Puolijohdelaitteessa 12-kerroksisilla piirilevyillä on keskeinen rooli ydinsirujen yhdistämisessä, korkeataajuisten signaalien ja korkeiden virtojen lähettämisessä. Sen valmistusprosessi vaatii erittäin korkeita tarkkuus-, vakaus- ja luotettavuusvaatimuksia. Verrattuna tavallisiin monikerroksisiin piirilevyihin, 12-kerroksisilla painetuilla piirilevyillä on monimutkaisempi rakenne, enemmän prosessivaiheita, ja niiden on mukauduttava puolijohdelaitteiden tiukoihin standardeihin signaalin eheyden ja lämmönpoiston osalta. Siksi valmistusprosessissa on useita keskeisiä vaikeuksia. Alkaen prosessin tärkeimmistä vaiheista, puramme 12-kerroksisten painettujen piirilevyjen valmistushaasteet puolijohdelaitteiden sovellusskenaarioissa.
1, Laminoitu prosessi: "tarkan sidoksen" haaste monikerroksisissa rakenteissa
Kerrostaminen on 12-kerroksisen piirilevyn valmistuksen ydinprosessi, joka vaatii 12 kerroksen substraattia, kuparikalvoa ja eristekerroksen yhdistämistä kokonaisuudeksi korkean lämpötilan ja korkean jännitteen avulla. Vaikeus piilee kohdistustarkkuudessa ja kerrosten välisen paksuuden tasaisuudesta, jotka ovat ratkaisevia signaalinsiirrossa puolijohdelaitteistoissa.
Kerrosten välisen kohdistuksen näkökulmasta 12-kerroksista piirilevyä on painettava useita kertoja, ja jokaisen painalluksen on varmistettava, että kunkin kerroksen grafiikan kohdistusvirhettä hallitaan hyvin pienellä alueella. Kuitenkin varsinaisessa valmistuksessa substraatti on altis termiselle muodonmuutokselle korkeissa lämpötiloissa, ja levyn tasaisuudessa voi esiintyä pieniä poikkeamia jokaisen laminoinnin jälkeen. Kun pinotaan 12 kerrokselle, kokonaiskohdistusvirhe voi ylittää kriittisen arvon. Kun kohdistustarkkuus ei täytä standardia, puolijohdelaitteiden korkeataajuisten signaalien lähetyshäviö kasvaa merkittävästi, ja jopa signaalin ylikuulumista voi esiintyä, mikä vaikuttaa laitteen normaaliin toimintaan.
Paksuuden tasaisuus on yhtä haastavaa. 12-kerroksisen piirilevyn on ohjattava kunkin kerroksen paksuuden kokonaispaksuutta ja poikkeama-aluetta. Puristusprosessin aikana epätasainen paineen jakautuminen ja erot kutistumisnopeuksissa alustan ja eristekerroksen välillä voivat kuitenkin johtaa ongelmiin, kuten "paksu keskeltä, ohut reunoista" tai paikallisia ulkonemia lopullisessa levyssä. Puolijohdelaitteiden alueilla, jotka vaativat tarkkuusliittimien asentamista, liiallinen paksuuspoikkeama voi johtaa liittimen huonoon kosketukseen ja lisätä laitevian riskiä.
2, Mikroreiän käsittely: kaksi haastetta, pieni huokoskoko ja kuvasuhde
Puolijohdelaitteiden 12-kerroksinen piirilevy vaatii suuren määrän mikrohuokosia kerrosten välisten piiriyhteyksien aikaansaamiseksi. Nämä mikrohuokoset eivät ole kooltaan vain pieniä, vaan niiden on myös läpäistävä 12 alustakerrosta, joiden syvyyden ja halkaisijan suhde on paljon suurempi kuin tavallisten monikerroksisten painettujen piirilevyjen suhde, mikä lisää huomattavasti valmistusvaikeutta.
Ensinnäkin on kysymys porauksen tarkkuudesta. Äärimmäisen pienen aukon ansiosta poranterä on altis "värähtelylle" suuren-nopeuden pyöriessä, mikä johtaa aukon poikkeamiin ja jopa naarmuihin reiän seinämässä. Samanaikaisesti 12 kerroksen alustan materiaalierot nopeuttavat poranterän kulumisnopeutta. Jos sitä ei vaihdeta ajoissa, seuraavien mikrohuokosten huokoskoon tarkkuus pienenee edelleen. Puolijohdelaitteessa mikrohuokoskoon poikkeama voi johtaa kuparikerroksen epätasaiseen paksuuteen pinnoitettujen reikien sisällä, tehostaa paikallista kuumenemista virransiirron aikana ja vaikuttaa laitteen lämmönpoistokykyyn.
Syvempi haaste on huokosseinämän laadussa. 12-kerroksisen piirilevyn mikrohuokosten on käytävä läpi "porauksen ja elektrolyyttisen pinnoituksen" prosessi, jossa porausprosessi edellyttää hartsijäämien poistamista reiän seinämästä. Mikrohuokosten kapea huokoskoko vaikeuttaa kuitenkin puhdistusliuoksen täydellistä tunkeutumista. Jos poraus ei ole perusteellista, kuparikerros ei voi kiinnittyä tiukasti reiän seinämään galvanoinnin aikana, ja myöhemmässä käytössä voi tapahtua "reiän seinämän kuoriutumista", mikä aiheuttaa piirin katkeamisen. Lisäksi liiallinen sivusuhde vaikeuttaa virran jakautumista tasaisesti reiän pohjalle galvanoinnin aikana ja kuparikerroksen paksuus reiän pohjassa on riittämätön. Puolijohdelaitteiden suurivirtaskenaarioissa reiän pohjalla oleva kuparikerros on altis ylikuumenemiselle ja palamiselle.
3, kuparin paksuuden hallinta: ristiriita globaalin tasaisuuden ja paikallisen paksuuntumisen välillä
Puolijohdelaitteiden 12-kerroksisen piirilevyn kuparin paksuusvaatimuksella on "kaksoisisuus": toisaalta kuparin globaalin paksuuden on oltava tasainen signaalin vakaan siirron varmistamiseksi; Toisaalta joillakin alueilla kuparin paksuus on paikallisesti paksunnettava lämmönpoiston ja virrankestävyyden parantamiseksi, mikä voi helposti johtaa konflikteihin valmistuksessa.
Globaalin kuparin paksuuden tasaisuuden saavuttamisen vaikeus piilee galvanointiprosessissa. 12-kerroksisen piirilevyn pinta-ala on yleensä suuri, ja virran jakautumiseen pinnoitussäiliössä vaikuttaa helposti levyn muoto ja ripustuskiinnikkeen sijainti, mikä johtaa eroihin kuparin paksuudessa levyn reunojen ja keskikohdan välillä. Lisäksi 12-kerroksisessa piirilevyssä olevat mikroreiät ja sokeat reiät "kääntävät" virran, jolloin kuparin pinnan paksuus reikien lähellä on ohuempi kuin muilla alueilla. Jos globaali kuparin paksuuspoikkeama on liian suuri, puolijohdelaitteiden eri reittien signaalin siirtonopeus vaihtelee, mikä johtaa datan synkronointiviiveeseen ja vaikuttaa laitteiden käsittelytehoon.
Kuparin paksuuden paikallinen paksuuntuminen aiheuttaa "liiallisen galvanoinnin" riskin. Kuparin paksuuden paikallisen paksuuntumisen saavuttamiseksi vastaavalla alueella on suoritettava toissijainen galvanointi. Toissijaisen galvanoinnin aikana virta on kuitenkin taipuvainen diffundoitumaan ympäröiville alueille, jolloin kuparin paksuus muilla kuin kohdealueilla ylittää standardin. Samaan aikaan siirtyminen paikallisesti paksunnetun alueen ja ympäröivän tavanomaisen kuparin paksuisen alueen välillä on altis "askelmille". Juotosmaskikerroksen myöhemmän pinnoituksen aikana vaiheisiin muodostuu helposti kuplia tai riittämätön paksuus, mikä johtaa kuparikerroksen paljastamiseen ja lisää hapettumisen ja oikosulun riskiä puolijohdelaitteistoissa.
4, Juotosmaskin pinnoite: tasapaino ohuen pinnoitteen ja korkean eristyksen välillä
Puolijohdelaitteiden 12-kerroksisen piirilevyn juotosmaskikerroksen on täytettävä sekä "ohuen pinnoitteen" että "korkean eristyksen" vaatimukset, jotta se mukautuisi kompaktiin asennustilaan ja korkeajännitteiseen työympäristöön laitteen sisällä. Näiden kahden valmistuksen vaatimuksen välillä on kuitenkin luonnollinen ristiriita.
Ohuiden pinnoitteiden pinnoitustarkkuutta on vaikea valvoa. Juotosmaskikerros käsitellään tavallisesti silkkipainatuksella tai ruiskupinnoituksella, ja 12-kerroksisen PCB:n pinnan hienovaraisten kuoppien ja painaumien vuoksi ohuet pinnoitteet ovat alttiita "vuodolle" tai "epätasaiselle paksuukselle". Jos esimerkiksi kaapimen paineensäätö on virheellinen silkkipainatuksen aikana, juotosmaskin kerroksen paksuus vaiheessa voi olla pienempi kuin standardiarvo. Ohut juotosmaskikerros voi kuitenkin heikentää eristystehoa, ja korkean -jännitteen signaalin siirto puolijohdelaitteessa on altis häiriöille, mikä aiheuttaa laitevikoja.
Korkea eristys asettaa tiukat vaatimukset juotoseston materiaalille ja kovettumisprosessille. Puolijohdelaitteiden käytön aikana painetut piirilevyt altistuvat korkeille lämpötiloille pitkän aikaa ja voivat joutua kosketuksiin syövyttävien kaasujen kanssa. Juotosesteen tulee kestää erinomaisesti korkeita lämpötiloja ja korroosiota. Ohuiden pinnoitteiden alla kovetusaineiden jakautuminen juotteenestossa on kuitenkin herkkä epätasaiseksi, mikä johtaa riittämättömään silloittumistiheyteen joillakin alueilla kovettumisen jälkeen, ja halkeilua esiintyy alttiita korkeissa-lämpötiloissa, mikä johtaa eristyskyvyn nopeaan heikkenemiseen ajan myötä.
5, Tasaisuuden säätö: keskeinen rajoite myöhempää kokoonpanoa ja lämmönpoistoa varten
Puolijohdelaitteiden 12-kerroksisen piirilevyn tulee olla erittäin tasainen, muuten se vaikuttaa tarttuvuuteen sirujen ja jäähdytyselementtien kanssa, mikä johtaa huonoon lämmönhajoamiseen tai kokoonpanovirheeseen. Kuitenkin monikerroksinen rakenne ja 12-kerroksisten painettujen piirilevyjen monimutkainen prosessi tekevät tasaisuuden hallinnasta "itsepäisen ongelman" valmistuksessa.
Toisaalta jännityksen vapautuminen monikerroksisen{0}}puristuksen jälkeen voi aiheuttaa levyn vääntymisen. Useiden laminointiprosessien aikana 12-kerroksisella piirilevyllä kunkin kerroksen materiaalin sisäinen jännitys kerääntyy jatkuvasti. Jäähtymisen jälkeen jännitys vapautuu, jolloin levy voi helposti taipua kuparifolion paksumpaa puolta kohti. Varsinkin kun paikallisessa kuparin paksuudessa on merkittävä ero, vääntyminen voi ylittää huomattavasti puolijohdelaitteiden vaatimukset.
Toisaalta myöhempien prosessien korkean lämpötilan-käsittely pahentaa tasaisuutta. Prosessit, kuten juotosmaskin kovetus, on suoritettava tietyssä korkeassa lämpötilassa. Tässä lämpötilassa piirilevylle tapahtuu lämpömuodonmuutos uudelleen. Jos jännitystä ei ole vapautettu kokonaan aikaisemmin, muodonmuutos menee päällekkäin. Puolijohdelaitteiden alueilla, jotka vaativat läheistä kosketusta jäähdytyselementtien kanssa, tasaisuuspoikkeamat voivat johtaa kosketuspinta-alan pienenemiseen, lämmönpoistotehokkuuden vähenemiseen, sirun kohonneeseen käyttölämpötilaan ja lyhentyneeseen laitteen käyttöikään.
6, Testaus ja korjaus: Laadunvalvonnan haasteet monimutkaisissa rakenteissa
Puolijohdelaitteiden 12-kerroksisen piirilevyn valmistusprosessi vaatii 100-prosenttisen täyden tarkastuksen, mutta monimutkaisen rakenteen vuoksi joitain vikoja on vaikea havaita, ja korjauksen vaikeus on erittäin korkea, mikä on suuri vaikeus laadunvalvonnassa.
Tarkastusprosessissa 12-kerroksisen piirilevyn sisäkerroksen vikoja on vaikea havaita tavanomaisen ulkonäkötarkastuksen avulla, ja ne vaativat röntgenilmaisun ja ultraääniskannauksen. Röntgenilmaisulla on kuitenkin rajoitettu pienten vikojen tunnistusnopeus, eikä se voi määrittää reiän seinämän ja sisemmän kuparikalvon välistä sidostilaa. Vaikka ultraääniskannaus voi havaita kerrosten välisen sidoksen, skannausresoluutio saattaa heikentyä 12 kerroksen paksuuden vuoksi, mikä saattaa jättää huomiotta paikallisia irrotusalueita. Nämä havaitsemattomat viat laajenevat vähitellen puolijohdelaitteiden pitkän{6}}käytön aikana, mikä johtaa viime kädessä piirivirheisiin.
Korjausprosessin haaste on vielä suurempi. Jos sisäkerroksessa havaitaan oikosulku tai huono mikroreikäpinnoite, 12-kerroksinen piirilevy on "korjattava kerros kerrokselta", eli eristekerros ja kuparikalvo kuoritaan pois kerros kerrokselta, viat korjataan ja puristetaan sitten uudelleen. Kuitenkin kerrostusprosessin aikana korkeat lämpötilat ja kemialliset reagenssit voivat helposti vahingoittaa ympäröiviä ehjiä kerroksia, mikä heikentää korjausten onnistumista. Vaikka korjaus onnistuisikin, uusia jännityskeskittymiä voi silti esiintyä puristetulla alueella. Puolijohdelaitteiden tärinäympäristössä korjaustyömaalla syntyy helposti halkeamia, joista tulee uusi mahdollinen vikavaara.