Многослойные печатные платы представляют собой конструкцию из чередующихся проводящих и изолирующих слоёв. Технология их производства объединяет фотолитографию, травление, ламинацию и гальваническое осаждение, причём качество изделия напрямую зависит от соблюдения режимов на каждом этапе.
Конструкция многослойных печатных плат
Отличия многослойной структуры от двусторонней
В двусторонней плате имеются два проводящих слоя, разделённых одним диэлектриком. В отличие от двусторонних плат, многослойные печатные платы содержат три и более проводящих слоя, которые чередуются с изолирующими прокладками. Внутренние слои связываются с наружными через переходные отверстия, что увеличивает плотность соединений и сокращает длину проводников.
Материалы и параметры слоёв
Проводники изготавливаются из медной фольги. Стандартная толщина фольги составляет 18, 35 или 70 мкм. В качестве изоляции применяются листовой стеклотекстолит и препрег — частично отверждённый связующий материал, который при нагревании соединяет слои. Толщина препрега и диэлектрическая проницаемость влияют на волновое сопротивление готовых цепей.
| Материал | Назначение | Типичные параметры |
|---|---|---|
| Медная фольга | Проводящий слой | Толщина 18, 35, 70 мкм |
| Препрег | Связующий изолятор | Толщина 50–200 мкм, отверждение при 170–180 °C |
| Стеклотекстолит | Жёсткая диэлектрическая основа | Толщина 0,1–3,2 мм, проницаемость 4,2–4,8 |
Технологическая последовательность производства
Формирование рисунка внутренних слоёв
На медное покрытие внутреннего слоя наносится фоторезист. После экспонирования через фотошаблон и проявления незащищённые участки меди удаляются травящим раствором. На этой операции контролируется совмещение рисунка: смещение даже на несколько микрометров приводит к несовпадению контактных площадок разных слоёв.
Сборка пакета и ламинация
- Внутренние слои чередуются с листами препрега.
- Пакет выравнивается по установочным отверстиям и скрепляется.
- При нагревании препрег размягчается, заполняет зазоры и отверждается.
Типичная температура ламинации — 165–185 °C, давление — 1–3 МПа. После охлаждения пакет превращается в монолитную заготовку. Нарушение температурного профиля создаёт внутренние напряжения и последующее коробление.
Сверление, металлизация и создание наружных слоёв
- Сверление переходных отверстий диаметром 0,15–0,3 мм; аспектное соотношение в многослойных платах достигает 10:1.
- Очистка стенок от смоляного облоя и нанесение тонкого слоя меди химическим способом.
- Электрохимическое доращивание меди до нужной толщины стенки.
Далее на наружных слоях формируется рисунок проводников по той же фотолитографической технологии, что и для внутренних слоёв.
Контроль качества многослойных плат
Оптический контроль и проверка совмещения
Автоматический оптический контроль выявляет разрывы, короткие замыкания, боковое подтравливание и посторонние включения после травления. Разрешение метода составляет порядка 10 мкм, что позволяет обнаруживать дефекты на ранней стадии. После ламинации внутренние слои скрыты диэлектриком, поэтому совмещение проверяется рентгеновским методом.
Электрическое тестирование и измерение импеданса
Каждая плата тестируется на целостность электрических цепей. Тестер фиксирует обрывы и короткие замыкания, подавая сигналы на контактные площадки. Для высокочастотных плат дополнительно измеряется волновое сопротивление: оно зависит от ширины проводника, толщины меди и диэлектрической проницаемости материала. Допуск обычно составляет ±5–10%.
Дефекты производства и их предотвращение
Расслоение, коробление и меры борьбы с ними
Расслоение возникает при недостаточном давлении или температуре ламинации, а также при несовместимости материалов с разными температурными коэффициентами расширения. Коробление чаще всего вызывается несимметричным распределением меди по слоям. Для предотвращения используется симметричный набор слоёв в пакете и контролируемая скорость нагрева и охлаждения.
Дефекты сверления и металлизации отверстий
Сверление выполняется твёрдосплавными свёрлами при скорости вращения 80–120 тысяч оборотов в минуту. Остатки эпоксидной смолы на стенках отверстий удаляются десмеарингом, иначе возникают пустоты в металлизированном слое. Недостаточная очистка стенок нарушает электрический контакт между внутренними слоями и снижает надёжность соединения.