Kuidas PCB-sid toodetakse

PCB valmistamine hõlmab disainifailide, sealhulgas Gerberite ja võrguloendite teisendamist füüsilisteks trükkplaatideks, millele saab komponente asetada ja jootma.

Tootmisprotsess algab disaini väljundfailidega (Gerberid, netlistid, puurimisfailid jne). Need väljundfailid genereeritakse projekteerimisetapis, sealhulgas tootekontseptsioonide väljatöötamisel, skemaatilisel sisendil, paigutuse kujundamisel ja failide genereerimisel. Järgmine etapp hõlmab trükkplaatide valmistamist ja kokkupanekut.

Allolev vooskeem näitab PCB valmistamise etappe.

A. Disain ja tahvli väljundfailid

Pärast trükkplaadi projekteerijalt projekteerimisfailide saamist algab tootmine kiiresti. Disainerid loovad tootmiseks Gerberi või ODB pluss vormingus väljundfailid ja koostavad materjaliarved (BOM-id).

Tootjad viivad läbi DFM-i kontrolle, et tuvastada võimalikud riskid ja vead, mis võivad tootmisprotsessis tekkida. Disainereid/kliente hoiatatakse, kui midagi läheb valesti. Parandatud fail sisestatakse seejärel CAM-i (arvutipõhise tootmise) süsteemi, et tuvastada kunstiteose kihtide vorming, puurimisandmed, IPC võrguloend ja teisendada elektroonilised andmed kujutiseks. Samuti kontrollib see kihtide järjekorda, käivitab disainireeglite kontrolli (DRC) ja teeb palju muid asju.

Kõiki kihte analüüsitakse, kasutades sisendina Gerberi faili. Vastavalt sellele edeneb ka virnastamisplaan. Hiljem loob CAM erinevate tootmisosakondade jaoks väljundfailid. Väljundfailid hõlmavad puurimisprogramme (alam- ja põhipuurimisavad), pildikihte, jootemaski faili väljundit, marsruutimisfaile ja IPC võrguloendeid.

B. Sisekihi pildistamine

Tootjad kasutavad miniaturiseerimise tõttu enamasti LDI-d (Laser Direct Imaging). Samuti kasutasid nad spetsiaalset printerit, mida nimetatakse plotteriks, mis valmistas vooluringi kihtidest fotofilme, jootemaski ja siiditrükkkihte, et trükkida vooluringi kujutisi. Paneel koosneb valgustundlikust kilest, mida nimetatakse fotoresistiks. Fotoresistid sisaldavad fotoreaktiivsete kemikaalide kihti, mis polümeriseerub ultraviolettvalgusega kokkupuutel. Nüüd on paneel arvutiga juhitava laseri all. Arvuti skaneerib trükkplaadi pinda ja teisendab selle digitaalseks pildiks. See digitaalne kujutis sobitatakse eellaaditud CAD/CAM-i kujundusfailiga, mis sisaldab vajalikke pildi spetsifikatsioone. Samamoodi tekib sisekihile negatiivne pilt.

LDI protsessi voog on näidatud järgmisel joonisel:

Pärast kujutise ilmutamist eemaldatakse leeliselise lahusega kõvenemata fotoresist (kaitseks vajalik vask).

C. Söövitamine

PCB-de tootmisel on söövitamine protsess, mille käigus eemaldatakse plaadilt soovimatu vask (Cu). Soovimatu vask pole midagi muud kui vooluringita vask. Selle tulemusena saadakse soovitud vooluahela muster.

Trükkplaatide tootjad kasutavad tavaliselt märgsöövitusprotsesse. Märgsöövitamisel lahustuvad soovimatud materjalid keemilistesse lahustesse sukeldamisel.

Olulised parameetrid, mida söövitusprotsessi ajal arvesse võtta, on paneeli liigutamise kiirus, kemikaalide pihustamine ja söövitava vase kogus. Kogu protsess viiakse läbi konveier-tüüpi kõrgsurvepihustamiskambris.

D. Fotoresisti eemaldamine

Selle protsessi käigus söövitatakse ülejäänud fotoresist vasest eemale. Protsess hõlmab kõrgsurveveega loputamist, et lahustada vees söövitavad osakesed (keemilised ained), mis hävitavad fotoresisti.

E. Punch pärast kontrolli ja söövitamist

Kui kõik kihid on puhtad ja valmis, teeb tootja parema kihtidevahelise joonduse tagamiseks sisemiste kihtide sihtmärkide abil joondusaugud. Sisemise ja välimise kihi täpse joondamise saavutamiseks asetatakse kihid optilisse perforaatorisse.

Selle meetodi kontrollimine toimub trükkplaadi pinna visuaalse skaneerimisega. Trükkplaati valgustavad erinevad valgusallikad, mille jaoks kasutatakse ühte või mitut kõrglahutusega kaamerat. Nii loob AOI (Automated Optical Inspection) süsteem kontrollimiseks tahvlist tervikliku pildi.

F. Pruun oksiidkate

Siin on vaskahela muster kaetud pruuni oksiidiga, et vältida sisemiste kihtide oksüdeerumist ja korrosiooni pärast lamineerimist. Lisaks annab see paremad nakkumisomadused eelpregidega liimimiseks.

G. Lamineerimine

Lamineerimine on protsess, mille käigus liimitakse eeltöödeldud, vaskfooliumi ja sisemine südamik sümmeetrilises virnas kontrollitud temperatuuri ja rõhu all. See on kaheetapiline protsess:

Virnastamise ettevalmistamine

Liimimine

Mitmekihilised plaadid on valmistatud vaskfooliumist, prepreg- ja sisesüdamikust. Neid hoitakse koos kuumuse ja rõhu abil. Parema sidumise tagamiseks kasutatakse mehaanilisi presse nii kuum- kui ka külmpressimisel. Liimimisarvuti haldab virna kuumutamise, rõhu avaldamise ja virna kontrollitud kiirusega jahtumise laskmise protsessi.

Järgmine diagramm võtab LDI protsessi kokku:

H. Puurimine

Puurimise ajal puurige augud läbivate aukude ja pliikomponentide jaoks. Röntgenpuur määrab sihtmärgi asukoha sisemises kihis. Masin puurib täpselt pilootaugud. Masin on arvutiga juhitav, kus operaator saab valida konkreetse puurimisprogrammi. See positsioneerib XY-koordinaadid õiges suunas. Puurida saab auke läbimõõduga kuni 100 mikronit. Samuti oskab masin valida õige suurusega külviku ja vastavalt sellele toimida.

Aukude puurimisel tekivad metallist ülestõstetud otsad, mida tavaliselt nimetatakse puruks. Krõmpsu eemaldamise protsess eemaldab trükkplaadi pinnalt kõik pursked või lisandid.

1. Elektrooniline vaskplaat

Esimene samm galvaniseerimise protsessis on muuta ava silinder juhtivaks, sadestades ava seintele keemiliselt väga õhukese vasekihi. Seda protsessi nimetatakse elektrivaba vaskplaadistamiseks. Reaktsiooni käivitab katalüsaator. Pärast põhjalikku puhastamist läbivad paneelid pideva keemilise vanni. Ava silindrile ja paneeli pinnale sadestatakse umbes {{0}},08 kuni 0,1 mikroni paksune vasekiht.

J. Väliskihi kujutis

Sisekihi pildistamiseks kasutame paneelil fotoresisti. Sarnaselt kuvatakse paneeli välimine kiht positiivse kujutisega. Siin järgib protsess trükiplaadi söövitamise meetodit. Esimene samm hõlmab paneeli puhastamist, et vältida saastumise ja tolmuosakeste kleepumist paneelile. Järgmisena kantakse paneelile fotoresisti kiht. Pärast seda kasutatakse pildi printimiseks LDI-d.

K. Vasetamine

Selles etapis kaetakse augud ja pinnad vasega. Paneeli laadib lennupulgasse operaator. Paneel toimib aukude ja pindade galvaniseerimisel katoodina, kuna aukudesse on ladestunud õhuke juhtiv vaskkiht, mis on galvaniseerimiseks valmis. Seda tehakse automaatse plaadistusliiniga. Enne galvaniseerimist puhastatakse ja aktiveeritakse paneelid mitmes vannis. Iga paneelikomplekt on arvutiga juhitav, et tagada nende püsimine igas vannis täpselt kindla aja. Tavaliselt ladestatakse augu silindrisse 1 miili paksune vask.

Pärast vasetamist on järgmine tinatamine. Resistina kasutatakse tinakatmist. See hoiab ära pinnaelementide, nagu vaskpatjade, augupatjade ja aukude seinte korrosiooni väliskihi söövitamise ajal.

L. Fotoresist Stripping

Kui paneel on kaetud, muutub fotoresist ebasoovitavaks ja see tuleb soovimatu vase paljastamiseks paneelilt eemaldada. Siin kasutatakse soovimatut vaske katva resisti lahustamiseks ja mahapesemiseks pidevat joont. See on tõste-söövitus-eemaldamise protsessi esimene etapp.

M. Final Etch

Selles etapis eemaldatakse soovimatu avatud vask, kasutades ammoniaagi söövitusainet. Samal ajal mahutab tina soovitud vaske. Sel hetkel on juhtivad alad ja ühendused korralikult loodud.

N. Pleki eemaldamine

Pärast söövitamist vasejälgedelt eemaldatakse tinakiht. Tina eemaldamiseks kasutatakse kontsentreeritud lämmastikhapet, see ei kahjusta selle all olevaid vasest vooluringi radu. Selle tulemuseks on selged, selged vase jäljed PCB-l.

O. Jootemaski pealekandmine

Jootemaskil on järgmised kasutusalad:

See tagab jälgede isolatsioonitakistuse.

Eristage keevitatavad ja mittekeevitavad alad.

Pakub kaitset keskkonnatingimuste eest, kattes mittekeevitavad kohad tindiga.

LPI (Liquid Photo Imaging) maskid ühendavad lahustid polümeeridega, moodustades õhukese katte, mis kleepub erinevatele trükkplaatide pindadele. Printer pildistab kaetud paneeli. Masina UV-valgus kõvestab tinti läbipaistvatel aladel. Pärast seda eemaldage pildinduspaneelilt kogu kõvenemata resist.

LPI kõvenemine (kuivatamine) ühendab tindi dielektrikuga. See hõlbustab jootemaski kleepumist. Küpsetamise viimane etapp toimub ahjus või infrapuna soojusallika all.

Roheline valiti tüüpiliseks jootemaski värviks, kuna see ei kurna silmi. Enne kui masinad saavad PCB-sid tootmise ja kokkupanemise ajal kontrollida, tehakse kõik kontrollid käsitsi. Õhutuled, mida tehnikud trükkplaatide kontrollimiseks kasutavad, ei peegeldu roheliselt jootemaskilt, muutes need silmadele ohutumaks.

P. Pinnaviimistlus

PCB viimistlus on metall-metalli ühendus tühja vase ja komponentide vahel trükkplaadi joodetaval alal. Trükkplaadi substraadi vaskpind on ilma kaitsekatteta vastuvõtlik oksüdeerumisele. Seetõttu on pinnaviimistlus ülioluline, et kaitsta seda oksüdatsiooni eest. Lisaks valmistab see ette komponendid kokkupanemise ajal plaadile jootmiseks ja pikendab plaadi säilivusaega.

Pinnatöötlusi on erinevat tüüpi. Kuid pliivaba pinnaviimistlust kasutatakse laialdaselt rangete RoHS-i spetsifikatsioonide tõttu.

Viimistluse valimisel tuleks arvesse võtta selliseid tegureid nagu maksumus, keskkond, komponentide valik, säilivusaeg ja saagis.

K. Siiditrükk

Selles protsessis kasutatakse tindiprojektorit legendi kujutiseks otse trükkplaadi digitaalsetest andmetest. Tint trükitakse (määritakse) tindiprinteri abil paneeli pinnale. Seejärel küpsetatakse paneel tindi kõvendamiseks. See määrab erinevat tüüpi teksti, nagu osade numbrid, nimed, koodid, logod jne.

On kolm printimismeetodit:

Käsitsi siiditrükk

Legendi otsetrükk

R. Elektrikatse

E-test seisab palja trükkplaadi elektrilise testi jaoks. Selles etapis kontrollige elektroonilise sondiga igal ühendamata trükkplaadil lühiseid, avanemisi, takistust, mahtuvust ja muid põhilisi elektrilisi omadusi. E-test kontrollib plaadi juhtivust võrrelduna netlist failiga. Võrguloend sisaldab teavet PCB juhtivate ühendusmustrite kohta.

Rakendage funktsionaalsuse testimiseks naelte ja lendava sondi testimist.

Lendava sondi test

Lendava sondi testimisel kasutatakse sondi, mis liigub ühest punktist teise vastavalt konkreetse tarkvara juhistele. See on kinnitusteta testimismeetod. Alguses genereeritakse lendava sondi testimise programm (FPT) ja seejärel laaditakse see FPT-testerisse. Tester rakendab sondipunktidele elektrilisi signaale ja toidet, mida seejärel mõõdetakse vastavalt katseprotseduurile.

Küünte voodi

Küünte alus on traditsiooniline meetod katmata laudade elektriliseks testimiseks. Selleks on vaja luua testmall, mille tihvtid on joondatud PCB testimiskohtadega. Protsess on kiire ja sobib suuremahuliste tootmissüsteemide jaoks.

S. Analüüs ja v-skoorimine

Trükkplaadid vormitakse ja lõigatakse tootmispaneelidest viimases valmistamisetapis. Kasutatakse kas postiava või V-kujulise pilu kasutamist. V-kujulised sooned lõikavad plaadi mõlemale küljele diagonaalsed kanalid, postaugud aga jätavad äärisele külgsooned. Igal juhul saab lauad paneelist lihtsalt välja visata.