Kỹ thuật hiệu chỉnh kích thước tấm phôi (PCB Scaling) là một kỹ thuật được sử dụng để bù sai lệch do nhiệt sinh ra do quá trình cán ép các lớp mạch in PCB (lamination process). Kỹ thuật này nhằm đảm báo kích thước của tấm PCB sau chế tạo được chính xác, cũng như kích thước này ổn định trong suốt quá trình chế tạo.
Kiểm soát sự co ngót tấm phôi qua kỹ thuật PCB scaling
Sự co ngót trong quá trình cán ép nhiệt là một trong những thách thức thường gặp của các nhà sản xuất PCB. Trong quá trình cán, các vật liệu cách điện thường bị nở ra và co lại khác nhau. Việc này dẫn tới sự lệch căn chỉnh giữa các lớp, đặc biệt là các lỗ khoan hay via chìm (buried via). Các lỗ khoan giữa các lớp có thể không còn được căn chỉnh thẳng hàng một cách chính xác nữa. Từ đó dẫn tới hư hỏng trong quá trình chế tạo PCB.
Kỹ thuật PCB Scaling đơn giản là tăng hoặc giảm kích thước tấm phôi so với kích thước trên bản vẽ để bù lại sự co ngót/giãn nở trong quá trình cán nhiệt.
Ví dụ: trong một mạch PCB 8 lớp có kích thước 18”x24”, lớp thứ 2 và lớp thứ 3 có thể cần có tấm phôi mở rộng 0.014” ở chiều 18” và 0.012” ở chiều 24” để bù sự co ngót. Như vậy, tỷ lệ điều chỉnh là 0.00078” trên mỗi inch ở chiều 18” và 0.0005” trên mỗi inch ở chiều 24”. 
Hình 1. Minh họa việc sử dụng hệ số hiệu chỉnh (PCB Scaling Factor) bù trừ sự tăng giảm kích thước từng lớp mạch trong quá trình ep lớp.
Trong thực tế, các tấm phôi có thể co ngót hoặc giãn nở tuỳ vào từng bước trong quy trình, do đó, kỹ thuật PCB scaling có thể tăng hoặc giảm kích thước tấm phôi tuỳ theo thực tế. Với kỹ thuật PCB scaling, lỗ khoan sẽ đảm bảo luôn nằm chính giữa các pad đồng tròn ở tất cả các lớp, và vì vậy, sẽ đảm bảo kích thước vòng đồng (annular ring) xung quanh lỗ khoan. Đảm bảo kích thước vòng đồng giúp đảm bảo nhiều tham số thiết kế được phản ánh chính xác trên sản phẩm thật, cũng như tránh được các trường hợp lỗ khoan quá lệch, có thể gây đứt hoàn toàn vòng đồng.
5 tiêu chí năng lực mà nhà sản xuất PCB nên có liên quan tới kỹ thuật PCB scaling
Nếu bạn là người thiết kế phần cứng, thông thường bạn không cần tham gia vào kỹ thuật PCB scaling. Nhưng hiểu được năng lực của nhà sản xuất PCB mà mình lựa chọn khá quan trọng để đảm bảo các thiết kế của bạn đến được với thực tế.
Phần mềm tự học, tự nâng cấp PCB scaling
Nhà sản xuất PCB nên có một hệ thống dự đoán có khả năng phân tích các tham số xếp lớp (stack-up parameter) để điều chỉnh tham số tăng giảm kích thước. Phần mềm từ nhà sản xuất sẽ đánh giá và mô phỏng quá trình cán ép từ 4 góc độ khác nhau (hoặc thử nghiệm thực tế mà không mô phỏng) để đánh giá độ lệch, từ đó điều chỉnh kích thước tấm phôi.
Dù nhiều nhà sản xuất chỉ sử dụng một vài cấu hình stack-up nhất định để giảm thiểu khối lượng tính toán của khâu này, thì việc tính toán tham số căn chỉnh vẫn phải thực hiện do mật độ đồng, độ dày đồng hay mật độ lỗ khoan cũng ảnh hưởng rất nhiều đến bản chất tương tác nhiệt của tấm phôi.
Hình 2. Sử dụng phần mềm XACT để phân tích các lớp mạch và cập nhật hệ số PCB Scaling Factor dự đoán vị trí lỗ khoan chính xác.
Điểm nhận diện trên mỗi layer (internal target fiducials)
Mỗi lớp nên có một tập các điểm nhận diện (fiducials). Các điểm này sẽ giúp nhà sản xuất dễ đánh giá mức độ co ngót hay dịch chuyển của các lỗ khoan hơn.
Hệ thống khoan chính xác tự căn chỉnh trên cảm biến quang
Hầu hết các máy khoan laser hiện này đều trang bị tính năng tự căn chỉnh dựa trên điểm fiducial trên tấm phôi, trong khi đó không phải tất cả các máy khoan khác đều có tính năng này. Tuy nhiên, người thiết kế thường rất ít quan tâm đến thông tin này, và cũng khó có thể tiếp cận dạng thông tin này. Vì vậy, nếu thiết kế thực sự phức tạp, nên có cuộc tham quan nhà máy hoặc kiểm thử sau sản xuất.
Chụp ảnh bằng laser (Laser direct imaging – LDI)
Kỹ thuật cao cấp này căn chỉnh và điều chỉnh kích thước của từng lớp PCB một cách độc lập. LDI có thể kết hợp với máy khoan chính xác để tăng cường độ chính xác của quá trình gia công.
Kiểm tra bằng máy X-ray
X-ray rất quan trọng trong quá trình kiểm tra các mạch nhiều lớp, trong khi với các mạch 2 lớp chỉ cần tới AOI. Với nhiều nhà sản xuất, họ chấp nhất chế tạo các cấu hình stack-up khá phức tạp, hoặc thậm chí là theo ý người dùng. Trong nhiều trường hợp, họ có thể gặp các cấu hình phôi rất mới. Vì vậy, X-ray giúp cung cấp các tham số về độ lệch của các lớp bên trong, từ đó cung cấp thêm thông số để phần mềm ở mục 1 có thể dự đoán và đưa ra các hệ số điều chỉnh kích thước chính xác hơn.
Nguồn: Sierra Circuit
Dịch: Điện tử Hatakey