Yarı iletken ekipmanlarda, 12 katmanlı PCB kartları çekirdek çiplerin bağlanmasında, yüksek-frekans sinyallerinin ve yüksek akımların iletilmesinde çok önemli bir rol oynar. Üretim süreci son derece yüksek hassasiyet, stabilite ve güvenilirlik gereksinimleri gerektirir. Sıradan çok-katmanlı baskılı devre kartlarıyla karşılaştırıldığında, 12 katmanlı baskılı devre kartları daha karmaşık bir yapıya, daha fazla işlem adımına sahiptir ve sinyal bütünlüğü ve ısı dağıtımı açısından yarı iletken ekipmanların katı standartlarına uyum sağlamaları gerekir. Bu nedenle üretim sürecinde birçok temel zorluk vardır. Temel süreç adımlarından başlayarak, yarı iletken ekipman uygulama senaryolarında 12 katmanlı baskılı devre kartlarının üretim zorluklarını çözeceğiz.
1, Lamine işlemi: çok-katmanlı yapılarda "hassas birleştirme" zorluğu
Katmanlama, 12 katmanlı alt tabaka, bakır folyo ve yalıtım katmanının yüksek sıcaklık ve yüksek voltaj yoluyla bir bütün halinde entegrasyonunu gerektiren 12 katmanlı PCB üretiminin temel işlemidir. Zorluk, yarı iletken ekipmanlarda sinyal iletimi için çok önemli olan katmanlar arasındaki hizalama doğruluğu ve kalınlık bütünlüğünde yatmaktadır.
Katmanlar arası hizalama açısından bakıldığında, 12 katmanlı bir PCB'ye birçok kez basılması gerekir ve her basıldığında, her katmanın grafiğindeki hizalama hatasının çok küçük bir aralıkta kontrol edilmesi sağlanmalıdır. Ancak gerçek üretimde alt tabaka yüksek sıcaklıklarda termal deformasyona eğilimlidir ve her laminasyondan sonra tabakanın düzlüğünde hafif sapmalar olabilir. 12 katmana istiflendiğinde toplam hizalama hatası kritik değeri aşabilir. Hizalama doğruluğu standardı karşılamadığında, yarı iletken ekipmandaki yüksek-frekans sinyallerinin iletim kaybı önemli ölçüde artacaktır ve hatta ekipmanın normal çalışmasını etkileyen sinyal karışması meydana gelebilir.
Kalınlığın tekdüzeliği de aynı derecede zordur. 12 katmanlı PCB'nin genel kalınlığı ve her katman kalınlığının sapma aralığını kontrol etmesi gerekir. Ancak sıkıştırma işlemi sırasında, eşit olmayan basınç dağılımı ve alt tabaka ile yalıtım katmanı arasındaki büzülme oranlarındaki farklılıklar, son levhada "ortanın kalın, kenarların ince" veya lokal çıkıntılar gibi sorunlara yol açabilmektedir. Yarı iletken ekipmanlarda hassas konektörlerin takılmasını gerektiren alanlar için aşırı kalınlık sapması, zayıf konektör temasına neden olabilir ve ekipmanın arızalanma riskini artırabilir.
2, Mikro delik işleme: küçük gözenek boyutu ve en boy oranının ikili zorlukları
Yarı iletken ekipmanın 12 katmanlı PCB'si, katmanlar arası devre bağlantılarını sağlamak için çok sayıda mikro gözenek gerektirir. Bu mikro gözenekler sadece boyut olarak küçük olmakla kalmıyor, aynı zamanda sıradan çok- katmanlı baskılı devre kartlarınınkini çok aşan derinlik/çap oranıyla 12 alt tabaka katmanına nüfuz etmeleri gerekiyor ve bu da üretim zorluğunu büyük ölçüde artırıyor.
İlk olarak, delme doğruluğu sorunu var. Son derece küçük açıklık nedeniyle, matkap ucu yüksek-hızlı dönüş sırasında "titreşime" eğilimlidir, bu da açıklık sapmasına ve hatta delik duvarında çiziklere neden olur. Aynı zamanda, 12 katmanlı alt tabakanın malzeme farklılıkları matkap ucunun aşınma oranını hızlandıracaktır. Zamanında değiştirilmezse sonraki mikro gözeneklerin gözenek boyutu doğruluğu azalmaya devam edecektir. Yarı iletken cihazlar için mikro gözenek boyutunun sapması, kaplama delikleri içindeki bakır tabakanın eşit olmayan kalınlığına yol açabilir, akım iletimi sırasında yerel ısınmayı yoğunlaştırabilir ve cihazın ısı dağıtma performansını etkileyebilir.
Daha derindeki zorluk gözenek duvarının kalitesinde yatmaktadır. 12 katmanlı bir PCB'nin mikro gözeneklerinin, delik duvarından kalan reçine artıklarının uzaklaştırılmasını gerektiren bir "delme de delme elektrokaplama" sürecinden geçmesi gerekir. Ancak mikro gözeneklerin dar gözenek boyutu, temizleme solüsyonunun tam olarak nüfuz etmesini zorlaştırır. Delme işlemi tam yapılmazsa, bakır katman elektrokaplama sırasında delik duvarına sıkı bir şekilde bağlanamaz ve daha sonraki kullanım sırasında "delik duvarı soyulması" meydana gelebilir ve devrenin kırılmasına neden olabilir. Ayrıca en-boy oranının fazla olması elektrokaplama sırasında akımın delik tabanına eşit şekilde dağılmasını zorlaştırmakta ve deliğin tabanındaki bakır tabakanın kalınlığı yetersiz kalmaktadır. Yarı iletken cihazların yüksek akım senaryolarında deliğin altındaki bakır katman aşırı ısınmaya ve yanmaya eğilimlidir.
3, Bakır kalınlığı kontrolü: küresel tekdüzelik ile yerel kalınlaşma arasındaki çelişki
Yarı iletken ekipmanın 12 katmanlı PCB'sindeki bakır kalınlığı gereksinimi bir "ikililiğe" sahiptir: bir yandan, kararlı sinyal iletimini sağlamak için küresel bakır kalınlığının tekdüze olması gerekir; Öte yandan, bazı bölgelerde ısı dağılımını ve akım taşıma kapasitesini artırmak için bakır kalınlığının yerel olarak kalınlaştırılması gerekir ve bu da üretimde kolaylıkla çatışmalara yol açabilir.
Küresel bakır kalınlığı tekdüzeliğine ulaşmanın zorluğu, elektrokaplama işleminde yatmaktadır. 12 katmanlı bir PCB'nin alanı genellikle büyüktür ve kaplama tankındaki akım dağılımı, panelin şeklinden ve asma tertibatının konumundan kolayca etkilenir, bu da panelin kenarları ve merkezi arasında bakır kalınlığı farklılıklarına neden olur. Ek olarak, 12 katmanlı PCB'deki mikro delikler ve kör delikler akımı 'yönlendirerek' deliklerin yakınındaki yüzey bakır kalınlığının diğer alanlara göre daha ince olmasına neden olur. Küresel bakır kalınlığı sapması çok büyükse, yarı iletken ekipmandaki farklı yolların sinyal iletim hızı farklı olacaktır, bu da veri senkronizasyonunda gecikmeye neden olacak ve ekipmanın işleme verimliliğini etkileyecektir.
Bakır kalınlığının yerel kalınlaşması "aşırı elektrokaplama" riski oluşturur. Bakır kalınlığının yerel kalınlaşmasını sağlamak için ilgili alanda ikincil elektrokaplamanın yapılması gerekir. Bununla birlikte, ikincil elektrokaplama sırasında akım, çevredeki alanlara yayılma eğilimindedir ve hedef olmayan alanlardaki bakır kalınlığının standardı aşmasına neden olur. Aynı zamanda, yerel olarak kalınlaşmış alan ile onu çevreleyen konvansiyonel bakır kalın alan arasındaki geçiş "adımlara" eğilimlidir. Lehim maskesi katmanının müteakip kaplanması sırasında, adımlarda kolayca kabarcıklar veya yetersiz kalınlık oluşur, bu da bakır katmanın açığa çıkmasına ve yarı iletken ekipmanlarda oksidasyon ve kısa devre riskinin artmasına neden olur.
4, Lehim maskesi kaplaması: ince kaplama ile yüksek yalıtım arasında bir denge
Yarı iletken ekipmandaki 12 katmanlı PCB'nin lehim maskesi katmanının, ekipmanın içindeki kompakt kurulum alanına ve yüksek-voltajlı çalışma ortamına uyum sağlaması için hem "ince kaplama" hem de "yüksek yalıtım" gereksinimlerini karşılaması gerekir. Ancak imalatta bu iki gereklilik arasında doğal bir çelişki vardır.
İnce kaplamaların kaplama doğruluğunu kontrol etmek zordur. Lehim maskesi katmanı genellikle serigrafi veya sprey kaplama ile işlenir ve 12 katmanlı PCB'nin yüzeyindeki ince tümsekler ve çöküntüler için ince kaplamalar "sızıntıya" veya "düzensiz kalınlığa" eğilimlidir. Örneğin serigrafi baskı sırasında kazıyıcının basınç kontrolü uygun değilse, adımdaki lehim maskesi katmanının kalınlığı standart değerden daha düşük olabilir. Bununla birlikte, ince bir lehim maskesi katmanı, yalıtım performansında bir düşüşe neden olabilir ve yarı iletken ekipmandaki yüksek-voltajlı sinyal iletimi, arızalanmaya yatkındır ve ekipmanın arızalanmasına neden olur.
Yüksek yalıtım, lehim direncinin malzemesi ve kürlenme süreci üzerinde katı gereksinimler getirir. Yarı iletken ekipmanların çalışması sırasında baskılı devre kartları uzun süre yüksek sıcaklıklara maruz kalır ve aşındırıcı gazlarla temas edebilir. Lehim direnci yüksek sıcaklıklara ve korozyona karşı mükemmel dirence sahip olmalıdır. Bununla birlikte, ince kaplamalar altında, lehim direncindeki kürleme maddelerinin dağılımı düzensizliğe eğilimlidir, bu da kürlemeden sonra bazı alanlarda yetersiz çapraz-bağ yoğunluğuna neden olur ve yüksek-sıcaklıktaki ortamlarda çatlama meydana gelme eğilimi gösterir, bu da zaman içinde yalıtım performansında hızlı bir düşüşe yol açar.
5, Düzlük kontrolü: daha sonraki montaj ve ısı dağıtımı için önemli bir kısıtlama
Yarı iletken ekipmanın 12 katmanlı PCB'sinin son derece yüksek düzlüğe sahip olması gerekir, aksi takdirde yongalar ve ısı emicilerle yapışmayı etkileyerek zayıf ısı dağılımına veya montaj arızasına yol açar. Bununla birlikte, 12 katmanlı baskılı devre kartlarının çok-katmanlı yapısı ve karmaşık süreci, düzlük kontrolünü imalatta "inatçı bir sorun" haline getirmektedir.
Bir yandan, çok-katmanlı sıkıştırmanın ardından gerilimin ortadan kalkması, kartın bükülmesine neden olabilir. 12 katmanlı bir PCB üzerindeki çoklu laminasyon işlemleri sırasında, her katman malzemesinin iç gerilimi sürekli olarak birikir. Soğuduktan sonra gerilim ortadan kalkar ve bu da levhanın bakır folyonun daha kalın tarafına doğru kolayca bükülmesine neden olabilir. Özellikle yerel bakır kalınlığında önemli bir farklılık olduğunda çarpıklık, yarı iletken ekipmanın gereksinimlerini çok aşabilir.
Öte yandan, sonraki işlemlere-yüksek sıcaklıkta işlem uygulanması, düzlük sorununu daha da kötüleştirecektir. Lehim maskesi kürleme gibi işlemlerin belirli bir yüksek sıcaklıkta yapılması gerekmektedir. Bu sıcaklıkta PCB kartı tekrar termal deformasyona uğrayacaktır. Stres daha önce tamamen ortadan kaldırılmazsa deformasyon daha da üst üste gelecektir. Yarı iletken cihazlardaki ısı emicilerle yakın temas gerektiren alanlar için düzlük sapmaları, temas alanının azalmasına, ısı dağıtım verimliliğinin azalmasına, çip çalışma sıcaklığının artmasına ve cihaz ömrünün kısalmasına neden olabilir.
6, Test ve Onarım: Karmaşık Yapılarda Kalite Kontrol Zorlukları
Yarı iletken ekipman için 12 katmanlı PCB'nin üretim süreci %100 tam denetim gerektirir, ancak karmaşık yapı nedeniyle bazı kusurların tespit edilmesi zordur ve onarımın zorluğu son derece yüksektir, bu da kalite kontrolünde büyük bir zorluk haline gelir.
Denetim sürecinde, 12 katmanlı PCB'nin iç katmanındaki kusurların geleneksel görünüm denetimiyle tespit edilmesi zordur ve X-ışını tespiti ve ultrasonik tarama gerektirir. Bununla birlikte, X-ışını algılamanın küçük kusurları tanıma oranı sınırlıdır ve delik duvarı ile iç bakır folyo arasındaki bağlanma durumunu belirleyemez; Ultrasonik tarama katmanlar arası bağlanmayı tespit edebilse de, 12 katmanın kalınlığı nedeniyle tarama çözünürlüğü düşebilir ve bu da yerel ayrılma alanlarını gözden kaçırabilir. Bu tespit edilemeyen kusurlar, yarı iletken ekipmanın uzun-süreli çalışması sırasında giderek genişleyecek ve sonuçta devre arızalarına yol açacaktır.
Onarım sürecindeki zorluk daha da büyüktür. İç katmanda kısa devre veya zayıf mikro delik kaplaması tespit edilirse, 12 katmanlı PCB'nin "katman katman onarılması" gerekir, yani yalıtım katmanı ve bakır folyo katman katman soyulur, kusurlar onarılır ve ardından yeniden preslenir. Ancak katmanlama işlemi sırasında yüksek sıcaklıklar ve kimyasal reaktifler çevredeki sağlam katmanlara kolayca zarar verebilir ve bu da onarım başarısının düşmesine neden olur. Onarım başarılı olsa bile bastırılan alanda yeni gerilim yoğunlaşmaları meydana gelebilir. Yarı iletken ekipmanın titreşim ortamında, onarım sahasında çatlaklar oluşmaya eğilimlidir ve bu da yeni bir potansiyel arıza tehlikesi haline gelir.