Введение
Печатные платы (PCB) составляют основу современных электронных устройств, от портативных устройств, таких как мобильные телефоны, до передовых космических технологий. Они необходимы для соединения электронных компонентов и обеспечения стабильной платформы для их работы. Производство печатных плат — сложный процесс, состоящий из нескольких сложных этапов, и каждый этап имеет решающее значение и требует тщательного внимания к деталям для обеспечения отсутствия дефектов. Процесс начинается с этапов проектирования и проверки с использованием инструментов автоматизированного проектирования (САПР) для проектирования печатных плат и продолжается до момента изготовления платы. Для повышения эффективности и снижения риска человеческих ошибок используются методы компьютерного и машинного управления, чтобы избежать неполных или коротких замыканий. Для обеспечения высокого качества платы проходят строгие испытания на различных этапах изготовления, включая окончательное тестирование готовых плат, перед упаковкой и отправкой.
Процесс изготовления печатной платы — шаг за шагом
Шаг 1: Проектирование печатной платы
Первым шагом для любого производства печатной платы является создание проекта. Производство и проектирование печатной платы всегда начинаются с какого-то плана. Проектировщик составляет чертеж печатной платы, который соответствует всем необходимым требованиям. После того, как чертеж печатной платы закодирован программным обеспечением, все различные аспекты и части проекта снова проверяются, чтобы убедиться в отсутствии ошибок.
После завершения проверки проектировщиком, готовый проект печатной платы отправляется на предприятие по изготовлению печатных плат для ее производства. По прибытии проект печатной платы проходит вторую проверку со стороны изготовителя, известную как проверка на соответствие требованиям производства (DFM) . Надлежащая проверка DFM подтверждает, что проект печатной платы соответствует, по крайней мере, допускам, необходимым для производства.
Шаг 2: Проектирование печатной платы
После успешного завершения всех проверок можно распечатать чертеж печатной платы . В отличие от других чертежей, таких как архитектурные схемы, чертежи печатных плат не печатаются на обычном листе бумаги формата 8.5 x 11 дюймов. Вместо этого используется специальный принтер, известный как плоттер. Плоттер создает «пленку» печатной платы. По сути, это фотонегатив самой платы.
Внутренние слои печатной платы характеризуются двумя цветами чернил:
Прозрачные чернила: обозначают непроводящие области печатной платы, такие как стекловолоконное основание.
Черные чернила: используются для схем и медных дорожек печатной платы.
На внешних слоях конструкции печатной платы эта тенденция обратная: черные чернила также обозначают области, где будет удалена медь, а прозрачные чернила обозначают линии медных дорожек.
Каждый слой печатной платы и соответствующая паяльная маска получают свою собственную пленку, поэтому для простой двухслойной печатной платы требуется четыре листа: по одному для каждого слоя и один для соответствующей паяльной маски. После нанесения пленки их выравнивают, и в них пробивают отверстие, известное как направляющее отверстие. Направляющее отверстие используется в качестве направляющей для выравнивания пленок на более поздних этапах процесса.
Шаг 3: Распечатайте медь для внутренних слоев
Этот этап является первым в процессе, на котором производитель печатных плат начинает разработку платы. После того, как дизайн печатной платы напечатан на ламинате, к этому же ламинату предварительно приклеивается медь, что способствует формированию структуры печатной платы. Затем медь удаляется, обнажая ранее созданный чертеж.
Затем ламинированная панель покрывается типом фоточувствительной пленки, называемой резистом. Резист состоит из слоя фотореактивных химикатов, которые затвердевают после воздействия ультрафиолетового света. Резист позволяет техникам получить идеальное совпадение между фотографиями чертежа и тем, что напечатано на фоторезисте.
Когда резист и ламинат выстраиваются в линию с помощью отверстий, полученных ранее, они получают удар ультрафиолетового света. Ультрафиолетовый свет проходит через полупрозрачные части пленки, затвердевая фоторезист. Это указывает на области меди, которые должны быть сохранены в качестве путей. Напротив, черные чернила не позволяют свету попасть на области, которые не должны затвердевать, чтобы их можно было удалить позже.
После подготовки платы ее промывают щелочным раствором, чтобы удалить остатки фоторезиста. Затем плату промывают под давлением, чтобы удалить все, что осталось на поверхности, и оставляют сушиться. После процесса сушки на печатной плате должен остаться только резист, который находится на поверхности меди, остающейся как часть печатной платы, когда она наконец-то выскочит. Техник осматривает печатные платы, чтобы убедиться в отсутствии ошибок. Если ошибок нет, то можно переходить к следующему этапу
Шаг 4: Избегайте ненужной меди
Следующий этап в процессе производства печатной платы — удаление нежелательной меди. Подобно щелочному раствору из предыдущего, другой мощный химикат используется для разъедания меди, которая не покрыта фоторезистом. После удаления незащищенной меди необходимо удалить и затвердевший фоторезист из предыдущего.
Примечание: Когда дело доходит до удаления нежелательной меди с печатной платы, более тяжелые платы могут потребовать более длительного воздействия растворителя или большего количества растворителя меди.
Шаг 5: Проверка и выравнивание слоев
После индивидуальной очистки слоев печатной платы они готовы к оптической инспекции и выравниванию слоев. Отверстия, полученные ранее, используются для выравнивания внешних и внутренних слоев. Техник помещает слои на тип перфоратора, известный как оптический перфоратор, для выравнивания слоев. Затем оптический перфоратор вводит штифт через отверстия для выравнивания слоев печатной платы.
После оптического перфоратора другая машина выполняет оптическую проверку, чтобы убедиться в отсутствии дефектов. Эта оптическая проверка невероятно важна, поскольку после того, как слои размещены вместе, любые имеющиеся ошибки не могут быть исправлены. Чтобы подтвердить отсутствие дефектов, машина AOI сравнивает проверяемую печатную плату с расширенным дизайном Gerber, который служит моделью производителя.
После того, как печатная плата прошла проверку (то есть ни техник, ни машина AOI не обнаружили никаких дефектов), она переходит к последним этапам изготовления печатной платы.
Шаг 6: Ламинирование слоев печатной платы
На этом этапе процесса производства печатной платы все слои печатной платы находятся вместе, ожидая ламинирования. После подтверждения отсутствия дефектов в слоях они готовы к сплавлению. Процесс ламинирования печатной платы выполняется в два этапа: этап выкладки и этап ламинирования.
Снаружи печатной платы находятся готовые куски стекловолокна, предварительно покрытые/пропитанные эпоксидной смолой. Исходный кусок подложки также покрыт слоем тонкой медной фольги, которая теперь содержит травления для медных дорожек. Как только внешний и внутренний слои готовы, пора сдвинуть их вместе.
Вставка этих слоев осуществляется с помощью металлических зажимов на специальном прессовом столе. Каждый слой устанавливается на стол с помощью специального штифта. Техник, выполняющий процесс ламинирования, начинает с размещения слоя предварительно покрытой эпоксидной смолы, которая известна как предварительно пропитанная или препреговая. В выравнивающей чаше стола. Один отдельный слой подложки помещается поверх предварительно пропитанной смолы, за которым следует слой медной фольги. За медной фольгой, в свою очередь, следуют еще листы предварительно пропитанной смолы, которые затем завершаются куском и одним последним куском меди, известным как прессовая пластина.
После установки медной пресс-пластины стопка готова к жесткому прессованию. Техник переносит ее к механическому прессу и прижимает слои друг к другу. В рамках этого процесса в стопку слоев вставляются штифты, чтобы убедиться, что они надежно закреплены.
Если слои зафиксированы правильно, стопка печатной платы отправляется на следующий пресс — ламинирующий пресс. Ламинирующий пресс использует пару нагретых пластин для приложения давления и тепла к стопке слоев. Тепло пластин обычно расплавляет эпоксидную смолу внутри препрега. Это и давление пресса объединяются, чтобы сплавить стопку слоев печатной платы вместе.
Когда слои печатной платы сжаты, необходимо выполнить небольшую распаковку. Технику необходимо снять штифты и верхнюю пластину пресса, которые были сделаны ранее, что затем позволяет ему вытащить саму печатную плату.
Шаг 7: сверление
Перед процессом сверления используется рентгеновский аппарат для определения мест сверления. Затем сверлятся направляющие/регистрационные отверстия, чтобы защитить стопку печатных плат перед сверлением более точных отверстий. Когда приходит время сверлить эти отверстия, для их выполнения используется управляемое компьютером сверло, используя файл из проекта в качестве руководства.
После завершения сверления оставшаяся по краям лишняя медь спиливается.
Шаг 8: Покрытие печатной платы
После того, как панель просверлена, она готова к гальванизации. Процесс гальванизации использует химикат для сплавления всех различных слоев печатной платы вместе. После тщательной очистки печатная плата погружается в ряд химикатов. Часть этого процесса погружения покрывает панель слоем меди толщиной в микрон, который осаждается поверх самого верхнего слоя и в отверстия, которые только что были просверлены. До того, как отверстия полностью заполнены медью, они просто служат для обнажения стекловолоконной подложки, из которой состоит внутренняя часть панели. Купание этих отверстий в меди покрывает стенки ранее просверленных отверстий.
Шаг 9: Визуализация и нанесение покрытия на внешний слой
Ранее в этом процессе (шаг номер 3) на панель печатной платы был нанесен фоторезист. В этом случае пришло время нанести еще один слой фоторезиста. Однако на этот раз фоторезист нанесен только на внешний слой, поскольку его еще нужно визуализировать. После того, как внешние слои были покрыты фоторезистом и визуализированы, они покрываются точно таким же образом, как и внутренние слои печатной платы на предыдущем этапе. Однако, хотя процесс тот же самый, внешние слои получают гальваническое покрытие из олова, чтобы помочь защитить медь внешнего слоя.
Шаг 10: Последняя гравировка
Когда приходит время травить внешний слой в последний раз, используется оловянный щиток, чтобы помочь защитить медь во время процесса травления. Любая нежелательная медь удаляется с помощью того же растворителя меди, который был упомянут ранее, при этом олово защищает ценную медь в области травления.
После удаления всей нежелательной меди соединения печатной платы будут выполнены правильно, и она готова к нанесению паяльной маски.
Шаг 11: Нанесите паяльную маску
Чтобы полностью подготовить панели к нанесению паяльной маски, их необходимо очистить. После очистки панелей печатных плат наносится чернильная эпоксидная смола вместе с пленкой паяльной маски. Затем платы обрабатываются ультрафиолетовым светом, чтобы отметить определенные участки паяльной маски для удаления.
После того, как ненужные части паяльной маски полностью удалены, печатную плату помещают в печь и нагревают, чтобы паяльная маска затвердела.
Шаг 12: Завершение печатной платы и шелкографии
В ходе финишного процесса печатная плата покрывается серебром, золотом или HASL, что позволяет припаять компоненты к созданным контактным площадкам и защитить медь.
После того, как печатная плата была покрыта серебром или золотом, как это необходимо, она подвергается шелкографии. Процесс шелкографии печатает всю активную информацию на печатной плате, такую как идентификационные номера компании, маркировку производителя и предупреждающие этикетки.
После нанесения на печатную плату гальванопокрытия и шелкографии правильной информации ее можно отправлять на окончательный этап отверждения.
Шаг 13: Проверка надежности электроснабжения
После покрытия и отверждения печатной платы (при необходимости) техник проводит ряд электрических испытаний на различных участках печатной платы, чтобы убедиться в ее функциональности. Основные проводимые испытания — это испытания изоляции и непрерывности цепи. Испытание непрерывности цепи проверяет наличие любых разрывов в печатной плате, известных как «разрывы». Испытание изоляции цепи, с другой стороны, проверяет значения изоляции различных частей печатной платы, чтобы проверить, нет ли коротких замыканий. Хотя электрические испытания в основном существуют для обеспечения функциональности, они также служат для проверки того, насколько хорошо первоначальная конструкция печатной платы выдержала производственный процесс.
Существуют и другие тесты, которые можно использовать для определения полной функциональности печатной платы. Один из немногих основных тестов, используемых для этого, известен как тест «ложе гвоздей». Во время этого теста к контрольным точкам на печатной плате прикрепляются многочисленные пружинные приспособления. Затем пружинные приспособления подвергают контрольные точки на печатной плате давлению до 200 граммов, чтобы увидеть, насколько хорошо печатная плата выдерживает контакт с высоким давлением в контрольных точках.
Если печатная плата полностью прошла испытания на электрическую надежность и любые другие испытания, которые решил провести производитель, можно переходить к следующему этапу: резке.
Шаг 14: Резка и профилирование
Заключительным этапом процесса изготовления печатной платы является резка и надрезка печатной платы. Это включает в себя вырезание различных печатных плат из исходной панели. Существует два способа, которыми печатные платы можно вырезать из исходных панелей:
Использование V-образного паза, который вырезает диагональный канал вдоль сторон доски.
Использование фрезерного станка или станка с ЧПУ, который вырезает небольшие выступы по краям печатной платы.
В любом случае ваша печатная плата сможет легко освободиться от строительной обшивки.
Обычно панели печатных плат представляют собой более крупные массивы или отдельные платы (если применимо), прорезанные и выведенные таким образом, чтобы их можно было отломить от конструкционной платы после сборки.
После отсоединения плат от конструкционной платы наступает этап окончательной проверки изготовления печатной платы:
Платы проверяются на общую чистоту, чтобы убедиться в отсутствии острых краев, заусенцев и других производственных опасностей.
При необходимости может быть назначен визуальный осмотр, чтобы убедиться, что платы соответствуют отраслевым спецификациям и соответствуют сведениям, изложенным в данных: технический специалист также может использовать визуальный осмотр для проверки физических размеров и размеров отверстий печатной платы, если это необходимо.
Пазы, фаски, скосы и зенковки добавляются в процессе фрезерования и изготовления по мере необходимости.
Если возможно, все короткие замыкания устраняются, а затем платы с коротким замыканием повторно тестируются с использованием тех же испытаний на надежность электроцепей, которые описаны выше.
Выбирайте MOKO Technology для услуг по производству печатных плат
Как указано выше, производство печатных плат включает в себя множество этапов, и каждый из них должен быть выполнен правильно, чтобы обеспечить высокое качество продукции. Любая незначительная ошибка может повлиять на производительность печатных плат. Поэтому, если вы не обладаете достаточными знаниями в области производства печатных плат, вы можете выбрать аутсорсинг услуг по изготовлению печатных плат у надежного производителя. Компания MOKO Technology , обладающая многолетним опытом работы в отрасли, стала лидером в предоставлении услуг по производству печатных плат, отвечающих потребностям клиентов из различных отраслей. Наши современные производственные мощности, передовые технологии изготовления печатных плат и опытная команда гарантируют, что каждая произведенная печатная плата имеет высочайшее качество и соответствует самым строгим стандартам. Кроме того, мы предлагаем широкий спектр вариантов индивидуальной настройки, чтобы удовлетворить специфические потребности каждого клиента. Свяжитесь с нами , чтобы начать свой проект по производству печатных плат прямо сейчас!
