การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ได้ก่อให้เกิดความต้องการที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่องต่ออุตสาหกรรมการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) รวมถึงจำนวนชั้นของบอร์ดที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความหนาแน่นของลายวงจรที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ และความบางลงอย่างต่อเนื่องของชั้นภายใน ซึ่งทั้งหมดนี้นำไปสู่ความสำคัญที่เพิ่มมากขึ้นของโครงสร้างซ้อนชั้นของเลเยอร์และเทคโนโลยีการเคลือบฟิล์ม
เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดปัญหาด้านคุณภาพระหว่างกระบวนการลามิเนชัน เช่น การวางตำแหน่งผิดปกติ โดยทั่วไปจะต้องมีการฟิวชันก่อนการซ้อนชั้นระหว่างกระบวนการผลิตแผ่นหลายชั้นกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB)เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการหลอมแบบดั้งเดิม เทคโนโลยีการหลอมสมัยใหม่มีข้อดีคือประสิทธิภาพสูง ใช้งานง่าย และมีต้นทุนต่ำ ทำให้สามารถนำมาใช้ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น (PCB แบบหลายชั้น) ได้อย่างแพร่หลาย บทความนี้จะเริ่มจากเทคโนโลยีพื้นฐานของการผลิต PCB แบบหลอมตัว จากนั้นจะกล่าวถึงปัจจัยด้านพารามิเตอร์ที่มีผลต่อประสิทธิผลของการหลอมและระดับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการหลอม พร้อมทั้งนำเสนอข้อมูลอ้างอิงที่เชื่อถือได้จากพารามิเตอร์การหลอมที่เหมาะสมที่สุดที่ได้จากการศึกษา
หลักการของเทคโนโลยีฟิวชัน
ในฐานะเทคโนโลยีแบบดั้งเดิม เทคโนโลยีการย้ำหมุดได้รับการประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการย้ำหมุดก็มีข้อเสียบางประการเช่นกัน เช่น ต้นทุนของแผ่น PCB ที่สูงเนื่องจากต้นทุนของหมุดย้ำที่สูง การวางตำแหน่งคลาดเคลื่อนอันเนื่องมาจากการเสียรูปของแผ่นวงจร ความเสี่ยงที่บล็อกพิมพ์ (stencil) จะได้รับความเสียหาย รอยบุ๋มรูปหมุดย้ำบนแผ่นวงจร เป็นต้น ด้วยเหตุนี้ เทคโนโลยีการหลอมจึงถูกนำมาใช้แทนที่เทคโนโลยีการย้ำหมุดอย่างต่อเนื่อง
ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการหลอมเหลวของพรีเพรกเรซินอีพ็อกซี เทคโนโลยีการหลอมทำงานโดยทำให้พรีเพรกหลอมเหลวภายใต้อุณหภูมิที่กำหนด เพื่อให้เรซินอีพ็อกซีระยะ B ถูกเปลี่ยนเป็นเรซินอีพ็อกซีระยะ C โดยมีการเชื่อมต่อชั้นภายในผ่านกาว การหลอมเป็นหนึ่งในกระบวนการที่สำคัญที่สุดระหว่างการลามิเนต และประสิทธิภาพของมันเป็นตัวกำหนดพฤติกรรมของการลามิเนตโดยตรง องค์ประกอบสำคัญที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการหลอมประกอบด้วย:
• ความแม่นยำของระบบระบุตำแหน่ง
ประเภทของระบบการจัดวางตำแหน่งมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับความแม่นยำของการจัดแนวระหว่างชั้นภายใน ซึ่งส่งผลต่ออัตราส่วนเปอร์เซ็นต์ของอัตราการผ่าน ระบบการจัดวางตำแหน่งที่ดีเยี่ยมควรมีความเสถียร เชื่อถือได้ และสามารถทำซ้ำได้อย่างดี
• การออกแบบฟิวชันพอยต์
จุดหลอมรวมเป็นประเด็นสำคัญอย่างยิ่งในเทคโนโลยีการหลอมรวม ซึ่งเกี่ยวข้องกับรูปทรงหลากหลาย เช่น สี่เหลี่ยม วงกลม และวงรี พื้นที่ของจุดหลอมรวมควรมีความเหมาะสม เนื่องจากจุดหลอมรวมที่มีพื้นที่เล็กเกินไปมักทำให้การเชื่อมหลอมรวมมีความแข็งแรงไม่เพียงพอ ในขณะที่จุดหลอมรวมที่มีพื้นที่ใหญ่เกินไปมักทำให้เกิดการทะลุของภาพ ซึ่งอาจก่อให้เกิดจุดขาว การเชื่อมต่อที่หลวมระหว่างชั้นภายใน หรือการลอกแยกของชั้นวัสดุ
• ความเรียบของอุปกรณ์
ความเรียบของอุปกรณ์มีผลต่อความเอียงของแผ่น PCB ระหว่างกระบวนการเชื่อมหลอม การกระจายแรงระหว่างกระบวนการเชื่อมหลอม และสมดุลของโมเมนต์ ความไม่เรียบจะทำให้แผงวงจรเกิดการบิดเบี้ยว ซึ่งจะนำไปสู่การวางตำแหน่งที่คลาดเคลื่อนระหว่างชั้นต่าง ๆ
• การควบคุมอุณหภูมิและเวลา
ในกระบวนการใช้งานเทคโนโลยีการหลอมรวม ควรควบคุมอุณหภูมิและเวลาอย่างรอบคอบเพื่อหลีกเลี่ยงการไหม้ จุดขาว การหลุดบัดกรี และการเสื่อมสภาพ นอกจากนี้ โครงสร้างการซ้อนชั้นของแผ่น PCB ยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดผลลัพธ์ของการหลอมรวมด้วย
ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพการหลอมรวมในการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบฟิวชัน
• รอยต่อการเชื่อมแบบหลอมรวม
ตารางต่อไปนี้สรุปพันธะการหลอมและผลของการหลอมที่แตกต่างกัน เพื่อให้เหมาะสมกับชนิดต่าง ๆ ของรอยต่อการเชื่อมแบบหลอมรวม
|
รูปทรงรอยต่อการเชื่อมแบบหลอมรวม
|
ระหว่าง L1/2 และ PP
|
ระหว่าง L3/4 และ PP
|
ระหว่าง L5/6 และ PP
|
พันธบัตรเฉลี่ย
|
| วงกลม |
6.19 |
4.51 |
5.99 |
5.62 |
| 5.81 |
4.82 |
6.07 |
| 6.06 |
5.38 |
5.77 |
| สี่เหลี่ยมผืนผ้า |
9.77 |
7.89 |
9.46 |
8.71 |
| 9.90 |
6.78 |
9.58 |
| 8.75 |
6.94 |
9.32 |
จากตารางที่แสดงไว้ข้างต้น เนื่องจากพื้นที่ของจุดเชื่อมแบบหลอมเหลวทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้ามีขนาดใหญ่กว่าจุดเชื่อมแบบหลอมเหลวทรงกลมถึงสามเท่า แรงยึดเกาะที่เกิดจากจุดเชื่อมแบบหลอมเหลวทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าจึงมีค่ามากกว่าที่เกิดจากจุดเชื่อมแบบหลอมเหลวทรงกลมอย่างเห็นได้ชัด อย่างไรก็ตาม การไหลของเรซินที่เกิดจากจุดเชื่อมแบบหลอมเหลวทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้ามีปริมาณมากกว่าที่เกิดจากจุดเชื่อมแบบหลอมเหลวทรงกลมมาก เมื่อการไหลของเรซินมีมากเกินไป ส่วนขอบของแผ่นบางส่วนอาจสูงกว่าพื้นผิวแผ่น ซึ่งอาจทำให้เกิดแรงกดเสมือนบนขอบแผ่นได้
สำหรับผลิตภัณฑ์แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ขนาดเล็ก เนื่องจากจุดหลอมที่สามารถออกแบบได้มีจำนวนจำกัด และจุดเชื่อมแบบหลอมเหลวทรงกลมมีพื้นที่เล็ก แรงยึดเกาะจากการหลอมจึงไม่เพียงพอ ดังนั้นจึงควรเลือกใช้จุดเชื่อมแบบหลอมเหลวทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า และควรออกแบบตำแหน่งการหลอมอย่างรอบคอบ โดยการขยับแผ่นให้เข้าไปด้านในอย่างเหมาะสม จะสามารถแก้ไขข้อบกพร่องของการไหลของเรซินที่มากเกินไปได้
• อุณหภูมิหลอมเหลว
เมื่ออุณหภูมิการหลอมถึง 300°C พื้นที่การขยายตัวของการหลอมมีขนาดค่อนข้างใหญ่ แต่ประสิทธิผลของการหลอมกลับไม่ดี เมื่ออุณหภูมิการหลอมถึง 270°C พื้นที่การขยายตัวของการหลอมไม่สม่ำเสมอและมีความเสี่ยงต่อการแตกร้าว โดยประสิทธิผลของการหลอมก็ไม่ดีเช่นกัน เมื่ออุณหภูมิการหลอมถึง 285°C การขยายตัวของการหลอมมีความสม่ำเสมอและไม่มีความเสี่ยงต่อการแตกร้าว ส่งผลให้ได้ประสิทธิผลของการหลอมที่เหมาะสมที่สุด ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า ภายใต้เวลาในการหลอมและโครงสร้างการซ้อนชั้นของเลเยอร์ที่เท่ากัน 285°C เป็นอุณหภูมิการหลอมที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์หลายชั้น (multi-layer PCB)
• ฟิวชันไทม์
ที่อุณหภูมิการหลอมและโครงสร้างซ้อนชั้นของเลเยอร์ที่เทียบเท่ากัน เวลาในการหลอมที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อพื้นที่การขยายตัวของการหลอมและประสิทธิผลของการหลอม เมื่อเวลาในการหลอมเท่ากับ 12 วินาที พื้นที่การขยายตัวของการหลอมไม่สม่ำเสมอ มีความเสี่ยงต่อการแตกร้าว และให้ผลการหลอมที่ไม่ดี เมื่อเวลาในการหลอมเท่ากับ 18 วินาที พื้นที่การขยายตัวของการหลอมมีขนาดใหญ่และให้ผลการหลอมที่ไม่ดี เมื่อเวลาในการหลอมเท่ากับ 15 วินาที การขยายตัวของการหลอมมีความสม่ำเสมอ ไม่มีความเสี่ยงต่อการแตกร้าว และให้ผลการหลอมที่เหมาะสมที่สุด ดังนั้น ที่อุณหภูมิการหลอมและโครงสร้างซ้อนชั้นของเลเยอร์ที่เทียบเท่ากัน 15 วินาทีจึงเป็นเวลาในการหลอมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น (PCB) เวลาในการหลอมที่ยาวเกินไปหรือสั้นเกินไปจะทำให้เกิดผลการหลอมที่ไม่ดี
• การซ้อนชั้นเลเยอร์
ที่อุณหภูมิการหลอมและเวลาในการหลอมเท่ากัน การจัดเรียงซ้อนของชั้นที่แตกต่างกันจะเป็นตัวกำหนดพื้นที่การหลอมและผลของการหลอม ที่เวลาในการหลอมและอุณหภูมิการหลอมเท่ากัน พื้นที่การขยายตัวของการหลอมมีความสม่ำเสมอและไม่มีรอยร้าวเมื่อใช้พรีเพรก 2116 ส่งผลให้ได้ผลของการหลอมที่เหมาะสมที่สุด ที่เวลาในการหลอมและอุณหภูมิการหลอมเท่ากัน พื้นที่การขยายตัวของการหลอมมีความสม่ำเสมอแต่มีรอยร้าวเมื่อใช้พรีเพรก 7628 ซึ่งบ่งชี้ว่าเมื่อเวลาในการหลอมและอุณหภูมิการหลอมเท่ากัน พรีเพรกยิ่งบาง ผลของการหลอมจะยิ่งดี ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่าการจัดเรียงซ้อนของชั้นที่ใช้พรีเพรก 2116 หรือต่ำกว่านั้น เหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการหลอมในระหว่างกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น
ตามที่ได้อภิปรายไว้ในบทความนี้ มีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของการหลอมประสาน ได้แก่ รูปร่างของรอยต่อการเชื่อมด้วยการหลอม อุณหภูมิการหลอม เวลาในการหลอม และโครงสร้างการซ้อนชั้น รอยต่อการเชื่อมด้วยการหลอมรูปสี่เหลี่ยมให้ผลการหลอมที่ดีกว่ารอยต่อการเชื่อมด้วยการหลอมรูปวงกลม เมื่อโครงสร้างการซ้อนชั้นและเวลาในการหลอมเท่ากัน ยิ่งอุณหภูมิการหลอมสูง พื้นที่การขยายตัวของการหลอมก็จะยิ่งมาก อุณหภูมิการหลอมที่ต่ำเกินไปจะทำให้พื้นที่การขยายตัวของการหลอมไม่สม่ำเสมอและมีความเสี่ยงต่อการเกิดรอยร้าว ยิ่งเวลาในการหลอมนาน พื้นที่การขยายตัวของการหลอมก็จะยิ่งมาก เมื่อเวลาในการหลอมเกิน 15 วินาที พื้นที่การขยายตัวของการหลอมจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับเกิดผลการหลอมที่ไม่ดี โครงสร้างพรีเพรกยิ่งบาง การขยายตัวของการหลอมก็จะยิ่งสม่ำเสมอ ดังนั้น พรีเพรกชนิด 2116 หรือต่ำกว่าจึงเหมาะสมที่สุดสำหรับการหลอม
