Kā tiek ražoti PCB

PCB izgatavošana ietver dizaina failu, tostarp Gerberu un tīklu sarakstu, pārveidošanu fiziskās shēmas platēs, uz kurām var novietot un pielodēt komponentus.

Ražošanas process sākas ar dizaina izvades failiem (Gerbers, netlists, urbšanas faili utt.). Šie izvades faili tiek ģenerēti projektēšanas fāzē, tostarp izstrādājot produktu koncepcijas, shematisku ievadi, izkārtojuma dizainu un failu ģenerēšanu. Nākamais posms ietver shēmu plates izgatavošanu un montāžu.

Zemāk esošajā blokshēmā parādītas PCB izgatavošanas darbības.

A. Dizaina un tāfeles izvaddatnes

Pēc dizaina failu saņemšanas no PCB dizainera, ražošana sākas ātri. Dizaineri izveido izejas failus Gerber vai ODB plus formātā ražošanai un izveido materiālu rēķinus (BOM) montāžai.

Ražotāji veic DFM pārbaudes, lai identificētu iespējamos riskus un kļūdas, kas var rasties ražošanas procesā. Dizaineri/klienti tiek brīdināti, ja kaut kas noiet greizi. Pēc tam labotais fails tiek ievadīts CAM (Computer Aided Manufacturing) sistēmā, lai atpazītu mākslas darbu slāņu formātu, urbuma datus, IPC tīklu sarakstu un elektroniskos datus pārvērstu attēlā. Tas arī pārbauda slāņu secību, palaiž Design Rule Checks (DRC) un veic daudzas citas darbības.

Visi slāņi tiek analizēti, izmantojot Gerber failu kā ievadi. Attiecīgi turpināsies arī kraušanas plāns. Vēlāk CAM izveidos izvades failus dažādām ražošanas nodaļām. Izvades faili ietver urbšanas programmas (apakšurbumus un galvenos urbumus), attēlveidošanas slāņus, lodēšanas maskas faila izvadi, maršrutēšanas failus un IPC tīklu sarakstus.

B. Iekšējā slāņa attēlveidošana

Miniaturizācijas dēļ ražotāji lielākoties izmanto LDI (Lāzera tiešā attēlveidošana). Viņi arī izmantoja īpašu printeri, ko sauc par ploteri, kas veidoja fotofilmas no ķēdes slāņiem, lodēšanas maskas un sietspiedes slāņiem, lai drukātu ķēdes attēlus. Panelis sastāv no gaismjutīgas plēves, ko sauc par fotorezistu. Fotorezisti ietver fotoreaktīvu ķīmisko vielu slāni, kas polimerizējas, pakļaujot ultravioleto gaismu. Tagad panelis atrodas zem datora vadīta lāzera. Dators skenē shēmas plates virsmu un pārvērš to digitālā attēlā. Šis digitālais attēls ir saskaņots ar iepriekš ielādētu CAD/CAM dizaina failu, kas satur nepieciešamās attēla specifikācijas. Tādā pašā veidā uz iekšējā slāņa veidojas negatīvs attēls.

LDI procesa plūsma ir parādīta šajā attēlā:

Pēc attēla attīstīšanas nesacietējušo fotorezistu (aizsardzībai nepieciešamo varu) noņem ar sārma šķīdumu.

C. Oforts

PCB ražošanā kodināšana ir nevēlamā vara (Cu) noņemšana no plāksnes. Nevēlamais varš nav nekas cits kā varš bez ķēdes. Rezultātā tiek iegūts vēlamais ķēdes modelis.

Shēmu ražotāji parasti izmanto mitrās kodināšanas procesus. Slapjā kodināšanā nevēlamie materiāli izšķīst, kad tos iegremdē ķīmiskos šķīdumos.

Svarīgi parametri, kas jāņem vērā kodināšanas procesā, ir paneļa pārvietošanas ātrums, ķīmisko vielu izsmidzināšana un iegravējamā vara daudzums. Viss process tiek veikts konveijera tipa augstspiediena izsmidzināšanas kamerā.

D. Fotorezista noņemšana

Šī procesa laikā atlikušais fotorezists tiek iegravēts no vara. Process ietver augstspiediena ūdens skalošanu, lai ūdenī izšķīdinātu kodīgas daļiņas (ķīmiskas vielas), kas iznīcina fotorezistu.

E. Perforators pēc pārbaudes un kodināšanas

Kad visi slāņi ir tīri un gatavi, ražotājs nodrošina izlīdzināšanas caurumus, izmantojot iekšējos slāņos paredzētos mērķus, lai nodrošinātu labāku izlīdzināšanu starp slāņiem. Slāņi tiek ievietoti optiskā perforatorā, lai panāktu precīzu iekšējā un ārējā slāņa izlīdzināšanu.

Pārbaude šajā metodē tiek veikta, vizuāli skenējot shēmas plates virsmu. Shēmas plati apgaismo dažādi gaismas avoti, kuriem tiek izmantota viena vai vairākas augstas izšķirtspējas kameras. Šādi AOI (Automated Optical Inspection) sistēma izveido pilnīgu tāfeles attēlu pārbaudei.

F. Brūns oksīda pārklājums

Šeit vara ķēdes modelis ir pārklāts ar brūnu oksīdu, lai novērstu iekšējo slāņu oksidāciju un koroziju pēc laminēšanas. Turklāt tas nodrošina labākas saķeres īpašības savienošanai ar prepregiem.

G. Laminēšana

Laminēšana ir prepreg, vara folijas, iekšējā serdeņa savienošanas process simetriskā kaudzē kontrolētā temperatūrā un spiedienā. Tas ir divpakāpju process:

Stackup sagatavošana

Līmēšana

Daudzslāņu dēļi ir izgatavoti no vara folijas, prepreg un iekšējās serdes. Tie tiek turēti kopā, izmantojot siltumu un spiedienu. Labākai savienošanai tiek izmantotas mehāniskās preses gan karstajai, gan aukstajai presēšanai. Bonder dators pārvalda skursteņa sildīšanas procesu, spiediena izdarīšanu un ļaujot skurstei atdzist kontrolētā ātrumā.

Šajā diagrammā ir apkopots LDI process:

H. Urbšana

Urbšanas procesā izurbiet caurumus caurumiem un svina komponentiem. Rentgena urbis nosaka mērķa atrašanās vietu iekšējā slānī. Iekārta precīzi urbj pilota caurumus. Iekārta tiek vadīta ar datoru, kur operators var izvēlēties konkrētu urbšanas programmu. Tas novieto XY koordinātas pareizajā virzienā. Var urbt caurumus līdz 100 mikroniem diametrā. Iekārta var arī izvēlēties pareizā izmēra urbi un veikt atbilstošu darbību.

Caurumu urbšana rada izvirzītus metāla galus, ko parasti sauc par urbumiem. Atslāņošanās procesā no shēmas plates virsmas tiek noņemtas visas šķembas vai piemaisījumi.

1. Bezvada vara pārklājums

Pirmais solis galvanizācijas procesā ir padarīt cauruma mucu vadāmu, ķīmiski uzklājot ļoti plānu vara slāni uz caurumu sienām. Šo procesu sauc par bezelektroniskā vara pārklājumu. Reakciju ierosina katalizators. Pēc rūpīgas tīrīšanas paneļi iziet cauri nepārtrauktai ķīmiskai vannai. Uz cauruma mucas un paneļa virsmas tiek uzklāts apmēram {{0}},08 līdz 0,1 mikronu biezs vara slānis.

J. Ārējā slāņa attēlveidošana

Mēs izmantojam fotorezistu uz paneļa iekšējā slāņa attēlveidošanai. Tāpat paneļa ārējais slānis tiks attēlots, izmantojot pozitīvu attēlu. Šeit process notiek pēc iespiedplāksnes kodināšanas metodes. Pirmais solis ir paneļa tīrīšana, lai novērstu piesārņojumu un putekļu daļiņu pielipšanu pie paneļa. Pēc tam uz paneļa tiek uzklāts fotorezista slānis. Pēc tam attēla drukāšanai izmanto LDI.

K. Vara pārklāšana

Šajā posmā caurumi un virsmas tiek galvanizēti ar varu. Operators paneli ievieto lidojuma nūjā. Panelis darbojas kā katods caurumu un virsmu galvanizācijai, jo caurumos ir nogulsnēts plāns vadoša vara slānis, kas ir gatavs galvanizācijai. To veic ar automātisko apšuvuma līniju. Pirms galvanizācijas paneļi tiek notīrīti un aktivizēti vairākās vannās. Katrs paneļu komplekts tiek kontrolēts ar datoru, lai nodrošinātu, ka tie atrodas katrā vannā noteiktu noteiktu laiku. Parasti cauruma mucā tiek nogulsnēts 1 milj. biezs varš.

Pēc vara pārklāšanas nākamais ir alvas pārklāšana. Alvas pārklājums tiek izmantots kā rezists. Tas novērš virsmas elementu, piemēram, vara paliktņu, caurumu paliktņu un caurumu sieniņu koroziju ārējā slāņa kodināšanas laikā.

L. Fotoresist Stripping

Kad panelis ir pārklāts, fotorezists kļūst nevēlams, un tas ir jānoņem no paneļa, lai atklātu nevēlamo varu. Šeit tiek izmantota nepārtraukta līnija, lai izšķīdinātu un nomazgātu pretestību, kas pārklāj nevēlamo varu. Šis ir pacelšanas-izgravēšanas-noņemšanas procesa pirmais posms.

M. Final Etch

Šajā solī nevēlamais atklātais varš tiek noņemts, izmantojot amonjaka kodinātāju. Tajā pašā laikā alva var saturēt vēlamo varu. Šajā brīdī vadošās zonas un savienojumi ir pareizi izveidoti.

N. Alvas noņemšana

Pēc kodināšanas skārda slānis uz vara pēdām tiks noņemts. Alvas noņemšanai tiek izmantota koncentrēta slāpekļskābe, kas nebojā zem tās esošās vara ķēdes sliedes. Tā rezultātā uz PCB ir skaidras, atšķirīgas vara pēdas.

O. Lodēšanas maskas uzlikšana

Lodēšanas maskai ir šādi lietojumi:

Tas nodrošina pēdu izolācijas pretestību.

Atšķiriet metināmās un nemetināmās zonas.

Nodrošina aizsardzību pret vides apstākļiem, pārklājot nemetināmās vietas ar tinti.

LPI (Liquid Photo Imaging) maskas apvieno šķīdinātājus ar polimēriem, veidojot plānu pārklājumu, kas pielīp dažādām shēmas plates virsmām. Printeris attēlo pārklājuma paneli. UV gaisma iekārtā sacietē tinti skaidrajās vietās. Pēc tam no attēlveidošanas paneļa noņemiet visu nesacietējušo pārklājumu.

LPI sacietēšana (žāvēšana) apvieno tinti ar dielektriķi. Tas atvieglo lodēšanas maskas saķeri. Pēdējais cepšanas posms notiek cepeškrāsnī vai zem infrasarkanā siltuma avota.

Zaļā tika izvēlēta kā tipiska lodēšanas maskas krāsa, jo tā nenoslogo acis. Pirms mašīnas var pārbaudīt PCB ražošanas un montāžas laikā, visas pārbaudes tiek veiktas manuāli. Gaismas gaismas, ko tehniķi izmanto, lai pārbaudītu shēmas plates, neatspoguļo zaļā lodēšanas maska, padarot tos drošākus viņu acīm.

P. Virsmas apdare

PCB apdare ir savienojums starp metālu un metālu starp tukšu varu un komponentiem shēmas plates lodējamajā zonā. Shēmas plates substrāta vara virsma ir uzņēmīga pret oksidēšanu bez aizsargpārklājuma. Tāpēc virsmas apdare ir ļoti svarīga, lai aizsargātu to no oksidēšanās. Turklāt tas sagatavo komponentus pielodēšanai pie plāksnes montāžas laikā un pagarina plāksnes glabāšanas laiku.

Ir dažādi virsmas apstrādes veidi. Tomēr bezsvina virsmas apdare tiek plaši izmantota stingro RoHS specifikāciju dēļ.

Izvēloties apdari, jāņem vērā tādi faktori kā izmaksas, vide, komponentu izvēle, glabāšanas laiks un raža.

J. Sietspiede

Šajā procesā tiek izmantots tintes projektors, lai attēlotu leģendu tieši no shēmas plates digitālajiem datiem. Tinte tiek drukāta (izsmērēta) uz paneļa virsmas, izmantojot tintes printeri. Pēc tam paneli apcep, lai sacietētu tinti. Tas norāda dažādu veidu tekstu, piemēram, daļu numurus, nosaukumus, kodus, logotipus utt.

Ir trīs drukāšanas metodes:

Manuālā sietspiede

Tiešā leģendu drukāšana

R. Elektriskā pārbaude

E-testa stendi tukšai iespiedshēmas plates elektriskajai pārbaudei. Šajā solī izmantojiet elektronisko zondi, lai pārbaudītu, vai katrai nemontētai shēmas platei nav īssavienojumu, atvēršanās, pretestības, kapacitātes un citas pamata elektriskās īpašības. E-tests pārbauda dēļa vadītspēju salīdzinājumā ar netlist failu. Tīkla sarakstā ir informācija par PCB vadošajiem starpsavienojumu modeļiem.

Lai pārbaudītu funkcionalitāti, ieviesiet naglu un lidojošo zondes testēšanu.

Lidojošās zondes pārbaude

Lidojošās zondes pārbaude izmanto zondi, kas pārvietojas no viena punkta uz otru saskaņā ar īpašas programmatūras sniegtajiem norādījumiem. Šī ir testēšanas metode bez fiksatoriem. Sākumā tiek ģenerēta lidojošās zondes pārbaudes programma (FPT) un pēc tam ielādēta FPT testerī. Testeris zondes punktiem ievada elektriskos signālus un strāvu, ko pēc tam mēra saskaņā ar testa procedūru.

Naglu gultne

Naglu pamatne ir tradicionāla pliko dēļu elektriskās pārbaudes metode. Tam ir jāizveido testa veidne ar tapām, kas ir saskaņotas ar testa vietām uz PCB. Process ir ātrs un piemērots liela mēroga ražošanas sistēmām.

S. Analīze un v-punktu noteikšana

Shēmas plates tiek veidotas un izgrieztas no ražošanas paneļiem pēdējā ražošanas posmā. Izmantotā metode ir izmantot staba caurumu vai V veida slotu. V veida rievas izgriež diagonālus kanālus abās dēļa pusēs, savukārt stabu caurumi atstāj sānu rievas gar apmali. Jebkurā gadījumā dēļus var vienkārši izmest no paneļa.