử ô tô, v.v.

Các thông số kỹ thuật phổ biến bao gồm 3oz, 4oz, 5oz, 6oz, và tối đa là 20oz.

Chi phí sản xuất cao hơn từ 30% đến 80% do quá trình khắc axit khó khăn, thời gian mạ điện dài và tỷ lệ phế phẩm cao.

Đối với lá đồng 3oz, thông thường độ dày là 8mil/8mil, và các quy trình đặc biệt có thể đạt được 5mil/5mil.

Quá trình này đòi hỏi thời gian lắng đọng lâu dài để đảm bảo độ đồng nhất của lớp đồng. Độ dày lớp đồng trong lỗ cần đạt từ 25-75μm, và sự chênh lệch độ dày giữa miệng lỗ và thành lỗ rất dễ xảy ra.

Thông thường là 0,8-1,2, có thể tăng lên trên 1,5 bằng phương pháp khắc từng bước hoặc tạo hình bằng laser.

Tăng số lượng lỗ tản nhiệt (đường kính ≥0,4mm), sử dụng vật liệu dẫn nhiệt gốc kim loại và thiết kế các lớp lá đồng có diện tích lớn.

Đối với lá đồng 1oz, khả năng dẫn điện của dây dẫn một mặt ở mức tăng nhiệt độ 10℃ là khoảng 1A/mm, và với lá đồng 3oz có thể tăng lên 2,5-3A/mm.

Lá đồng càng dày thì độ dẻo càng kém. Không nên uốn cong đối với lá đồng dày hơn 6 oz, và bán kính uốn tối thiểu đối với lá đồng 3 oz là ≥5 mm.

Độ rộng đường kẻ ≥20%, khẩu độ tối thiểu ≥0,3mm, độ dày đồng trong lỗ ≥25μm và tăng mật độ điểm kiểm tra.

Tốc độ quay thấp hơn 20%-30% so với PCB thông thường (khoảng 60.000-80.000 vòng/phút), và tốc độ cấp liệu là 0,02-0,04mm/vòng.

ENIG thích hợp cho tín hiệu tần số cao. OSP có giá thành thấp nhưng khả năng chống oxy hóa yếu. Mạ vàng cứng thích hợp cho các đầu nối có độ bền cao.

Ở dải tần 10GHz, tổn hao tín hiệu của lá đồng 6oz cao hơn khoảng 1,5dB/inch so với lá đồng 1oz.

Thiết kế lá đồng đối xứng, nhiệt độ cán màng 180-200℃, áp suất 100-150psi, tốc độ làm nguội ≤3℃/phút.

Tiêu chuẩn IPC ≤12,5μm, tín hiệu tốc độ cao yêu cầu ≤5μm, có thể được cải thiện bằng phương pháp lắng đọng đồng hóa học + mạ điện.

Mức trung bình của ngành là 75%-85%, và tỷ lệ thu hoạch đối với sản lượng trên 6 ounce có thể giảm xuống dưới 70%.

Xe năng lượng mới (trạm sạc, bộ biến tần), nguồn điện công nghiệp, nguồn điện máy chủ, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác.

Các ứng dụng điện áp cao thông thường có độ dày 0,8-1,2 mil, trong khi đó cần độ dày 1,5-2 mil để che phủ lớp đồng nhằm ngăn ngừa hiện tượng rò rỉ điện.

Giảm thiểu các quy trình đặc biệt, thống nhất độ dày lá đồng, mở rộng quy mô sản xuất theo lô và tránh sử dụng quá nhiều lỗ xuyên mù/lỗ xuyên chìm.

Dung dịch mạ đồng có tính axit có khả năng xử lý khoảng 100-150 Ah/L, và cần phân tích nồng độ ion đồng và ion clorua thường xuyên.

Độ bền bóc tách ≥1,5N/mm (1oz), 3oz yêu cầu ≥2,5N/mm.

Sử dụng chất nền có nhiệt độ chuyển pha thủy tinh cao (≥170℃), áp lực cán đồng đều và loại bỏ kịp thời các mảnh vụn khoan sau khi khoan.

Nhiệt độ dung dịch khắc kiềm 45-55℃, tỷ trọng 1,2-1,3, áp suất phun 0,8-1,2MPa.

Các lỗ xuyên mạch cần được phủ kín hoàn toàn bằng lớp mặt nạ hàn, và kích thước lỗ phải lớn hơn khẩu độ từ 0,2-0,3mm để tránh tràn chất hàn.

Sự thay đổi độ dày của lá đồng gây ra biến động trở kháng. Cần phải mô phỏng và tối ưu hóa chiều rộng đường dẫn và độ dày lớp điện môi với dung sai ±5%.

Quy trình thông thường cho độ chính xác 0,3mm, trong khi khoan laser có thể đạt đến 0,15mm nhưng chi phí cao.

Nó cần phải vượt qua bài kiểm tra nhúng thiếc ba lần ở nhiệt độ 260℃/10 giây mà không bị tách thành lỗ hoặc bong tróc lớp đồng.

Khi độ nhám Ra > 3μm, tổn thất tín hiệu tăng 10%-15%, và cần sử dụng lá đồng có độ nhám thấp (VLP).

Áp dụng thiết kế lưới đồng, tăng số đường dẫn dòng điện và đảm bảo chiều rộng đường dẫn chính ≥10mil.

Thông thường, loại cách điện ≥4mil, còn điện áp cao yêu cầu loại cách điện ≥8mil để tránh hiện tượng phóng điện hồ quang.

Mật độ dòng điện 0,8-1,2A/dm², kiểm soát chính xác nồng độ chất phụ gia và thời gian mạ điện gấp 2-3 lần so với PCB thông thường.

Sử dụng dụng cụ đo quang học 3D, với độ cong vênh ≤0,7% và biến dạng cục bộ ≤0,1mm.

Thời gian nhúng ≤3 giây, góc thấm ướt

Tối ưu hóa thiết kế tấm panel, giảm thiểu lãng phí ở vùng viền và áp dụng thiết kế phân vùng độ dày lá đồng theo bậc thang.

Nồng độ ion Palladium 0,02-0,05g/L, nhiệt độ 30-35℃, thời gian 10-15 phút để đảm bảo phủ đều thành lỗ.

Lớp điện môi dày 1 mil có thể chịu được khoảng 500V, và khoảng cách giữa các lớp cách điện và lớp lá đồng cần được thiết kế phù hợp với mức điện áp.

Bảo quản ở độ ẩm ≤40%, nhiệt độ ≤25℃, đóng gói kịp thời sau khi xử lý bề mặt, sử dụng túi chống ẩm + chất hút ẩm.

Tốc độ quay dao phay 25.000-30.000 vòng/phút, tốc độ tiến dao 800-1200 mm/phút để tránh tạo bavia ở cạnh.

Nướng ở nhiệt độ 150-160℃ trong 60-90 phút, độ cứng ≥2H và độ bám dính đạt yêu cầu khi cắt ngang.

Chiều rộng của vùng phân chia ≥20mil, tránh các góc nhọn và kết nối các lớp nguồn khác nhau bằng mảng via.

Độ cứng Vickers ≥80HV để ngăn ngừa hư hỏng và mài mòn cơ học.

Quy trình DES, nồng độ kali permanganat 80-100g/L, nhiệt độ 60-70℃, thời gian 15-20 phút.

Sử dụng vật liệu điện môi có hệ số điện môi Dk/Df thấp, kiểm soát độ nhám của lá đồng và tối ưu hóa tính liên tục của mặt phẳng tiếp đất.

Sau khi cán màng, tiến hành ủ ở nhiệt độ 120-150℃ trong 2-3 giờ để giải phóng ứng suất.

Nó cần phải chịu được việc lau chùi bằng cồn isopropyl, chất trợ hàn, v.v., mà không bị phồng hoặc đổi màu.

Khoảng cách giữa các thấu kính ≥20mm, tránh tình trạng quá nhiệt do mật độ thấu kính quá cao, và có thể áp dụng bố cục hình hoa mai.

Công nghệ mạ điện xung, khoảng cách từ cực dương đến bảng mạch là 10-15cm, và thường xuyên kiểm tra độ hòa tan của cực dương.

Chi phí khoan bằng laser cao hơn khoảng 3-5 lần, nhưng độ chính xác cao hơn và kích thước lỗ nhỏ hơn.

Hàn nhúng bạc có tốc độ nhanh, ENIG có độ tin cậy cao, còn OSP cần hoàn thành quá trình hàn trong vòng 72 giờ.

Chọn chất nền có hệ số giãn nở nhiệt (CTE) tương tự như lá đồng (ví dụ như FR-4 có nhiệt độ chuyển pha thủy tinh cao với CTE khoảng 14 ppm/℃) để giảm ứng suất nhiệt.

Tiêu chuẩn IPC yêu cầu ≤10 lỗ/cm², và các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao yêu cầu ≤5 lỗ/cm², có thể được cải thiện bằng phương pháp mạ điện xuyên lỗ.

Đường kính pad = đường kính lỗ + 0,6mm (thông thường), và cần tăng thêm 0,1-0,2mm trong trường hợp vỏ đồng dày để bù lại sai lệch do khắc.

Lớp phủ chống hàn màu đen có khả năng hấp thụ nhiệt mạnh, với nhiệt độ bề mặt cao hơn lớp phủ chống hàn màu trắng từ 3-5℃, nhưng lại ít ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt tổng thể.

Độ dày lớp niken 3-5μm, độ dày lớp vàng 0.05-0.1μm, độ pH dung dịch mạ 4.8-5.2, nhiệt độ 85-90℃.

Phương pháp khắc vi mô bằng hóa chất được sử dụng, với lượng khắc vi mô được kiểm soát ở mức 0,5-1μm, hoặc phương pháp mài cơ học.

Điện áp thử nghiệm thông thường là 1000V AC/1 phút, và các ứng dụng điện áp cao yêu cầu tăng lên 2000-5000V AC.

Với lớp đồng mạ dưới 3oz, mật độ đi dây một mặt được khuyến nghị là ≤15cm²/100cm², và các bo mạch nhiều lớp cần cân bằng giữa tính toàn vẹn tín hiệu và khả năng chịu tải dòng điện.

Tỷ lệ giãn dài phải ≥20% để đảm bảo không bị gãy dưới tác động của ứng suất cơ học.

Độ chính xác thông thường là ±50μm, còn đối với các bo mạch tốc độ cao, cần cải thiện độ chính xác lên ±25μm bằng cách sử dụng hệ thống định vị laser.

Nó cần chịu được quá trình hàn chảy ở 280℃ trong 5 giây mà không bị phồng rộp hoặc nứt.

Thử nghiệm bóc tách 90° được sử dụng để ghi lại lực bóc tách trên mỗi đơn vị chiều rộng, với tiêu chuẩn ≥1,5N/mm.

Tỷ lệ giữa độ sâu lỗ mù và đường kính lỗ (tỷ lệ chiều dài/đường kính) ≤3:1 để tránh tình trạng mạ điện không đều.

Hàm lượng phốt pho trong lớp mạ niken không dùng điện phân cần được kiểm soát ở mức 7%-9% để đảm bảo khả năng chống ăn mòn.

Dao phay phủ lớp (như lớp phủ TiAlN) được sử dụng, và dao phay được thay thế định kỳ (thay thế sau mỗi 50-100㎡ gia công).

Kiểm soát tính liên tục của trở kháng, giảm chiều dài đoạn nối, sử dụng truyền tín hiệu vi sai và thêm lớp chắn.

Sai số thông thường là ±10%, còn các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao cần được kiểm soát trong phạm vi ±5%.

Thử nghiệm cắt ngang, và đạt yêu cầu nếu diện tích da sau khi bóc băng dính ≤5%.

Phương pháp đổ đồng theo dạng lưới (khoảng cách giữa các lưới ≤10mil) được sử dụng để cân bằng dòng điện và tín hiệu phản hồi.

Ứng suất kéo ≤15MPa, ứng suất nén ≤10MPa, để ngăn ngừa biến dạng lá đồng.

Không phát hiện cặn nhựa hoặc mảnh vụn khoan, được xác nhận bằng quan sát mặt cắt kim loại học.

Sau khi ủ ở nhiệt độ 85℃/độ ẩm tương đối 85% trong 168 giờ, sự khác biệt về màu sắc ΔE≤3.

Máy đo biên dạng bề mặt được sử dụng để đo giá trị Ra, và giá trị Ra của lá đồng thông thường là ≤5μm.

Một lỗ xuyên mạch 0,5mm có thể dẫn khoảng 0,5-1A, và số lượng lỗ xuyên mạch cần được xác định theo nhu cầu dòng điện thực tế.

Máy đo quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) được sử dụng để đo độ dày của lớp đồng tại các vị trí khác nhau, với độ sai lệch ≤10%.

Sai số kích thước đường viền ±0,1mm, độ lệch góc ±0,5°.

Cân bằng trở kháng đầu cuối, tối ưu hóa cấu trúc đường dẫn và giảm thiểu các đường dẫn vuông góc và sự gián đoạn trở kháng.

Quá trình oxy hóa nhẹ có thể được xử lý bằng phương pháp khắc vi mô hóa học, còn quá trình oxy hóa nghiêm trọng đòi hỏi phải xử lý lại bề mặt.

Độ căng lưới in 25-35N/cm, áp lực gạt mực 3-5kg/cm, tốc độ 30-50mm/s.

Lớp nguồn và lớp tiếp đất nằm liền kề nhau, các lớp tín hiệu được kẹp ở giữa, và độ dày đồng đều của môi trường được kiểm soát.

Người ta sử dụng máy đo độ cứng micro-Vickers, với khoảng cách giữa các điểm đo ≥0,5mm, và lấy giá trị trung bình.

Phương pháp định vị điểm đánh dấu được sử dụng, và độ lệch được phát hiện và bù trừ bởi thiết bị AOI.

Sau 500 lần chà xát (với lực ép 500g), không có dấu hiệu mài mòn hoặc lộ đồng rõ rệt.

Sử dụng vật liệu lớp đệm (chẳng hạn như màng keo dẫn nhiệt) hoặc thiết kế các rãnh giảm ứng suất.

Có thể sử dụng phương pháp bịt kín bằng nhựa kết hợp mạ điện bề mặt, hoặc trám bằng bột hàn rồi làm khô.

Phương pháp thẩm thấu khí hoặc quan sát bằng kính hiển vi luyện kim được sử dụng để tính toán số lượng lỗ rỗng trên một đơn vị diện tích.

Tốc độ quá cao dễ tạo ra các vết gờ, còn tốc độ quá thấp ảnh hưởng đến hiệu suất, cần phải điều chỉnh tùy theo độ dày của lá đồng.

Tăng khoảng cách giữa các đường dẫn (quy tắc ≥3W), chèn thêm các đường nối đất và tối ưu hóa việc phân bổ lớp định tuyến.

Ứng suất dư sẽ gây biến dạng và nứt vỡ lá đồng, làm giảm độ tin cậy lâu dài.

Các lỗi cục bộ có thể được in lại bằng tay, còn các lỗi trên diện tích lớn cần được in lại và xử lý nhiệt.

Khoảng cách giữa các lỗ via ≥20mil, số lượng được tính toán dựa trên nhu cầu dẫn điện và được phân bố đối xứng.

Phương pháp nhiễu xạ tia X hoặc thử nghiệm vòng ứng suất được sử dụng để định lượng giá trị ứng suất bên trong.

Độ nhám cao sẽ gây ra hiện tượng mạ điện không đồng đều và làm tăng sự chênh lệch độ dày của lớp đồng trong lỗ.

Sau thử nghiệm lão hóa bằng tia cực tím (500 giờ), không có hiện tượng đổi màu hoặc đóng cặn.

Lớp mạ vàng cứng có tuổi thọ cắm và rút hơn 1000 lần, còn quá trình mạ vàng nhúng có tuổi thọ khoảng 50-100 lần.

Chi phí của các lỗ xuyên mù và lỗ xuyên chìm cao hơn 30%-50% so với các lỗ xuyên suốt, và mức tăng chi phí còn đáng kể hơn trong trường hợp sử dụng đồng dày.