Çok katmanlı PCB'ler, çok-katmanlı iletken yapıları ve istikrarlı elektrik performanslarıyla iletişim, sunucular ve endüstriyel kontrol. 8-katmanı gibi üst düzey alanlarda yaygın olarak kullanılır ve 12-katmanlı PCB'ler, karmaşık işleme prosedürleri ve ekipman hassasiyeti, süreç parametreleri ve çevresel kontrol için son derece yüksek gereksinimleri olan yüksek çok katmanlı devre kartları kategorisine girer. Genel süreç çerçeveleri benzer olsa da, artan katman sayısına bağlı olarak istifleme, laminasyon süreleri, hizalama doğruluğu, delme ve elektrokaplama gibi temel hususlarda önemli farklılıklar mevcuttur. Pratik üretim deneyimine dayanan aşağıdaki bölüm, her iki çok katmanlı PCB türü için tüm işlem akışını ve temel teknolojik noktaları özetlemektedir.
1. Malzemelerin Ön-İşlenmesi ve İstifleme Planlaması
Malzemenin ön-işlenmesi, pano stabilitesinin sağlanması açısından temel öneme sahiptir. Hem 8-katmanlı hem de 12-katmanlı PCB'ler, çekirdek malzemeleri olarak bakır-kaplı laminat (CCL) çekirdek kartları, önceden emprenye edilmiş (PP levhalar) ve bakır folyo kullanır; bu durum yalnızca istifleme yönteminde farklılık gösterir. Hammaddelerin gelmesiyle ilk adım kesimdir. CCL rulosunun tamamı, üretim spesifikasyonlarına göre standart-boyutlu çekirdek levhalar halinde kesilir. Sonraki işlemlerde katmanlara ayrılma sorunlarını önlemek için kesici kenarların düzgün ve çapaksız olması gerekir. Bunu takiben levhalar nemin uzaklaştırılması için fırınlanır. Yüksek-katmanlı çok katmanlı levhalar nemi kolayca emer; yüksek-sıcaklıkta pişirme bu nemi tamamen ortadan kaldırır ve laminasyon sonrasında kabarcık ve katmanlara ayrılma gibi kusurları önler. Katman istifleme için, 8 katmanlı PCB'ler genellikle iki veya üç modüle bölünmüş simetrik bir 2+4+2 veya 4+4 istifleme modeli kullanır. Genel füzyon için yalnızca iki tam laminasyona ihtiyaç vardır. Simetrik yapı, termal gerilimi etkili bir şekilde dengeler ve kartın bükülme olasılığını azaltır. 12-katman PCB'leri daha da fazla katmana sahiptir, böylece dahili iletken ve yalıtım katmanlarının sayısı iki katına çıkar. Üç bağımsız laminasyon işlemi gerektiren bir 4+4+4 üç bölümlü istifleme yapısı yaygın olarak kullanılır. Yığının her bir bölümü bağımsız olarak iç katman imalatını, kızarmayı ve ön istifleme süreçlerini tamamlamalıdır. Katman sayısı arttıkça, katmanlar arası istiflemenin karmaşıklığı da artar ve kümülatif sapma riski de artar, bu da istifleme sırasının kontrolünü daha sıkı hale getirir. Prepreg, ara katman izolasyon ve yapıştırma malzemesi olarak hizmet eder. Her iki tip levha için, yalıtım kalınlığı ve empedans gerekliliklerine göre uygun özellikler seçilir ve istifleme, çekirdek levha ile ön emprenyenin dönüşümlü düzenlenmesi kuralına sıkı sıkıya bağlı kalır.
2. İç Katman Devre İmalat Süreci
İç katmanlar, çok katmanlı PCB'lerde sinyal iletimi için çekirdek taşıyıcılardır. 8 katmanlı ve 12 katmanlı PCB'lerin iç katmanları için üretim süreci aynıdır; kart yüzey işlemi, desen aktarımı, dağlama, film çıkarma, inceleme ve kahverengileştirme. 12-katman PCB'leri, daha fazla sayıda iç katman nedeniyle, toplu işlem tutarlılığı açısından daha yüksek gereksinimlere sahiptir.
Levha Yüzey Temizleme ve Pürüzlendirme
Kesimden sonra, çekirdek levha ilk olarak temizleme üretim hattına girer; burada kimyasal çözeltiler ve yüksek-basınçlı suyla yıkama, levha yüzeyinden yağ, toz ve oksit katmanlarını temizler. Daha sonra bakır yüzeyi, ışığa duyarlı film ile bakır yüzey arasındaki yapışmayı iyileştirmek için mikro-pürüzlendirme işlemine tabi tutulur ve böylece desen aktarımı sırasında filmin ayrılması ve devre kusurları önlenir. Temizleme işleminin tamamı temiz odada tamamlanır ve yabancı maddelerin tahta yüzeyine yapışmasını önlemek için havadaki parçacıklar sıkı bir şekilde kontrol edilir.
Desen Transferi ve Dağlama
Temizlendikten sonra ışığa duyarlı kuru film çekirdek levhaya eşit şekilde uygulanır. Desen çoğaltma, lazer doğrudan görüntüleme ekipmanı kullanılarak tamamlanır. Bu yöntem yüksek hizalama doğruluğu sunar ve ince devrelerin işlem gereksinimlerini karşılayabilir. Görüntülemeden sonra, kuru filmi açıkta kalmayan alanlarda çözmek için bir geliştirme çözeltisi kullanılır ve aşındırılacak bakır folyo alanları açığa çıkar. Daha sonra, açıkta kalan fazla bakır folyoyu çıkarmak için özel bir aşındırma çözümü kullanılarak aşındırma işlemi başlar ve yalnızca iç katmandaki iletken hatların tamamı bırakılır. İşleme sırasında çözelti sıcaklığı ve püskürtme basıncı gerçek zamanlı olarak izlenir ve düzgün çizgi kenarları sağlamak için yanal aşındırma miktarı sıkı bir şekilde kontrol edilir. Aşındırma işleminden sonra, kalan kuru filmi levha yüzeyinden çıkarmak için bir sıyırma çözeltisi kullanılır ve saf bakır çizgiler açığa çıkar.
İç Katman Denetimi ve Esmerleşme İşlemi Tüm iç katman çekirdek kartları, açık devreler, kısa devreler ve boşluklar gibi kusurları hızlı bir şekilde tanımlamak için otomatik optik incelemeye tabi tutulur. Arızalı panolar doğrudan sınıflandırılır ve yeniden işlenir. Nitelikli çekirdek levhalar, çok katmanlı levha laminasyonundan önce çok önemli bir adım olan kahverengileştirme sürecine girer. Kimyasal işlem yoluyla, bakır devre yüzeyinde düzgün, pürüzlü bir oksit tabakası oluşturulur, bakır yüzeyi ile ön emprenye arasındaki bağlanma mukavemeti önemli ölçüde iyileştirilir ve katmanlar arası delaminasyon önlenir. 8'den fazla iç katmana sahip 12 katmanlı PCB'ler için, her bir iç katman çekirdek kartında tutarlı pürüzlendirme etkileri sağlamak amacıyla esmerleşme parametrelerinin eşit şekilde kalibre edilmesi gerekir.
3. Katmanlı Laminasyonun Temel Süreci
Laminasyon, çok katmanlı PCB üretiminde temel işlemdir ve 8 katmanlı ve 12 katmanlı PCB işlemleri arasında önemli bir fark vardır. Katman sayısının arttırılması, laminasyon sayısında, hizalama doğruluğunda, sıcaklık kontrol profillerinde ve basınç parametrelerinde kapsamlı bir yükseltmeye yol açarak, levhanın genel yapısal gücünü ve verimini doğrudan belirler.
1). Ön-istifleme ve Konumlandırma Önceden-ayarlanan yığın yapısına göre, kahverengileştirilmiş iç çekirdek kartı, önceden emprenye edilmiş malzeme ve dış bakır folyo sırayla. 8-istiflenir. Katman PCB'leri, daha az laminasyon nedeniyle, konumlandırma için çoğunlukla mekanik pimler kullanır ve katmanlar arası ofsetin makul bir aralıkta kontrol edilmesine olanak tanır. 12-katman PCB'leri üç bölümlü laminasyona tabi tutulur, bu da kümülatif katmanlar arası sapma riskini önemli ölçüde artırır. Orta segment istifleme ve genel istifleme, geleneksel mekanik konumlandırmayı çok aşan konumlandırma doğruluğuna sahip, düzinelerce katmanın hassas şekilde hizalanmasını sağlayan bir lazer konumlandırma sistemi gerektirir. Taşıma sırasında katmanın yanlış hizalanmasını önlemek için istifleme sonrasında geçici perçinleme yapılır.
2). Vakumlu Sıcak Presle Sertleştirme İstiflenen levhalar bir vakumlu laminatöre gönderilir. Vakum ortamı katmanlar arası havayı tamamen uzaklaştırarak kabarcık oluşumunu engeller. Her iki kart türü de bölümlere ayrılmış bir ısıtma ve kademeli basınçlandırma işlemi kullanır. İlk olarak, düşük-sıcaklıkta ön-presleme, ön emprenyenin başlangıçta erimesine ve akmasına olanak tanıyarak katmanlar arasındaki küçük boşlukları doldurur. Daha sonra, ana basınçlandırma için sıcaklık ve basınç artırılarak ön emprenyenin çekirdek levha yüzeyini tamamen emprenye etmesine izin verilir. Son olarak kürleme sabit bir sıcaklıkta gerçekleştirilir, reçine tamamen sertleştirilir ve tüm katmanlar birleşik bir yapıya bağlanır. 8 katmanlı PCB'nin iki laminasyonuna yönelik sıcaklık ve basınç parametreleri nispeten geniştir ve bu da proses hatalarına karşı daha yüksek tolerans sağlar. 12 katmanlı PCB için her bölümlü laminasyon ayrı olarak ayarlanmış bir sıcaklık kontrol eğrisi gerektirir. Birden fazla sıcak pres sürekli olarak termal stres biriktirir, bu nedenle ısıtma ve soğutma oranları, tutma süreleri ve basınç seviyelerinin hepsinin hassas kontrole ihtiyacı vardır. Her bir laminasyon için bekletme süresi, birden fazla reçine katmanının aynı anda kürlenmesini sağlamak için daha uzun olup, panelin deformasyonunu ve eşit olmayan iç gerilimi önler. Her laminasyon turundan sonra, bir sonraki laminasyon turu ve presleme başlamadan önce, tüm katmanlar entegre olana kadar levhaların doğal olarak oda sıcaklığına kadar soğumasına izin verilir.
4. Delme ve Delik Metalleştirme Süreci
Laminasyon sonrasında levhanın tamamı delme işlemine girer. Delikler, katmanlar arası iletkenlik için anahtar kanallardır. Levha kalınlığı ve katman sayısındaki farklılıklar, 8 katmanlı ve 12 katmanlı PCB'ler arasında delme parametrelerinde, işleme zorluğunda ve elektrokaplama işlemlerinde önemli farklılıklara neden olur.
Mekanik Delme Yüksek-çok katmanlı PCB'ler, mekanik delme için karbür matkap uçları kullanır; buna karşılık gelen matkap ucu özellikleri, farklı delik çapı gereksinimlerine uygundur. 8-katmanlı PCB'ler daha ince bir tahtaya ve daha sığ delme derinliğine sahiptir; delme hızı ve ilerleme hızı parametreleri geleneksel şekilde ayarlanır ve delik konumu doğruluğu kolayca kontrol edilir. 12-katman PCB'leri daha büyük bir toplam kalınlığa ve daha fazla delme derinliğine sahiptir; bu nedenle matkap ucunun yüksek sıcaklıkta aşınmasını, delik duvarlarındaki çapakları ve delik konumu yanlış hizalamasını önlemek için matkap ilerleme hızının azaltılması, hızın optimize edilmesi ve talaş kaldırma sıklığının artırılması gerekir. Delme işleminden sonra, tüm deliklerin çapakları alınır ve kalıntı reçine kalıntılarını ve bakır talaşlarını gidermek için kireç çözme işlemi gerçekleştirilir, böylece delik duvarlarının pürüzsüz ve temiz olması sağlanır.
Delik Metalizasyonu ve Elektro Kaplama Delme işleminden sonra, levha malzemesi ilk olarak kimyasal bakır kaplamaya tabi tutulur ve temel bir iletken katman oluşturmak ve delik duvarları içinde başlangıç iletkenliğini elde etmek için yalıtım deliği duvarları üzerine ince bir bakır tabakası biriktirilir. Bunu, elektrolizin delik duvarlarındaki bakır katmanını ve kart yüzeyindeki bakır katmanını kalınlaştırdığı ve katmanlar arası iletkenliğin stabilitesini sağladığı tam-kart elektrokaplama işlemi izler. 8-katmanlı PCB'ler için, delikli bakır kalınlığı gereksinimlerini karşılamak için geleneksel DC elektrokaplama yeterlidir. Daha fazla katmana ve daha uzun iletken katman bağlantılarına sahip 12-katmanlı PCB'ler için, bazı yoğun şekilde paketlenmiş delik alanlarındaki eşit olmayan akım dağılımı, delik duvarlarında eşit bakır katman kalınlığı sağlamak ve belirli alanlarda aşırı ince bakır katmanların neden olduğu iletkenlik hatalarını önlemek için bölümlü elektrokaplama veya darbeli elektrokaplama işlemlerini gerektirir. Bazı yüksek yoğunluklu 12 katmanlı levhalar için, karmaşık delik yapılarına uyum sağlamak amacıyla doldurmalı elektrokaplama işlemi kullanılabilir. Elektrokaplamadan sonra deliğin bakır kalınlığı ve iletkenliği incelenir ve delik duvarlarında hasarlı bakır tabakaları bulunan levhalar atılır.
5. Dış Katman Devre İmalat Süreci
Panelin tamamı delinip metal kaplandıktan sonra dış katman devresi üretilir. Bu süreç büyük ölçüde iç katman devresiyle aynıdır, ancak kart zaten oluşturulduğundan kontrol standartları daha katıdır. İlk olarak, levhanın yüzeyi iyice temizlenir ve elektro kaplama kalıntılarını gidermek için pürüzlendirilir. Daha sonra ışığa duyarlı kuru bir film uygulanır. Lazer görüntüleme, geliştirme, dağlama ve filmin çıkarılmasını içeren bir dizi işlem yoluyla dış iletken devre oluşturulur. İç katmanla karşılaştırıldığında dış katman devresi doğrudan dış ortama maruz kalır. Gravürden sonra, görünüm ve performansın standartları karşıladığından emin olmak için kenarlar ve çizgi genişliği dikkatlice incelenir. İşlem tamamlandıktan sonra, dış katman devresindeki herhangi bir görünüm kusurunu kontrol etmek amacıyla tam bir inceleme için optik inceleme ekipmanı kullanılır.
6. Lehim Maskesi, Yüzey İşleme ve Şekil İşleme
Lehim Maskesi Kaplaması Dış katman devresi incelemeyi geçtikten sonra, lehim maskesi mürekkebi tüm kart yüzeyine kaplanır. Ön-pişirme, maruz bırakma, geliştirme ve sertleştirmeden sonra yalnızca iletken alanlar açığa çıkar, levha yüzeyinin geri kalanı lehim maskesi katmanıyla kaplanır. Lehim maskesi katmanı harici nemi ve tozu izole ederek devre oksidasyonunu ve kısa devreleri önlerken aynı zamanda kartın yalıtım performansını da artırır. 8 katmanlı ve 12 katmanlı PCB'ler için süreç temel olarak bu adımda aynıdır; tek fark, uygulama senaryosuna göre lehime dayanıklı mürekkep seçimidir.
Yüzey İşlem Uygulama senaryosuna göre uygun yüzey işleme yöntemi seçilir. Yaygın işlemler arasında kimyasal nikel-altın kaplama, organik lehime dayanıklı film ve sıcak hava tesviyesi yer alır. Bu işlemin ana işlevi açıkta kalan iletken alanları korumak, oksidasyon direncini ve bağlantı performansını iyileştirmektir. İki tür çok katmanlı kart, son-kullanıcı gereksinimlerine göre süreçle esnek bir şekilde eşleştirilebilir.
Şekil İşleme CNC freze makineleri veya kalıp delme makineleri kullanılarak tahta malzemesi müşterinin istediği şekil ve boyutlarda işlenir ve fazla kenarlar kesilir. İşleme sonrasında, kenarların keskin kenarlar, katmanlara ayrılma, ufalanma veya başka sorunlar olmadan düz ve pürüzsüz olmasını sağlamak için levha kenarları zımparalanır.
7. Son Muayene ve Bitmiş Ürün Ayırma
Bitmiş ürün aşamasında üç ana bölüme ayrılan kapsamlı bir denetim gerçekleştirilir: görünüm denetimi, boyut denetimi ve elektriksel süreklilik denetimi. Görsel inceleme, mürekkepte, devrelerde ve kart yüzeyindeki deliklerde hasar, leke ve renk farklılıkları olup olmadığını kontrol etmek için el emeği ve optik ekipmanın birleşimine dayanır. Boyutsal inceleme, tahta kalınlığını, genel boyutları ve delik koordinatlarını doğrulamak için hassas aletler kullanır ve tüm parametrelerin standartlara uygun olmasını sağlar. Elektriksel inceleme, gizli açık devreleri ve kısa devreleri tespit ederek katmanlar arası sürekliliği ve yalıtım performansını nokta nokta-{-test etmek için özel ekipman kullanır. Tüm denetimlerden geçtikten sonra 8-katmanlı ve 12 katmanlı çok katmanlı PCB'ler depolanmadan önce temizlenir, neme karşı korunur ve paketlenir. Arızalı ürünler, arıza türüne göre kategorize edilerek kayıt altına alınır ve daha sonraki süreç optimizasyonu için veri desteği sağlanır.
8-katmanlı ve 12-katmanlı çok katmanlı PCB'lerin işlenmesi, birbirine bağlı işlemlerden oluşan oldukça karmaşık bir sistemdir. Temel işleme mantıkları benzer olsa da temel farklılıklar dört temel alanda yatmaktadır: katman istifleme, laminasyon sayımı, hizalama doğruluğu ve delme/kaplama. İki kat katman sayısına sahip 12-katmanlı PCB, önemli ölçüde artan karmaşıklık, işleme zorluğu ve hassasiyet standartları sunarak, 8 katmanlı PCB'lere kıyasla üretim ekipmanı, süreç parametresi ayarlamaları ve atölye ortam kontrolü açısından çok daha yüksek talepler getirir. Gerçek üretimde, parametrelerin ince ayarı ve her süreçteki ayrıntıların kontrolü, bitmiş ürünün verimini ve stabilitesini doğrudan etkiler. Yalnızca çok katmanlı kart işleme spesifikasyonlarını sıkı bir şekilde takip ederek ve farklı kart katmanları için ilgili proses çözümlerini optimize ederek, istikrarlı performansa sahip ve kalite standartlarını karşılayan yüksek çok katmanlı PCB ürünleri üretebilir, böylece çeşitli üst düzey elektronik cihazların uygulama ihtiyaçlarını karşılayabiliriz.