Çok Katmanlı PCB Üretim Süreci: Adım Adım Rehber & Prototipleme Zorlukları

Müşteriler tarafından insanlaştırılmış görüntüler

Çok katmanlı basılı devreler (PCB) modern elektroniklerin omurgasıdır ve akıllı telefonlarda, tıbbi cihazlarda, elektrikli araçlarda (EV) bulunan kompakt, yüksek performanslı tasarımları,ve 5G altyapısıTek katmanlı veya çift katmanlı PCB'lerin aksine, çok katmanlı levhalar yalıtım dielektrik malzemelerle ayrılmış 4 ′′40 + iletken bakır katmanları bir araya getirir.sinyal hızını ve güç yönetimini artırırken cihaz boyutunu önemli ölçüde azaltmak.

Küresel çok katmanlı PCB pazarının 2028 yılına kadar 85,6 milyar dolara ulaşması öngörülüyor (Grand View Research), EV'lere ve 5G'ye olan talep nedeniyle.Bu levhaların üretimi, standart PCB'lerden çok daha karmaşıktır.Bu kılavuz çok katmanlı PCB üretim sürecini parçalayor, prototip oluşturma zorluklarını vurguluyor ve bunların nasıl üstesinden geleceğini açıklıyor.endüstrinin en iyi uygulamalarına ve veri odaklı anlayışlara odaklanarak.

Önemli Önemli Noktalar
1Çok katmanlı PCB'ler (4+ katman) cihaz hacmini %40-60 oranında azaltır ve iki katmanlı tasarımlara kıyasla sinyal bütünlüğünü %30 oranında artırır.Yüksek hızlı (25Gbps+) ve yüksek güç (10A+) uygulamaları için gereklidirler..
2Üretim süreci 7 kritik aşamayı gerektirir: tasarım/malzeme seçimi, katman hizalama/laminasyon, kazma, sondaj, kaplama, yüzey işleme,ve kalite testleri (her biri katman düzeni için ± 5μm).
3Prototip oluşturma zorlukları, katman düzeni (prototip başarısızlıklarının% 20'sine neden olur), malzeme tutarsızlıkları (taşların% 15'ini etkiler),ve sınırlı test görünürlüğü (iç katman kusurlarının% 30'unu gizler).
4LT CIRCUIT gibi gelişmiş üreticiler, üretimi kolaylaştırmak için lazer sondajı (üretim süresini %40 azaltmak) ve otomatik optik denetim (AOI) (defektleri %1'e düşürmek) kullanırlar.

Çok Katmanlı PCB Üretim Süreci
Çok katmanlı PCB üretimi, hammaddeleri işlevsel, katmanlı devrelere dönüştüren bir dizi, hassas yönlendirilen bir iş akışıdır..Aşağıda ayrıntılı bir ayrıntı verilmiştir:

1Tasarım ve Malzeme Seçimi: Başarının Temelleri
İlk adım, kartın performansını, üretilebilirliğini ve maliyetini tanımlar.

Yükleme Tasarımı
Mühendisler bir taslak taslağı oluşturur:

a. Katman sayısı: Çoğu ticari uygulama için 4 ′′12 katman (örneğin akıllı telefonlar için 6 katman, 5G baz istasyonları için 12 katman).
b. Katman fonksiyonu: Hangi katmanlar sinyal, güç veya zemindir (örneğin, 5 katmanlı paneller için "signal-ground-power-ground-signal").
c. Impedans kontrolü: Yüksek hızlı sinyaller için kritik olan izler 50Ω (tek uçlu) veya 100Ω (diferansiyel çift) tutmak için boyutlandırılmıştır.

Ana Kural: Her sinyal katmanını kenar bir zemin düzlemine eşleştirmek, çapraz sesliliği %50 azaltmak için.

Malzeme Seçimi
Materyaller, tahtanın amaçlanan kullanımına (örneğin, sıcaklık, frekans, güç) göre seçilir.

Örnek: Bir EV inverter PCB, FR4 çekirdeği (Tg 170 °C), 2 oz bakır güç katmanları ve FR4 prepreg ̇balanse maliyeti ve ısı direnci (150 °C çalışma sıcaklığı) ile 10 katmanlı bir yığılma kullanır.

2Katman Hizalama ve Laminasyon: Katmanları Keskin Birleştirme
Laminasyon bakır katmanlarını ve dielektrik malzemeleri tek, katı bir levha halinde birleştirir.

Adım Adım Laminasyon
1.Prepreg Kesme: Prepreg ( reçine ile ıslatılmış cam lif) tabakaları çekirdek boyutuna uymak için kesilir.
2Yükleme Yapısı: Katmanlar, başlangıç düzeni için alet iğneleri kullanarak tasarlanmış sırayla yığılır (örneğin, bakır → prepreg → çekirdek → prepreg → bakır).
3Vakum baskı: Yığın baskı yapan bir baskıya yerleştirilir:
a.Sıcaklık: 170~180°C (prepreg reçineyi sertleştirir).
b. Basınç: 300-500 psi (hava baloncuklarını ortadan kaldırır).
c. Zaman: 60~90 dakika (katman sayısına göre değişir).
4Soğutma: Tahta, bükülmesini önlemek için oda sıcaklığına (25°C) soğutulur.

Kritik Tolerans: Çok katmanlı PCB'ler için IPC-6012 standartlarını karşılamak için katman hizalama ±5μm olmalıdır (optik hizalama sistemleri ile elde edilir).

Genel sorun: Denge dışı yığılma (örneğin, bir tarafta daha fazla bakır) çarpıklığa neden olur. Çözüm: Simetrik katman sayımlarını kullanın (örneğin, 5 yerine 6 katman).

3Çizim: Devre izleri oluşturmak
Çerezleme, çok katmanlı PCB'ler için, iç katmanlar önce kazınır, sonra laminatörden sonra dış katmanlar.

Çizim süreci
1.Fotoresist Uygulama: Bakır katmanlarına fotosensitif bir film uygulanır.
2Maruz kalma: UV ışığı bir fotomask (bir devre tasarımının stencil) üzerinden yansıtılır ve iz alanlarında fotoresist sertleşir.
3Gelişim: Sertleştirilmemiş fotoresist yıkanır ve bakır kazınmaya maruz kalır.
4Çizme: Tahta, açığa çıkan bakırı çözmek için bir çizme maddesine (örneğin, amonyum persülfat) batırılır.
5Direnç Kaldırma: Geriye kalan fotoresistler çıkarılır ve son izler ortaya çıkar.

Kalite Kontrolü: Otomatik Optik Denetim (AOI), tasarım özelliklerinin% 10'undan fazla sapma olan iz genişliği ve aralıkları doğruluyor.

4. Sondaj & Yaratma yoluyla: Katmanları Birleştirme
Çok katmanlı PCB'ler üç tipten oluşur:

Sondaj Süreci
1.Lazer sondajı: Kör / gömülü viaslar (0,05 ∼ 0,2 mm) için kullanılan lazer sondajı ± 2μm doğruluğa ulaşır ve iç katmanlara zarar vermeden korunur.
2Mekanik matkaplama: Çapraz delikler için kullanılır (0,2 ∼ 0,5 mm), CNC matkapları hız için 10,000 + RPM'de çalışır.
3.Back Drilling: Yüksek hızlı tasarımlarda (25Gbps+) sinyal yansımasını azaltmak için kullanılmayanları stublar (çapraz delik sondajından solda) ile çıkarır.

Veri Noktası: Lazer sondajı, mikrovialar için mekanik sondajla karşılaştırıldığında (<0.1mm) yolla ilgili kusurları% 35 azaltır.

5Çaplama: İleticilik sağlamak
Yürütme kabiliyetini artırmak ve korozyonu önlemek için duvarlar ve bakır izleri üzerinden metal ince bir katmanla kaplama.

Anahtarlar
a.Düşünme: Kimyasallar (örneğin, permanganat), metal yapışmasını sağlayarak duvarlar üzerinden epoksi kalıntılarını çıkarır.
b.Elektroksız Bakır Plating: Elektrik olmadan duvarlar üzerinden ince bir bakır tabakası (0,5μm) kondüktif bir taban oluşturur.
c. Elektroplating: Tahta bakır sülfat banyosuna batırılır ve parmaklıklar ve viaslar üzerinde kalın bakır (15 ′′ 30 μm) üzerinde akım uygulanır.
d.Farklılık: Yüksek güvenilirlik uygulamalar için, soldurulabilirliği artırmak için nikel (2 5 μm) veya altın (0, 05 0, 1 μm) eklenir.

6Yüzeyi bitirme: Tahtayı korumak
Yüzey kaplamaları, maruz kalmış bakırı oksidasyondan korur ve solderability'i geliştirir.

Örnek: Bir 5G baz istasyonu PCB, sinyal bütünlüğünü korumak ve dış korozyona direnmek için ENIG kullanır.

7Kalite güvencesi ve test: Performansı doğrulamak
Çok katmanlı PCB'ler, gizli kusurları (örneğin, iç katmanlı şortlar) yakalamak için sıkı testler gerektirir. Aşağıda en kritik testler:

Veriler: Kapsamlı testler alan başarısızlık oranlarını %10'dan (test yok) %1'e (tam test) düşürür.

Çok Katmanlı PCB'lerde Prototipleme Zorlukları
Çok katmanlı PCB'lerin prototip oluşturulması tek katmanlı PCB'lerden çok daha karmaşıktır, prototiplerin% 30'u önlenebilir sorunlar nedeniyle başarısız olur.
1Katman düzeltme hatası.
a. Sebebi: Alet iğnesi aşınması, düzensiz prepreg reçine akışı veya laminatör sırasında tahta çarpması.
b. Etki: Kırık bağlantılar, kısa devre ve prototip başarısızlıklarının% 20.
Çözüm:
Mekanik alet çubukları yerine optik hizalama sistemleri (±2μm doğruluk) kullanın.
Tam üretimden önce hizalandırmayı doğrulamak için küçük test panelleri önceden laminasyon yapılır.
Deformasyonu en aza indirmek için simetrik yığmaları (örneğin, 6 katman) seçin.

2Maddi tutarsızlıklar
a. Sebep: tedarikçilerden gelen dielektrik sabit (Dk) veya bakır kalınlığında değişiklikler; prepreg'daki nem emilimi.
b. Etki: Sinyal kaybı (25% 28GHz'de daha yüksek), düzensiz kazım ve zayıf katman yapışması.
Çözüm:
ISO 9001 sertifikalı tedarikçilerden (örneğin, Rogers, Isola) sıkı Dk toleransları (±5%) ile kaynak malzemeler.
Gelen malzemeleri test edin: Dk'yi bir ağ analizatörü ile ölçün; bakır kalınlığını bir mikrometre ile kontrol edin.
Nem emiliminin önlenmesi için prepreg kuru bir ortamda (≤50% RH) saklanmalıdır.

3Sınırlı Test Görünürlüğü
a. Sebep: İç katmanlar görsel incelemeden gizlenmiştir; Mikrovialar manuel inceleme için çok küçüktür.
b. Etki: İç katman kusurlarının% 30'u (örneğin, kısa pantolonlar) son montajına kadar tespit edilmez.
Çözüm:
İç katmanların X-ışını incelemesini kullanın ve vias 5μm kadar küçük boşlukları tespit eder.
Elektrik sürekliliği testleri için uçuş sondası testlerini uygulayın. Dakikada 1000+ puan.
Daha kolay hata ayıklama için iç katmanlara test noktaları ekleyin (kapalı viaslar aracılığıyla).

4Maliyet ve Zaman Sınırları
a. Sebep: Çok katmanlı prototipler özel araçlara (lazer matkapları, X-ışını makineleri) ihtiyaç duyar; küçük parti boyutları (10 ‰ 50 adet) birim başına maliyetleri artırır.
b.Etki: Prototip yapımı, standart PCB'lerden 3×5 kat daha pahalı; teslim süreleri 2×3 haftaya kadar uzanır.
Çözüm:
Erken prototipleri basitleştirin: Mümkünse 6 yerine 4 katman kullanın.
Önemli süreyi azaltmak için ′′hızlı dönüşümlü ′′ prototip üretimi (5-7 gün) sunan üreticilerle ortaklık.
Kurulum maliyetlerini düşürmek için küçük partileri tek bir panelde birleştirin.

LT CIRCUIT'in çok katmanlı PCB üretimi konusunda uzmanlığı
LT CIRCUIT, gelişmiş teknoloji ve süreç kontrolü ile üretim ve prototipleme zorluklarını ele alır ve yüksek güvenilirlik uygulamaları için güvenilir bir ortak haline gelir:
1Gelişmiş üretim ekipmanları.
a.Lazer sondajı: 0,05 ∼0,2 mm'lik mikrocikler için UV lazer matkapları kullanır, üretim süresini %40 ve kusurları %35 azaltır.
b. Otomatik Laminasyon: Optik hizalama sistemleri (± 2μm) katman doğruluğunu sağlar; vakum baskıları hava baloncuklarını ortadan kaldırır.
c.AOI + X-Ray Integration: Tahtaların %100'ü AOI (yüzey kusurları) ve X-ray (iç katmanlar) testlerine tabi tutulur ve kusurlar %1'e düşürülür.

2Prototipleme Çözümleri
a.Hızlı İterasyon: 4 ′′12 katmanlı levhalar için 5 ′′7 günlük hızlı dönüş prototip üretimi sunar, yanlış hizalama veya malzeme sorunlarını erken tespit etmek için çevrimiçi tasarım kontrolleriyle.
b.Materyal Esnekliği: Tedarik gecikmelerinden kaçınmak için FR4, Rogers ve poliamid malzemeleri stoklar; benzersiz ihtiyaçlar için yığılmaları özelleştirir (örneğin esnek çok katmanlı PCB'ler).
c. Hata ayıklama desteği: Mühendislerin prototip sorunlarını tespit etmelerine ve düzeltmelerine yardımcı olmak için ayrıntılı test raporları (X-ışını görüntüleri, uçan sonda verileri) sağlar.

3Kalite Sertifikasyonları
LT CIRCUIT, çok katmanlı PCB'ler için küresel standartları karşılar.

a.ISO 9001:2015 (kalite yönetimi).
b.IPC-6012C (çok katmanlı PCB'ler için performans özellikleri).
c.UL 94 V-0 (tüketici/endüstriyel kullanım için alev geriliği).
d.IATF 16949 (EV/ADAS için otomotiv sınıfı PCB'ler).

Çok Katmanlı PCB Üretimi Hakkında Sık Sorulan Sorular
S: Çoğu çok katmanlı PCB kaç katmana sahiptir?
A: Ticari uygulamalar tipik olarak 4?12 katmanı kullanır. Akıllı telefonlar 6?8 katmanı kullanır; 5G baz istasyonları ve EV invertörleri 10?12 katmanı kullanır; havacılık sistemleri 20+ katmanı kullanabilir.

S: Neden çok katmanlı PCB'ler tek katmanlı PCB'lerden daha pahalıdır?
A: Daha fazla malzeme (bakır, prepreg), özel ekipman (lazer matkapları, X-ışını makineleri) ve işgücü (tam doğrulama, test) gerektirir.Daha küçük boyutları ve daha iyi performansları genellikle toplam sistem maliyetlerini azaltır.

S: Çok katmanlı PCB'ler esnek olabilir mi?
C: Evet, esnek çok katmanlı PCB'ler, 0,5 mm kadar küçük bükme yarıçapları sağlayan poliamid substratları ve ince bakır (1 oz) kullanır.

S: Tasarımım için doğru katman sayısını nasıl seçebilirim?
A: Bu kuralları uygulayın:

1.4 katmanlar: Düşük güç, düşük hızlı tasarımlar (örneğin IoT sensörleri).
2.6·8 katmanlar: Yüksek hızlı (10·25Gbps) veya orta güç (5·10A) tasarımları (örneğin akıllı telefonlar, endüstriyel denetleyiciler).
3.10+ katmanlar: Yüksek güç (10A+) veya yüksek frekanslı (28GHz+) tasarımlar (örneğin EV invertörleri, 5G baz istasyonları).

S: Çok katmanlı PCB'ler için maksimum çalışma sıcaklığı nedir?
A: Altyapıya bağlı:

1.FR4 (Tg 170°C): 130-150°C sürekli çalışma.
2Rogers RO4350 (Tg 280°C): 180~200°C sürekli çalışma.
3Polyimid: -55°C'den 200°C'ye kadar (genç tasarımlar).

Sonuçlar
Çok katmanlı PCB imalatı, tasarım karmaşıklığı, malzeme bilimi ve süreç kontrolünü dengeleyen bir hassaslık sanatıdır.Her adım detaylara dikkat gerektirir. Özellikle yüksek hızlı yollarda., 5G ve EV gibi yüksek güçli uygulamalar. Prototip oluşturma zorlukları (düzeltme eksikliği, gizli kusurlar) gelişmiş araçlarla (lazer sondajı,Röntgen incelemesi) ve LT CIRCUIT gibi deneyimli ortaklar.

Elektronikler küçülmeye ve daha fazla performans talep etmeye devam ettikçe, çok katmanlı PCB'ler gerekli olmaya devam edecektir.mühendisler daha küçük tahtalar tasarlayabilir, daha hızlı ve daha güvenilir, maliyetleri ve teslim sürelerini kontrol altında tutarak.Kaliteli çok katmanlı PCB'lere yatırım yapmak, ürününüzün başarısına yatırımdır..