Placas PCB com furo enterrado cegotornou-se uma operadora importante em áreas-de ponta, como comunicação 5G, aeroespacial, eletrônica médica, etc., graças às suas principais vantagens de "economizar espaço na placa, reduzir interferência de sinal e melhorar a integração de circuitos". No entanto, em comparação com placas PCB tradicionais-de passagem, a estrutura "não penetrante" e as características de "interconexão multi-camadas" dos furos cegos enterrados representam vários gargalos técnicos em seu processamento, e desvios de precisão em cada link podem levar diretamente à falha do produto.
1, A causa raiz das dificuldades de processamento
A dificuldade da placa PCB com furo enterrado cego reside em sua exigência de "precisão de dimensão espacial". Furos cegos e furos enterrados quebram a lógica simples dos furos passantes tradicionais que penetram em toda a placa, exigindo interconexão precisa em profundidades e locais específicos dentro de um substrato de espessura limitada, ao mesmo tempo em que considera a sinergia de circuitos multi{1}}camadas. Esta estrutura traz dois desafios principais: primeiro, a dificuldade de controle de profundidade - a profundidade de perfuração de furos cegos precisa ser combinada com precisão com a distância da superfície até a camada interna alvo, e desvios além de uma faixa razoável podem levar a "não penetrar" ou "penetrar na camada interna"; O segundo é o problema do alinhamento entre camadas - o processamento de furos enterrados requer o cruzamento de vários substratos internos, e as diferenças na taxa de encolhimento e no deslocamento de referência de posicionamento do substrato laminado podem fazer com que os furos enterrados fiquem desalinhados com as almofadas de solda internas, levando a circuitos abertos ou curtos-circuitos.
2, Superação de dificuldades em processos essenciais
(1) Processo de perfuração:
A perfuração é a "primeira tábua de salvação" do processamento de furos cegos enterrados, e sua precisão determina diretamente o efeito de interconexão subsequente. Enfrenta principalmente três grandes dificuldades:
Dificuldade em controlar a profundidade do furo cego: a perfuração{0}}de furo passante tradicional requer apenas "perfuração através do substrato", enquanto os furos cegos exigem um controle rigoroso da profundidade de perfuração. Por um lado, o "efeito de ressalto" da rotação em alta-velocidade da agulha de perfuração pode levar ao desvio real de profundidade, especialmente quando o material do substrato é um material de alta-frequência, a baixa rigidez do material tem maior probabilidade de exacerbar a vibração da agulha de perfuração; Por outro lado, a espessura irregular de substratos multi{4}}camadas pode levar a discrepâncias entre a profundidade real de perfuração e a profundidade teórica, o que pode penetrar diretamente no circuito interno e danificar a estrutura interna do substrato.
Dificuldade em alinhar a "perfuração secundária" de furos enterrados: O processamento de furos enterrados geralmente adota o processo de "perfurar primeiro a camada interna dos furos enterrados, depois laminar e, finalmente, perfurar a camada externa dos furos cegos", entre os quais "alinhar a camada interna dos furos enterrados com a camada externa dos furos cegos" é a chave. Devido ao encolhimento térmico do substrato durante o processo de laminação, se houver um desvio entre a referência de posicionamento dos furos enterrados internos e a referência dos furos cegos externos, é altamente provável que cause "desalinhamento do furo". Quando o deslocamento excede uma faixa razoável, a área de sobreposição entre o furo cego externo e o furo enterrado interno será significativamente reduzida, resultando em má transmissão de corrente e até mesmo em um circuito aberto.
O problema da "perda do pino de perfuração" no processamento de micro furos cegos: Com o aumento da densidade da placa PCB, a aplicação de micro furos cegos está se tornando cada vez mais difundida. No entanto, a rigidez dos pinos de microperfuração é extremamente baixa e é provável que ocorra "quebra do pino" ou "desgaste" durante o processamento. Por um lado, a "proporção comprimento/diâmetro" das microagulhas de perfuração é geralmente grande e elas são propensas a "deformação por flexão" durante a rotação em alta-velocidade, resultando em rugosidade excessiva da parede do furo; Por outro lado, a ponta das microagulhas de perfuração desgasta-se rapidamente e precisa ser substituída com frequência, o que não só aumenta os custos, mas também pode resultar em "escória de perfuração" residual no fundo do furo devido à "falha na substituição das agulhas de perfuração desgastadas em tempo hábil", afetando a qualidade do revestimento subsequente.
(2) Processo de revestimento:
A "estrutura não penetrante" dos furos cegos enterrados leva à "dificuldade na troca da solução" durante o processo de revestimento e é propensa a "ausência de cobre na parede do furo" ou "espessura irregular do revestimento". As principais dificuldades refletem-se em:
O problema das "bolhas residuais" no fundo dos furos cegos: a deposição química de cobre é o processo central para obter condutividade na parede do furo. O substrato precisa ser imerso em uma solução de deposição de cobre para depositar uma fina camada de cobre na superfície da parede do furo. No entanto, a "extremidade fechada" dos furos cegos está sujeita ao ar residual, formando "bolhas" que impedem a área de entrar em contato com a solução de cobre, resultando em "ausência de cobre no fundo do furo". Especialmente quando o diâmetro e a profundidade dos furos cegos são menores e mais profundos, é mais difícil a expulsão de bolhas. Se não for tratado em tempo hábil, isso levará diretamente a um circuito aberto no circuito.
Dificuldade de atualização da solução dentro do furo enterrado: O furo enterrado fica localizado dentro do substrato e, após a laminação, existe um alto risco de “resíduo de filme semicurado” residual ou “escória de perfuração” dentro do furo. Se o pré-tratamento não for completo, isso afetará a adesão do revestimento. Ao mesmo tempo, durante o processo de galvanoplastia de cobre, o eletrólito no furo enterrado flui lentamente, resultando em uma menor concentração de íons de cobre no furo do que na superfície da placa, formando em última análise um fenômeno de "revestimento fino na parede do furo e revestimento espesso na superfície da placa", que não pode atender aos requisitos de transporte de corrente e é propenso a "superaquecimento e queima" após uso prolongado-.
O problema da "etapa de revestimento" em micro furos cegos: A junção entre a "abertura do furo" e a "superfície da placa" dos micro furos cegos é propensa a formar "etapas de revestimento" - devido à maior densidade de corrente na borda da abertura do furo em comparação com a parede do furo, "acúmulo de revestimento de borda" pode ocorrer durante a galvanoplastia, resultando na altura dos degraus excedendo a faixa razoável. Este tipo de etapa não afeta apenas o revestimento da camada de máscara de solda subsequente, mas também pode causar soldagem irregular durante a soldagem subsequente, levando à soldagem virtual.
(3) Processo laminado:
A estratificação é o processo de prensar o "substrato interno com furos enterrados" e a "folha semicurada" em um, e sua dificuldade reside em "controlar a taxa de encolhimento do substrato" e "evitar a deformação do furo enterrado":
O encolhimento da laminação leva ao "deslocamento do furo": Durante o processo de laminação, o substrato precisa ser mantido em um ambiente de alta temperatura e alta pressão por um determinado período de tempo, e a folha semicurada de resina epóxi sofrerá "fluxo" e "encolhimento de cura". Se o material do substrato interno não corresponder à taxa de encolhimento da folha semicurada, isso fará com que o substrato laminado se deforme, resultando no deslocamento dos furos enterrados. Quando o empenamento do substrato excede a faixa padrão, o desvio de alinhamento entre os furos enterrados e os furos cegos externos excederá diretamente os requisitos da indústria, afetando a funcionalidade do circuito.
O problema do "bloqueio do fluxo de cola" em furos enterrados: Filmes semicurados produzirão "fluxo de cola" durante a laminação e, se a quantidade de fluxo de cola for muito grande, fará com que os furos enterrados sejam bloqueados pela resina; Se a quantidade de fluxo adesivo for muito pequena, não será possível preencher as lacunas entre os substratos internos, resultando em ligação insuficiente entre camadas. Quando o furo enterrado é bloqueado até certo ponto pela resina, o cobre não consegue preencher o furo durante a galvanoplastia subsequente, resultando em falha de condutividade.
Dificuldade em controlar a "uniformidade de espessura" de substratos de múltiplas-camadas: placas PCB com furos cegos enterrados geralmente são estruturas de múltiplas-camadas e, durante a laminação, é necessário garantir que o desvio de espessura de cada camada esteja dentro de uma faixa razoável. Mas se a diferença de espessura da folha de cobre interna e a ordem de empilhamento das folhas semicuradas não forem razoáveis, isso levará à "espessura local muito espessa" ou "muito fina" do substrato laminado. Por exemplo, se houver muito empilhamento de filmes semi-curados em uma determinada área, a espessura se desviará do valor definido e a taxa de avanço da agulha de perfuração precisará ser ajustada durante a perfuração subsequente, o que pode facilmente levar a uma profundidade de furo cego excedendo o padrão.
Dificuldade em lidar com a direção
Em resposta às dificuldades acima mencionadas, a indústria desenvolveu uma série de soluções técnicas, centradas no “controlo de precisão” e na “melhoria da eficiência”:
Processo de perfuração: Adotando uma tecnologia composta de "perfuração a laser + perfuração mecânica" - a perfuração a laser pode obter processamento preciso de micro furos cegos, com desvio de profundidade controlado dentro de uma faixa muito pequena e sem problemas de desgaste da agulha de perfuração; A perfuração mecânica é usada para furos enterrados de diâmetro maior, juntamente com um "sistema de posicionamento visual CCD", que pode corrigir-em tempo real o desvio da posição do furo após a laminação, melhorando significativamente a precisão do alinhamento.
Processo de revestimento: Introdução da tecnologia “galvanoplastia por pulso”, ajustando periodicamente a densidade de corrente, promovendo o fluxo de eletrólito no furo enterrado, melhorando significativamente a uniformidade da espessura do revestimento na parede do furo; Em resposta ao problema das bolhas de furo cego, um equipamento de "deposição química de cobre a vácuo" é usado para descarregar as bolhas dentro do furo sob ambiente de pressão negativa, melhorando muito a cobertura da deposição de cobre.
Processo de estratificação: Desenvolver "filme semicurado de baixo encolhimento", combinado com "processo de laminação passo a-passo", para controlar o empenamento do substrato em um nível extremamente baixo; Ao mesmo tempo, o "software de simulação de vazão" é usado para calcular antecipadamente a vazão da folha semicurada para evitar o bloqueio dos furos enterrados.