في معدات أشباه الموصلات، تلعب لوحات PCB المكونة من 12 طبقة دورًا حاسمًا في توصيل الرقائق الأساسية، ونقل الإشارات ذات التردد العالي-والتيارات العالية. تتطلب عملية التصنيع متطلبات عالية للغاية من الدقة والاستقرار والموثوقية. بالمقارنة مع لوحات الدوائر المطبوعة العادية-الطبقات، تتميز لوحات الدوائر المطبوعة المكونة من 12 طبقة ببنية أكثر تعقيدًا، وخطوات معالجة أكثر، وتحتاج إلى التكيف مع المعايير الصارمة لمعدات أشباه الموصلات لضمان سلامة الإشارة وتبديد الحرارة. ولذلك، هناك صعوبات أساسية متعددة في عملية التصنيع. بدءًا من خطوات العملية الرئيسية، سنقوم بتفصيل تحديات التصنيع الخاصة بألواح الدوائر المطبوعة المكونة من 12 طبقة في سيناريوهات تطبيق معدات أشباه الموصلات.
1، عملية التصفيح: التحدي المتمثل في "الربط الدقيق" في الهياكل متعددة-الطبقات
تعتبر عملية الطبقات هي العملية الأساسية لتصنيع 12 طبقة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور، والتي تتطلب دمج 12 طبقة من الركيزة ورقائق النحاس وطبقة العزل في الكل من خلال درجة الحرارة العالية والجهد العالي. تكمن الصعوبة في دقة المحاذاة وتوحيد السُمك بين الطبقات، وهو أمر ضروري لنقل الإشارات في معدات أشباه الموصلات.
من منظور المحاذاة بين الطبقات، يجب الضغط على 12 طبقة من PCB عدة مرات، ويجب أن تضمن كل عملية ضغط أن خطأ المحاذاة لرسومات كل طبقة يتم التحكم فيه ضمن نطاق صغير جدًا. ومع ذلك، في التصنيع الفعلي، تكون الركيزة عرضة للتشوه الحراري عند درجات حرارة عالية، وقد تكون هناك انحرافات طفيفة في تسطيح الورقة بعد كل تصفيح. عند تكديسها على 12 طبقة، قد يتجاوز خطأ المحاذاة الإجمالي القيمة الحرجة. بمجرد عدم استيفاء دقة المحاذاة للمعايير، سيزداد فقدان إرسال إشارات التردد العالي-في معدات أشباه الموصلات بشكل كبير، وقد يحدث حتى تداخل للإشارة، مما يؤثر على التشغيل العادي للمعدات.
توحيد السماكة يمثل تحديًا متساويًا. يحتاج PCB المكون من 12 طبقة إلى التحكم في السمك الإجمالي ونطاق الانحراف لكل سمك طبقة. ومع ذلك، أثناء عملية الضغط، يمكن أن يؤدي توزيع الضغط غير المتساوي والاختلافات في معدلات الانكماش بين الركيزة وطبقة العزل إلى مشاكل مثل "سميكة في المنتصف ورقيقة عند الحواف" أو نتوءات محلية في اللوحة النهائية. بالنسبة للمناطق في معدات أشباه الموصلات التي تتطلب تركيب موصلات دقيقة، يمكن أن يؤدي انحراف السُمك المفرط إلى ضعف اتصال الموصل وزيادة خطر فشل المعدات.
2، معالجة الثقب الصغير: تحديات مزدوجة تتمثل في صغر حجم المسام ونسبة العرض إلى الارتفاع
تتطلب طبقات PCB المكونة من 12 طبقة لمعدات أشباه الموصلات عددًا كبيرًا من المسام الدقيقة لتحقيق توصيلات الدوائر البينية. هذه المسام الصغيرة ليست صغيرة الحجم فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى اختراق 12 طبقة من الركيزة، مع نسبة عمق إلى قطر تتجاوز بكثير تلك الموجودة في لوحات الدوائر المطبوعة العادية متعددة الطبقات، مما يزيد بشكل كبير من صعوبة التصنيع.
أولا، هناك مسألة دقة الحفر. نظرًا للفتحة الصغيرة للغاية، تكون لقمة الحفر عرضة "للاهتزاز" أثناء الدوران بسرعة عالية-، مما يؤدي إلى انحراف الفتحة وحتى حدوث خدوش على جدار الثقب. وفي الوقت نفسه، فإن اختلافات المواد في الركيزة المكونة من 12 طبقة سوف تعمل على تسريع معدل تآكل لقمة الحفر. إذا لم يتم استبدالها في الوقت المناسب، فسوف تستمر دقة حجم المسام في المسام الصغيرة اللاحقة في الانخفاض. بالنسبة لأجهزة أشباه الموصلات، يمكن أن يؤدي انحراف حجم المسام الدقيقة إلى سماكة غير متساوية للطبقة النحاسية داخل الفتحات المطلية، وتكثيف التسخين المحلي أثناء نقل التيار، والتأثير على أداء تبديد الحرارة للجهاز.
ويكمن التحدي الأعمق في جودة جدار المسام. تحتاج المسام الدقيقة لثنائي الفينيل متعدد الكلور المكون من 12 طبقة إلى المرور عبر عملية "الحفر والطلاء الكهربائي"، حيث تتطلب عملية الحفر إزالة حطام الراتنج المتبقي من جدار الثقب. ومع ذلك، فإن حجم المسام الضيق للمسام الدقيقة يجعل من الصعب على محلول التنظيف أن يخترقها بالكامل. إذا لم يكن الحفر دقيقًا، فلن تتمكن الطبقة النحاسية من الارتباط بإحكام بجدار الثقب أثناء الطلاء الكهربائي، وقد يحدث "تقشير جدار الثقب" أثناء الاستخدام اللاحق، مما يتسبب في انقطاع الدائرة. بالإضافة إلى ذلك، فإن نسبة العرض إلى الارتفاع المفرطة تجعل من الصعب توزيع التيار بالتساوي على قاع الحفرة أثناء الطلاء الكهربائي، كما أن سمك الطبقة النحاسية في قاع الحفرة غير كافٍ. في سيناريوهات التيار العالي لأجهزة أشباه الموصلات، تكون الطبقة النحاسية الموجودة في الجزء السفلي من الحفرة عرضة للسخونة الزائدة والاحتراق.
3، التحكم في سمك النحاس: التناقض بين التوحيد العالمي والسماكة المحلية
إن متطلبات سمك النحاس في طبقات PCB المكونة من 12 طبقة لمعدات أشباه الموصلات لها "ازدواجية": فمن ناحية، يجب أن يكون سمك النحاس العالمي موحدًا لضمان نقل إشارة مستقر؛ من ناحية أخرى، تتطلب بعض المناطق سماكة محلية لسمك النحاس لتعزيز تبديد الحرارة والقدرة الاستيعابية الحالية، الأمر الذي يمكن أن يؤدي بسهولة إلى صراعات في التصنيع.
تكمن صعوبة تحقيق التوحيد العالمي لسمك النحاس في عملية الطلاء الكهربائي. عادة ما تكون مساحة لوحة PCB المكونة من 12 طبقة كبيرة، ويتأثر توزيع التيار في خزان الطلاء بسهولة بشكل اللوحة وموضع أداة التعليق، مما يؤدي إلى اختلافات في سمك النحاس بين الحواف ومركز اللوحة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الثقوب الدقيقة والثقوب العمياء الموجودة في طبقات PCB المكونة من 12 طبقة سوف "تحول" التيار، مما يجعل سمك النحاس السطحي بالقرب من الثقوب أرق من المناطق الأخرى. إذا كان الانحراف العالمي لسمك النحاس كبيرًا جدًا، فستختلف سرعة نقل الإشارة للمسارات المختلفة في معدات أشباه الموصلات، مما يؤدي إلى تأخير مزامنة البيانات والتأثير على كفاءة معالجة المعدات.
يشكل السماكة المحلية لسمك النحاس خطر "الطلاء الكهربائي المفرط". لتحقيق سماكة محلية لسمك النحاس، يجب إجراء الطلاء الكهربائي الثانوي في المنطقة المقابلة. ومع ذلك، أثناء الطلاء الكهربائي الثانوي، يكون التيار عرضة للانتشار إلى المناطق المحيطة، مما يتسبب في تجاوز سمك النحاس في المناطق غير المستهدفة للمعايير. وفي الوقت نفسه، فإن الانتقال بين المنطقة السميكة محليًا والمنطقة السميكة النحاسية التقليدية المحيطة بها يكون عرضة لـ "الخطوات". أثناء الطلاء اللاحق لطبقة قناع اللحام، يتم إنشاء فقاعات أو سماكة غير كافية بسهولة عند الخطوات، مما يؤدي إلى انكشاف الطبقة النحاسية وزيادة خطر الأكسدة وقصر الدائرة في معدات أشباه الموصلات.
4، طلاء قناع اللحام: توازن بين الطلاء الرقيق والعزل العالي
تحتاج طبقة قناع اللحام المكونة من 12 طبقة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور في معدات أشباه الموصلات إلى تلبية متطلبات "الطبقة الرقيقة" و"العزل العالي" للتكيف مع مساحة التثبيت المدمجة وبيئة العمل ذات الجهد العالي- داخل المعدات. ومع ذلك، هناك تناقض طبيعي بين هذين المتطلبين في التصنيع.
من الصعب التحكم في دقة طلاء الطلاءات الرقيقة. عادةً ما تتم معالجة طبقة قناع اللحام عن طريق طباعة الشاشة أو الطلاء بالرش، وبالنسبة للمطبات والانخفاضات الدقيقة على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور المكون من 12 طبقة، تكون الطلاءات الرقيقة عرضة "للتسرب" أو "السمك غير المتساوي". على سبيل المثال، إذا كان التحكم في ضغط الكاشطة غير مناسب أثناء طباعة الشاشة، فقد يكون سمك طبقة قناع اللحام عند الخطوة أقل من القيمة القياسية. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي طبقة قناع اللحام الرقيقة إلى انخفاض في أداء العزل، ويكون نقل إشارة الجهد العالي-في معدات أشباه الموصلات عرضة للانهيار، مما يتسبب في تعطل المعدات.
يفرض العزل العالي متطلبات صارمة على المواد وعملية المعالجة لمقاومة اللحام. أثناء تشغيل معدات أشباه الموصلات، تتعرض لوحات الدوائر المطبوعة لدرجات حرارة عالية لفترة طويلة وقد تتلامس مع الغازات المسببة للتآكل. يجب أن تتمتع مقاومة اللحام بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة المرتفعة والتآكل. ومع ذلك، في ظل الطلاءات الرقيقة، يكون توزيع عوامل المعالجة في مقاومة اللحام عرضة لعدم التساوي، مما يؤدي إلى عدم كفاية كثافة الارتباط المتقاطع-في بعض المناطق بعد المعالجة، ومن المحتمل أن يحدث التشقق في البيئات ذات درجات الحرارة العالية-، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في أداء العزل بمرور الوقت.
5، التحكم في التسطيح: قيد رئيسي للتجميع اللاحق وتبديد الحرارة
يجب أن تكون طبقة PCB المكونة من 12 طبقة لمعدات أشباه الموصلات ذات درجة تسطيح عالية للغاية، وإلا فإنها ستؤثر على التصاق الرقائق والمشتتات الحرارية، مما يؤدي إلى سوء تبديد الحرارة أو فشل التجميع. ومع ذلك، فإن البنية المتعددة-والعملية المعقدة لألواح الدوائر المطبوعة المكونة من 12 طبقة تجعل التحكم في التسطيح "مشكلة عنيدة" في التصنيع.
فمن ناحية، يمكن أن يؤدي تحرير الضغط بعد الضغط متعدد-الطبقات إلى اعوجاج اللوحة. أثناء عمليات التصفيح المتعددة على 12 طبقة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يتراكم الضغط الداخلي لكل مادة طبقة بشكل مستمر. بعد التبريد، يتم تحرير الضغط، والذي يمكن أن يتسبب بسهولة في انحناء اللوحة نحو الجانب الأكثر سمكًا من رقائق النحاس. خاصة عندما يكون هناك اختلاف كبير في سمك النحاس المحلي، قد تتجاوز الصفحة الملتوية متطلبات معدات أشباه الموصلات بكثير.
ومن ناحية أخرى، فإن المعالجة بدرجات الحرارة المرتفعة- للعمليات اللاحقة ستؤدي إلى تفاقم مشكلة التسطيح. يجب تنفيذ العمليات مثل معالجة قناع اللحام عند درجة حرارة عالية معينة. عند درجة الحرارة هذه، سوف تخضع لوحة PCB للتشوه الحراري مرة أخرى. إذا لم يتم تحرير الضغط بالكامل من قبل، فسوف يتداخل التشوه بشكل أكبر. بالنسبة للمناطق الموجودة في أجهزة أشباه الموصلات التي تتطلب اتصالًا وثيقًا بالمشتتات الحرارية، يمكن أن تؤدي انحرافات التسطيح إلى تقليل مساحة التلامس، وانخفاض كفاءة تبديد الحرارة، وزيادة درجة حرارة تشغيل الشريحة، وتقصير عمر الجهاز.
6، الاختبار والإصلاح: تحديات مراقبة الجودة في الهياكل المعقدة
تتطلب عملية تصنيع 12 طبقة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور لمعدات أشباه الموصلات فحصًا كاملاً بنسبة 100%، ولكن نظرًا للهيكل المعقد، يصعب اكتشاف بعض العيوب، وتكون صعوبة الإصلاح عالية للغاية، مما يصبح صعوبة كبيرة في مراقبة الجودة.
في عملية الفحص، من الصعب اكتشاف العيوب في الطبقة الداخلية لطبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المكونة من 12 طبقة من خلال فحص المظهر التقليدي وتتطلب اكتشاف الأشعة السينية - والمسح بالموجات فوق الصوتية. ومع ذلك، فإن اكتشاف الأشعة السينية - له معدل التعرف المحدود على العيوب الصغيرة ولا يمكنه تحديد حالة الترابط بين جدار الثقب ورقاقة النحاس الداخلية؛ على الرغم من أن المسح بالموجات فوق الصوتية يمكنه اكتشاف الترابط بين الطبقات، إلا أن دقة المسح قد تنخفض بسبب سمك 12 طبقة، والتي قد تفوت مناطق فك الترابط المحلية. ستتوسع هذه العيوب غير المكتشفة تدريجيًا أثناء التشغيل-طويل الأمد لمعدات أشباه الموصلات، مما يؤدي في النهاية إلى فشل الدائرة.
التحدي في عملية الإصلاح أكبر. إذا تم اكتشاف ماس كهربائى أو طلاء ثقب صغير ضعيف في الطبقة الداخلية، فيجب إصلاح طبقات PCB المكونة من 12 طبقة "طبقة تلو الأخرى"، أي يتم تقشير الطبقة العازلة ورقائق النحاس طبقة تلو الأخرى، ويتم إصلاح العيوب، ثم إعادة الضغط عليها. ومع ذلك، أثناء عملية وضع الطبقات، يمكن لدرجات الحرارة المرتفعة والكواشف الكيميائية أن تلحق الضرر بسهولة بالطبقات السليمة المحيطة، مما يؤدي إلى انخفاض معدل نجاح الإصلاحات. حتى لو نجح الإصلاح، فمن الممكن أن تحدث تركيزات إجهاد جديدة في المنطقة المضغوطة. في بيئة الاهتزاز لمعدات أشباه الموصلات، تكون الشقوق عرضة لحدوثها في موقع الإصلاح، مما يشكل خطرًا جديدًا محتملاً للخطأ.