היישום של לוחות מעגלים גבוהים ורב-שכבתיים- הופך נפוץ יותר ויותר, במיוחד בתעשיות כגון תקשורת 5G, בינה מלאכותית ומחשבים-תיכוניים הדורשים רמות גבוהות במיוחד של אינטגרציה וביצועים של מעגלים. עבור יצרני מעגלים מודפסים, דיוק היישור הבין-שכבתי של מעגלים מודפסים מרובי-שכבתיים הוא אחד הגורמים המרכזיים הקובעים את איכות המוצר וביצועיו.
החשיבות של יישור בין השכבות
מעגלים מודפסים בשכבה גבוההלהשיג פריסות מעגלים מורכבות יותר ויעילות העברת אותות גבוהה יותר על ידי הגדלת מספר השכבות. עם זאת, עם כל שכבה נוספת, הקושי של יישור בין-שכבות גדל בהתאם. התאמה בין השכבות המדויקת מבטיחה חיבורים חשמליים מדויקים בין מעגלים בכל שכבה, ומבטיחה שידור אות יציב. אם יש סטייה ביישור בין השכבות, היא עלולה לגרום לבעיות כגון קצרים ומעגלים פתוחים במעגל, מה שמשפיע באופן רציני על הפונקציונליות והאמינות של המעגל המודפס. לדוגמה, בהעברת אותות- במהירות גבוהה, אפילו היסטים קטנים בין השכבות עלולות לגרום לעיוות אות, עיכוב ולהפחית את הביצועים של המערכת האלקטרונית כולה.
גורמים המשפיעים על יישור בין השכבות
מאפיינים חומריים
מקדם ההתפשטות התרמית של חומר מצע המעגלים המודפסים הוא גורם חשוב המשפיע על יישור בין השכבות. בתהליך ייצור המעגלים המודפסים, נדרשים תהליכי לחיצה מרובים-בטמפרטורה גבוהה. אם מקדם ההתפשטות התרמית של חומר המצע אינו עקבי, דרגות שונות של התפשטות או התכווצות יתרחשו כאשר הטמפרטורה משתנה, וכתוצאה מכך תזוזה בין השכבות. לדוגמה, יש הבדל במקדם ההתפשטות התרמית בין חומרים רגילים של FR-4 לחומרי פוליאמיד בעלי ביצועים- גבוהים, וגם מידת העיוות בסביבות בטמפרטורה גבוהה שונה. זה דורש מיצרני PCB לבחור חומרים מתאימים בהתאם לדרישות המוצר ולבצע התאמות מתאימות בתהליך.
תהליך ייצור
תהליך הקידוח: הקידוח הוא שלב מרכזי בחיבור שכבות שונות של מעגלים. אם מיקום הקידוח אינו מדויק, יהיו סטיות בציפוי הנחושת ובייצור המעגלים הבאים, אשר ישפיעו על יישור בין השכבות. למרות שטכנולוגיית קידוח לייזר מתקדמת היא בעלת דיוק גבוה, עלות הציוד יקרה; קידוח מכני מסורתי דורש ציוד קידוח-בדיוק גבוה ובקרת תהליכים קפדנית כדי להבטיח עקביות בעמדות הקידוח.
תהליך דחיסה: במהלך תהליך הדחיסה, השליטה בלחץ, הטמפרטורה והזמן היא קריטית ליישור בין השכבות. לחץ לא אחיד יכול לגרום ללחץ לא אחיד על המצע, מה שמוביל לאי יישור בין השכבות; טמפרטורה מופרזת או זמן לחיצה ארוך עלולים לגרום לעיוות יתר של החומר. לכן, יצרני מעגלים מודפסים צריכים לשלוט במדויק על פרמטרי ההדבקה ולהשתמש בציוד הדבקה מתקדם, כגון מכונות הדבקה בוואקום, כדי להבטיח את איכות ההדבקה.
דיוק ציוד
הדיוק של ציוד לייצור מעגלים מודפסים קובע ישירות את הדיוק של יישור בין השכבות. ממכונות חשיפה ועד למכונות למינציה, לדיוק של כל מכשיר יש השפעה על איכות המוצר. מכונות חשיפה דיוק גבוה יכולות להבטיח את דיוק ההעברה של דפוסי מעגלים, בעוד שציוד למינציה מתקדם יכול לשמור על לחץ ובקרת טמפרטורה יציבה בסביבות-לחץ וטמפרטורה-גבוהה, ולספק ביטחון ליישור בין השכבות.
בעיות ופתרונות נפוצים
היסט בין שכבות
זוהי בעיה נפוצה, המתבטאת בתזוזה יחסית בין הקווים בכל קומה. הפתרון כולל ייעול בחירת החומר ושימוש בחומרים בעלי מקדמי התפשטות תרמית תואמים; שפר את בקרת התהליך, כגון הוספת פיני מיקום ושימוש במערכות מיקום-בדיוק גבוה במהלך תהליכי קידוח ולחיצה; כייל ותחזק באופן קבוע את הציוד כדי להבטיח שהוא במצב עבודה טוב יותר.
קצר חשמלי בקו ומעגל פתוח
סטיית יישור בין שכבות עלולה לגרום לקצר חשמלי או למעגלים פתוחים במעגל. באמצעות בדיקות מקוונות קפדניות כגון בדיקה אופטית אוטומטית (AOI) ובדיקת מחט מעופפת, ניתן לזהות בעיות אלו בזמן. יחד עם זאת, הוספת קווים מיותרים ונקודות בדיקה במהלך שלב התכנון יכולה גם לעזור לשפר את יכולת הזיהוי והתיקון של המוצר.
מגמות התפתחות טכנולוגיות
עם ההתקדמות המתמשכת של הטכנולוגיה האלקטרונית, הדרישות לדיוק יישור בין שכבות של לוחות מודפסים מרובי-שכבות גבוהות גם הן עולות כל הזמן. בעתיד, יצרני המעגלים המודפסים יתחייבו לפתח חומרים ותהליכים מתקדמים יותר, כגון שימוש בטכנולוגיית חיזוק חומרים ננומטריים לשיפור היציבות של חומרי המצע; הצגת טכנולוגיות בינה מלאכותית ולמידת מכונה כדי להשיג-ניטור בזמן אמת ובקרה חכמה על תהליך הייצור, תוך שיפור נוסף של דיוק היישור בין השכבות.