Wprowadzenie
Płytki drukowane (PCB) stanowią podstawę współczesnych urządzeń elektronicznych, od urządzeń przenośnych, takich jak telefony komórkowe, po zaawansowane technologie statków kosmicznych. Są niezbędne do łączenia podzespołów elektronicznych i zapewniania im stabilnej platformy do działania. Produkcja płytek drukowanych to złożony proces z kilkoma skomplikowanymi etapami, a każdy etap jest kluczowy i wymaga skrupulatnej uwagi na szczegóły, aby zapewnić wolne od wad płytki drukowane. Proces rozpoczyna się od przejścia przez fazy projektowania i przeglądu, przy użyciu projektowanie wspomagane komputerowo (CAD) narzędzia Projekt płytki drukowanej PCBi trwa do momentu wyprodukowania płytki. Aby zwiększyć wydajność i zmniejszyć ryzyko błędu ludzkiego, w celu uniknięcia niekompletności lub zwarć wdrożono techniki sterowane komputerowo i maszynowo. Aby zagwarantować wysoką jakość, płytki przechodzą rygorystyczne testy na różnych etapach produkcji, w tym testy końcowe jako kompletne płytki, przed zapakowaniem i wysłaniem w celu dostawy.
Proces produkcji PCB — krok po kroku
Krok 1: Zaprojektuj PCB
Pierwszym krokiem w produkcji PCB jest wykonanie projektu. Produkcja i projektowanie PCB zawsze zaczynają się od jakiegoś planu. Projektant układa plan PCB, który spełnia wszystkie wymagania. Po zakodowaniu projektu PCB przez oprogramowanie, wszystkie różne aspekty i części projektu są ponownie sprawdzane, aby upewnić się, że nie ma błędów.
Po zakończeniu inspekcji przez projektanta gotowy projekt PCB jest wysyłany do zakładu produkującego PCB, aby można było zbudować PCB. Po przybyciu plan projektu PCB jest podejmowany z drugą kontrolą przez producenta, znaną jako Projektowanie dla produkcji (DFM) sprawdź. Prawidłowa kontrola DFM potwierdza, że projekt PCB spełnia co najmniej tolerancje wymagane do produkcji.
Krok 2: Wydrukuj projekt PCB
Po pomyślnym zakończeniu wszystkich kontroli Projekt PCB można wydrukować. W przeciwieństwie do innych planów, takich jak rysunki architektoniczne, plany PCB nie są drukowane na zwykłym arkuszu papieru o wymiarach 8.5 x 11. Zamiast tego używa się specjalnej drukarki, zwanej ploterem. Drukarka ploterowa wywołuje „film” PCB. Jest to zasadniczo negatyw fotograficzny samej płytki.
Wewnętrzne warstwy PCB charakteryzują się dwoma kolorami tuszu:
Atrament przezroczysty: oznacza obszary płytki PCB nieprzewodzące prądu, takie jak podstawa z włókna szklanego.
Czarny tusz: Używany do obwodów i miedzianych ścieżek PCB
Na zewnętrznych warstwach płytki PCB tendencja ta jest odwrócona – czarny tusz odnosi się również do obszarów, z których miedź zostanie usunięta, a przezroczysty tusz odnosi się do linii ścieżek miedzianych.
Każda warstwa PCB i towarzysząca jej maska lutownicza otrzymują własną folię, dzięki czemu prosty dwuwarstwowa płytka drukowana potrzebuje czterech arkuszy; jeden na każdą warstwę i jeden na towarzyszącą maskę lutowniczą. Po wydrukowaniu filmu są one ustawiane w linii i dziurkowany jest w nich otwór, znany jako otwór rejestracyjny. Otwór rejestracyjny jest używany jako prowadnica do ustawiania filmów w linii później w procesie.
Krok 3: Wydrukuj miedź dla warstw wewnętrznych
Ten krok jest pierwszym krokiem w procesie, w którym Producent PCB zaczyna rozwijać PCB. Po wydrukowaniu projektu PCB na kawałku laminatu, miedź jest wstępnie łączona z tym samym kawałkiem laminatu, co pomaga w strukturze PCB. Miedź jest następnie odciskana, aby odsłonić wcześniejszy plan.
Następnie panel laminatu jest pokrywany rodzajem światłoczułej folii zwanej rezystem. Rezyst składa się z warstwy fotoreaktywnych chemikaliów, które twardnieją po wystawieniu na działanie światła ultrafioletowego. Rezyst pozwala technikom uzyskać idealne dopasowanie między zdjęciami planu a tym, co jest wydrukowane na fotorezyście.
Gdy warstwa oporowa i laminat są ustawione w linii przy użyciu otworów z wcześniejszego etapu, otrzymują one strumień światła ultrafioletowego. Światło ultrafioletowe przechodzi przez przezroczyste części folii, utwardzając fotorezyst. Oznacza to obszary miedzi, które mają być zachowane jako ścieżki. Natomiast czarny tusz zapobiega przedostawaniu się światła do obszarów, które nie mają być utwardzane, aby można je było później usunąć.
Po przygotowaniu płytki, jest ona myta roztworem alkalicznym, aby usunąć wszelkie pozostałości fotorezystu. Następnie płytka jest myta pod ciśnieniem, aby usunąć wszystko, co pozostało na powierzchni i pozostawiana do wyschnięcia. Po procesie suszenia, jedyna warstwa rezystu, która powinna pozostać na płytce PCB, znajduje się na miedzi, która pozostaje jako część płytki PCB, gdy zostanie ona ostatecznie oderwana. Technik sprawdza płytki PCB, aby upewnić się, że nie ma błędów. Jeśli nie ma błędów, przechodzimy do następnego kroku.
Krok 4: Unikaj niepotrzebnej miedzi
Następnym etapem procesu produkcji PCB jest usuwanie niechcianej miedzi. Podobnie jak wcześniejszy roztwór alkaliczny, inny silny środek chemiczny jest używany do zjadania miedzi, która nie jest pokryta fotorezystem. Po usunięciu niezabezpieczonej miedzi należy również usunąć utwardzony fotorezyst z wcześniejszego etapu.
Uwaga: Jeśli chodzi o usuwanie niechcianej miedzi z płytki PCB, cięższe płytki mogą wymagać dłuższego kontaktu z rozpuszczalnikiem lub większą ilością rozpuszczalnika miedzi.
Krok 5: Inspekcja i wyrównanie warstw
Po indywidualnym wyczyszczeniu warstw PCB są one gotowe do optycznej inspekcji i wyrównania warstw. Otwory z wcześniejszej pracy służą do wyrównania warstw zewnętrznych i wewnętrznych. Technik umieszcza warstwy na typie maszyny dziurkującej znanej jako dziurkacz optyczny, aby wyrównać warstwy. Następnie dziurkacz optyczny wbija szpilkę w otwory, aby ułożyć warstwy PCB.
Po optycznym perforowaniu inna maszyna wykonuje kontrolę optyczną, aby upewnić się, że nie ma żadnych usterek. Ta kontrola optyczna jest niezwykle ważna, ponieważ po ułożeniu warstw nie można już skorygować żadnych błędów. Aby potwierdzić brak usterek, maszyna AOI porównuje PCB, które ma zostać sprawdzone, z projektem Extended Gerber, który służy jako model producenta.
Gdy płytka PCB przejdzie kontrolę — czyli ani technik, ani maszyna AOI nie znajdą żadnych wad — przechodzi ona do ostatnich etapów produkcji płytki PCB.
Krok 6: Laminowanie warstw PCB
W tym momencie procesu produkcji PCB warstwy PCB są wszystkie razem, czekając na laminowanie. Po potwierdzeniu, że warstwy są wolne od defektów, są gotowe do połączenia. Proces laminowania PCB odbywa się w dwóch etapach: etapie układania i etapie laminowania.
Na zewnątrz PCB znajdują się gotowe kawałki włókna szklanego, które zostały wstępnie pokryte/namoczone żywicą epoksydową. Oryginalny kawałek podłoża jest również pokryty warstwą cienkiej folii miedzianej, która teraz zawiera wytrawienia dla ścieżek miedzianych. Gdy warstwy zewnętrzna i wewnętrzna są gotowe, czas je docisnąć.
Wkładanie tych warstw odbywa się za pomocą metalowych zacisków na specjalnym stole prasy. Każda warstwa pasuje do stołu za pomocą specjalistycznego kołka. Technik wykonujący proces laminowania rozpoczyna od umieszczenia warstwy wstępnie powlekanej żywicy epoksydowej, która jest znana jako wstępnie impregnowana lub prepreg. W misce wyrównującej stołu. Jedna pojedyncza warstwa podłoża jest umieszczana na wstępnie impregnowanej żywicy, a następnie warstwa folii miedzianej. Po folii miedzianej z kolei następuje więcej arkuszy wstępnie impregnowanej żywicy, które są następnie wykańczane kawałkiem i jednym ostatnim kawałkiem miedzi znanym jako płyta prasy.
Gdy miedziana płyta prasująca jest już na swoim miejscu, stos jest gotowy do mocnego prasowania. Technik przenosi ją do prasy mechanicznej i dociska warstwy do siebie. W ramach tego procesu, szpilki są następnie wbijane w stos warstw, aby upewnić się, że są prawidłowo zamocowane.
Jeśli warstwy są prawidłowo zamocowane, stos PCB jest przenoszony do następnej prasy, prasy laminującej. Prasa laminująca wykorzystuje parę podgrzewanych płyt, aby wywierać nacisk i ciepło na stos warstw. Ciepło płyt zwykle topi żywicę epoksydową wewnątrz prepregu. To i ciśnienie prasy łączą się, aby połączyć stos warstw PCB.
Gdy warstwy PCB zostaną ściśnięte razem, trzeba będzie wykonać trochę rozpakowywania. Technik musi usunąć wcześniej piny i górną płytę dociskową, co pozwoli mu wyciągnąć rzeczywistą PCB.
Krok 7: Wiercenie
Przed procesem wiercenia, do zlokalizowania punktów wiercenia używa się urządzenia rentgenowskiego. Następnie wierci się otwory prowadzące/rejestrujące, aby chronić stos PCB przed wywierceniem bardziej precyzyjnych otworów. Gdy nadchodzi czas na wiercenie tych otworów, używa się wiertarki sterowanej komputerowo, aby wykonać otwory, używając pliku z projektu jako przewodnika.
Po zakończeniu wiercenia wszelkie resztki miedzi pozostające na krawędziach są usuwane.
Krok 8: Powlekanie PCB
Po wywierceniu otworów w panelu jest on gotowy do powlekania. Proces powlekania wykorzystuje substancję chemiczną do łączenia ze sobą wszystkich warstw PCB. Po dokładnym oczyszczeniu PCB jest zanurzane w serii substancji chemicznych. Część tego procesu powlekania polega na pokryciu panelu warstwą miedzi o grubości mikrona, która jest osadzana na najwyższej warstwie i w otworach, które zostały właśnie wywiercone. Zanim otwory zostaną całkowicie wypełnione miedzią, służą one jedynie do odsłonięcia podłoża z włókna szklanego, które stanowi wnętrze panelu. Kąpiel tych otworów w miedzi pokrywa ścianki wcześniej wywierconych otworów.
Krok 9: Obrazowanie i powlekanie warstwy zewnętrznej
Wcześniej w procesie (krok numer 3) fotorezyst został nałożony na panel PCB. Teraz nadszedł czas na nałożenie kolejnej warstwy fotorezystu. Jednak tym razem fotorezyst został nałożony tylko na zewnętrzną warstwę, ponieważ nadal trzeba ją nanieść na obraz. Po pokryciu zewnętrznych warstw fotorezystem i naniesieniu obrazu są one powlekane dokładnie w ten sam sposób, w jaki powlekano wewnętrzne warstwy PCB w poprzednim kroku. Jednak, chociaż proces jest taki sam, zewnętrzne warstwy są powlekane cyną, aby pomóc chronić miedź zewnętrznej warstwy.
Krok 10: Ostatnie trawienie
Kiedy nadchodzi czas ostatecznego wytrawiania zewnętrznej warstwy, stosuje się osłonę cynową, aby pomóc chronić miedź podczas procesu wytrawiania. Wszelka niepożądana miedź jest usuwana za pomocą tego samego rozpuszczalnika miedzi, o którym wspomniano wcześniej, a cyna chroni cenną miedź obszaru wytrawiania.
Po usunięciu całej niechcianej miedzi połączenia płytki PCB są prawidłowo wykonane i jest ona gotowa do nałożenia maski lutowniczej.
Krok 11: Nałóż maskę lutowniczą
Aby panele były całkowicie gotowe do nałożenia maski lutowniczej, należy je wyczyścić. Po wyczyszczeniu paneli PCB nakłada się żywicę epoksydową wraz z folią maski lutowniczej. Następnie płytki są piaskowane światłem ultrafioletowym, aby zaznaczyć pewne części maski lutowniczej do usunięcia.
Po usunięciu niepotrzebnych fragmentów maski lutowniczej, płytkę PCB umieszcza się w piecu i podgrzewa, aby maska lutownicza mogła się utwardzić.
Krok 12: Zakończenie PCB i sitodruku
Częścią procesu wykończeniowego jest pokrywanie płytki PCB srebrem, złotem lub powłoką HASL, co umożliwia przylutowanie podzespołów do utworzonych pól lutowniczych, chroniąc w ten sposób miedź.
Po posrebrzeniu lub złoceniu PCB, w razie potrzeby, jest ona poddawana sitodrukowi. Proces sitodruku drukuje wszystkie aktywne informacje na PCB, takie jak numery identyfikacyjne firmy, znaki producenta i etykiety ostrzegawcze.
Gdy płytka PCB zostanie pokryta powłoką galwaniczną i naniesiona sitodrukiem z odpowiednimi informacjami, można ją wysłać do etapu końcowego utwardzania.
Krok 13: Testowanie niezawodności zasilania elektrycznego
Po pokryciu i utwardzeniu PCB (jeśli to konieczne), technik przeprowadza serię testów elektrycznych na różnych obszarach PCB, aby upewnić się co do funkcjonalności. Główne testy, które są wykonywane, to testy izolacji i ciągłości obwodu. Test ciągłości obwodu sprawdza wszelkie przerwy w PCB, znane jako „przerwy”. Z drugiej strony test izolacji obwodu sprawdza wartości izolacji różnych części PCB, aby sprawdzić, czy występują jakieś zwarcia. Podczas gdy testy elektryczne istnieją głównie w celu upewnienia się co do funkcjonalności, działają również jako test tego, jak dobrze początkowy projekt PCB sprawdził się w procesie produkcyjnym.
Istnieją inne testy, które można wykorzystać do określenia, czy płytka PCB jest w pełni funkcjonalna. Jednym z niewielu głównych testów stosowanych w tym celu jest test „łóżka gwoździ”. Podczas tego testu liczne elementy sprężyste są przymocowywane do punktów testowych na płytce drukowanej. Następnie elementy sprężyste poddają punkty testowe na płytce drukowanej naciskowi do 200 gramów, aby sprawdzić, jak dobrze płytka PCB wytrzymuje kontakt z wysokim ciśnieniem w punktach testowych.
Jeśli płytka PCB przeszła pozytywnie testy niezawodności elektrycznej i wszelkie inne testy wybrane przez producenta, można przejść do następnego kroku: cięcia.
Krok 14: Cięcie i profilowanie
Ostatnim etapem procesu produkcji PCB jest cięcie i nacinanie PCB. Wiąże się to z wycinaniem różnych PCB z oryginalnego panelu. Istnieją dwa sposoby wycinania PCB z ich oryginalnych paneli:
Za pomocą rowka w kształcie litery V wycina się skośny kanał wzdłuż boków deski
Za pomocą routera lub maszyny CNC wycinane są małe wypustki na krawędziach płytki PCB.
W każdym przypadku płytkę PCB będzie można łatwo oddzielić od paneli konstrukcyjnych.
Zazwyczaj panele PCB składają się z większych układów lub pojedynczych płytek, jeśli ma to zastosowanie, naciętych i wyfrezowanych tak, aby można je było oddzielić od płyty konstrukcyjnej po ich zmontowaniu.
Po oderwaniu płytek od płyty konstrukcyjnej następuje końcowa faza kontroli produkcji PCB:
Sprawdzamy ogólną czystość desek, aby mieć pewność, że nie mają ostrych krawędzi, zadziorów ani innych zagrożeń produkcyjnych
W razie konieczności można zlecić przeprowadzenie kontroli wizualnej, aby upewnić się, że płytki spełniają specyfikacje branżowe i odpowiadają szczegółom określonym w danych. W razie potrzeby technik może również wykorzystać kontrolę wizualną do sprawdzenia wymiarów fizycznych i rozmiarów otworów płytki PCB.
W razie potrzeby podczas procesu frezowania i obróbki dodawane są rowki, fazy, skosy i pogłębienia stożkowe
Jeżeli jest to możliwe, wszelkie zwarcia są naprawiane — zwarte płytki są następnie ponownie testowane przy użyciu tych samych testów niezawodności elektrycznej, co powyżej.
Wybierz MOKO Technology jako dostawcę usług produkcji PCB
Jak wymieniono powyżej, produkcja PCB obejmuje wiele etapów, każdy etap musi być wykonany poprawnie, aby zapewnić wysoką jakość produktu, każdy niewielki błąd może mieć wpływ na wydajność płytek drukowanych. Dlatego jeśli nie jesteś biegły w produkcji PCB, możesz zlecić usługi produkcji PCB niezawodnemu producentowi PCB. Technologia MOKO, z wieloletnim doświadczeniem w branży, stała się liderem w świadczeniu usług produkcji PCB, które spełniają potrzeby klientów z różnych branż. Nasze najnowocześniejsze obiekty, zaawansowana technologia produkcji PCB i doświadczony zespół zapewniają, że każda wyprodukowana PCB jest najwyższej jakości i spełnia najsurowsze standardy. Ponadto oferujemy szereg opcji dostosowywania, aby sprostać konkretnym potrzebom każdego klienta. Skontaktuj się z nami aby rozpocząć projekt produkcji PCB już teraz!
