Kako se proizvode PCB

Izrada PCB-a uključuje pretvaranje projektnih datoteka, uključujući Gerberove i netlistove, u fizičke ploče na koje se komponente mogu postaviti i lemiti.

Proces proizvodnje počinje sa izlaznim datotekama dizajna (Gerbers, netlists, drill fajlovi, itd.). Ove izlazne datoteke se generišu tokom faze dizajna, uključujući razvoj koncepta proizvoda, šematski unos, dizajn izgleda i generisanje fajlova. Sljedeća faza uključuje proizvodnju i montažu ploča.

Dijagram toka ispod pokazuje korake uključene u proizvodnju PCB-a.

A. Dizajn i izlazne datoteke ploče

Nakon prijema datoteka dizajna od dizajnera PCB-a, proizvodnja počinje brzo. Dizajneri kreiraju izlazne datoteke u Gerber ili ODB plus plus formatu za proizvodnju i kreiraju opise materijala (BOM) za montažu.

Proizvođači vrše DFM inspekcije kako bi identifikovali potencijalne rizike i greške koje mogu nastati u procesu proizvodnje. Dizajneri/klijenti su upozoreni ako nešto krene po zlu. Ispravljena datoteka se zatim ubacuje u CAM (Computer Aided Manufacturing) sistem da prepozna format slojeva umjetničkog djela, podatke o bušotini, IPC netlistu i pretvori elektronske podatke u sliku. Također provjerava redoslijed slojeva, pokreće provjere pravila dizajna (DRC) i radi mnoge druge stvari.

Svi slojevi se analiziraju koristeći Gerber fajl kao ulaz. Plan slaganja će se također nastaviti u skladu s tim. Kasnije će CAM kreirati izlazne datoteke za različite proizvodne odjele. Izlazni fajlovi uključuju programe za bušenje (pod i glavne bušotine), slojeve slike, izlazne datoteke maske za lemljenje, datoteke za rutiranje i IPC liste mreža.

B. Snimanje unutrašnjeg sloja

Proizvođači uglavnom koriste LDI (Laser Direct Imaging) zbog minijaturizacije. Takođe su koristili poseban štampač nazvan ploter, koji je pravio fotografske filmove od slojeva kola, maske za lemljenje i slojeva za sito za štampanje slika kola. Panel se sastoji od fotoosjetljivog filma koji se naziva fotorezist. Fotorezisti uključuju sloj fotoreaktivnih kemikalija koje polimeriziraju nakon izlaganja ultraljubičastom svjetlu. Panel je sada pod kompjuterski kontrolisanim laserom. Računar skenira površinu ploče i pretvara je u digitalnu sliku. Ova digitalna slika je usklađena sa unapred učitanom CAD/CAM datotekom dizajna koja sadrži potrebne specifikacije slike. Na isti način se formira negativna slika na unutrašnjem sloju.

Tok procesa LDI prikazan je na sljedećoj slici:

Nakon razvijanja slike, neočvrsli fotorezist (bakar potreban za zaštitu) uklanja se alkalnim rastvorom.

C. Etching

U proizvodnji PCB-a, jetkanje je proces uklanjanja neželjenog bakra (Cu) sa ploče. Neželjeni bakar nije ništa drugo do bakar koji nije u krugu. Kao rezultat, dobije se željeni uzorak kola.

Proizvođači ploča obično koriste procese mokrog jetkanja. Kod mokrog jetkanja, neželjeni materijali se rastvaraju kada su uronjeni u hemijske rastvore.

Važni parametri koje treba uzeti u obzir tokom procesa jetkanja su brzina kojom se ploča pomiče, prskanje hemikalija i količina bakra koju treba urezati. Cijeli proces se odvija u komori za raspršivanje pod visokim pritiskom na transporteru.

D. Skidanje fotorezista

Tokom ovog procesa, preostali fotorezist je urezan sa bakra. Proces uključuje korištenje vode za ispiranje pod visokim pritiskom za rastvaranje korozivnih čestica (hemijskih agenasa) u vodi, koji uništavaju fotootpor.

E. Probijanje nakon inspekcije i graviranja

Sa svim slojevima čistim i spremnim, proizvođač se pobrine da probuši rupe za poravnanje koristeći mete koje se nalaze na unutrašnjim slojevima za bolje poravnanje od sloja do sloja. Slojevi se postavljaju u optičku bušilicu kako bi se postiglo precizno poravnanje unutrašnjeg i vanjskog sloja.

Inspekcija u ovoj metodi se postiže vizuelnim skeniranjem površine ploče. Ploča je osvijetljena različitim izvorima svjetlosti, za što se koristi jedna ili više kamera visoke definicije. Ovo je način na koji AOI (Automated Optical Inspection) sistem gradi potpunu sliku ploče za verifikaciju.

F. Smeđi oksidni premaz

Ovdje je uzorak bakrenog kola obložen smeđim oksidom kako bi se spriječila oksidacija i korozija unutrašnjih slojeva nakon laminiranja. Osim toga, pruža bolja svojstva vezivanja za vezivanje sa prepregovima.

G. Laminacija

Laminacija je proces vezivanja preprega, bakrene folije, unutrašnjeg jezgra u simetričan snop pod kontrolisanom temperaturom i pritiskom. To je proces u dva koraka:

Priprema za slaganje

Vezivanje

Višeslojne ploče se izrađuju od bakarne folije, preprega i unutrašnjeg jezgra. Oni se drže zajedno primjenom topline i pritiska. Za bolje vezivanje koriste se mehaničke prese i za toplo i za hladno prešanje. Kompjuter za spajanje upravlja procesom zagrijavanja naslaga, primjenom pritiska i omogućavanjem da se naslaga hladi kontroliranom brzinom.

Sljedeći dijagram sumira LDI proces:

H. Bušenje

Tokom procesa bušenja, izbušite rupe za prolazne rupe i olovne komponente. Rendgenska bušilica locira metu u unutrašnjem sloju. Mašina precizno buši pilot rupe. Mašina je kompjuterski kontrolisana, pri čemu rukovalac može izabrati određeni program bušenja. Postavlja XY koordinate u ispravnom smjeru. Mogu se izbušiti rupe prečnika do 100 mikrona. Mašina također može odabrati odgovarajuću veličinu bušilice i raditi u skladu s tim.

Bušenjem rupa stvaraju se izdignuti krajevi metala koji se obično nazivaju ivicama. Proces uklanjanja ivica uklanja sve neravnine ili nečistoće sa površine ploče.

1. Bakreno bezelektrično prevlačenje

Prvi korak u procesu galvanizacije je da se cijev rupe učini provodljivom kemijskim nanošenjem vrlo tankog sloja bakra na zidove rupe. Ovaj proces se naziva elektrobeskobarenje. Reakciju pokreće katalizator. Nakon temeljnog čišćenja, paneli prolaze kroz kontinuiranu hemijsku kupku. Sloj bakra debljine oko {{0}}.08 do 0,1 mikrona se nanosi na cijev rupe i na površinu ploče.

J. Outer Layer Imaging

Koristimo fotorezist na panelu za snimanje unutrašnjeg sloja. Slično, vanjski sloj panela će biti snimljen upotrebom pozitivne slike. Ovdje proces slijedi metodu jetkanja tiskarske ploče. Prvi korak uključuje čišćenje panela kako bi se spriječila kontaminacija i čestice prašine da se prianjaju na ploču. Zatim se na ploču nanosi sloj fotorezista. Nakon toga, LDI se koristi za štampanje slike.

K. Copper Plating

U ovom koraku, rupe i površine su galvanizovane bakrom. Operator ubacuje panel u letvicu. Panel služi kao katoda za galvanizaciju rupa i površina, jer su rupe nanijele tanak sloj provodljivog bakra, spreman za galvanizaciju. Radi se na automatskoj liniji za galvanizaciju. Prije galvanizacije, ploče se čiste i aktiviraju u više kupki. Svaki set panela je kompjuterski kontrolisan kako bi se osiguralo da ostanu u svakoj kadi tačno određeno vreme. Tipično, bakar debljine 1 mil deponuje se u bure rupe.

Nakon bakrenja, slijedi kalajisanje. Kao otpornik koristi se kalaj. Sprečava koroziju površinskih karakteristika kao što su bakarni jastučići, jastučići rupa i zidovi rupa tokom jetkanja vanjskog sloja.

L. Skidanje fotorezista

Jednom kada je ploča obložena, fotorezist postaje nepoželjan i treba ga skinuti sa ploče da bi se otkrio neželjeni bakar. Ovdje se kontinuirana linija koristi za rastvaranje i ispiranje otpornika koji pokriva neželjeni bakar. Ovo je prva faza procesa podizanja i jetkanja.

M. Final Etch

U ovom koraku, neželjeni izloženi bakar se uklanja pomoću amonijaka. U isto vrijeme, kalaj može držati željeni bakar. U ovom trenutku, provodna područja i veze su ispravno uspostavljene.

Nakon nagrizanja, sloj kalaja na tragovima bakra će biti uklonjen. Koncentrirana dušična kiselina se koristi za uklanjanje kalaja, neće oštetiti bakrene kolosijeke ispod njega. Ovo rezultira jasnim, jasnim tragovima bakra na PCB-u.

O. Primjena maske za lemljenje

Maska za lemljenje ima sljedeću upotrebu:

Pruža otpor izolacije za tragove.

Razlikovati područja koja se mogu zavariti i koja se ne mogu zavariti.

Pruža zaštitu od uslova okoline tako što prekriva područja koja se ne mogu zavariti mastilom.

LPI (Liquid Photo Imaging) maske kombinuju otapala sa polimerima da formiraju tanak premaz koji prijanja na različite površine štampanih ploča. Štampač slika obloženu ploču. UV svjetlo u mašini stvrdnjava mastilo u čistim područjima. Nakon toga skinite sav neočvrsli rezist sa panela za snimanje.

LPI očvršćavanje (sušenje) kombinuje mastilo sa dielektrikom. Olakšava prianjanje maske za lemljenje. Posljednji korak pečenja odvija se u pećnici ili pod infracrvenim izvorom topline.

Zelena je odabrana kao tipična boja maske za lemljenje jer ne napreže oči. Prije nego što mašine mogu pregledati PCB-e tokom proizvodnje i montaže, sve inspekcije se rade ručno. Gornja svjetla koja tehničari koriste za pregled ploča ne reflektiraju se na zelenoj maski za lemljenje, što ih čini sigurnijim za njihove oči.

P. Završna obrada

Završna obrada PCB-a je veza metal-metal između golog bakra i komponenti na lemljivoj površini ploče. Bakarna površina ploče podložna je oksidaciji bez zaštitnog premaza. Stoga je nanošenje završne obrade kritično za zaštitu od oksidacije. Osim toga, priprema komponente za lemljenje na ploču tokom montaže i produžava vijek trajanja ploče.

Postoje različite vrste površinskih tretmana. Međutim, površinske završne obrade bez olova se široko koriste zbog strogih RoHS specifikacija.

Prilikom odabira završne obrade treba uzeti u obzir faktore kao što su cijena, okoliš, odabir komponenti, rok trajanja i prinos.

Q. Silkscreen

U ovom procesu, inkjet projektor se koristi za snimanje legende direktno iz digitalnih podataka ploče. Tinta se štampa (razmazuje) na površini panela pomoću inkjet štampača. Ploča se zatim peče da očvrsne mastilo. Određuje različite vrste teksta kao što su brojevi dijelova, imena, kodovi, logotipi itd.

Postoje tri načina štampanja:

Ručna sito štampa

Direktno štampanje legende

R. Električni test

E-test predstavlja električni test golih štampanih ploča. U ovom koraku koristite elektronsku sondu da provjerite svaku nemontiranu ploču na kratke spojeve, prekide, otpor, kapacitivnost i druge osnovne električne karakteristike. E-test provjerava provodljivost ploče u odnosu na datoteku netlist. Mrežna lista sadrži informacije o vodljivim obrascima međusobnog povezivanja PCB-a.

Implementirajte testiranje ležaja eksera i leteće sonde kako biste testirali funkcionalnost.

Test leteće sonde

Testiranje leteće sonde koristi sondu koja se kreće od jedne tačke do druge prema uputama koje daje određeni softver. Ovo je metoda testiranja bez uređaja. Na početku se generiše program za testiranje leteće sonde (FPT), a zatim se učitava u FPT tester. Tester primjenjuje električne signale i snagu na tačke sonde, koje se zatim mjere prema proceduri testiranja.

Krevet od eksera

Podloga eksera je tradicionalna metoda za električno ispitivanje golih ploča. Zahtijeva kreiranje testnog predloška sa iglama poravnatim s lokacijama testiranja na PCB-u. Proces je brz i pogodan za velike proizvodne sisteme.

S. Analiza i v-skoring

Ploče se oblikuju i izrezuju iz proizvodnih ploča u završnoj fazi proizvodnje. Metoda koja se koristi je ili korištenje rupe za stup ili proreza u obliku slova V. V-žljebovi režu dijagonalne kanale s obje strane ploče, dok rupe za stupove ostavljaju bočne žljebove duž ivice. U svakom slučaju, ploče se mogu jednostavno izbaciti iz ploče.