2025-08-25
الصور التي يستخدمها الزبائن
لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات (PCBs) هي العمود الفقري للإلكترونيات الحديثة، مما يتيح التصميمات المدمجة عالية الأداء الموجودة في الهواتف الذكية والأجهزة الطبية والمركبات الكهربائية (EVs) ،والبنية التحتية 5Gعلى عكس لوحات PCB ذات طبقة واحدة أو طبقة مزدوجة ، تتراكم لوحات متعددة الطبقات 4 ٪ 40 + طبقات نحاسية موصلة منفصلة بواسطة مواد عازلة كهربائية ،تقليل حجم الجهاز بشكل كبير مع زيادة سرعة الإشارة ومعالجة الطاقة.
من المتوقع أن يصل سوق PCB متعدد الطبقات العالمي إلى 85.6 مليار دولار بحلول عام 2028 (Grand View Research) ، مدفوعًا بالطلب على السيارات الكهربائية و 5G. ومع ذلك ،إن تصنيع هذه اللوحات أكثر تعقيدا بكثير من اللوحات الرقميّة القياسية التي تتطلب محاذاة دقيقة، المواد المتخصصة، والاختبارات الصارمة. هذا الدليل يكسر عملية إنتاج PCB متعددة الطبقات، ويسلط الضوء على تحديات النماذج الأولية، ويوضح كيفية التغلب عليها،مع التركيز على أفضل الممارسات في الصناعة والرؤى القائمة على البيانات.
المعلومات الرئيسية
1.تقلل أقراص PCB متعددة الطبقات (4 + طبقات) من حجم الجهاز بنسبة 40٪ إلى 60٪ وتحسين سلامة الإشارة بنسبة 30٪ مقارنة مع تصاميم الطبقات المزدوجة ،مما يجعلها ضرورية للتطبيقات عالية السرعة (25Gbps+) وذات الطاقة العالية (10A+).
2تتطلب عملية الإنتاج 7 خطوات حاسمة: التصميم / اختيار المواد ، محاذاة الطبقة / طبقة ، الحفر ، الحفر ، الطلاء ، التشطيب السطحي ،و اختبار الجودة كل منها مع معانات صارمة (± 5μm لمحاذاة الطبقة).
3تتضمن تحديات النموذج الأولي خلل في محاذاة الطبقات (الذي يسبب 20٪ من فشل النموذج الأولي) ، وعدم توافق المواد (الذي يؤثر على 15٪ من اللوحات) ،ومحدودية رؤية الاختبار (إخفاء 30٪ من عيوب الطبقة الداخلية).
4يستخدم المصنعون المتقدمون مثل LT CIRCUIT الحفر بالليزر (الذي يقلل من وقت الإنتاج بنسبة 40٪) والفحص البصري الآلي (AOI) (خفض العيوب إلى < 1٪) لتبسيط الإنتاج.
عملية تصنيع أقراص PCB متعددة الطبقات
إنتاج أقراص PCB متعددة الطبقات هو سير عمل متسلسل ومدفوع بالتحديد يحول المواد الخام إلى دوائر وظيفية من الطبقات. تستند كل خطوة إلى الأخطاء السابقة في المراحل المبكرة.في وقت لاحق. أدناه تقسيم مفصل:
1التصميم واختيار المواد: أساس النجاح
الخطوة الأولى تحدد أداء اللوحة، قابلية التصنيع، والتكلفة.
تصميم التراص
يقوم المهندسون بإنشاء مخطط لـ"التراكم" الذي يرسم خرائط:
a. عدد الطبقات: 412 طبقة لمعظم التطبيقات التجارية (على سبيل المثال ، 6 طبقات للهواتف الذكية ، 12 طبقة لمحطات قاعدة 5G).
وظيفة الطبقة: أي طبقات هي الإشارة أو الطاقة أو الأرض (على سبيل المثال ، ′′إشارة-أرض-طاقة-أرض-إشارة′′ للوحات ذات 5 طبقات).
c.تحكم العائق: حاسمة للإشارات عالية السرعة، يتم تحديد حجم المسارات للحفاظ على 50Ω (متفرقة) أو 100Ω (أزواج التفاضل).
القاعدة الأساسية: ربط كل طبقة إشارة بمستوى أرضي مجاور لتقليل الصوت المتقاطع بنسبة 50٪
اختيار المواد
يتم اختيار المواد بناءً على الاستخدام المقصود لللوح (على سبيل المثال، درجة الحرارة، التردد، الطاقة). يقارن الجدول أدناه الخيارات الشائعة:
| فئة المواد | مثال | التوصيل الحراري | الثابت الكهربائي (Dk) | الأفضل ل | التكلفة (بالنسبة إلى FR4) |
|---|---|---|---|---|---|
| القالب (النواة) | FR4 (Tg العالي 170 درجة مئوية) | 0.3 W/m·K | 4.2446 | أجهزة الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة ذات الطاقة المنخفضة | 1x |
| روجرز RO4350 | 0.6 W/m·K | 3.48 | 5G، التردد العالي (28GHz+) | 5x | |
| البوليميد | 0.2 ∙0.4 و/م·ك | 3.0335 | أقراص PCB متعددة الطبقات المرنة (المتنقلة) | 4x | |
| ورق النحاس | 1 أوقية (35 ميكرومتر) | 401 W/m·K | لا | طبقات الإشارة | 1x |
| 2 أوقية (70 ميكرومتر) | 401 W/m·K | لا | طبقات الطاقة (10A+) | 1.5x | |
| Prepreg (اللاصق) | FR4 Prepreg | 0.25 W/m·K | 4.0 ¥45 | طبقات FR4 القياسية للاتصال | 1x |
| روجرز 4450F | 0.5 W/m·K | 3.5 | طبقات الارتباط عالية التردد | 4x |
مثال: يستخدم جهاز تحويل الكهرباء الكهربائية PCB 10 طبقات مع قلب FR4 (Tg 170 ° C) ، 2 أوقية من طبقات الطاقة النحاسية ، وتكلفة FR4 لمنع التوازن ومقاومة الحرارة (درجة الحرارة التشغيلية 150 ° C).
2محاذاة الطبقات والطلاء: ربط الطبقات بدقة
يدمج التصنيف الطبقات النحاسية والمواد الكهربائية المضادة في لوحة واحدة صلبة. سوء التوجيه هنا كارثي حتى ± 10 ميكرومتر يمكن أن يكسر الاتصالات الكهربائية.
المصفوفة خطوة بخطوة
1. قطع المعدات: يتم قطع أوراق من المعدات (ألياف الزجاج المغطاة بالراتنج) لتتناسب مع حجم القلب.
2بناء المكعب: يتم تكديس الطبقات في الترتيب المصمم (على سبيل المثال ، النحاس → المكعبة → النواة → المكعبة → النحاس) باستخدام دبوس الأدوات للمحاذاة الأولية.
3ضغط الفراغ: يتم وضع كومة في الصحافة التي تطبق:
a.درجة الحرارة: 170-180 درجة مئوية (تجعل الراتنج المضغوط يتجمد).
b. الضغط: 300-500 psi (إزالة فقاعات الهواء).
c.الوقت: 60 إلى 90 دقيقة (تختلف حسب عدد الطبقات).
4التبريد: يتم تبريد اللوحة إلى درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) لمنع التشوه.
التسامح الحرج: يجب أن يكون محاذاة الطبقة ± 5μm (يتحقق من خلال أنظمة المحاذاة البصرية) لتلبية معايير IPC-6012 لPCB متعددة الطبقات.
مشكلة شائعة: التراكم غير المتوازن (على سبيل المثال ، المزيد من النحاس على جانب واحد) يسبب التشوه. الحل: استخدم عدد الطبقات المتماثل (على سبيل المثال ، 6 طبقات بدلاً من 5).
3الحفر: إنشاء آثار الدوائر
يزيل الحفر النحاس غير المرغوب فيه من الطبقات لتشكيل آثار موصلة. بالنسبة لPCBات متعددة الطبقات ، يتم حفر الطبقات الداخلية أولاً ، ثم الطبقات الخارجية بعد التصفيف.
عملية الحفر
1تطبيق مقاوم للضوء: يتم تطبيق فيلم حساس للضوء على طبقات النحاس.
2التعرض: يتم عرض ضوء الأشعة فوق البنفسجية من خلال قناع ضوئي (شريط من تصميم الدائرة) ، وتصلب المقاومة الضوئية في مناطق الأثر.
3التطوير: يتم غسل المقاومة الضوئية غير المتصلبة ، مما يعرض النحاس ليتم حفرها.
4الحفر: يتم غمر اللوحة في مادة حفر (على سبيل المثال، برسلفات الأمونيوم) التي تذوب النحاس المعرض.
5إزالة المقاومة: يتم إزالة المقاومة الضوئية المتبقية ، مما يكشف عن الآثار النهائية.
| طريقة الحفر | الدقة (عرض المسار) | السرعة | الأفضل ل |
|---|---|---|---|
| الحفر الكيميائي | ± 0.05 ملم | سريع (2 ′′ 5min) | كميات عالية من الأدلة القياسية |
| حفر بالليزر | ± 0.01mm | بطيئة (1020 دقيقة) | آثار حركة دقيقة (0.1 ملم) ، نماذج أولية |
فحص الجودة: التفتيش البصري الآلي (AOI) يتحقق من عرض المسار والفاصل بين لوحات الرفض مع انحرافات > 10٪ من مواصفات التصميم.
4الحفر والإنشاء: ربط الطبقات
تتصل الشرائح (الثقوب) بطبقات النحاس ، مما يتيح الاستمرارية الكهربائية عبر اللوحة. تستخدم أقراص PCB متعددة الطبقات ثلاثة أنواع:
| عن طريق النوع | الوصف | نطاق الحجم | الأفضل ل |
|---|---|---|---|
| من خلال الثقب | يمر من خلال جميع الطبقات | 0.2 ∙ 0.5 ملم | اتصالات الطاقة (5A+) |
| طريق أعمى | يربط الطبقة الخارجية بالطبقات الداخلية (ليس جميعها) | 0.05 ≈ 0.2 ملم | طبقات الإشارة (25Gbps+) |
| مدفونة على طريق | يربط الطبقات الداخلية (لا تعرض للخارج) | 0.05 ≈ 0.2 ملم | التصاميم عالية الكثافة (مثل الهواتف الذكية) |
عملية الحفر
1حفر بالليزر: يستخدم في القنوات العمياء / المدفونة (0.05 ∼ 0.2 ملم) ، يحقق حفر بالليزر دقة ± 2 ميكرومتر ويتجنب تدمير الطبقات الداخلية.
2الحفر الميكانيكي: يستخدم لحفر الثقوب (0.2 ∼ 0.5 ملم) ، تعمل حفر CNC عند 10000 + RPM للسرعة.
3الحفر الخلفي: إزالة غير المستخدمة عبر القضبان (على اليسار من حفر الثقب) للحد من انعكاس الإشارة في التصاميم عالية السرعة (25Gbps +).
نقطة البيانات: الحفر بالليزر يقلل من العيوب المرتبطة بالمرور بنسبة 35٪ مقارنة بالحفر الميكانيكي للميكروفياس (<0.1mm).
5التصفيف: ضمان التوصيل
طلاء الطلاء من خلال الجدران وآثار النحاس بطبقة رقيقة من المعدن لتعزيز التوصيل ومنع التآكل.
الخطوات الرئيسية للطلاء
a. التخلص من اللطخات: المواد الكيميائية (مثل برمنغنيت) تزيل بقايا البوقسي من خلال الجدران، مما يضمن الالتصاق مع المعدن.
ب. التصفية النحاسية غير الكهربائية: يتم إيداع طبقة نحاسية رقيقة (0.5μm) عبر الجدران دون الكهرباء لتشكيل قاعدة موصلة.
c.الكهرباء: يتم غمر اللوحة في حمام كبريتات النحاس، ويتم تطبيق التيار على النحاس سميك (15 ‰ 30μm) على آثار والقنوات.
d.التصميم الاختياري: لتطبيقات عالية الموثوقية، يتم إضافة النيكل (2 5μm) أو الذهب (0.05 0.1μm) لتحسين قابلية اللحام.
6. التشطيب السطحي: حماية اللوحة
تحمي التشطيبات السطحية النحاس المعرض من الأكسدة وتحسين قابلية اللحام. يعتمد الاختيار على التكلفة والتطبيق وطول العمر:
| التشطيب السطحي | سمك | قابلية اللحام | مقاومة التآكل | التكلفة (نسبية) | الأفضل ل |
|---|---|---|---|---|---|
| ENEPIG (النيكل الخالي من الكهرباء الذهب الغمر الخالي من الكهرباء) | 2 5μm Ni + 0.1μm Pd + 0.05μm Au | ممتاز | ممتاز (1000 ساعة رش الملح) | 3x | الأجهزة الطبية، الفضاء الجوي |
| HASL (تسوية اللحام بالهواء الساخن) | 5 ‰ 20μm Sn-Pb أو Sn-Cu | جيد | معتدلة (500 ساعة رش الملح) | 1x | الإلكترونيات الاستهلاكية منخفضة التكلفة |
| ENIG (الذهب الغمر النيكل بدون كهرباء) | 2 ¢5μm Ni + 0.05μm Au | جيد جداً | ممتاز (1000 ساعة رش الملح) | 2.5x | الجيل الخامس، تصاميم الترددات العالية |
| OSP (محافظ للصلابة العضوية) | 0.1 ¢ 0.3 ميكرومتر | جيد | منخفضة (300 ساعة رش الملح) | 1.2x | الأجهزة ذات العمر القصير (مثل الأدوات الطبية المستخدمة مرة واحدة) |
المثال: يستخدم محطة قاعدة 5G PCB ENIG للحفاظ على سلامة الإشارة ومقاومة التآكل الخارجي.
7ضمان الجودة والاختبار: التحقق من الأداء
تتطلب أقراص PCB متعددة الطبقات اختبارات صارمة للكشف عن العيوب الخفية (على سبيل المثال ، القصير الداخلي). فيما يلي أكثر الاختبارات أهمية:
| نوع الاختبار | ما الذي يتحقق منه | المعايير | تم الكشف عن معدل الفشل |
|---|---|---|---|
| الفحص البصري الآلي (AOI) | عيوب السطح (على سبيل المثال، آثار مفقودة، جسور لحام) | IPC-A-600G | 80% من عيوب السطح |
| فحص الأشعة السينية | ملابس قصيرة من الطبقة الداخلية، من خلال الفراغات | IPC-6012C | 90% من العيوب الداخلية |
| اختبار المسبار الطائر | الاستمرارية الكهربائية، السراويل القصيرة | IPC-9252 | 95% من المشاكل الكهربائية |
| اختبار قوة القشرة | صلابة الطبقة | IPC-TM-650 2.4.8 | 85% من عيوب التصفيف |
| الدورة الحرارية | موثوقية في ظل تقلبات درجة الحرارة (-40 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية) | IEC 60068-2-14 | 70% من الفشل الطويل الأمد |
البيانات: يقلل الاختبار الشامل من معدلات فشل الميدان من 10٪ (لا اختبار) إلى < 1٪ (اختبار كامل).
تحديات النماذج الأولية في أقراص PCB متعددة الطبقات
إن إنتاج النماذج الأولية للوحات PCB متعددة الطبقات أكثر تعقيداً بكثير من لوحات طبقة واحدة، حيث تفشل 30% من النماذج الأولية بسبب مشاكل يمكن تجنبها. فيما يلي أكبر التحديات والحلول:
1. خطأ في محاذاة الطبقة
السبب: ارتداء دبوس الأدوات، تدفق الراتنج غير المتساوي، أو تشويه اللوحات أثناء التصفيف.
ب. التأثير: الاتصالات المكسورة، الدائرات القصيرة، و 20% من فشل النموذج الأولي.
c.الحل:
استخدام أنظمة محاذاة بصرية (دقة ± 2μm) بدلاً من دبوس الأدوات الميكانيكية.
قم بتصفية لوحات الاختبار الصغيرة من قبل للتحقق من صحة الموازنة قبل الإنتاج الكامل.
اختر التراكمات المتماثلة (على سبيل المثال ، 6 طبقات) لتقليل التشوه.
2. التناقضات المادية
السبب: الاختلافات في الثابتة الكهربائية (Dk) أو سمك النحاس من الموردين ؛ امتصاص الرطوبة في Prepreg.
تأثير: فقدان الإشارة (25% أعلى عند 28 جيجاهرتز) ، الحفر غير المتساوي، والتماسك الضعيف للطبقة.
c.الحل:
المواد المصدرة من الموردين المعتمدين بمعايير ISO 9001 (مثل روجرز وإيزولا) مع تساهلات Dk ضيقة (± 5%).
اختبار المواد الواردة: قياس Dk بمحلل الشبكة؛ فحص سمك النحاس بميكرومتر.
تخزين الحفرة في بيئة جافة (≤ 50% RH) لمنع امتصاص الرطوبة.
3. محدودة رؤية الاختبار
السبب: الطبقات الداخلية مخفية عن المراقبة البصرية؛ الميكروفيا صغيرة جداً لاستكشاف يدوي.
تأثير: 30% من عيوب الطبقة الداخلية (مثل السراويل القصيرة) لا تكتشف حتى التجميع النهائي.
c.الحل:
استخدم فحص الأشعة السينية للطبقات الداخلية وتكتشف الفراغات الصغيرة بحوالي 5μm.
تنفيذ اختبار المسبار الطائر لاختبارات الاستمرارية الكهربائية 1000+ نقطة في الدقيقة
إضافة نقاط الاختبار إلى الطبقات الداخلية (عن طريق القنوات العمياء) لتسهيل التحليل.
4قيود التكلفة والوقت
السبب: النماذج الأولية متعددة الطبقات تتطلب أدوات متخصصة (حفر ليزر، آلات الأشعة السينية) ؛ أحجام الدفعات الصغيرة (1050 وحدة) تزيد من تكاليف الوحدة الواحدة.
التأثير: تكلفة إنتاج النماذج الأولية أكثر بـ 3 × 5 أضعاف من تكاليف PCB القياسية؛ وتمتد أوقات التنفيذ إلى 2-3 أسابيع.
c.الحل:
تبسيط النماذج الأولية: استخدم 4 طبقات بدلاً من 6 طبقات، وتجنب الميكروفيا إن أمكن.
الشراكة مع الشركات المصنعة التي تقدم النماذج الأولية السريعة (5-7 أيام) لتقليل وقت التنفيذ.
الجمع بين مجموعات صغيرة في لوحة واحدة لخفض تكاليف الإعداد.
خبرتها في إنتاج أقراص PCB متعددة الطبقات
تتعامل شركة LT CIRCUIT مع تحديات التصنيع والنموذج الأولي مع التكنولوجيا المتقدمة ومراقبة العمليات، مما يجعلها شريك موثوق به لتطبيقات عالية الموثوقية:
1معدات التصنيع المتقدمة
a. الحفر بالليزر: يستخدم حفر ليزر الأشعة فوق البنفسجية لميكروفياسات 0.05 ∼ 0.2 ملم ، مما يقلل من وقت الإنتاج بنسبة 40 ٪ و عن طريق العيوب بنسبة 35 ٪.
b.التصفيف الآلي: تضمن أنظمة الموازنة البصرية (± 2μm) دقة الطبقة؛ تقوم مطابعات الفراغ بإزالة فقاعات الهواء.
c.AOI + دمج الأشعة السينية: يخضع 100٪ من الألواح لاختبار AOI (عيوب السطح) وأشعة السينية (الطبقات الداخلية) ، مما يقلل من العيوب إلى < 1٪.
2حلول النماذج الأولية
a. التكرار السريع: يوفر النموذج الأولي السريع لمدة 5 ′′ 7 أيام للوحات ذات 4 ′′ 12 طبقة ، مع عمليات فحص التصميم عبر الإنترنت للكشف عن عدم التوافق أو مشاكل المواد في وقت مبكر.
ب. المرونة المادية: مخزونات FR4 ، Rogers ، ومواد polyimide لتجنب تأخيرات التوريد ؛ تخصيص التراكمات للاحتياجات الفريدة (على سبيل المثال ، PCBات متعددة الطبقات المرنة).
c. دعم إصلاح الأخطاء: يوفر تقارير اختبار مفصلة (صور الأشعة السينية، بيانات المسبار الطائر) لمساعدة المهندسين على تحديد وإصلاح مشكلات النموذج الأولي.
3شهادات الجودة
LT CIRCUIT تلبي المعايير العالمية لـ PCBs متعددة الطبقات ، بما في ذلك:
أ.أيزو 9001:2015 (إدارة الجودة).
ب.IPC-6012C (مواصفات الأداء لPCBات متعددة الطبقات).
c.UL 94 V-0 (تخفيف الشعلة للاستخدام الاستهلاكي / الصناعي).
d.IATF 16949 (PCBs للسيارات للسيارات الكهربائية/ADAS).
أسئلة شائعة عن تصنيع أقراص PCB متعددة الطبقات
السؤال: كم طبقة لدى معظم أقراص PCB متعددة الطبقات؟
ج: تستخدم التطبيقات التجارية عادةً 4 ′′ 12 طبقة. تستخدم الهواتف الذكية 6 ′′ 8 طبقات ؛ تستخدم محطات قاعدة 5G ومحولات EV 10 ′′ 12 طبقة ؛ قد تستخدم أنظمة الفضاء الجوي 20 + طبقة.
السؤال: لماذا تكون أقراص PCB متعددة الطبقات أكثر تكلفة من أقراص PCB ذات طبقة واحدة؟
الجواب: أنها تتطلب مواد أكثر (النحاس، Prepreg) ، والمعدات المتخصصة (مثقوبات الليزر، آلات الأشعة السينية) ، والعمالة (المحاذاة الدقيقة، الاختبار)حجمها الأصغر وأداء أفضل غالبا ما يقلل من تكاليف النظام الكلية.
س: هل يمكن أن تكون أقراص PCB متعددة الطبقات مرنة؟
الجواب: نعم، تستخدم أقراص PCB متعددة الطبقات المرنة أسطوانات بوليميد ونحاس رقيق (1 أوقية) ، مما يتيح نصف قطر الانحناء صغيرًا إلى 0.5 ملم. وهي شائعة في الأجهزة القابلة للارتداء (الساعات الذكية) والهواتف القابلة للطي.
س: كيف أختار عدد الطبقات المناسب لتصميمي؟
ج: استخدم هذه القاعدة العملية:
1.4 طبقات: تصاميم ذات طاقة منخفضة وسرعة منخفضة (مثل أجهزة استشعار إنترنت الأشياء).
2.6 ′′8 طبقات: تصاميم عالية السرعة (10 ′′25 جيجابايت في الثانية) أو متوسطة الطاقة (5 ′′10A) (مثل الهواتف الذكية والتحكم الصناعي).
3.10+ طبقات: تصاميم عالية الطاقة (10A+) أو عالية التردد (28GHz+) (على سبيل المثال، محولات EV، محطات قاعدة 5G).
س: ما هي الحرارة العملية القصوى لـ PCB متعددة الطبقات؟
الجواب: يعتمد على الركيزة:
1.FR4 (Tg 170°C): 130~150°C العمل المستمر.
2روجرز RO4350 (Tg 280°C): 180~200°C العمل المستمر.
3البوليميد: -55 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية (تصاميم مرنة).
الاستنتاج
تصنيع أقراص PCB متعددة الطبقات هو فن دقيق يوازن بين تعقيد التصميم و علم المواد و التحكم في العمليةكل خطوة تتطلب الاهتمام بالتفاصيل، تطبيقات عالية الطاقة مثل الجيل الخامس والسيارات الكهربائية. تحديات النماذج الأولية (سوء التوجيه، العيوب الخفية) يمكن التغلب عليها باستخدام أدوات متقدمة (حفر الليزر،فحص الأشعة السينية) وشركاء ذوي خبرة مثل LT CIRCUIT.
وبما أن الإلكترونيات تستمر في التقلص وتتطلب أداءً أعلى، ستظل أقراص PCB متعددة الطبقات ضرورية.المهندسين يمكن تصميم ألواح أصغر، أسرع وأكثر موثوقية مع الحفاظ على التكاليف وأوقات التنفيذ تحت السيطرة.الاستثمار في الـ (PCB) المتعددة الطبقات الجيدة هو استثمار في نجاح منتجك.
أرسل استفسارك مباشرة إلينا
