Proces produkcji obwodów drukowanych

Obwody drukowane kierują prąd wokół ich powierzchni przez sieć miedzianych ścieżek. Złożony system tras miedzianych określa wyjątkową rolę każdego kawałka płytki elektronicznej. Płytki drukowane - PCB stanowią szkielet wszystkich głównych produktów elektronicznych.I PCB używane w prawie całej elektronice obliczeniowej, od prostych urządzeń, takich jak zegary cyfrowe, kalkulatory itp. Płytka drukowana przesyła sygnały elektryczne przez elektronikę, co spełnia wymagania dotyczące obwodu elektrycznego i mechanicznego urządzenia.Krótko mówiąc, PCB mówi elektryczności, gdzie ma iść, ożywiając elektronikę.

Etapy procesu produkcji PCB

Krok 1: Układ PCB i wyjście

Płytki elektroniczne powinny być ściśle kompatybilne z układem PCB stworzonym przez projektanta za pomocą oprogramowania do projektowania PCB.Powszechnie używane oprogramowanie do projektowania PCB obejmuje Eagle, Altium Designer, OrCAD, Pads, KiCad itp.

UWAGA: Najczęściej używanym oprogramowaniem PCB przez producenta PCB jest AD DXP PROTEL CMA350 PADS ect. Przed rozpoczęciem produkcji PCB projektanci powinni poinformować swojego producenta kontraktowego o wersji oprogramowania do projektowania PCB użytego do zaprojektowania obwodu, ponieważ pomaga to uniknąć problemów spowodowanych rozbieżnościami.

Po zatwierdzeniu projektu PCB do produkcji projektanci eksportują projekt do formatu obsługiwanego przez ich producentów.Najczęściej używany program nazywa się rozszerzonym Gerber. Gerber występuje również pod nazwą IX274X. Różne generacje oprogramowania Gerber. Wszystkie one kodują obszerne, istotne informacje, w tym miedziane warstwy śledzące, rysunek wiertła, otwory, oznaczenia komponentów i inne opcje. Wszystkie aspekty programu W tym momencie projekt PCB przechodzi kontrolę.Oprogramowanie wykonuje algorytmy nadzoru nad projektem, aby upewnić się, że żadne błędy nie pozostaną niewykryte.Projektanci sprawdzają również plan pod kątem elementów związanych z szerokością torów, rozstawem krawędzi desek, rozstawem torów i otworów oraz wielkością otworów.

Po dokładnym zbadaniu projektanci przesyłają plik PCB do PCB Fabricator w celu produkcji.Aby upewnić się, że projekt spełnia wymagania dotyczące minimalnych tolerancji podczas procesu produkcyjnego, prawie wszyscy producenci płytek drukowanych przeprowadzają kontrolę projektu do produkcji (DFM) przed wyprodukowaniem płytek drukowanych.

Krok 2: Od pliku do filmu – narysuj kształt miedzianej ścieżki

Producenci PCB używają specjalnej drukarki zwanej ploterem, która wykonuje klisze fotograficzne PCB do drukowania płytek drukowanych.Producenci będą wykorzystywać filmy do obrazowania PCB.Chociaż jest to drukarka laserowa, nie jest to standardowa drukarka laserowa.Plotery wykorzystują niezwykle precyzyjną technologię drukowania, aby zapewnić bardzo szczegółowy film projektu PCB.
Film

Produkt końcowy to arkusz z tworzywa sztucznego z negatywem fotograficznym płytki drukowanej wykonanym czarnym tuszem.W przypadku wewnętrznych warstw obwodu PCB czarny atrament reprezentuje przewodzące miedziane części PCB.Pozostała wyraźna część obrazu oznacza obszary nieprzewodzącego materiału.Warstwy zewnętrzne mają odwrotny wzór: przezroczysty dla miedzi, ale czarny odnosi się do obszaru, który zostanie wytrawiony.Ploter automatycznie wywołuje kliszę, a klisza jest bezpiecznie przechowywana, aby zapobiec niepożądanym kontaktom.

Każda warstwa PCB (płytka drukowana) i maska ​​​​lutownicza otrzymuje własny przezroczysty i czarny arkusz folii.W sumie dwuwarstwowa płytka PCB potrzebuje czterech arkuszy: dwóch na warstwy i dwóch na maskę lutowniczą.Co istotne, wszystkie filmy muszą do siebie idealnie pasować.Gdy są używane w harmonii, odwzorowują wyrównanie PCB. Aby osiągnąć idealne wyrównanie wszystkich filmów, otwory rejestracyjne powinny być przebite przez wszystkie folie.Dokładność otworu następuje poprzez regulację stołu, na którym leży folia.Kiedy drobne kalibracje stołu prowadzą do optymalnego dopasowania, dziurka jest dziurkowana.Otwory będą pasować do kołków rejestracyjnych w następnym kroku procesu obrazowania.

Film
Krok 3: Wykonanie warstw wewnętrznych - Wydrukuj rysunek na folii na folii miedzianej.

Ten krok w produkcji PCB przygotowuje do wykonania rzeczywistej płytki drukowanej.Podstawowa forma PCB (płytka drukowana) składa się z płyty laminowanej, której rdzeniem jest żywica epoksydowa i włókno szklane, które są również nazywane materiałem podłoża.Laminat służy jako idealny korpus do przyjmowania miedzi, która tworzy strukturę PCB.Materiał podłoża zapewnia solidny i odporny na kurz punkt wyjścia dla płytki drukowanej.Miedź jest wstępnie klejona po obu stronach.Proces polega na usunięciu miedzi, aby odsłonić projekt z filmów.

W konstrukcji PCB (obwodów drukowanych) czystość ma znaczenie.Laminat po stronie miedzi jest czyszczony i przekazywany do odkażonego środowiska.Na tym etapie ważne jest, aby na laminacie nie osadzały się cząsteczki kurzu.Zbłąkana drobina brudu może w przeciwnym razie spowodować zwarcie lub pozostanie otwartego obwodu.
Laminat miedziany czysty
Następnie czysty panel otrzymuje warstwę światłoczułej folii zwanej fotorezystem.Fotorezyst składa się z warstwy fotoreaktywnych substancji chemicznych, które twardnieją po wystawieniu na działanie światła ultrafioletowego.Zapewnia to dokładne dopasowanie kliszy fotograficznej do fotorezystora.Folie pasują do szpilek, które utrzymują je na miejscu nad panelem laminowanym. Folia i płyta ustawiają się w jednej linii i otrzymują podmuch światła UV.Światło przechodzi przez przezroczyste części filmu, utwardzając fotorezystor na miedzianej warstwie pod spodem.Czarny atrament z plotera zapobiega przedostawaniu się światła do miejsc, które nie mają stwardnieć i które są przeznaczone do usunięcia.

Po przygotowaniu płytki drukowanej przemywa się ją roztworem alkalicznym, który usuwa nieutwardzony fotorezyst.Końcowe mycie ciśnieniowe usuwa wszystko, co pozostało na powierzchni.Płyta jest następnie suszona.

Produkt wychodzi z maską odpowiednio pokrywającą obszary miedziane, które mają pozostać w ostatecznej formie.Technik sprawdza tablice, aby upewnić się, że na tym etapie nie wystąpiły żadne błędy.Cały opór obecny w tym momencie oznacza miedź, która pojawi się w gotowej płytce PCB (płytce drukowanej). Ten krok dotyczy tylko płytek z więcej niż dwiema warstwami.Proste płyty dwuwarstwowe przechodzą od razu do wiercenia.Płyty wielowarstwowe wymagają więcej kroków.

Krok 4: Usuwanie niechcianej miedzi

Po usunięciu fotorezystu i utwardzonym rezyście pokrywającym miedź, którą chcemy zachować, płytka przechodzi do następnego etapu: usunięcia niechcianej miedzi.Tak jak roztwór alkaliczny usunął maskę, silniejszy preparat chemiczny zjada nadmiar miedzi.Kąpiel w roztworze rozpuszczalnika miedzi usuwa całą odsłoniętą miedź.Tymczasem pożądana miedź pozostaje w pełni chroniona pod utwardzoną warstwą fotorezystu.

Nie wszystkie płyty miedziane są sobie równe.Niektóre cięższe płyty wymagają większych ilości rozpuszczalnika miedzi i różnych długości ekspozycji.Na marginesie, cięższe płyty miedziane wymagają dodatkowej uwagi przy rozstawie ścieżek.Większość standardowych płytek drukowanych opiera się na podobnej specyfikacji.

Teraz, gdy rozpuszczalnik usunął niechcianą miedź, utwardzona maska ​​zabezpieczająca preferowaną miedź wymaga zmycia.Zadanie to spełnia inny rozpuszczalnik.Płytka teraz lśni jedynie miedzianym podłożem niezbędnym dla PCB.
Krok 5: Wyrównanie warstw i kontrola optyczna

Gdy wszystkie warstwy są czyste i gotowe, warstwy wymagają wyrównywania stempli, aby upewnić się, że wszystkie są wyrównane.Otwory rejestracyjne wyrównują warstwy wewnętrzne z zewnętrznymi.Technik umieszcza warstwy w maszynie zwanej stemplem optycznym, która umożliwia dokładną zgodność, dzięki czemu otwory rejestracyjne są dokładnie dziurkowane.

Po złożeniu warstw nie ma możliwości poprawienia błędów występujących na warstwach wewnętrznych.Inna maszyna przeprowadza automatyczną kontrolę optyczną paneli w celu potwierdzenia całkowitego braku wad.Za model służy oryginalny projekt firmy Gerber, który otrzymał producent.Maszyna skanuje warstwy za pomocą czujnika laserowego i przystępuje do elektronicznego porównania obrazu cyfrowego z oryginalnym plikiem Gerber.

Jeśli maszyna wykryje niezgodność, porównanie jest wyświetlane na monitorze, aby technik mógł je ocenić.Gdy warstwa przejdzie kontrolę, przechodzi do końcowych etapów produkcji PCB.
 

Krok 6: Nakładanie warstw i wiązanie

Na tym etapie płytka drukowana nabiera kształtu.Wszystkie oddzielne warstwy czekają na połączenie.Gdy warstwy są gotowe i potwierdzone, po prostu muszą się połączyć.Warstwy zewnętrzne muszą łączyć się z podłożem.Proces przebiega w dwóch etapach: nakładanie warstw i łączenie.

Materiał warstwy zewnętrznej składa się z arkuszy włókna szklanego, wstępnie zaimpregnowanego żywicą epoksydową.Skrót tego nazywa się prepreg.Cienka folia miedziana pokrywa również górną i dolną część oryginalnego podłoża, na którym znajdują się wytrawiane ślady miedzi.Teraz nadszedł czas, aby połączyć je razem.

Klejenie odbywa się na ciężkim stalowym stole z metalowymi zaciskami.Warstwy bezpiecznie pasują do kołków przymocowanych do stołu.Wszystko musi ściśle przylegać, aby zapobiec przesuwaniu się podczas wyrównywania.

Technik rozpoczyna od umieszczenia warstwy prepregu na misce wyrównującej.Warstwa podłoża układana jest na prepregu przed położeniem blachy miedzianej.Kolejne arkusze prepregu leżą na warstwie miedzi.Na koniec zestaw uzupełniają folia aluminiowa i miedziana płyta dociskowa.Teraz jest przygotowany do prasowania.

Cała operacja przechodzi automatyczną rutynę uruchamianą przez komputer prasy klejącej.Komputer koordynuje proces nagrzewania komina, punkt, w którym należy zastosować nacisk i kiedy pozwolić stosowi ostygnąć z kontrolowaną szybkością.
Następnie następuje pewna ilość rozpakowań.Po uformowaniu wszystkich warstw w super kanapkę chwały PCB, technik po prostu rozpakowuje wielowarstwowy produkt PCB.Wystarczy usunąć kołki ograniczające i wyrzucić górną płytę dociskową.Dobro PCB wyłania się zwycięsko ze skorupy aluminiowych płyt dociskowych.Folia miedziana, zawarte w procesie, pozostaje do zewnętrznych warstw PCB.

Krok 7: Wiercenie

Na koniec w desce wierci się otwory.Wszystkie komponenty, które mają pojawić się później, takie jak połączenia miedziane przez otwory i elementy ołowiane, polegają na dokładności precyzyjnych otworów.Otwory są wiercone na szerokość włosa – wiertło osiąga średnicę 100 mikronów, podczas gdy włos osiąga średnicę 150 mikronów.

Aby znaleźć położenie celów wiertniczych, lokalizator rentgenowski identyfikuje właściwe miejsca docelowe wiertła.Następnie wierci się odpowiednie otwory rejestracyjne, aby zabezpieczyć stos dla szeregu bardziej szczegółowych otworów.

Przed wierceniem technik umieszcza płytkę z materiału buforowego pod celem wiertła, aby zapewnić wykonanie czystego odwiertu.Materiał wyjścia zapobiega niepotrzebnym rozdarciom na wyjściach wiertła.

Komputer steruje każdym mikroruchem wiertła - to naturalne, że produkt, który decyduje o zachowaniu maszyn, opiera się na komputerach.Sterowana komputerowo maszyna wykorzystuje plik wiercenia z oryginalnego projektu do identyfikacji odpowiednich miejsc do wiercenia.

Wiertarki wykorzystują napędzane powietrzem wrzeciona, które obracają się z prędkością 150 000 obr./min.Przy tej prędkości można by pomyśleć, że wiercenie odbywa się błyskawicznie, ale jest wiele otworów do wywiercenia.Przeciętna płytka drukowana zawiera ponad sto nienaruszonych punktów.Podczas wiercenia każdy potrzebuje swojego szczególnego momentu z wiertłem, więc wymaga to czasu.W otworach znajdują się później przelotki i mechaniczne otwory montażowe dla płytki drukowanej.Ostateczne mocowanie tych części następuje później, po platerowaniu.

Krok 8: Poszycie i osadzanie miedzi

Po wierceniu panel przesuwa się na poszycie.Proces łączy ze sobą różne warstwy za pomocą osadzania chemicznego.Po dokładnym oczyszczeniu panel przechodzi serię kąpieli chemicznych.Podczas kąpieli proces osadzania chemicznego osadza cienką warstwę miedzi o grubości około jednego mikrona na powierzchni panelu.Miedź trafia do niedawno wywierconych otworów.

Przed tym etapem wewnętrzna powierzchnia otworów po prostu odsłania materiał z włókna szklanego, który stanowi wnętrze panelu.Wanny miedziane całkowicie pokrywają lub pokrywają ściany otworów.Nawiasem mówiąc, cały panel otrzymuje nową warstwę miedzi.Co najważniejsze, nowe dziury są zakryte.Komputery kontrolują cały proces zanurzania, usuwania i procesji.

Krok 9: Obrazowanie warstwy zewnętrznej

W kroku 3 nałożyliśmy fotorezyst na panel.W tym kroku robimy to ponownie - z tym wyjątkiem, że odwzorowujemy zewnętrzne warstwy panelu za pomocą projektu PCB.Zaczynamy od warstw w sterylnym pomieszczeniu, aby zapobiec przywieraniu zanieczyszczeń do powierzchni warstw, a następnie nakładamy warstwę fotorezystu na panel.Przygotowany panel przechodzi do żółtego pokoju.Światło UV wpływa na odporność na światło.Długości fali światła żółtego nie przenoszą poziomów UV wystarczających, aby wpłynąć na fotorezyst.

Folie z czarnym atramentem są zabezpieczone kołkami, aby zapobiec nieprawidłowemu wyrównaniu z panelem.Gdy panel i szablon stykają się, generator naświetla je silnym światłem UV, które utwardza ​​fotorezystor.Następnie panel przechodzi do maszyny, która usuwa nieutwardzoną maskę ochronną, chronioną przez nieprzejrzystość czarnego tuszu.

Proces ten stanowi odwrócenie procesu warstw wewnętrznych.Na koniec zewnętrzne płyty poddawane są kontroli, aby upewnić się, że cała niepożądana fotorezystencja została usunięta podczas poprzedniego etapu.

Krok 10: Poszycie

Wracamy do sali galwanicznej.Podobnie jak w kroku 8, galwanizujemy panel cienką warstwą miedzi.Odsłonięte sekcje panelu ze stopnia fotorezystu warstwy zewnętrznej są pokrywane galwanicznie miedzią.Po wstępnych kąpielach miedziujących panel jest zwykle cynowany, co pozwala na usunięcie całej miedzi pozostałej na płycie przeznaczonej do usunięcia.Cyna chroni fragment płytki, który ma pozostać pokryty miedzią podczas kolejnego etapu trawienia.Wytrawianie usuwa niechcianą folię miedzianą z panelu.

Krok 11: Ostateczne trawienie

Cyna chroni pożądaną miedź na tym etapie.Niepożądana odsłonięta miedź i miedź pod pozostałą warstwą maskującą są usuwane.Ponownie stosuje się roztwory chemiczne w celu usunięcia nadmiaru miedzi.Tymczasem cyna chroni cenną miedź na tym etapie. Obszary przewodzące i połączenia są teraz prawidłowo wykonane.

Krok 12: Aplikacja maski lutowniczej

Przed nałożeniem maski lutowniczej na obie strony płytki panele są czyszczone i pokrywane tuszem maski lutowniczej epoksydowej.Płytki otrzymują podmuch światła UV, które przechodzi przez kliszę fotograficzną z maską lutowniczą.Pokryte części pozostają nieutwardzone i zostaną usunięte. Na koniec płytka trafia do pieca w celu utwardzenia maski lutowniczej.

Krok 13: Wykończenie powierzchni

Aby dodać dodatkową zdolność lutowania do PCB, chemicznie pokrywamy je złotem lub srebrem.Na tym etapie niektóre płytki drukowane są również wyrównywane gorącym powietrzem.Wyrównywanie gorącym powietrzem skutkuje jednolitymi podkładkami.Proces ten prowadzi do powstania wykończenia powierzchni.PCBCart może przetwarzać wiele rodzajów wykończenia powierzchni zgodnie ze specyficznymi wymaganiami klientów.

Krok 14: Sitodruk

Prawie ukończona płytka otrzymuje na swojej powierzchni pismo atramentowe, służące do wskazania wszystkich istotnych informacji dotyczących płytki drukowanej.PCB ostatecznie przechodzi do ostatniego etapu powlekania i utwardzania.

Krok 15: Test elektryczny

W ramach ostatecznego środka ostrożności technik przeprowadza testy elektryczne na płytce drukowanej.Zautomatyzowana procedura potwierdza funkcjonalność PCB i jej zgodność z oryginalnym projektem.W PCBCart oferujemy zaawansowaną wersję testów elektrycznych zwaną Flying Probe Testing, która polega na ruchomych sondach w celu przetestowania wydajności elektrycznej każdej sieci na gołej płytce drukowanej.

Krok 16: Profilowanie i V-Scoring

Teraz doszliśmy do ostatniego kroku: cięcia.Różne deski są wycinane z oryginalnego panelu.Zastosowana metoda polega na użyciu routera lub v-groove.Router pozostawia małe wypustki wzdłuż krawędzi płytki, podczas gdy v-fuga wycina ukośne kanały po obu stronach płytki.Oba sposoby umożliwiają łatwe wysunięcie desek z panelu.