Introductie
PCB's (printplaten) vormen de basis van moderne elektronische apparaten, variërend van draagbare apparaten zoals mobiele telefoons tot geavanceerde ruimtevaarttechnologieën. Ze zijn essentieel voor het verbinden van elektronische componenten en bieden een stabiel platform waarop ze kunnen functioneren. PCB-productie is een complex proces met verschillende ingewikkelde stappen, en elke stap is cruciaal en vereist nauwgezette aandacht voor detail om defectvrije printplaten te garanderen. Het proces begint met het doorlopen van de ontwerp- en beoordelingsfases, waarbij gebruik wordt gemaakt van computerondersteund ontwerp (CAD) instrumenten voor PCB-printplaatontwerpen gaat door totdat de printplaat is geproduceerd. Om de efficiëntie te verhogen en het risico op menselijke fouten te verkleinen, worden computergestuurde en machinale technieken geïmplementeerd om onvolledige printplaten of kortsluitingen te voorkomen. Om een hoge kwaliteit te garanderen, ondergaan de printplaten strenge tests in verschillende fasen van de productie, inclusief een eindtest als complete printplaat, voordat ze worden verpakt en verzonden.
PCB-productieproces - stap voor stap
Stap 1: PCB ontwerpen
De eerste stap bij elke PCB-productie is het maken van het ontwerp. PCB-productie en -ontwerp beginnen altijd met een soort plan. De ontwerper maakt een blauwdruk voor de PCB die aan alle eisen voldoet. Zodra een blauwdruk voor de PCB door de software is gecodeerd, worden alle verschillende aspecten en onderdelen van het ontwerp opnieuw gecontroleerd op fouten.
Zodra de inspectie door de ontwerper is voltooid, wordt het voltooide PCB-ontwerp naar een PCB-fabricagebedrijf gestuurd, zodat de PCB kan worden gebouwd. Bij aankomst wordt het PCB-ontwerpplan uitgevoerd met een tweede controle door de fabrikant, de zogenaamde Ontwerp voor productie (DFM) Controle. Een correcte DFM-controle bevestigt dat het PCB-ontwerp minimaal voldoet aan de voor de productie vereiste toleranties.
Stap 2: Print PCB-ontwerp
Nadat alle controles succesvol zijn afgerond, PCB-ontwerp kunnen worden afgedrukt. In tegenstelling tot andere plattegronden, zoals bouwtekeningen, worden PCB-plattegronden niet afgedrukt op een gewoon vel papier van 8.5 x 11 inch. In plaats daarvan wordt een speciale printer, een zogenaamde plotterprinter, gebruikt. Een plotterprinter ontwikkelt een "film" van de PCB. Het is in wezen een fotonegatief van de printplaat zelf.
De binnenlagen van de PCB worden gekenmerkt door twee inktkleuren:
Heldere inkt: duidt op de niet-geleidende delen van de printplaat, zoals de glasvezelbasis.
Zwarte inkt: Gebruikt voor de circuits en kopersporen van de printplaat
Op de buitenste lagen van het PCB-ontwerp is deze trend omgekeerd. Zwarte inkt verwijst dan naar de gebieden waar het koper wordt verwijderd en heldere inkt verwijst naar de rij koperpaden.
Elke PCB-laag en het bijbehorende soldeermasker krijgt een eigen folie, zodat een eenvoudige tweelaagse printplaat Er zijn vier vellen nodig: één voor elke laag en één voor het bijbehorende soldeermasker. Nadat de film is geprint, worden ze uitgelijnd en wordt er een gat, een zogenaamd registratiegat, doorheen geponst. Het registratiegat dient als geleider om de films later in het proces op één lijn te brengen.
Stap 3: Print het koper voor de binnenlagen
Deze stap is de eerste stap in het proces waarbij de PCB-fabrikant: begint met de ontwikkeling van de PCB. Nadat het PCB-ontwerp op een stuk laminaat is geprint, wordt koper vooraf aan datzelfde stuk laminaat gelijmd, wat bijdraagt aan de structuur van de PCB. Het koper wordt vervolgens weggeprint om de blauwdruk van eerder te onthullen.
Vervolgens wordt het laminaatpaneel bedekt met een soort lichtgevoelige film, de zogenaamde resist. De resist bestaat uit een laag fotoreactieve chemicaliën die uitharden na blootstelling aan ultraviolet licht. Dankzij de resist kunnen technici een perfecte match creëren tussen de foto's van de blauwdruk en wat er op de fotoresist is afgedrukt.
Wanneer de resist en het laminaat worden uitgelijnd met behulp van de eerder gemaakte gaten, ontvangen ze een stoot ultraviolet licht. Het ultraviolette licht dringt door de doorschijnende delen van de film en verhardt de fotoresist. Dit geeft de koperen delen aan die als paden dienen. Zwarte inkt daarentegen voorkomt dat er licht bij de delen komt die niet verhard moeten worden, zodat ze later kunnen worden verwijderd.
Nadat de printplaat is voorbereid, wordt deze gewassen met een alkalische oplossing om eventuele restanten fotoresist te verwijderen. Vervolgens wordt de printplaat onder hoge druk gewassen om alle resten van het oppervlak te verwijderen en laat men hem drogen. Na het droogproces mag alleen de resist die op de printplaat achterblijft, bovenop het koper zitten dat als onderdeel van de printplaat overblijft wanneer deze uiteindelijk wordt losgemaakt. Een technicus controleert de printplaten om te controleren of er geen fouten zijn. Als er geen fouten zijn, gaat de printplaat verder met de volgende stap.
Stap 4: Vermijd onnodig koper
De volgende stap in het PCB-productieproces is het verwijderen van ongewenst koper. Net als bij de alkalische oplossing van eerder, wordt er een andere krachtige chemische stof gebruikt om het koper dat niet bedekt is met fotoresist, weg te vreten. Nadat het onbeschermde koper is verwijderd, moet ook de uitgeharde fotoresist van eerder worden verwijderd.
Let op: Bij het verwijderen van ongewenste koper van uw printplaat is het bij zwaardere printplaten mogelijk nodig om ze meer aan het oplosmiddel of meer koperoplosmiddel bloot te stellen.
Stap 5: Inspectie en laaguitlijning
Nadat de lagen van de PCB individueel zijn gereinigd, zijn ze klaar voor een optische inspectie en uitlijning van de lagen. De gaten van eerder worden gebruikt om de buitenste en binnenste lagen uit te lijnen. Een technicus plaatst de lagen op een soort ponsmachine, een zogenaamde optische pons, om de lagen uit te lijnen. Vervolgens drukt de optische pons een pen door de gaten om de lagen van de PCB te rangschikken.
Na de optische pons voert een andere machine een optische inspectie uit om er zeker van te zijn dat er geen fouten zijn. Deze optische inspectie is enorm belangrijk, want zodra de lagen op elkaar zijn geplaatst, kunnen eventuele fouten niet meer worden gecorrigeerd. Om te bevestigen dat er geen fouten zijn, vergelijkt de AOI-machine de te inspecteren printplaat met het Extended Gerber-ontwerp, dat als model van de fabrikant dient.
Nadat de printplaat is geïnspecteerd (dat wil zeggen dat noch de technicus noch de AOI-machine gebreken heeft gevonden), gaat het apparaat over op de laatste stappen van de printplaatproductie.
Stap 6: Lamineer de PCB-lagen
In dit stadium van het PCB-productieproces worden alle PCB-lagen samengevoegd, wachtend om gelamineerd te worden. Zodra de lagen defectvrij zijn bevonden, zijn ze klaar om aan elkaar te worden gesmolten. Het PCB-lamineringsproces bestaat uit twee stappen: de lay-up-stap en de lamineerstap.
Aan de buitenkant van de printplaat bevinden zich afgewerkte stukjes glasvezel die vooraf gecoat/geïmpregneerd zijn met epoxyhars. Het originele deel van het substraat is eveneens bedekt met een dunne laag koperfolie die nu de etsen voor de kopersporen bevat. Zodra de buitenste en binnenste lagen klaar zijn, is het tijd om ze aan elkaar te plakken.
Het inbrengen van deze lagen gebeurt met metalen klemmen op een speciale perstafel. Elke laag past met een speciale pen op de tafel. De technicus die het lamineerproces uitvoert, begint met het aanbrengen van een laag voorgecoate epoxyhars, ook wel pre-impregnated of prepreg genoemd. In het uitlijnbad van de tafel wordt één laag substraat over de voorgeïmpregneerde hars geplaatst, gevolgd door een laag koperfolie. De koperfolie wordt op zijn beurt gevolgd door meer vellen voorgeïmpregneerde hars, die vervolgens worden afgewerkt met een stuk en een laatste stuk koper, een zogenaamde persplaat.
Zodra de koperen persplaat op zijn plaats zit, is de stapel klaar om hardgeperst te worden. De technicus brengt de plaat naar een mechanische pers en perst de lagen tegen elkaar. Tijdens dit proces worden er pennen door de stapel lagen geponst om te controleren of ze goed vastzitten.
Als de lagen correct zijn bevestigd, wordt de PCB-stapel naar de volgende pers gebracht, een lamineerpers. De lamineerpers gebruikt een paar verwarmde platen om zowel druk als hitte op de stapel lagen uit te oefenen. De hitte van de platen smelt meestal de epoxy in de prepreg. Dit, samen met de druk van de pers, zorgt ervoor dat de stapel PCB-lagen samensmelt.
Nadat de PCB-lagen op elkaar zijn gedrukt, moet er nog wat worden uitgepakt. De technicus moet de pinnen en de bovenste persplaat van eerder verwijderen, zodat de PCB zelf losgetrokken kan worden.
Stap 7: boren
Vóór het boren worden de boorpunten met een röntgenapparaat gelokaliseerd. Vervolgens worden er geleide-/registratiegaten geboord om de PCB-stapel te beschermen voordat de preciezere gaten worden geboord. Wanneer het tijd is om deze gaten te boren, worden de gaten met een computergestuurde boormachine gemaakt, waarbij het bestand van het ontwerp als leidraad dient.
Zodra het boren voltooid is, wordt het overtollige koper dat aan de randen is achtergebleven, weggevijld.
Stap 8: PCB-beplating
Nadat het paneel is geboord, is het klaar om te worden geplateerd. Tijdens het platingproces worden alle verschillende lagen van de printplaat met elkaar verbonden door een chemische stof. Na een grondige reiniging wordt de printplaat ondergedompeld in een reeks chemicaliën. Een onderdeel van dit proces is het aanbrengen van een microndikke koperlaag op het paneel. Deze laag wordt over de bovenste laag en in de zojuist geboorde gaten aangebracht. Voordat de gaten volledig met koper worden gevuld, dienen ze slechts om het glasvezelsubstraat bloot te leggen waaruit de binnenkant van het paneel bestaat. Door deze gaten met koper te bedekken, worden de wanden van de eerder geboorde gaten bedekt.
Stap 9: Beeldvorming en plating van de buitenste laag
Eerder in het proces (stap 3) werd een fotoresist aangebracht op het PCB-paneel. Nu is het tijd om nog een laag fotoresist aan te brengen. Deze keer wordt de fotoresist echter alleen op de buitenste laag aangebracht, omdat deze nog moet worden geprint. Nadat de buitenste lagen zijn gecoat met fotoresist en geprint, worden ze op exact dezelfde manier geplateerd als de binnenste lagen van de PCB in de vorige stap. Hoewel het proces hetzelfde is, worden de buitenste lagen voorzien van een tinlaag om het koper van de buitenste laag te beschermen.
Stap 10: De laatste ets
Wanneer het tijd is om de buitenste laag voor de laatste keer te etsen, wordt de tinbescherming gebruikt om het koper tijdens het etsproces te beschermen. Ongewenst koper wordt verwijderd met hetzelfde koperoplosmiddel dat eerder werd genoemd, waarbij het tin het waardevolle koper van het geëtste gebied beschermt.
Zodra al het ongewenste koper is verwijderd, zijn de verbindingen op de printplaat goed gemaakt en is deze klaar voor het solderen.
Stap 11: Breng het soldeermasker aan
Om de panelen volledig gereed te maken voor het aanbrengen van het soldeermasker, moeten ze worden gereinigd. Nadat de PCB-panelen zijn gereinigd, wordt een epoxy-inktlaag aangebracht, samen met een soldeermaskerfolie. Vervolgens worden de printplaten bestraald met ultraviolet licht om bepaalde delen van het soldeermasker te markeren voor verwijdering.
Nadat alle overbodige stukken soldeermasker zijn verwijderd, wordt de printplaat in een oven geplaatst en verhit, zodat het soldeermasker uithardt.
Stap 12: PCB en zeefdruk afwerken
Als onderdeel van het afwerkingsproces wordt de printplaat verzilverd, verguld of HASL gecoat, zodat de componenten op de gemaakte pads gesoldeerd kunnen worden en het koper wordt beschermd.
Nadat de printplaat is verzilverd of verguld, indien nodig, wordt deze gezeefdrukt. Bij deze techniek wordt alle actieve informatie op de printplaat gedrukt, zoals bedrijfs-ID-nummers, fabrikantenmerken en waarschuwingslabels.
Zodra de printplaat is geplateerd en gezeefdrukt met de juiste informatie, kan deze naar de laatste uithardingsfase worden gestuurd.
Stap 13: Testen van de betrouwbaarheid van elektriciteit
Nadat de printplaat is gecoat en uitgehard (indien nodig), voert een technicus een reeks elektrische tests uit op de verschillende delen van de printplaat om de functionaliteit te garanderen. De belangrijkste tests die worden uitgevoerd, zijn isolatietests en circuitcontinuïteit. De circuitcontinuïteitstest controleert op onderbrekingen in de printplaat, ook wel "open" genoemd. De circuitisolatietest daarentegen controleert de isolatiewaarden van de verschillende onderdelen van de printplaat om te controleren of er kortsluitingen zijn. Hoewel de elektrische tests voornamelijk dienen om de functionaliteit te garanderen, dienen ze ook om te testen hoe goed het oorspronkelijke ontwerp van de printplaat het productieproces heeft doorstaan.
Er zijn andere tests die gebruikt kunnen worden om te bepalen of een printplaat volledig functioneel is. Een van de weinige tests die hiervoor gebruikt wordt, is de zogenaamde 'spijkerbedtest'. Tijdens deze test worden talloze veerbevestigingen aan de testpunten op de printplaat bevestigd. Deze veerbevestigingen onderwerpen de testpunten op de printplaat vervolgens aan een druk tot 200 gram om te zien hoe goed de printplaat bestand is tegen contact met hoge druk op de testpunten.
Als de printplaat de elektrische betrouwbaarheidstest en eventuele andere tests die de fabrikant wil implementeren, volledig heeft doorstaan, kan er worden doorgegaan naar de volgende stap: het snijden.
Stap 14: Snijden en profileren
De laatste stap in het PCB-productieproces is het snijden en rillen van de PCB. Dit houdt in dat de verschillende PCB's uit het originele paneel worden gesneden. Er zijn twee manieren om PCB's uit hun originele panelen te snijden:
Met behulp van een V-groef wordt een diagonaal kanaal langs de zijkanten van het bord gesneden
Met behulp van een freesmachine of CNC-machine worden kleine lipjes rondom de randen van de printplaat gesneden.
Hoe dan ook, uw printplaat kan eenvoudig loskomen van de constructiepanelen.
Normaal gesproken bestaan PCB-panelen uit grotere reeksen of afzonderlijke platen die, indien van toepassing, zijn gegroefd en gefreesd, zodat ze na montage van de constructieplaat kunnen worden afgebroken.
Wanneer de printplaten van de constructieplaat zijn afgebroken, vindt er een laatste inspectiefase van de PCB-productie plaats:
De planken worden gecontroleerd op algemene netheid om te garanderen dat er geen scherpe randen, bramen of andere productiegevaren zijn
Indien nodig kan een visuele inspectie worden uitgevoerd om er zeker van te zijn dat de printplaten voldoen aan de industriële specificaties en overeenkomen met de details die in de gegevens zijn vastgelegd. De technicus kan de visuele inspectie ook gebruiken om, indien nodig, de fysieke afmetingen en de gatgroottes van de printplaat te controleren.
Sleuven, afschuiningen, schuine kanten en verzonken gaten worden indien nodig toegevoegd tijdens het frees- en fabricageproces
Indien mogelijk worden eventuele kortsluitingen gerepareerd. Vervolgens worden de kortgesloten borden opnieuw getest met behulp van dezelfde elektrische betrouwbaarheidstests als hierboven.
Kies MOKO Technology voor PCB-productieservice
Zoals hierboven vermeld, zijn er veel stappen betrokken bij de productie van PCB's. Elke stap moet correct worden uitgevoerd om de hoge productkwaliteit te garanderen. Elke kleine fout kan de prestaties van de printplaten beïnvloeden. Als u niet veel ervaring hebt met PCB-productie, kunt u er daarom voor kiezen om de productie van PCB's uit te besteden aan een betrouwbare PCB-fabrikant. MOKO-technologieMet jarenlange ervaring in de branche is het bedrijf uitgegroeid tot een leider in het leveren van PCB-productiediensten die voldoen aan de behoeften van klanten in diverse sectoren. Onze ultramoderne faciliteiten, geavanceerde PCB-fabricagetechnologie en ervaren team garanderen dat elke geproduceerde PCB van de hoogste kwaliteit is en voldoet aan de strengste normen. Daarnaast bieden we diverse maatwerkopties om aan de specifieke behoeften van elke klant te voldoen. Contacteer ons start nu uw PCB-productieproject!
