الکتروپلاستی تخت و پر کردن سوراخ در PCB های HDI: تکنیک های دقیق برای طرح های چگالی بالا

PCB های اتصال با تراکم بالا (HDI) با فعال کردن دستگاه های کوچکتر، سریعتر و قدرتمندتر از تلفن های هوشمند 5G تا ایمپلنت های پزشکی، الکترونیک را انقلابی کرده اند.در قلب این PCB های پیشرفته دو فرآیند تولید حیاتی وجود دارداین تکنیک ها تضمین می کنند که ویاس های کوچک (حدود 50μm) و ردیابی های باریک در طرح های HDI از نظر الکتریکی قابل اعتماد، مکانیکی قوی هستند.و آماده برای رسیدگی به خواسته های سیگنال های با سرعت بالا.

در این راهنما بررسی می شود که چگونه الکترواستات تراز و پر کردن سوراخ کار می کنند، نقش آنها در عملکرد PCB HDI، تکنیک های کلیدی و چرا آنها برای الکترونیک مدرن ضروری هستند.این که آیا شما در حال طراحی یک پوشیدنی فشرده یا یک ماژول رادار با فرکانس بالا هستید، درک این فرآیندها برای دستیابی به PCB های HDI قابل اعتماد و با عملکرد بالا ضروری است.

نکات کلیدی
1. الکتروپلاستی تخت لایه های مس یکسانی (با ضخامت ± 5μm) را در سراسر PCB های HDI ایجاد می کند و مانع ثابت (50Ω / 100Ω) را برای سیگنال های با سرعت بالا (25Gbps +) تضمین می کند.
2پر کردن سوراخ (از طریق مواد رسانا یا غیر رسانا) جیب های هوا را در میکروویا از بین می برد، از دست دادن سیگنال را 30٪ کاهش می دهد و رسانایی حرارتی را 40٪ بهبود می بخشد.
3در مقایسه با پوشش سنتی، پوشش الکتروپلاستی صاف خشکی سطح را به میزان 50٪ کاهش می دهد، که برای به حداقل رساندن کاهش سیگنال در طرح های فرکانس بالا ضروری است.
4صنایع مانند هوافضا، مخابرات و دستگاه های پزشکی به این تکنیک ها برای دستیابی به PCB های HDI با BGA های 0.4mm pitch و 10,000+ vias per square inch تکیه می کنند.

پوشش برقی تخت و پر کردن حفره در PCB های HDI چیست؟
PCB های HDI برای صرفه جویی در فضا به اجزای فشرده و ویاس های کوچک نیاز دارند، اما این ویژگی ها چالش های منحصر به فرد تولید را ایجاد می کنند.
الکتروپلاستی صاف: یک فرآیند الکتروپلاستی تخصصی است که یک لایه یکنواخت از مس را در سراسر سطح PCB و در ویاس ها قرار می دهد و یک پایان صاف و حتی را با حداقل تغییرات ضخامت تضمین می کند.این امر برای حفظ مقاومت کنترل شده در مسیرهای با سرعت بالا بسیار مهم است.
2پر کردن سوراخ: فرآیند پر کردن میکروویا (سوراخ های کوچک که لایه ها را به هم متصل می کنند) با مواد رسانا یا غیر رسانا برای از بین بردن حفره ها، افزایش قدرت مکانیکی،و بهبود عملکرد حرارتی و الکتریکی.

چرا PCB های HDI به این فرآیندها نیاز دارند؟
PCB های سنتی با ویاس های بزرگ (≥200μm) می توانند از پوشش استاندارد استفاده کنند، اما طرح های HDI با میکروویاس (50 ¢ 150μm) نیاز به دقت دارند:
a. یکپارچگی سیگنال: سیگنال های با سرعت بالا (25Gbps+) نسبت به خشکی سطح و تغییرات مقاومت حساس هستند، که الکترواستیشن مسطح آن را به حداقل می رساند.
ب.اعتماد پذیری مکانیکی: لوله های پر نشده به عنوان نقاط استرس عمل می کنند و در طول چرخه حرارتی خطر ترک را دارند. لوله های پر شده استرس را توزیع می کنند و میزان شکست را 50٪ کاهش می دهند.
مدیریت حرارتی: لوله های پر شده گرما را از اجزای داغ (به عنوان مثال، فرستنده های 5G) خارج می کنند و دمای عملیاتی را 15 ≈ 20 °C کاهش می دهند.

الکتروپلاستی صاف: دستیابی به لایه های مس یکنواخت
الکترواستیشن صاف تضمین می کند که ضخامت مس در سراسر PCB سازگار است، حتی در فضاهای تنگ مانند از طریق دیوارها و زیر اجزای آن.

نحوه کار الکتروتوپلاستی تخت
1.پیش از درمان: PCB برای حذف اکسید ها ، روغن ها و آلاینده ها تمیز می شود ، و چسبندگی مناسب مس را تضمین می کند. این شامل میکرو اتش برای ایجاد یک سطح خشن برای چسبندگی بهتر است.
2تنظیم حمام الکترولیت: PCB در حمام الکترولیت سولفات مس با افزودنی ها (سطح کننده ها، روشن کننده ها) که تثبیت مس را کنترل می کنند، غوطه ور می شود.
3استفاده از جریان: یک جریان کنترل شده پایین (1 ¢ 3 A / dm2) اعمال می شود و PCB به عنوان کاتود عمل می کند. یون های مس در حمام به PCB جذب می شوند.به طور مساوی در سطح و در ویاس ها قرار می گیرد.
4عوامل سطح بندی: افزودنی های موجود در الکترولیت به مناطق دارای جریان بالا (به عنوان مثال، لبه های ردیابی) مهاجرت می کنند، که رسوب مس را در آنجا کاهش می دهد و اطمینان از ضخامت یکنواخت در سراسر هیئت مدیره را فراهم می کند.
نتیجه: تغییر ضخامت مس ±5μm، در مقایسه با ±15μm با پوشش سنتی، برای تحمل مقاومت HDI (±10٪) بسیار مهم است.

مزایای الکتروپلاستی تخت در PCB های HDI
1مقاومت کنترل شده: ضخامت مس یکنواخت تضمین می کند که مقاومت ردیابی در مشخصات طراحی (به عنوان مثال 50Ω ± 5Ω برای سیگنال های RF) باقی بماند و بازتاب سیگنال را کاهش دهد.
2کاهش از دست دادن سیگنال: سطوح صاف (Ra <0.5μm) از دست دادن اثر پوست را در فرکانس های بالا (28GHz +) به حداقل می رساند و از پوشش سنتی (Ra 1 ¢ 2μm) برتر است.
3قابلیت جوش بهبود یافته: سطوح مسطح باعث تشکیل پیوسته مفصل جوش می شود، که برای BGA های 0.4mm pitch که حتی تغییرات کوچک می تواند باعث باز شدن یا کوتاه شدن شود، حیاتی است.
4قابلیت اطمینان افزایش یافته: لایه های مس یکسانی در طول چرخه حرارتی (-40 °C تا 125 °C) ، نقطه شکست رایج در PCB های HDI مقاومت می کنند.

پر کردن حفره ها: از بین بردن حفره ها در میکروویا
میکروویا ها در PCB های HDI (قطر 50-150μm) برای پوشش سوراخ های سنتی بسیار کوچک هستند، که حفره ها را ترک می کند.پر کردن سوراخ این مسئله را با پر کردن کامل ویاس ها با مواد رسانا یا غیر رسانا حل می کند.

انواع تکنیک های پر کردن حفره

چرا پر کردن حفره مهم است؟
1.خلاء ها را از بین می برد: خلاء ها در ویاس ها هوا را گیر می کنند که باعث از دست دادن سیگنال (به دلیل تغییرات ثابت دی الکتریک) و نقاط گرم حرارتی می شود. ویاس های پر شده ضخامت سیگنال را در 28GHz 30٪ کاهش می دهند.
2مقاومت مکانیکی: ویاس های پر شده به عنوان پشتیبانی ساختاری عمل می کنند، از انحراف PCB در طول لایه بندی جلوگیری می کنند و استرس بر روی مفاصل جوش را کاهش می دهند.
3رسانایی حرارتی: لوله های پر از مس رسانا ۴ برابر بهتر از لوله های پر نشده گرما را منتقل می کنند که برای اجزای حساس به گرما مانند ماژول های 5G PA بسیار مهم است.
4مونتاژ ساده: ویاس های پر شده و مسطح یک سطح صاف ایجاد می کنند و امکان قرار دادن دقیق اجزای باریک را فراهم می کنند (به عنوان مثال ، 0201 غیر فعال).

فرآیند پر کردن حفره
برای پر کردن رسانای مس (معمولا در PCB های HDI با قابلیت اطمینان بالا):
1از طریق آماده سازی: میکروویا ها (لازر یا مکانیکی) حفاری می شوند و برای حذف بقایای اپوکسی، اطمینان از چسبندگی مس.
2.پرده گذاری لایه دانه: یک لایه نازک (0.5μm) دانه مس از طریق دیواره ها اعمال می شود تا امکان الکترواستیشن را فراهم کند.
3الکتروپلاستی: یک پالس جریان بالا (510 A / dm2) اعمال می شود که باعث می شود مس سریعتر در پایین قرار گیرد و آن را از داخل به بیرون پر کند.
4.پلان سازی: مس اضافی روی سطح از طریق پولیش مکانیکی شیمیایی (CMP) حذف می شود و از طریق آن پر می شود و با سطح PCB شستشو می شود.

مقایسه پوشش های سنتی و HDI
فرآیندهای سنتی PCB با ویژگی های کوچک HDI مبارزه می کنند، که باعث می شود الکترواستاتیک صاف و پر کردن سوراخ ضروری باشد:

کاربردهایی که نیاز به الکتروپلاستی مسطح و پر کردن سوراخ دارند
این تکنیک ها در صنایع که عملکرد و قابلیت اطمینان PCB HDI قابل مذاکره نیست، حیاتی هستند:
1مخابرات و 5G
a.5G Base Stations: HDI PCBs با ویاس های پر از مس و پوشش مسطح، سیگنال های 28GHz/39GHz mmWave را مدیریت می کنند، که از دست دادن کم و خروجی داده های بالا (10Gbps+) را تضمین می کند.
ب.اسمارتفون ها: اسمارتفون های 5G از PCB های HDI 6 ٫8 لایه با BGA های 0.4 میلی متر استفاده می کنند و به این فرآیندها برای متناسب کردن مودم ها، آنتن ها و پردازنده ها در طرح های باریک تکیه می کنند.
مثال: PCB اصلی یک گوشی هوشمند 5G از بیش از 2000 میکروویای پر از مس و ردیف های الکتروپلاستی مسطح استفاده می کند که سرعت دانلود 4 گیگابایت در ثانیه را در یک دستگاه 7.5 میلی متر ضخیم امکان پذیر می کند.

2دستگاه های پزشکی
a. قابل کاشت: دستگاه های ایجاد ضربان قلب و محرک های عصبی از PCB های HDI سازگار با زیست (ISO 10993) با ویاس های پر از اپوکسی استفاده می کنند که اطمینان از قابلیت اطمینان در مایعات بدن و کاهش اندازه 40٪ در مقایسه با PCB های سنتی را تضمین می کند.
ب. تجهیزات تشخیصی: تحلیلگرهای خون قابل حمل از PCB های HDI صاف برای اتصال حسگرها و پردازنده های کوچک استفاده می کنند، که از طریق آنها از ورود مایعات جلوگیری می شود.

3هوافضا و دفاع
a.حموله های مفید ماهواره ای: PCB های HDI با ویاس های پر از مس در برابر تشعشعات و دمای شدید (-55 °C تا 125 °C) مقاومت می کنند.با پوشش مسطح که یکپارچگی سیگنال پایدار را برای ارتباطات بین ماهواره ای تضمین می کند.
ب. رادیوهای نظامی: PCB های HDI مقاوم از این فرآیندها برای دستیابی به عملکرد فرکانس بالا (18 گیگاهرتز) در محفظه های فشرده و مقاوم به شوک استفاده می کنند.

4الکترونیک صنعتی
a.ADAS خودرو: PCB های HDI در سیستم های رادار و LiDAR برای مقاومت در برابر ارتعاش (20G +) و پوشش مسطح برای یکپارچگی سیگنال 77GHz ، که برای جلوگیری از برخورد حیاتی است ، به ویاس های پر شده تکیه می کنند.
ب. رباتیک: کنترل کننده های بازوی رباتیک فشرده از PCB های HDI با اجزای 0.2 میلی متر استفاده می کنند که با الکترواستیک کردن مسطح و پر کردن سوراخ برای کاهش اندازه و بهبود زمان پاسخ امکان پذیر است.

چالش ها و راه حل ها در پوشش HDI
در حالی که این فرآیندها نوآوری HDI را امکان پذیر می کنند، آنها با چالش های منحصر به فرد همراه هستند:

سوالات عمومی
س: کوچکترین کانال که می تواند با این تکنیک ها پر شود چیست؟
A: میکروویا های لیزر سوراخ شده به اندازه 50μm می توانند به طور قابل اعتماد با مس یا اپوکسی پر شوند، اگرچه 100μm برای تولید رایج تر است.

س: آیا پر کردن غیر رسانا (اپوکسی) به اندازه پر کردن مس قابل اعتماد است؟
ج: برای سیم های سیگنال، پر کردن اپوکسی عملکرد مکانیکی و حرارتی خوبی را با هزینه کمتر ارائه می دهد. پر کردن مس برای سیم های قدرت که نیاز به رسانایی بالا دارند بهتر است.

س: گالری فلیکت چگونه بر انعطاف پذیری PCB تأثیر می گذارد؟
A: الکتروپلاستی تخت از لایه های مس نازک تر (12μ35μm) نسبت به پوشش سنتی استفاده می کند، که آن را برای PCB های انعطاف پذیر HDI (به عنوان مثال، پیچ های تلفن تاشو) با انعطاف پذیری بهبود یافته مناسب می کند.

س: زمان تحویل معمولی برای PCB های HDI با این فرآیندهای چیست؟
ج: 10-14 روز برای نمونه های اولیه، در مقایسه با 5-7 روز برای PCB های سنتی، به دلیل مراحل دقیق در پوشش و پر کردن.

س: آیا این فرآیندها با RoHS و سایر استانداردهای زیست محیطی سازگار هستند؟
A: بله ✅پلیٹنگ مس و پر کردن اپوکسی از مواد بدون سرب استفاده می کنند، مطابق با استاندارد RoHS، REACH و IPC-4552 برای الکترونیک.

نتیجه گیری
الکتروپلاستی تخت و پر کردن سوراخ قهرمانان ناشناخته تولید PCB HDI هستند، که امکان کوچک سازی و عملکرد بالا را که الکترونیک مدرن را تعریف می کند، فراهم می کند.با تضمین لایه های مس یکساناین فرآیندها امکان بسته بندی قابلیت های بیشتری را در فضاهای کوچکتر از تلفن های هوشمند 5G تا دستگاه های پزشکی نجات دهنده را فراهم می کنند.
همانطور که PCB های HDI به تکامل خود ادامه می دهند (با سیگنال های زیر 50μm و سیگنال های 112Gbps در افق) ، الکتروپلاستی صاف و پر کردن سوراخ حتی مهم تر خواهد شد.تولید کنندگان و طراحان که این تکنیک ها را تسلط دارند، در یک بازار که در آن اندازه، سرعت و قابلیت اطمینان همه چیز است.
در نهایت، این فرآیندهای دقیق ثابت می کنند که کوچکترین جزئیات در تولید PCB اغلب بیشترین تاثیر را بر دستگاه هایی که به آنها هر روز تکیه می کنیم، دارند.