לוחות מעגלים רב שכבתיים, כרכיבי ליבה, נושאים חיבורי מעגל מורכבים בין רכיבים אלקטרוניים, ותהליך הייצור שלהם משלב טכנולוגיות מתקדמות ותהליכי דיוק שונים. להלן נרחיב על תהליך הייצור של לוחות מעגלים מרובי-שכבות.
הכנת חומר גלם
לייצור לוחות מעגלים מרובי-שכבות, השלב הראשון הוא בחירת חומרי גלם מתאימים. לרבד בחיפוי נחושת הוא חומר בסיסי, המכונה בדרך כלל מצע FR-4, בעל בידוד ותכונות מכניות טובות והוא מתאים לרוב המוצרים האלקטרוניים הקונבנציונליים; עבור תרחישי יישום בתדר- גבוה ו-גבוהה, כגון ציוד תקשורת 5G, נדרשים מצעי פולי-טטרה-פלואורואתילן בקבוע דיאלקטרי נמוך כדי להפחית את הפסדי שידור האות. בנוסף למצע, היריעה החצי מגוונת היא הכרחית בתהליך הלמינציה. הוא מורכב בעיקר משרף וחומרי חיזוק, הניתנים לריפוי תחת חום ולחץ כדי להשיג קשר חזק בין שכבות. במקביל, נעשה שימוש בנייר נחושת איכותי ליצירת קווי מעגל. עוביים שונים של רדיד נחושת נבחרים בהתאם לדרישות הנשיאה הנוכחיות, עם עוביים נפוצים כגון 18 μ ו- 35 μ.
ייצור מעגל שכבה פנימית
העברת דפוסים
לאחר חיתוך הלוח המצופה-נחושת לגודל המתאים, בצע טיפול ניקוי פני השטח להסרת כתמי שמן, זיהומים וכו', כדי להבטיח את הידבקותם של התהליכים הבאים. לאחר מכן, יש למרוח סרט יבש רגיש לאור על משטח המצע וחשוף אותו באמצעות מכונת חשיפה. במהלך תהליך החשיפה, תבנית מעגל השכבה הפנימית מוקרנת על הסרט היבש על ידי אור אולטרה סגול דרך פוטומסכה, והסרט היבש של החלק הקולט אור עובר תגובת פוטופולימריזציה, וכתוצאה מכך שינוי בתכונותיו. לאחר מכן, הסרט היבש שלא נחשף מומס באמצעות תמיסה לפיתוח כדי להעביר במדויק את תבנית מעגל השכבה הפנימית על גבי הלמינציה המצופה-נחושת.
תַחרִיט
לאחר השלמת הפיתוח, הוא נכנס לתהליך התחריט. מכונת התחריט מכילה תמיסת תחריט ספציפית שיכולה להגיב כימית עם רדיד נחושת שאינו מוגן על ידי שכבה יבשה, להחליד ולהסיר אותו, ולהשאיר מאחור את החלק המכוסה על ידי הסרט היבש ליצירת מעגל שכבה פנימית מדויק. לאחר השלמת התחריט, השתמש בתמיסת הפשטת סרטים מיוחדת כדי להסיר את שאריות הסרט היבש על המעגל, ומעגל השכבה הפנימית השקופה הושלם. לאחר ההשלמה, השתמש בציוד בדיקה אופטי אוטומטי כדי לבצע בדיקה מקיפה של המעגל, תוך שימוש במצלמות- בהבחנה גבוהה ומערכות עיבוד תמונה כדי לזהות אם יש קצרים, מעגלים פתוחים, סטיות ברוחב קו ובעיות אחרות במעגל, ולתקן אותם בזמן.
תחמוצת חומה
כדי להגביר את חוזק ההדבקה בין שכבת נייר הנחושת הפנימית לבין הסדין החצי נרפא, נדרש טיפול השחמה. על ידי שימוש בתמיסה כימית ספציפית, נוצרת שכבת תחמוצת אחידה בעלת מבנה חלת דבש מיקרו על פני רדיד הנחושת, מגדילה את שטח הפנים של רדיד הנחושת, משפרת את היצמדותו לשרף ומשפרת את יכולת ההרטבה שלו לשרף הזורם. זה מבטיח שניתן למלא את השרף במלואו ולהדביק אותו בחוזקה במהלך הלמינציה שלאחר מכן, ולמנוע בעיות כגון דלמינציה הנגרמת על ידי מליטה חלשה.
רִבּוּד
שכבות היא תהליך מפתח בייצור של לוחות מעגלים מרובי-שכבות, שמטרתו לערום מעגלים מרובים של שכבות פנימיות עם יריעות חצי מגושמות ורדיד נחושת חיצוני בהתאם לדרישות התכנון כדי ליצור שלם. ראשית, בהתבסס על מספר השכבות והמבנה העיצובי של לוח המעגלים, תכנן בקפידה את רצף הערימה של הלוח הפנימי, הגיליון החצי מפויח ורדיד הנחושת החיצוני. בעת הערמה, יש צורך להבטיח כי המיקומים של כל שכבה מיושרים במדויק, אחרת זה ישפיע על הקישוריות של המעגל והעברת האות. לאחר מכן, מניחים את הגיליון המוערם במכונת למינציה-בטמפרטורה-גבוהה, ונתונה לטמפרטורה גבוהה של כ-150 מעלות ולסביבת לחץ-גבוה של כ-400psi לפרק זמן כדי להמיס ולהזרים את השרף ביריעת החצי-מעוצבת, למלא את הרווחים הקטנים בין כל שכבה לקירור, להתחבר בין כל שכבה לקירור. טכנולוגיית הדבקת ואקום מתקדמת יכולה לחלץ אוויר במהלך תהליך ההדבקה, למנוע יצירת בועות, להבטיח שאחידות העובי הבינוני נשלטת בתוך ± 3%, ולשפר את האיכות הכוללת של המעגל.
הִתעַמְלוּת
החיבורים החשמליים בין השכבות של לוח המעגלים הרב-למינציה עדיין לא הושגו, ויש לפתוח את ערוצי החיבור בתהליך הקידוח. על פי מסמכי התכנון, ציוד קידוח -בדיוק גבוה כגון מכונות קידוח מכניות או מקדחי לייזר CO ₂ משמשים לקידוח חורים בקטרים שונים במקומות ייעודיים, כולל חורים דרך לחיבור שכבות שונות של מעגלים, חורים עיוורים לחיבור שכבות חלקיות בלבד וחורים קבורים. טכנולוגיית ייצור מודרנית יכולה להשיג עיבוד מדוייק של פתחים נמוכים עד 50 מיקרומטר, העונה על צורכי הייצור של לוחות מעגלים בצפיפות- גבוהה. לאחר סיום הקידוח, יהיו שאריות קידוח ושאריות דבק על דופן החור, אותם יש לנקות ולטפל כדי להסיר שאריות דבק. הסר היטב זיהומים על ידי השרייה בתמיסות כימיות או שטיפה עם רובי מים בלחץ גבוה- כדי להבטיח את ניקיון דופן החור ולהתכונן למתכת חורים לאחר מכן.
מתכת חורים וציפוי אלקטרוני
שקיעת נחושת כימית
כדי להפוך את דופן החור המבודד למוליך, מתבצעת תחילה שקיעת נחושת כימית. טבלו את המעגל בתמיסה כימית המכילה יוני נחושת, והשתמשו בחומר המצמצם שבתמיסה כדי לזרז הפחתה של שכבת נחושת דקה מאוד על פני דופן החור, בדרך כלל בעובי של 0.3-0.5 μ. שכבת נחושת זו משמשת כ"שכבת הזרע" עבור ציפוי אלקטרוניקה לאחר מכן, ומספקת נתיב ראשוני להולכת זרם.
ציפוי פאנל
בהתבסס על שכבת הנחושת הדקה שנוצרה על ידי שקיעה כימית של נחושת, מבוצעת אלקטרופלט מלא של לוחות. מניחים את לוח המעגלים באמבט ציפוי, ובאמצעות אלקטרוליזה, יוני הנחושת באמבטיה מפקידים ברציפות על קירות החור ורדיד נחושת על פני הלוח, ומגדילים את עובי שכבת הנחושת. בדרך כלל, עובי הנחושת על קירות החור מעובה ל-25 מיקרומטר או יותר כדי לעמוד בדרישות של מוליכות מעגל ונשיאת זרם.
הדמיית דפוס
העברת דפוסים
בדומה להעברת דפוסי מעגלים בשכבה פנימית, סרט יבש מוחל על פני השכבה החיצונית של למינציה-מצופה נחושת, ודפוסי המעגלים של השכבה החיצונית מועברים על הסרט היבש באמצעות טכנולוגיית הדמיה ישירה בלייזר או שיטת חשיפה מסורתית לצילום מסכות. לאחר מכן, דפוסי המעגל מפותחים כך שיהיו גלויים.
ציפוי גרפי
בצע גלגול דפוס על משטח הנחושת החשוף של דפוס המעגל שפותח. חילול שכבת נחושת העומדת בדרישות עובי התכנון, עיבוי נוסף של עובי הנחושת של קטע המעגל כדי לשפר את המוליכות, וציפוי שכבת פח להגנה בתהליכי תחריט הבאים.
הפשטת סרט ותחריט
השתמש בתמיסת נתרן הידרוקסיד כדי להסיר את שכבת הסרט היבש המצופה באלקטרו, לחשוף את שכבת הנחושת הלא מוגנת. השתמש מחדש בתמיסת תחריט כדי להחליד ולהסיר את שכבת הנחושת באזורים שאינם מעגלים אלה, ויוצרים קווי מעגל חיצוניים מדויקים. לבסוף, השתמש בתמיסת הפשטת פח מיוחד כדי להסיר את שכבת הפח שסיימה את משימת ההגנה שלה.
טיפול פני השטח
כדי להגן על רדיד הנחושת על פני הלוח, לשפר את יכולת ההלחמה ועמידות החמצון, נדרש טיפול פני השטח. שיטות טיפול נפוצות כוללות:
טבילת זהב
בנקודות הקצה של הריתוך וההחדרה, שכבת ניקל וזהב מכוסה בשיטת השקיעה כימית. לשכבת הניקל יש קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה טובה, ולשכבת הזהב יש יציבות כימית חזקה, שיכולה למנוע ביעילות חמצון נקודת קצה ולהבטיח ביצועי חיבור חשמלי טובים. הוא נמצא בשימוש נפוץ במוצרים-מתקדמים ובתחומים אלקטרוניים עם דרישות אמינות גבוהות במיוחד.
פילוס הלחמה באוויר חם (HASL)
באמצעות טכנולוגיית פילוס אוויר חם, מיושמת שכבת סגסוגת עופרת בדיל כדי לכסות את נקודת הקצה של הריתוך כדי להגן עליה ולספק ביצועי ריתוך מצוינים. העלות נמוכה יחסית והיא נמצאת בשימוש נרחב.
מסכת הלחמה אורגנית
שכבה של סרט מגן אורגני נוצרת על פני השטח של רדיד נחושת כדי למנוע חמצון נחושת. במקביל, סרט המגן יכול להתפרק במהירות במהלך הריתוך מבלי להשפיע על אפקט הריתוך. התהליך פשוט והעלות נמוכה, מה שמתאים לחלק מהמוצרים הרגישים לעלות ובעלי דרישות אמינות מתונות.
מסכת הלחמה והדפסת תווים
מסכת הלחמה
לאחר השלמת ייצור המעגלים, יש להגן על אזורים ללא הלחמה ומגע באמצעות הלחמה כדי למנוע קצרים וחמצון מעגלים במהלך הלחמה. ראשית, נקה וחספס את פני הלוח כדי לשפר את ההדבקה. לאחר מכן, יש למרוח צבע ירוק נוזלי רגיש לאור באמצעות הדפסת מסך, ריסוס ושיטות אחרות, ולייבש מראש את הצבע הירוק כדי לייבוש ראשוני. לאחר מכן, חשיפה אולטרה סגול מתבצעת כדי לאפשר לצבע הירוק באזור השקוף של הסרט לעבור תגובת פילמור ולהתמצק. לאחר מכן, תמיסת נתרן קרבונט משמשת לפיתוח כדי להסיר את החלק הלא חשוף של הצבע הירוק. לבסוף, מתבצעת אפייה- בטמפרטורה גבוהה כדי להקשות לחלוטין את הצבע הירוק.
הדפסת תווים
לנוחות ההתקנה, איתור באגים ותחזוקה של לוחות מעגלים, תווים כגון טקסט, סימנים מסחריים ומספרי חלקים מודפסים על פני הלוח באמצעות הדפסת מסך. דיו האופי מתקשה לאחר ייבוש בחום או קרינה אולטרה סגולה, מה שהופך אותו ברור, מוצק וקל לזיהוי.
גיבוש וחיתוך
בהתאם למידות החיצוניות הנדרשות של הלקוח, השתמשו במכונות דפוס CNC או במכונות ניקוב תבנית לחיתוך ועיצוב המעגל. בעת חיתוך, השתמש בחור המיקום כדי להכניס את התקע ולתקן את המעגל על המיטה או התבנית כדי להבטיח דיוק חיתוך. עבור לוחות מעגלים עם אצבעות זהב, לאחר היציקה, אזור אצבע הזהב צריך להיות טחון וזוויתי כדי להקל על ההחדרה הבאה. אם מדובר בלוח מעגל בצורת מרובה שבבים, יש לפתוח מראש קו שבירה בצורת X- כדי להקל על פירוק ופיצול הלקוח לאחר ההחדרה.
בדיקת ביצועים חשמליים ובדיקת מראה
בדיקת ביצועים חשמליים
ביצוע בדיקות ביצועים חשמליות מקיפות על המעגל באמצעות בדיקת מחט מעופפת או מכונות בדיקה אוטומטיות לחלוטין, כולל בדיקת מוליכות, כדי לבדוק אם קיימים מעגלים פתוחים או קצרים במעגל; בדיקת עכבה מבטיחה שעכבת הקו עומדת בדרישות התכנון ומבטיחה את איכות העברת האות; ובדיקות אחרות של מדדי ביצועים חשמליים ספציפיים, כגון מבחני התנגדות בידוד.
בדיקה ויזואלית
ידנית או בעזרת ציוד בדיקה אוטומטי, בדוק היטב את מראה המעגל כדי לראות אם יש שריטות או רווחים במעגל, אם יש בועות או הדפסים חסרים בשכבת מסכת ההלחמה, אם התווים ברורים ושלמים, ואם עובי הלוח והפתח עומדים בתקנים. תקן מיד פגמים קלים שהתגלו במהלך הבדיקה, והסר מוצרים שאינם- תואמים שלא ניתן לתקן.
אריזה ומשלוח
לוחות מעגלים רב-שכבתיים שעברו בדיקות קפדניות אטומים וארוזים בוואקום כדי למנוע לחות, חמצון ונזקים פיזיים במהלך ההובלה. לאחר השלמת האריזה, יש לצרף את תווית המוצר וההוראות הרלוונטיות, תוך פירוט דגם המוצר, מפרטים, תאריך ייצור ומידע נוסף, ולאחר מכן לשלוח ולספק ללקוח.