Mehrschichtige Leiterplatten mit ihrer mehrschichtigen leitfähigen Struktur und stabilen elektrischen Leistung werden häufig in High-End-Bereichen wie Kommunikation, Servern und industrieller Steuerung eingesetzt. {2}Schicht- und 12{4}Schicht-Leiterplatten fallen in die Kategorie der Leiterplatten mit hoher Mehrschichtigkeit, mit komplexen Verarbeitungsverfahren und extrem hohen Anforderungen an die Präzision der Geräte, Prozessparameter und Umgebungskontrolle. Obwohl ihr gesamter Prozessrahmen ähnlich ist, bestehen aufgrund der zunehmenden Anzahl von Schichten erhebliche Unterschiede in Kernaspekten wie Stapelung, Laminierungszeiten, Ausrichtungsgenauigkeit, Bohren und Galvanisieren. Im folgenden Abschnitt werden anhand praktischer Produktionserfahrungen der komplette Verarbeitungsablauf und die wichtigsten technologischen Punkte für beide Arten von Multilayer-Leiterplatten beschrieben.
1. Vor-Materialien und Stapelplanung
Die Materialvorverarbeitung-ist von grundlegender Bedeutung für die Gewährleistung der Boardstabilität. Sowohl 8-lagige als auch 12-lagige Leiterplatten verwenden kupfer-kaschierte Laminatkernplatten (CCL), Prepreg (PP-Platten) und Kupferfolie als Kernmaterialien, die sich nur in der Stapelmethode unterscheiden. Sobald die Rohstoffe eingetroffen sind, ist der erste Schritt das Schneiden. Die gesamte CCL-Rolle wird entsprechend den Produktionsspezifikationen in Kernplatten in Standardgröße-geschnitten. Die Schnittkanten müssen glatt und gratfrei sein, um Delaminierungsprobleme bei nachfolgenden Prozessen zu vermeiden. Anschließend werden die Bretter gebrannt, um Feuchtigkeit zu entfernen. Hoch-Mehrschichtplatten nehmen leicht Feuchtigkeit auf; Durch das Backen bei hoher-Temperatur wird diese Feuchtigkeit vollständig entfernt und so Defekte wie Blasen und Delaminierung nach dem Laminieren verhindert. Für die Lagenstapelung verwenden 8-Lagen-Leiterplatten typischerweise ein symmetrisches 2+4+2- oder 4+4-Stapelmuster, aufgeteilt in zwei oder drei Module. Für die Gesamtverschmelzung sind nur zwei vollständige Laminierungen erforderlich. Die symmetrische Struktur gleicht effektiv thermische Spannungen aus und verringert die Wahrscheinlichkeit einer Verformung der Platine. . 12-Schicht-PCBs haben noch mehr Schichten, wodurch sich die Anzahl der internen leitenden und isolierenden Schichten verdoppelt. Üblicherweise wird eine 4+4+4-Stapelstruktur mit drei Segmenten verwendet, die drei unabhängige Laminierungsvorgänge erfordert. Jedes Segment des Stapels muss die Herstellungs-, Bräunungs- und Vorstapelprozesse der Innenschicht unabhängig abschließen. Je mehr Schichten vorhanden sind, desto komplexer ist die Stapelung zwischen den Schichten und desto größer ist das Risiko kumulativer Abweichungen, wodurch die Kontrolle der Stapelreihenfolge strenger wird. Prepreg dient als Zwischenschichtisolation und Verbindungsmaterial. Für beide Arten von Platten werden geeignete Spezifikationen basierend auf den Anforderungen an die Isolationsdicke und die Impedanz ausgewählt, und die Stapelung folgt strikt der Regel der abwechselnden Anordnung von Kernplatte und Prepreg.
2. Herstellungsprozess der Innenschichtschaltung
Die inneren Schichten sind die Kernträger für die Signalübertragung in mehrschichtigen Leiterplatten. Der Herstellungsprozess für die Innenschichten von 8- und 12-Schicht-Leiterplatten ist derselbe, einschließlich Oberflächenbehandlung der Leiterplatte, Musterübertragung, Ätzen, Filmentfernung, Inspektion und Bräunung. . 12-Schicht-Leiterplatten stellen aufgrund der größeren Anzahl von Innenschichten höhere Anforderungen an die Konsistenz der Stapelverarbeitung.
Reinigen und Aufrauen der Plattenoberfläche
Nach dem Schneiden gelangt die Kernplatte zunächst in die Reinigungsproduktionslinie, wo chemische Lösungen und Hochdruckwasserreinigung Öl-, Staub- und Oxidschichten von der Plattenoberfläche entfernen. Anschließend wird die Kupferoberfläche einer Mikroaufrauungsbehandlung unterzogen, um die Haftung zwischen dem lichtempfindlichen Film und der Kupferoberfläche zu verbessern und so ein Ablösen des Films und Schaltkreisdefekte während der Musterübertragung zu verhindern. Der gesamte Reinigungsprozess wird in einem Reinraum durchgeführt und in der Luft befindliche Partikel werden streng kontrolliert, um zu verhindern, dass Verunreinigungen an der Plattenoberfläche haften bleiben.
Musterübertragung und Radierung
Nach der Reinigung wird der lichtempfindliche Trockenfilm gleichmäßig auf die Trägerplatte aufgetragen. Die Musterreplikation wird mit Laser-Direktbildgebungsgeräten durchgeführt. Diese Methode bietet eine hohe Ausrichtungsgenauigkeit und kann die Verarbeitungsanforderungen feiner Schaltkreise erfüllen. Nach der Bebilderung wird eine Entwicklungslösung verwendet, um den trockenen Film in den unbelichteten Bereichen aufzulösen und die zu ätzenden Bereiche der Kupferfolie freizulegen. Als nächstes beginnt der Ätzprozess, bei dem eine spezielle Ätzlösung verwendet wird, um überschüssige freiliegende Kupferfolie zu entfernen, so dass nur die vollständigen Leiterbahnen der Innenschicht übrig bleiben. Während der Verarbeitung werden die Lösungstemperatur und der Sprühdruck in Echtzeit überwacht und das Ausmaß der seitlichen Ätzung streng kontrolliert, um saubere Linienkanten sicherzustellen. Nach dem Ätzen wird eine Abbeizlösung verwendet, um den restlichen Trockenfilm von der Platinenoberfläche zu entfernen und die reinen Kupferleitungen freizulegen.
Inspektion und Bräunungsbehandlung der Innenschicht Alle Kernplatinen der Innenschicht werden einer automatischen optischen Inspektion unterzogen, um Defekte wie offene Schaltkreise, Kurzschlüsse und Lücken schnell zu erkennen. Defekte Platinen werden direkt aussortiert und nachbearbeitet. Qualifizierte Trägerplatten werden dem Bräunungsprozess unterzogen, einem entscheidenden Schritt vor der Laminierung mehrschichtiger Platten. Durch die chemische Behandlung wird auf der Oberfläche der Kupferschaltung eine gleichmäßige, raue Oxidschicht erzeugt, die die Bindungsfestigkeit zwischen der Kupferoberfläche und dem Prepreg erheblich verbessert und eine Delaminierung zwischen den Schichten verhindert. Bei 12-Lagen-Leiterplatten mit mehr als 8 Innenlagen müssen die Bräunungsparameter einheitlich kalibriert werden, um gleichmäßige Aufrauungseffekte auf jeder Kernplatine der Innenlagen zu gewährleisten.
3. Kernprozess der Schichtlaminierung
Die Laminierung ist der Kernprozess bei der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten und ein wesentlicher Unterschied zwischen 8-schichtigen und 12-schichtigen Leiterplattenprozessen. Die Erhöhung der Anzahl der Schichten führt zu einer umfassenden Verbesserung der Anzahl der Laminierungen, der Ausrichtungsgenauigkeit, der Temperaturkontrollprofile und der Druckparameter und bestimmt direkt die Gesamtstrukturfestigkeit und -ausbeute der Platte.
1). Vor-Stapelung und Positionierung Entsprechend der vor-voreingestellten Stapelstruktur werden die gebräunte innere Kernplatine, das Prepreg und die äußere Kupferfolie nacheinander gestapelt.. 8-Lagen-Leiterplatten verwenden aufgrund der geringeren Laminierung meist mechanische Stifte zur Positionierung, sodass der Zwischenlagenversatz innerhalb eines angemessenen Bereichs kontrolliert werden kann. . 12-Lagen-Leiterplatten werden drei segmentierten Laminierungen unterzogen, was das Risiko einer kumulativen Zwischenlagenabweichung erheblich erhöht. Das Stapeln im mittleren -Segment und das gesamte Stapeln erfordern ein Laserpositionierungssystem, dessen Positionierungsgenauigkeit weit über der herkömmlichen mechanischen Positionierung liegt und eine präzise Ausrichtung von Dutzenden von Schichten gewährleistet. Nach dem Stapeln wird eine vorübergehende Vernietung durchgeführt, um eine Fehlausrichtung der Lagen während des Transports zu verhindern.
2). Vakuum-Heißpresshärtung Die gestapelten Platten werden zu einem Vakuumlaminator geschickt. Die Vakuumumgebung entfernt die Zwischenschichtluft vollständig und verhindert so die Blasenbildung. Bei beiden Plattentypen kommt ein segmentierter Erwärmungs- und Gradientendruckprozess zum Einsatz. Erstens ermöglicht das Vorpressen bei niedriger -Temperatur, dass das Prepreg zunächst schmilzt und fließt, wodurch winzige Lücken zwischen den Schichten gefüllt werden. Anschließend werden Temperatur und Druck zur Hauptdruckbeaufschlagung erhöht, sodass das Prepreg die Kernplattenoberfläche vollständig imprägnieren kann. Abschließend erfolgt die Aushärtung bei konstanter Temperatur, wodurch das Harz vollständig aushärtet und alle Schichten zu einer einheitlichen Struktur verbunden werden. Die Temperatur- und Druckparameter für die beiden Laminierungen der 8-Lagen-Leiterplatte sind relativ breit, was zu einer höheren Toleranz für Prozessfehler führt. Für die 12-Lagen-Leiterplatte erfordert jede segmentierte Laminierung eine separat eingestellte Temperaturkontrollkurve. Bei mehreren Heißpressen kommt es kontinuierlich zu einer thermischen Belastung, daher müssen die Heiz- und Kühlraten, die Haltezeiten und die Druckniveaus präzise gesteuert werden. Die Haltezeit für jede Laminierung ist länger, um eine gleichzeitige Aushärtung der mehreren Harzschichten zu gewährleisten und so eine Verformung der Platte und ungleichmäßige innere Spannungen zu verhindern. Nach jeder Laminierrunde können die Platten auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abkühlen, bevor mit der nächsten Laminier- und Pressrunde begonnen wird, bis alle Schichten integriert sind.
4. Bohr- und Lochmetallisierungsprozess
Nach der Laminierung gelangt die gesamte Platine in den Bohrprozess. Löcher sind die Schlüsselkanäle für die Leitfähigkeit zwischen den Schichten. Unterschiede in der Plattendicke und der Anzahl der Schichten führen zu erheblichen Unterschieden bei den Bohrparametern, den Verarbeitungsschwierigkeiten und den Galvanisierungsprozessen zwischen 8-lagigen und 12-lagigen Leiterplatten.
Mechanisches Bohren Hoch-mehrschichtige Leiterplatten verwenden Hartmetallbohrer zum mechanischen Bohren, wobei die entsprechenden Bohrerspezifikationen auf unterschiedliche Anforderungen an Lochdurchmesser abgestimmt sind. 8-schichtige Leiterplatten haben eine dünnere Platine und eine geringere Bohrtiefe; Bohrgeschwindigkeits- und Vorschubparameter werden konventionell eingestellt und die Genauigkeit der Lochposition lässt sich leicht steuern. . 12-Schicht-PCBs haben eine größere Gesamtdicke und eine größere Bohrtiefe. Daher muss der Bohrervorschub reduziert, die Geschwindigkeit optimiert und die Häufigkeit der Spanabfuhr erhöht werden, um einen Verschleiß des Bohrers durch hohe Temperaturen, Grate an den Lochwänden und eine Fehlausrichtung der Lochposition zu verhindern. Nach dem Bohren werden alle Löcher entgratet und entzundert, um Harzrückstände und Kupferspäne zu entfernen und so glatte und saubere Lochwände zu gewährleisten.
Lochmetallisierung und Galvanisierung Nach dem Bohren wird das Plattenmaterial zunächst einer chemischen Kupferplattierung unterzogen, wobei eine dünne Kupferschicht auf den isolierenden Lochwänden abgeschieden wird, um eine grundlegende Leitschicht aufzubauen und eine anfängliche Leitfähigkeit innerhalb der Lochwände zu erreichen. Darauf folgt ein vollständiger Galvanisierungsprozess der Platine, bei dem durch Elektrolyse die Kupferschicht an den Lochwänden und die Kupferschicht auf der Platinenoberfläche verdickt werden, wodurch die Stabilität der Leitfähigkeit zwischen den Schichten gewährleistet wird. Bei 8-lagigen Leiterplatten reicht die herkömmliche Gleichstromgalvanisierung aus, um die Anforderungen an die Lochdicke des Kupfers zu erfüllen. Bei Leiterplatten mit 12-Schichten, mehr Schichten und längeren leitenden Schichtverbindungen erfordert die ungleichmäßige Stromverteilung in einigen dicht gepackten Lochbereichen segmentierte Galvanisierungs- oder Impulsgalvanisierungsprozesse, um eine gleichmäßige Kupferschichtdicke an den Lochwänden sicherzustellen und Leitfähigkeitsfehler durch zu dünne Kupferschichten in bestimmten Bereichen zu verhindern. Bei einigen 12-Lagen-Platinen mit hoher Dichte kann ein Füllgalvanisierungsprozess verwendet werden, um komplexe Lochstrukturen zu berücksichtigen. Nach dem Galvanisieren werden die Kupferdicke und die Leitfähigkeit des Lochs überprüft und Platinen mit beschädigten Kupferschichten an den Lochwänden werden entsorgt.
5. Herstellungsprozess der Außenschichtschaltung
Nach dem Bohren und Metallisieren der gesamten Platine wird die Außenschichtschaltung hergestellt. Dieser Prozess ist im Großen und Ganzen derselbe wie bei der Innenschichtschaltung, aber da die Platine bereits geformt ist, sind die Kontrollstandards strenger. Zunächst wird die Platinenoberfläche gründlich gereinigt und aufgeraut, um Galvanikrückstände zu entfernen. Anschließend wird ein lichtempfindlicher Trockenfilm aufgetragen. Durch eine Reihe von Prozessen, darunter Laserbildgebung, Entwicklung, Ätzen und Filmentfernung, wird der äußere leitende Schaltkreis gebildet. Im Vergleich zur inneren Schicht sind die Schaltkreise der äußeren Schicht direkt der äußeren Umgebung ausgesetzt. Nach dem Ätzen werden die Kanten und die Linienbreite sorgfältig geprüft, um sicherzustellen, dass Aussehen und Leistung den Standards entsprechen. Nachdem der Prozess abgeschlossen ist, wird eine optische Inspektionsausrüstung für eine vollständige Inspektion eingesetzt, um etwaige Erscheinungsfehler in den Schaltkreisen der äußeren Schicht zu prüfen.
6. Lötmaske, Oberflächenbehandlung und Formbearbeitung
Lötmaskenbeschichtung Nachdem die äußeren Schaltkreise die Prüfung bestanden haben, wird Lötmaskentinte auf die gesamte Platinenoberfläche aufgetragen. Nach dem Vor-Einbrennen, Belichten, Entwickeln und Aushärten werden nur die leitenden Bereiche freigelegt, während der Rest der Platinenoberfläche von der Lötmaskenschicht bedeckt wird. Die Lötmaskenschicht isoliert äußere Feuchtigkeit und Staub, verhindert Schaltkreisoxidation und Kurzschlüsse und verbessert gleichzeitig die Isolationsleistung der Platine. Der Prozess für 8-Lagen- und 12-Lagen-Leiterplatten ist in diesem Schritt grundsätzlich derselbe, mit dem einzigen Unterschied, dass die Wahl der Lötstoppfarbe je nach Anwendungsszenario erfolgt.
Oberflächenbehandlung Je nach Anwendungsszenario wird die geeignete Oberflächenbehandlungsmethode ausgewählt. Zu den gängigen Verfahren gehören die chemische Vergoldung mit Nickel-, der organische Lötstoppfilm und die Heißluftnivellierung. Die Hauptfunktion dieses Prozesses besteht darin, freiliegende leitende Bereiche zu schützen, die Oxidationsbeständigkeit und die Verbindungsleistung zu verbessern. Die beiden Arten von Mehrschichtplatinen können je nach Endanwenderanforderungen flexibel an den Prozess angepasst werden.
Formbearbeitung Mittels CNC-Fräsmaschinen oder Stanzstanzen wird das Plattenmaterial in die vom Kunden gewünschte Form und Abmessung bearbeitet und überschüssige Kanten besäumt. Nach der Bearbeitung werden die Plattenkanten geschliffen, um sicherzustellen, dass die Kanten flach und glatt sind, ohne scharfe Kanten, Delaminierung, Absplitterungen oder andere Probleme.
7. Endkontrolle und Sortierung der fertigen Produkte
Im Stadium des fertigen Produkts wird eine umfassende Prüfung durchgeführt, die in drei Hauptabschnitte unterteilt ist: Prüfung des Aussehens, Prüfung der Abmessungen und Prüfung der elektrischen Kontinuität. Die visuelle Inspektion beruht auf einer Kombination aus manueller Arbeit und optischer Ausrüstung, um auf Schäden, Flecken und Farbunterschiede in der Tinte, den Schaltkreisen und Löchern auf der Platinenoberfläche zu prüfen. Bei der Dimensionsprüfung werden Präzisionsinstrumente eingesetzt, um die Plattendicke, die Gesamtabmessungen und die Lochkoordinaten zu überprüfen und sicherzustellen, dass alle Parameter den Standards entsprechen. Bei der elektrischen Inspektion werden spezielle Geräte eingesetzt, um den Durchgang zwischen den Schichten und die Isolationsleistung Punkt-Punkt-zu prüfen und versteckte offene Schaltkreise und Kurzschlüsse zu identifizieren. Nachdem alle Prüfungen bestanden wurden, werden 8-Lagen- und 12-Lagen-Multilayer-Leiterplatten gereinigt, feuchtigkeitsbeständig und verpackt, bevor sie gelagert werden. Fehlerhafte Produkte werden nach Fehlertyp kategorisiert und erfasst, was eine Datenunterstützung für die anschließende Prozessoptimierung darstellt.
Die Verarbeitung von 8-Layer- und 12-Layer-Multilayer-Leiterplatten ist ein hochentwickeltes System miteinander verbundener Prozesse. Während ihre grundlegende Verarbeitungslogik ähnlich ist, liegen die Hauptunterschiede in vier Schlüsselbereichen: Schichtstapelung, Laminierungsanzahl, Ausrichtungsgenauigkeit und Bohren/Beschichten. Die 12-Lagen-Leiterplatte weist mit ihrer doppelten Lagenanzahl eine deutlich höhere Komplexität, Verarbeitungsschwierigkeit und Präzisionsstandards auf und stellt im Vergleich zu 8-Lagen-Leiterplatten weitaus höhere Anforderungen an die Produktionsausrüstung, die Anpassung der Prozessparameter und die Kontrolle der Werkstattumgebung. In der tatsächlichen Produktion wirken sich die Feinabstimmung der Parameter und die Kontrolle der Details in jedem Prozess direkt auf die Ausbeute und Stabilität des Endprodukts aus. Nur durch die strikte Einhaltung der Verarbeitungsspezifikationen für mehrschichtige Leiterplatten und die Optimierung der entsprechenden Prozesslösungen für verschiedene Leiterplattenschichten können wir mehrschichtige Leiterplattenprodukte mit stabiler Leistung und Einhaltung von Qualitätsstandards herstellen und so die Anwendungsanforderungen verschiedener elektronischer High-End-Geräte erfüllen.