Ispod je engleski prijevod. Koristio sam jasnu, jednostavnu terminologiju i osnovne vezne riječi (and, but, so, then, because). Tehničke izraze i brojeve sam ostavio preciznim. Tekst je dug (preko 1800 riječi), kako ste zatražili.

Osnovni proces izrade HDI ploča sa slijepim i zakopanim provodima

1. Pregled

HDI je skraćenica za High Density Interconnect (visokobrzinski međuveznici). To je tehnologija tiskanih pločica (PCB) koja se pojavila krajem 20. stoljeća. Ključna prednost je upotreba laserskog bušenja. Tradicionalno mehaničko bušenje ograničeno je burgijama. Kada promjer rupe dostigne 0,15 mm, troškovi znatno rastu, a optimizacija je teška. HDI laserske rupe mogu biti male samo 3–5 mil (0,076–0,127 mm). Širina tragova može biti 3–4 mil (0,076–0,10 mm). Veličine padova postaju mnogo manje. Više tragova stane u istu površinu. To omogućava visokobrzinske međuveze.

HDI omogućava dizajnerima da koriste guste pakete poput BGA i QFP. Prvi nivo HDI je sada uobičajen za BGA sa razmakom od 0,5. Kako se rute BGA premještaju sa izlaza na uglu na izlaz u sredini, prvi nivo HDI Ne može više zadovoljiti neke potrebe. Drugi nivo HDI postaje fokus za istraživanje i razvoj i proizvodnju. Laserske slijepe provodnice prvog nivoa HDI povezuju samo površinu s susjednim unutrašnjim slojem. Drugi nivo HDI može bušiti od površine do trećeg sloja ili od površine kroz drugi sloj do trećeg sloja. To je mnogo teže nego kod prvog nivoa HDI.

2. Materijali

2.1 Vrste materijala

• Bakrena folija: osnovni materijal za izradu provodnih uzoraka.
• Core (CORE): okosnica ploče. To je dvostrana bakrena ploča koja se koristi za izradu unutrašnjih slojeva.
• Prepreg: polu-otvrdnuti list smole koji se koristi kao ljepilo za višeslojne ploče i kao izolacija.
• Tinta za masku za lemljenje: koristi se za masku za lemljenje, izolaciju i zaštitu od korozije.
• Legend ink (sitotisak): koristi se za oznake i etikete.
• Materijali za završnu obradu površina: uključuju legure kositra i olova, nikl-zlatne, srebro, OSP, i drugi.

2.2 Laminirani izolacijski materijali

2.2.1 Uobičajeni laminati

Uobičajeni materijali s visokim Tg-om uključuju MICA/EG-150T, SYST/S1141, Grace/MTC-97 i HITACHI/MCL-HD-67. Koriste se kada je potrebna veća otpornost na toplinu.

2.2.2 HDI-specifični izolacijski materijali

Uobičajene vrste i specifikacije:

• RCC materijali: 80T18, 60T12, 65T12, 80T12, 60T18.
• fr4 (LDP): 1080, 106.

Napomena: Koristio sam “fr4” umjesto FR-4, kako ti više odgovara.

2.3 Poseban materijal: RCC objašnjen

RCC znači bakar obložen smolom. To je bakarna folija obložena posebnim slojem smole. Sloj u potpunosti pokriva unutrašnje tragove i služi kao izolacija. RCC se uglavnom proizvodi u dvije vrste: B-faza (Mitsui) i B+C-faza (Polyclad).

Ključne karakteristike:

• Nema sloja staklenih vlakana u smolnoj foliji. To olakšava formiranje mikrovija laserom ili plazmom.
• Tanki dielektrični sloj i visoka čvrstoća ljuštenja.
• Dobra čvrstoća i glatka površina, pogodno za graviranje vrlo uskih tragova.
• Lasersko bušenje za HDI često cilja RCC. Laserske rupe su oblikovane kao obrnuti trapezi, a ne cilindri kao kod mehaničkih rupa. Tipična veličina rupe je 0,076–0,10 mm.

Ostali HDI materijali (jezgro, prepreg, bakarne folije) nisu posebni. Obično je debljina unutrašnje bakarne folije tanka: unutrašnji slojevi 1 oz, vanjski slojevi 0,5 oz osnovne bakarne folije obložene na 1 oz. Cijela ploča je tanja. Budući da RCC ne sadrži stakloplastiku, njegova tvrdoća i čvrstoća su niže nego kod drugih PCB-ova iste debljine.

3. Proizvodni proces (primjer: osmoslojna ploča 2+4+2)

Ispod navodim glavne korake i ključne tačke. Koristim jednostavne riječi i jasan redoslijed.

3.1 Rezanje sirovog materijala (CUT)

Rezanje pretvara velike limove obložene bakrom u dimenzije koje odgovaraju proizvodnim mašinama. Tri osnovna koncepta moraju biti jasna:

• JEDINICA: jedna dizajnerska jedinica u rasporedu kupca.
• SET: pridružilo se nekoliko jedinica, uključujući rub procesa i alate.
• PANEL: nekoliko SET-ova spojenih alatnim rubovima kako bi se dobio proizvodni panel. Uobičajene nabavljene sirove dimenzije su 36,5 inča × 48,5 inča, 40,5 inča × 48,5 inča i 42,5 inča × 48,5 inča. Isplativost ovisi o dizajnu i namjeni panela.

3.2 Proces suhog filma unutrašnjeg sloja (UNUTRAŠNJI SUHI FILM)

Unutrašnji korak prijenosa suhog filma prenosi uzorke unutrašnjeg sloja. Koraci uključuju laminiranje fotoresist filma, izlaganje, razvijanje, graviranje i uklanjanje:

1. Laminat: zalijepiti fotosenzitivni film na bakar. Svjetlost očvršćuje izložene dijelove i stvara zaštitni sloj.
2. Izloži i razvij: izloži film. Osvijetljeni dijelovi se očvršćuju. Tamni dijelovi ostaju mekani. Razvijanje uklanja mekani film.
3. Graviranje i skidanje: izgravi izloženi bakar. Zatim ukloni očvrsnuti zaštitni sloj. Formiraju se tragovi unutrašnjeg sloja.

Savjeti za dizajn: kontrolirajte minimalnu širinu tragova, razmak i uniformnost. Ako je razmak premali, može doći do kratkog spoja tokom laminiranja. Ako su tragovi previše tanki, ljepljenje filma može ne uspjeti i tragovi se mogu otvoriti. Ostavite sigurne margine za proizvodnju.

3.3 Crna ili smeđa oksidacija (CRNA OKSIDACIJA)

Nakon izrade unutrašnjih tragova, prije laminacije izvršite crnu ili smeđu oksidaciju. Glavni ciljevi:

1. Uklonite ulje i nečistoće s bakrene površine.
2. Povećajte površinu bakra kako biste poboljšali vezu s smolom.
3. Pretvorite nepolarnu površinu bakra u polarne spojeve CuO i Cu₂O kako biste poboljšali hemijsko vezivanje.
4. Poboljšati otpornost na vlagu pri visokim temperaturama i smanjiti rizik od delaminacije između bakra i smole.

Ako je Cu₂O glavni proizvod, to se naziva smeđa oksidacija (crvena boja). Ako je CuO glavni proizvod, to se naziva crna oksidacija (crna boja).

3.4 Laminacija (PRESOVANJE)

Laminacija spaja sve slojeve koristeći B-fazni prepreg. Glavni koraci:

1. Slojevi: rasporedite bakarne folije, prepreg, unutrašnja jezgra, ploče od nehrđajućeg čelika, razdjelne ploče, kraft papir i vanjske prešne ploče. Za ploče sa šest ili više slojeva potrebno je prethodno slaganje.
2. Topla preša: stavite stog u vakuumsku toplu prešu. Zagrijavanje otapa smolu i povezuje stog, ispunjavajući praznine.

Savjeti: održavajte laminaciju simetričnom. Ako naprezanje nije uravnoteženo na obje strane, doći će do izobličenja. Kontrolirajte raspodjelu bakra kako biste izbjegli razlike u protoku smole koje uzrokuju neujednačenu debljinu. Planirajte unaprijed slijepe i zakopane vijke.

3.5 Bušenje slijepih i zakopanih vijaza (BUŠENJE)

U proizvodnji PCB-a, mehaničko bušenje je glavna metoda za prolazne rupe veće od otprilike 8 mil. Mehaničko bušenje određuje gdje slijepe i zakopane vijase ne mogu prolaziti. Na primjeru osmoslojnog štampanog ploca, možete istovremeno napraviti zakopane vijase za slojeve 3–6, slijepe vijase za slojeve 1–2 i slijepe vijase za slojeve 7–8. Ali ne možete dizajnirati ukrštanje skrivenih via-puta, npr. 3–5 i 4–6, jer se oni ne mogu izraditi. Apsimetrijski uzorci skrivenih via-puta (kao što su 3–5 i 4–6) znatno povećavaju složenost i stopu otpada. Trošak može biti i više od šest puta veći od troška simetričnih skrivenih via-puta.

3.6 Depozicija bakra i prevlačenje (putem metalizacije)

Metalizacija oblaže zid izbušene rupe bakrom koji je ujednačen i otporan na toplinu. Tri koraka:

• Uklonite ostatke bušenja.
• Hemijsko taloženje bakra.
• Elektroizrada na cijeloj ploči za debljanje bakra.

Ključni parametar: omjer debljine ploče i prečnika rupe. Kako debljina ploče raste, a prečnik rupe opada, hemikalije ne mogu lako dosegnuti središte rupe. To može dovesti do tanjeg presvlaka u središtu i uzrokovati mikro-otvorene greške. Dizajneri moraju poznavati procesna ograničenja fabrike ploča. I slijepe/ukopane vijase i prolazne rupe moraju uzeti u obzir ograničenja omjera.

3,7-sekundni suhi film unutrašnjeg sloja

Nakon metalizacije zakopanih vias za slojeve 3–6, napunite rupe smolnom tintom i vratite se na unutrašnje korake suhog filma kako biste izradili trase slojeva 3 i 6. Nakon što su oni gotovi, ponovno izvedite crnu/smeđu oksidaciju, a zatim pošaljite na drugu laminaciju. Ova druga laminacija slijedi isti postupak kao i prva.

3.8 Sekundna laminacija (HDI preša)

HDI ploče imaju tanke izolacijske slojeve, pa je prešanje teže. Pri istoj debljini, čvrstoća LDP-a je bolja od RCC-a. LDP se sporije kreće, pa je kontrola lakša.

Bilješke o dizajnu:

1. Na unutrašnjim područjima s slijepim ili ukopanim vijama, vanjske trake moraju izbjegavati položaje tih vijki kako bi se spriječili otvoreni krugovi uzrokovani udubljenjima.
2. Previše zakopanih via između drugog i pretposljednjeg sloja može stvoriti kanale koji prorjeđuju dielektrik. Smanjite takve viae kad god je to moguće.

Za HDI CO₂ laserske slijepe vijase, uobičajena metoda je tehnika konformne maske. Prijenos uzoraka na vanjski sloj bakra, graviranje malih prozora koji odgovaraju položajima vijasa, a zatim upotreba lasera veće snage na tim koordinatama. Ovo je pogodno za subtraktivnu izradu višeslojnih pločica.

3.9 Konformna maska (laser putem predobrade)

Konformna maska ima dva dijela: Konformna maska1 i Konformna maska2:

• Konformna maska1: gravirajte padove koji se poravnavaju s blind viasom na obje strane podloške i gravirajte ciljne oznake za poravnanje za automatsku ekspozicijsku mašinu. Ovo pomaže pri kasnoj obradi i laserskom bušenju.
• Konformalna maska2: graviranje prozora na gornjoj i donjoj bakrenoj strani ploče koji su nešto veći od laserske rupe. Ovo priprema za obradu CO₂ laserom.

3.10 Lasersko bušenje (LASER DRILLING)

Lasersko bušenje koristi lasersku energiju za sagorijevanje smole i formiranje slijepih vijaza. Laserska energija slabi odozgo prema dolje, pa se promjer rupe sužava s dubinom. Tipična veličina rupe je 4–6 mil (0,10–0,15 mm). Prema IPC6016, rupe ≤0,15 mm nazivaju se mikro-vijazama.

Rupe veće od 0,15 mm zahtijevaju spiralno bušenje. Brzina opada, a troškovi brzo rastu. Standardni laserski alati sada koriste bušenje u tri udarca. Brzina je 100–200 rupa u sekundi. Manje rupe mogu biti brže (rupa od 0,100 mm ~120 rupa/sek; rupa od 0,076 mm ~170 rupa/sek).

3.11 Laser vias metalizacija

Lasersko bušenje otvora spaljuje zid otvora i ostavlja nagorjele ostatke. Drugi sloj bakra može oksidovati. Potrebno je pranje pod visokim pritiskom vode kako bi se uklonili ostaci bušenja. Nagorjeli ostaci u mikro-via rupicama teško se uklanjaju. Slagani dvo-nivojni HDI zahtijeva posebnu galvanizaciju slijepih via-rupa i punjenje bakrom (PUNJENJE BAKROM). Ovo je skupo i koristi se za vrhunske proizvode.

3.12 Treći unutrašnji suhi film

Nakon laserske metalizacije vijaka izvedite drugu Conformal masku. Zatim se vratite na unutrašnje korake suhe folije kako biste izradili tragove slojeva 2 i 7. Nakon što su tragovi gotovi, izvedite crnu/smeđu oksidaciju i treću laminaciju. Zatim izvedite treći korak graviranja slijepih vijaka (korak 1) i drugi korak graviranja slijepih vijaka (korak 2) kako biste se pripremili za drugo lasersko bušenje.

HDI drugog nivoa zahtijeva mnogo poravnanja. Greške se mogu nakupiti. To povećava stopu otpada. Od lakših do težih u kombinacijama:
1–2 + 2–3 vias < samo 1–3 vias < 1–2 + 1–3 vias < 2–3 + 1–3 vias < 1–2 + 2–3 + 1–3 vias.
HDI viase treba dizajnirati simetrično.

3.13 Drugo lasersko bušenje

Izvedite drugi korak laserskog bušenja prema planu za HDI sa dva nivoa. Ovo slijedi slična pravila kao i prvo lasersko bušenje, ali zahtijeva pažljivo poravnanje i planiranje via-puta.

3.14 Mehaničko bušenje (bušenje rupa)

Nakon laserskih koraka, izvršite mehaničko bušenje prolaznih rupa. Ovaj korak buši rupe koje prolaze kroz cijeli panel.

3.15 Uklanjanje ostataka bušenja i plating rupa (P.T.H)

Zalijte slijepe vijase i provodne rupe zajedno kako bi svi vijasi bili metalizirani. U ovom trenutku poseban HDI proces završava. Od sada ploča prolazi kroz standardne korake završne obrade PCB-a.

3.16 Suha folija vanjskog sloja i pločanje po uzorku (SUHA FOLIJA I PLOČANJE PO UZORKU)

Prijenos vanjskog uzorka je sličan onome kod unutrašnjih slojeva. Glavna razlika je metoda pozlatnje:

• Subtractivna metoda: koristite negativni film. Očvrsnuti suhi film ostaje kao krug. Izgrizite i skinite film kako biste sačuvali krug.
• Aditivna/normalna metoda: koristite pozitivni film. Očvrsli suhi film prekriva ne-sklopovska područja. Izvedite uzorkovano pozlativanje (prvo bakar, zatim kalaj), zatim uklonite film, izvedite alkalno žarenje, uklonite kalaj i sačuvajte sklop.

3.17 Mokri film lemne maske (WET FILM SOLDER MASK)

Maska za lemljenje prekriva površinu ploče. Sprječava pogrešno lemljenje, prodor vlage ili hemikalija koje bi mogle izazvati kratka spojena, te štiti tragove od fizičkog oštećenja. Time se osigurava stabilan rad štampane pločice.

Proces: predčišćenje → nanošenje premaza → predpekanje → izlaganje → razvijanje → UV stvrdnjavanje → termičko stvrdnjavanje. Ključne kontrolne tačke: poravnanje maske za lemljenje, veličina mosta na maski, izrada vias i debljina maske. Kvalitet tinte utiče na kasniju završnu obradu površine, montažu SMT komponenti i vijek trajanja ploče.

3.18 Selektivno uranjanje u zlato (IMMERSION GOLD)

Hemijsko nikl/zlatno pozlatiti je površinska obrada nakon maske za lemljenje. Pogodno je za štampane pločice sa malim razmakom tragova i mnogim površinski montiranim komponentama. Pomaže u postizanju ko-planarnosti i ravnosti padova. Zlato je stabilno i zaštitno. Specifikacije pozlate: nikl ~5 μm, zlato 0,05–0,1 μm. Predebela pozlata se može napuknuti i stvoriti slabe lemne spojeve. Previše tanka pozlata ima slabu zaštitu. ENIG je u nekim slučajevima manje pogodan za lemljenje i može pokazati tamne defekte na padovima.

3.19 Štampanje legende (C/M PRINTING)

Štampajte legende i oznake tintom za legende. To olakšava kasniju montažu i servisiranje.

3.20 Fresiranje i profilisanje (PROFILISANJE)

Režite gotovi panel na veličinu jedinice ili seta pomoću CNC glodalica. Izvršite rezanje ivica i brušenje utora. Ako je potreban V-rez, dodajte odgovarajuće korake. Ključni parametri: tolerancija profila, veličina zaobljenja, radijus unutrašnje ivice. Ostavite sigurnu udaljenost između uzoraka i ivice ploče.

3.21 Električno ispitivanje (E-TEST)

Ovo je test kontinuiteta i izolacije. Glavne metode su test na krevetu čavlića i test letećih sondi:

• Krevet od igala: generički ili prilagođeni držači. Generički držači su skuplji, ali odgovaraju mnogim PCB-ovima. Prilagođeni držači su jeftiniji po komadu, ali samo za određene PCB-ove.
• Leteća sonda: premješta sonde za testiranje mreža. Fleksibilna je i pogodna za mnoge male serije.

3.22 OSP (Organski konzervans za lemljivost)

OSP formira organski film na golim bakrenim pločicama i kroz rupama nakon električnog testiranja i vizuelne provjere. Debljina filma je 0,3–0,5 μm. Temperatura razgradnje je oko 300 °C.

Glavne prednosti: ravno lemljenje koje odgovara PCB-ovima s malim razmakom; jednostavan proces, nisko zagađenje, niski troškovi i dobra sposobnost lemljenja. Nedostaci: film je tanak i lako se ogrebe. Rok trajanja je kratak.

Danas se kombinacije ENIG i OSP koriste za visokoprecizne ploče. Pružaju zaštitu i lemljivost te su olovno-slobodna opcija za zamjenu HASL-a u nekim slučajevima. Trošak je viši.

3.23 Završna revizija (ZAVRŠNA REVIZIJA)

Provjerite izgled PCB-a, veličinu, električne performanse i kvalitetu pozlate. Uvjerite se da sve zadovoljava standarde dizajna i industrije.

3.24 Pakovanje (PAKOVANJE)

Spakirajte PCB ploče kako biste spriječili vlagu i ogrebotine. Zaštitite ploče tokom transporta i pravilno ih skladištite za kasniju upotrebu.