Innováció előmozdítása: Mélységi útvonaltervezési folyamatok – páratlan pontosság elérése összetett PCB-kekben

A PCB-gyártásban egyre összetettebb és miniaturizáltabb tervek iránti igény folyamatosan feszegeti a hagyományos gyártási módszerek, beleértve a mélységi útvonalat is.

A mélységi útvonal elengedhetetlen több kulcsfontosságú PCB-alkalmazásban:

• Merev-hajlító PCB-k:Ezek a hibrid lapok merev metszeteket kombinálnak rugalmas összeköttetéssel, így precíz mélységi útvonalat igényelnek a hajlító rész tetején és/vagy alján lévő "csésze" eltávolításához.
• A sajtós PCB-k:A üregeket stratégiailag hozzák létre a PCB rétegein belül, hogy közvetlenül integrálják vagy beágyazzák az alkatrészeket a lapba.
• Rézérme PCB-k hűtőregényekhez:Nagy teljesítményű alkalmazásokban a rézérmék gyakran a PCB-kbe vannak beágyazva, hogy rendkívül hatékony, helyi hűtőelszívóként szolgáljanak. A mélységi útvonalat arra használják, hogy pontos zsebeket hozzanak létre ezekhez az érmékhez, biztosítva a tökéletes illeszkedést.

Ezekben az alkalmazásokban a siker nemcsak masszív gépeket, hanem kifinomult vezérlési funkciókat is igényel. A PCB-gyártók fejlett gépi jellemzőkre és folyamatmódszerekre támaszkodnak, hogy elérjék pontos mélységi útvonal-célaikat. Itt néhány kulcsfontosságú funkciót vizsgálok, amelyek lehetővé teszik a gyártók számára, hogy összetett mélységi útvonalválasztási kihívásokat kezeljenek.

Mélységi útvonal második mérőrendszerrel

A mély útvonalak gyakori helyzete állandó vágásmélységet eredményez, még akkor is, ha maga a PCB panel nem tökéletesen sík – ami gyakori előfordulás a gyártásban. Ilyen esetekben egy előre programozott Z-tengely mélységére támaszkodva egy fix referenciapontból eltérő eredményekhez vezethet.

Ennek leküzdésére a gépek egy második mérőrendszert használnak, amely általában egy nyomáslábat foglal magában, amelyet egy speciális betéttel vagy kefével szereltek fel, amely pontosan érinti a PCB felületét. A gép a mélységet a pontos érintkezési pillanattól számítja, és azt következetesen tartja fenn az útvonal során. Ez a dinamikus beállítás biztosítja, hogy a vezetett mélység pontosan a potenciálisan egyenetlen panel felületéhez képest legyen. Ennek a technológiának a tipikus és kritikus alkalmazása a mélységi útvonal a csésze eltávolításához merev-hajlító PCB-gyártásban.

1. ábra: Mélységi útvonal a második mérőrendszer mintái alapján.

Mélységi útvonal elektromos érintkezésből

Míg egy második mérőrendszer gyakran mechanikai érintkezést használ a mélységi számítások kezdeti pontjának meghatározására, az elektromos érintkezésből származó mélységút egy alternatív, precíz módszert kínál, amely kihasználja a PCB elektromos tulajdonságait. Ebben a megközelítésben a mélységi számítás kezdőpontjának kijelölt réteget földelni kell. Ez lehet a felső rézréteg vagy egy belső rézréteg. Az elektromosan vezető útvonalvezető eszköz érintkezik ezzel a földelt réteggel, így egy pontos jelet indít el, amely meghatározza a Z-tengely mélységmérésének nullapontját.

Ez a módszer különösen előnyös olyan alkalmazásokban, amelyek rendkívül szűk tűréseket és közvetlen hivatkozást igényelnek a vezető réteghez. Kizárja a nyomástalprendszereknél előforduló kisebb mechanikai eltéréseket, így kiváló ismétlődhetőséget biztosít, ha a célpont rézréteg.

2. ábra: Mélységi útvonal elektromos érintkezéssel a felső réteggel földelve.

3. ábra: Mélységi útvonal elektromos érintkezéssel a belső réteggel földelve.

Polírozás

Az elektromos érintkezés elvei alkalmazhatók egy "polírozási" funkcióban is. Ez a fejlett funkció kivételesen tiszta és pontos útvonalat biztosít, különösen akkor, ha a mélységi útvonal célja, hogy a rézréteget kitárja anélkül, hogy kárt okozna. A gép mélység-útvonal műveletet hajt végre. Amikor az eszköz elektromos érintkezést ér a cél rézréteggel, a Z-tengely mozgása automatikusan megáll. Az eszköz ezután enyhén halad az X- és/vagy Y-tengely mentén, minimálisan emelkedik a Z-tengelyen, tovább mozog az X- és/vagy Y tengelyeken, majd leereszkedik, hogy újra létrejöjjön az elektromos kapcsolat. Ez a szekvencia a polírozás részeként ismétlődik.

Ez az iteratív mikromozgás biztosítja, hogy a gép folyamatosan "érezze" a réz felületet. Az eredmény egy rendkívül precíz mélységi útvonalat eredményez, minimális behatolással a rézbe, hatékonyan "polírozva" a felületet azáltal, hogy eltávolítja a maradék dielektromos maradványokat vagy mikroburrokat, így tiszta rézfelületet kapunk, amely a későbbi folyamatokra készen áll.

Fejlett térképezési lehetőségek

Olyan alkalmazásoknál, amelyek a megmaradt rács egyenrangú vastagságát (a mélységi útvonal vége és a panel alsó felülete közötti pontos távolságot) igényli, az egyszerű, állandó mélységi útvonal gyakran nem elegendő a panel vastagságának veleszületett változásai miatt. Ilyen bonyolult esetekben elengedhetetlen, hogy a visszaállás panelről (az alsó felületről) készítsünk egy "térképet" az útvonaltervezési folyamat előtt.

Ez a leképezés nagy felbontású szkennelést vagy az alsó felszíni topográfia mérését foglalja magában. Az eredmény egy digitális "térképet" hoz létre, amely pontosan tájékoztatja az útvonalgépet a helyi vastagságváltozásokról. A gép vezérlőrendszere ezután minden útvonalon lévő pont Z-tengely mélységét állítja be a térkép szerint. Ez biztosítja, hogy még ha az eredeti panel vastagsága változik, a megmaradt lánc vastagsága következetesen egyenletes marad.

6. ábra: A hátsó panel mintájának térképe.

Érintőszonda

A vákuumasztal vagy adapter által biztosított stabilitásra építve a mélységi útvonal érintőszondával a legmagasabb pontosságot nyújtja a üregképződéshez. Egy speciális érintőszonda van felszerelve a Z-tengelyre, amely független és rendkívül pontos eszközt biztosít a tényleges mélység ellenőrzésére és vezérlésére az útvonalvezetési folyamat során.

Többféleképpen is használható az érintőszonda technológiája:

1. Egyetlen mérés + útvonalépítés:

• Mérje meg a panel felületét:Az érintőszonda pontosan mér egyetlen pontot a panel felületén, hogy végleges referencia legyen
• A panel felülete alapján meghatározott mélységig való átvezetés:Az útvonal a programozott mélységig fut el, a mért felületi pontra utalva

2. Többmérés + Útvonalak:

• A panel felületét érintőszondával mérjük:Az érintőszonda több pontot is pásztáz a panel felületén
• Különböző mérőpontok a panel felületén/térképezési folyamaton:Ez részletesebb topográfiai térképet hoz létre a szükséges területről
• Útvonal definiált mélységig a leképezett adatok átlagértéke alapján:Az útvonalat dinamikusan módosítják a leképezett adatpontok átlagára vagy interpolált értékére, kompenzálva a nagyobb területeken átlátható felületi szabálytalanságokat

3. Mérés az útvonal után:

• Mérje meg a panel felületét:Vegyünk egy kezdeti felületi referenciát
• Mérj egy alacsonyabb, már feldolgozott szintet, és ellenőrizd a mélységet:Egy kezdeti útvonalvezetés után az érintőszonda méri a irányított funkció mélységét a pontosság ellenőrzése érdekében. Ez kritikus minőségellenőrzési lépés lehet.

4. Adaptív üregútozás:Ez a pontosság csúcsa, zárt hurkú visszacsatolási rendszert alkalmazva:

• Érintésmérő felület mérése:Meghatározza a kezdő hivatkozást
• Útválasztás:Végrehajt egy kezdeti útvonalvezetést
• Mérd a mélységet érintőszondával:A szonda a repülés után elért mélységet méri
• Végső útvonal, ha szükséges:Ha a mért mélység eltér a céltól, a gép végső, adaptív útvonalvezetést hajt végre a megadott mélység eléréséhez. Ez a folyamat páratlan pontosságot biztosít.

Lézertok: amikor a mechanikus útvonal eléri a határait

Bár a mechanikai mélységútozás hatalmas lehetőségeket kínál, vannak olyan esetek, amikor korlátai miatt lézertechnológiát igényelnek a folyamatok kicsúsztatásához. Ezek az esetek gyakran akkor fordulnak elő, amikor olyan anyagokat dolgoznak fel, amelyeket nehéz gépezni, amikor a szükséges jellemzők és pontosság meghaladja a mechanikai képességeit, vagy amikor a hőhatást minimalizálni kell. A lézerek, különösen a csúcskategóriás, mint a PICO-zöldek, tökéletesek olyan feladatokhoz, mint például a rézpárnák vékony bevonatainak eltávolítása vagy az érintkezési párnák minimális sérüléssel való hozzáférése.

Egy PICO-zöld lézer képes mikronokat ablatálni minimális hatással a következő rétegre. Ez az érintkezésmentes, rendkívül precíz és helyi energia eljuttatás minimális hőhatást biztosít a környező anyagra, megőrizve az érzékeny rézpárnák és finomvonalas szerkezetek integritását. A lézeres skiving jobb irányítást és tisztaságot biztosít, mint a mechanikai módszerek speciális alkalmazásokhoz.

Összefoglalás

A rendkívül pontos mélységi útvonaltervezés képessége alapvető a mai összetett PCB-tervek elkészítésében, beleértve a merev-hajlító lapokat, beágyazott alkatrészeket tartalmazó PCB-ket, valamint azokat, amelyekhez integrált hűtőbordát igényelnek. Számos gépi funkció kulcsszerepet játszik a mélységi útvonalvezetés pontosságának biztosításában. Ezek közé tartoznak a korábban tárgyalt funkciók és képességek, valamint a szerszámstabilitást növelő szorító orsók, a pontos és gyors mozgást lehetővé tehető, valamint a állítható szelepek, amelyek pontos nyomásszabályozást biztosítanak a nyomástalpon esetében, többek között.

Ezeknek a gépi funkcióknak (vagy funkciók keverékének) stratégiai kombinációja és helyes alkalmazása, valamint megfelelő útvonalvezetési eszközök, megfelelő tartalék anyagok és egy tapasztalt folyamatmérnök szakmunkája lehetővé teszi, hogy a legösszetettebb és legigényesebb PCB-tervek elkészüljenek. Ezek a fejlett képességek elengedhetetlenek a modern elektronika összetett igényeinek kielégítéséhez, biztosítva a kiváló teljesítményt, megbízhatóságot és a miniaturizálást.