Pada peralatan semikonduktor, papan PCB 12 lapisan berperan penting dalam menghubungkan chip inti, mentransmisikan sinyal-frekuensi tinggi, dan arus tinggi. Proses pembuatannya memerlukan persyaratan presisi, stabilitas, dan keandalan yang sangat tinggi. Dibandingkan dengan papan sirkuit cetak multi-lapisan biasa, papan sirkuit cetak 12 lapis memiliki struktur yang lebih kompleks, langkah proses yang lebih banyak, dan perlu beradaptasi dengan standar ketat peralatan semikonduktor untuk integritas sinyal dan pembuangan panas. Oleh karena itu, ada beberapa kesulitan inti dalam proses pembuatannya. Mulai dari langkah-langkah proses utama, kami akan menguraikan tantangan manufaktur papan sirkuit cetak 12 lapis dalam skenario aplikasi peralatan semikonduktor.
1, Proses laminasi: tantangan "ikatan presisi" dalam struktur multi-lapisan
Pelapisan adalah proses inti dari pembuatan PCB 12 lapis, yang memerlukan integrasi 12 lapisan substrat, foil tembaga, dan lapisan insulasi menjadi satu kesatuan melalui suhu tinggi dan tegangan tinggi. Kesulitannya terletak pada akurasi penyelarasan dan keseragaman ketebalan antar lapisan, yang sangat penting untuk transmisi sinyal pada peralatan semikonduktor.
Dari perspektif penyelarasan antar lapisan, PCB 12 lapisan perlu ditekan beberapa kali, dan setiap penekanan harus memastikan bahwa kesalahan penyelarasan grafik setiap lapisan dikontrol dalam rentang yang sangat kecil. Namun, dalam pembuatan sebenarnya, media rentan terhadap deformasi termal pada suhu tinggi, dan mungkin terdapat sedikit penyimpangan pada kerataan lembaran setelah setiap laminasi. Ketika ditumpuk dalam 12 lapisan, total kesalahan penyelarasan mungkin melebihi nilai kritis. Jika akurasi penyelarasan tidak memenuhi standar, hilangnya transmisi sinyal frekuensi tinggi pada peralatan semikonduktor akan meningkat secara signifikan, dan bahkan crosstalk sinyal dapat terjadi, yang memengaruhi pengoperasian normal peralatan.
Keseragaman ketebalan juga sama menantangnya. PCB 12 lapisan perlu mengontrol ketebalan keseluruhan dan rentang deviasi setiap ketebalan lapisan. Namun, selama proses kompresi, distribusi tekanan yang tidak merata dan perbedaan tingkat penyusutan antara substrat dan lapisan isolasi dapat menyebabkan masalah seperti "tebal di tengah, tipis di tepinya" atau tonjolan lokal pada papan akhir. Untuk area peralatan semikonduktor yang memerlukan pemasangan konektor presisi, penyimpangan ketebalan yang berlebihan dapat menyebabkan kontak konektor yang buruk dan meningkatkan risiko kegagalan peralatan.
2, Pemrosesan lubang mikro: tantangan ganda ukuran pori kecil dan rasio aspek
PCB 12 lapis pada peralatan semikonduktor memerlukan sejumlah besar mikropori untuk mencapai koneksi sirkuit antarlapis. Mikropori ini tidak hanya berukuran kecil, namun juga perlu menembus 12 lapisan substrat, dengan rasio kedalaman terhadap diameter yang jauh melebihi papan sirkuit cetak multi-lapisan biasa, sehingga sangat meningkatkan kesulitan pembuatannya.
Pertama, masalah akurasi pengeboran. Karena bukaan yang sangat kecil, mata bor rentan terhadap "getaran" selama putaran-kecepatan tinggi, yang mengakibatkan penyimpangan bukaan dan bahkan goresan pada dinding lubang. Pada saat yang sama, perbedaan material pada 12 lapisan substrat akan mempercepat laju keausan mata bor. Jika tidak diganti tepat waktu, keakuratan ukuran pori mikropori berikutnya akan terus berkurang. Untuk perangkat semikonduktor, penyimpangan ukuran pori mikro dapat menyebabkan ketebalan lapisan tembaga di dalam lubang berlapis tidak merata, meningkatkan pemanasan lokal selama transmisi arus, dan mempengaruhi kinerja pembuangan panas perangkat.
Tantangan terdalamnya terletak pada kualitas dinding pori. Mikropori PCB 12 lapis harus melalui proses "pengeboran de pengeboran elektroplating", di mana proses de pengeboran memerlukan penghilangan sisa serpihan resin dari dinding lubang. Namun, ukuran pori mikro yang sempit menyulitkan larutan pembersih untuk menembus sepenuhnya. Jika pengeboran tidak dilakukan secara menyeluruh, lapisan tembaga tidak dapat terikat erat dengan dinding lubang selama pelapisan listrik, dan "dinding lubang terkelupas" dapat terjadi pada penggunaan selanjutnya, yang menyebabkan kerusakan sirkuit. Selain itu, rasio aspek yang berlebihan membuat arus sulit didistribusikan secara merata ke dasar lubang selama pelapisan listrik, dan ketebalan lapisan tembaga di dasar lubang tidak mencukupi. Dalam skenario perangkat semikonduktor arus tinggi, lapisan tembaga di bagian bawah lubang rentan terhadap panas berlebih dan terbakar.
3, Kontrol ketebalan tembaga: kontradiksi antara keseragaman global dan penebalan lokal
Persyaratan ketebalan tembaga pada PCB 12 lapis peralatan semikonduktor memiliki "dualitas": di satu sisi, ketebalan tembaga global harus seragam untuk memastikan transmisi sinyal yang stabil; Di sisi lain, beberapa daerah memerlukan penebalan lokal pada ketebalan tembaga untuk meningkatkan pembuangan panas dan daya dukung arus, yang dapat dengan mudah menyebabkan konflik dalam produksi.
Kesulitan mencapai keseragaman ketebalan tembaga secara global terletak pada proses pelapisan listrik. Area PCB 12 lapis biasanya besar, dan distribusi arus dalam tangki pelapisan mudah dipengaruhi oleh bentuk papan dan posisi perlengkapan gantung, yang mengakibatkan perbedaan ketebalan tembaga antara tepi dan bagian tengah papan. Selain itu, lubang mikro dan lubang buta pada 12 lapisan PCB akan 'mengalihkan' arus sehingga menyebabkan ketebalan permukaan tembaga di dekat lubang menjadi lebih tipis dibandingkan area lainnya. Jika penyimpangan ketebalan tembaga global terlalu besar, kecepatan transmisi sinyal dari jalur yang berbeda pada peralatan semikonduktor akan berbeda, mengakibatkan penundaan sinkronisasi data dan mempengaruhi efisiensi pemrosesan peralatan.
Penebalan lokal pada ketebalan tembaga menimbulkan risiko "pelapisan listrik yang berlebihan". Untuk mencapai penebalan lokal pada ketebalan tembaga, pelapisan listrik sekunder perlu dilakukan di area yang sesuai. Namun pada pelapisan listrik sekunder, arus cenderung menyebar ke area sekitarnya sehingga menyebabkan ketebalan tembaga di area non target melebihi standar. Pada saat yang sama, transisi antara area yang menebal secara lokal dan area tebal tembaga konvensional di sekitarnya rentan terhadap "langkah". Selama pelapisan berikutnya pada lapisan topeng solder, gelembung atau ketebalan yang tidak mencukupi mudah dihasilkan pada langkah-langkah tersebut, mengakibatkan terbukanya lapisan tembaga dan meningkatkan risiko oksidasi dan korsleting pada peralatan semikonduktor.
4, Lapisan topeng solder: keseimbangan antara lapisan tipis dan insulasi tinggi
Lapisan masker solder dari 12 lapisan PCB pada peralatan semikonduktor harus memenuhi persyaratan "lapisan tipis" dan "isolasi tinggi" untuk beradaptasi dengan ruang pemasangan yang ringkas dan-lingkungan kerja bertegangan tinggi di dalam peralatan. Namun, terdapat kontradiksi alami antara kedua persyaratan ini di bidang manufaktur.
Akurasi pelapisan lapisan tipis sulit dikendalikan. Lapisan masker solder biasanya diproses dengan sablon atau pelapisan semprot, dan untuk tonjolan dan cekungan halus pada permukaan PCB 12 lapis, lapisan tipis rentan terhadap "kebocoran" atau "ketebalan tidak rata". Misalnya, jika kontrol tekanan pengikis tidak tepat selama sablon, ketebalan lapisan masker solder pada langkah tersebut mungkin lebih rendah dari nilai standar. Namun, lapisan masker solder yang tipis dapat menyebabkan penurunan kinerja isolasi, dan transmisi sinyal tegangan tinggi pada peralatan semikonduktor rentan terhadap kerusakan, sehingga menyebabkan kegagalan peralatan.
Insulasi tinggi memberlakukan persyaratan ketat pada material dan proses pengawetan ketahanan solder. Selama pengoperasian peralatan semikonduktor, papan sirkuit tercetak terkena suhu tinggi dalam waktu lama dan dapat bersentuhan dengan gas korosif. Resistansi solder harus memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap suhu tinggi dan korosi. Namun, pada lapisan tipis, distribusi bahan pengawet pada penahan solder rentan terhadap ketidakrataan, mengakibatkan kepadatan ikatan silang yang tidak mencukupi di beberapa area setelah proses pengawetan, dan keretakan cenderung terjadi di lingkungan bersuhu tinggi, sehingga menyebabkan penurunan kinerja insulasi dengan cepat seiring berjalannya waktu.
5, Kontrol kerataan: kendala utama untuk perakitan selanjutnya dan pembuangan panas
PCB 12 lapis pada peralatan semikonduktor harus memiliki kerataan yang sangat tinggi, jika tidak maka akan mempengaruhi daya rekat dengan chip dan heat sink, yang menyebabkan pembuangan panas yang buruk atau kegagalan perakitan. Namun, struktur-berlapis-lapis dan proses rumit dari papan sirkuit cetak 12 lapis menjadikan kontrol kerataan sebagai "masalah yang membandel" di bidang manufaktur.
Di satu sisi, pelepasan tegangan setelah-kompresi multi-lapisan dapat menyebabkan papan melengkung. Selama beberapa proses laminasi pada PCB 12 lapisan, tegangan internal setiap material lapisan terakumulasi secara terus menerus. Setelah pendinginan, tekanan dilepaskan, yang dapat dengan mudah menyebabkan papan membengkok ke arah sisi yang lebih tebal dari kertas tembaga. Terutama bila terdapat perbedaan yang signifikan dalam ketebalan tembaga lokal, kelengkungan mungkin jauh melebihi persyaratan peralatan semikonduktor.
Di sisi lain,{0}}perlakuan suhu tinggi pada proses selanjutnya akan memperburuk masalah kerataan. Proses seperti pengawetan masker solder perlu dilakukan pada suhu tinggi tertentu. Pada suhu ini, papan PCB akan mengalami deformasi termal kembali. Jika tegangan tidak dilepaskan sepenuhnya sebelumnya, maka deformasi akan semakin tumpang tindih. Untuk area pada perangkat semikonduktor yang memerlukan kontak dekat dengan unit pendingin, penyimpangan kerataan dapat menyebabkan berkurangnya area kontak, penurunan efisiensi pembuangan panas, peningkatan suhu pengoperasian chip, dan memperpendek umur perangkat.
6, Pengujian dan Perbaikan: Tantangan Pengendalian Mutu dalam Struktur Kompleks
Proses pembuatan PCB 12 lapis untuk peralatan semikonduktor memerlukan inspeksi penuh 100%, namun karena strukturnya yang rumit, beberapa cacat sulit dideteksi, dan kesulitan perbaikannya sangat tinggi, menjadi kesulitan utama dalam pengendalian kualitas.
Dalam proses pemeriksaan, cacat pada lapisan dalam dari 12 lapisan PCB sulit dideteksi melalui pemeriksaan penampilan konvensional dan memerlukan deteksi sinar X-dan pemindaian ultrasonik. Namun, deteksi sinar X-memiliki tingkat pengenalan yang terbatas untuk cacat kecil dan tidak dapat menentukan kondisi ikatan antara dinding lubang dan lapisan tembaga bagian dalam; Meskipun pemindaian ultrasonik dapat mendeteksi ikatan antar lapisan, resolusi pemindaian mungkin menurun karena ketebalan 12 lapisan, yang mungkin melewatkan area pelepasan ikatan lokal. Cacat yang tidak terdeteksi ini akan meluas secara bertahap selama-pengoperasian peralatan semikonduktor dalam jangka panjang, yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan sirkuit.
Tantangan dalam proses perbaikan pun semakin besar. Jika ditemukan korsleting atau pelapisan lubang mikro yang buruk di lapisan dalam, PCB 12 lapis perlu "diperbaiki lapis demi lapis", yaitu lapisan insulasi dan foil tembaga dikupas lapis demi lapis, cacat diperbaiki, dan kemudian ditekan kembali. Namun, selama proses pelapisan, suhu tinggi dan reagen kimia dapat dengan mudah merusak lapisan utuh di sekitarnya, sehingga tingkat keberhasilan perbaikan menjadi lebih rendah. Sekalipun perbaikan berhasil, konsentrasi tegangan baru masih mungkin terjadi di area yang ditekan. Dalam lingkungan getaran peralatan semikonduktor, retakan rentan terjadi di lokasi perbaikan, sehingga menjadi potensi bahaya kesalahan baru.