Jak se vyrábí PCB

Výroba desek plošných spojů zahrnuje konverzi návrhových souborů, včetně Gerberů a netlistů, do fyzických desek plošných spojů, na které lze umístit a připájet součástky.

Výrobní proces začíná výstupními soubory návrhu (Gerbers, netlists, vrtací soubory atd.). Tyto výstupní soubory jsou generovány během fáze návrhu, včetně vývoje konceptů produktu, schematického vstupu, návrhu rozvržení a generování souborů. Další fáze zahrnuje výrobu a montáž desek plošných spojů.

Níže uvedený vývojový diagram ukazuje kroky spojené s výrobou PCB.

A. Návrhové a výstupní soubory desky

Po obdržení návrhových souborů od návrháře PCB začne výroba rychle. Návrháři vytvářejí výstupní soubory ve formátu Gerber nebo ODB plus plus pro výrobu a vytvářejí kusovníky pro montáž.

Výrobci provádějí kontroly DFM, aby identifikovali potenciální rizika a chyby, které mohou nastat ve výrobním procesu. Návrháři/klienti jsou upozorněni, pokud se něco pokazí. Opravený soubor je poté vložen do systému CAM (Computer Aided Manufacturing), který rozpozná formát vrstev kresby, data vrtaných otvorů, IPC netlist a převede elektronická data na obrázek. Také ověřuje pořadí vrstev, spouští kontroly pravidel návrhu (DRC) a dělá mnoho dalších věcí.

Všechny vrstvy jsou analyzovány pomocí souboru Gerber jako vstupu. Podle toho bude probíhat i plán skládání. Později CAM vytvoří výstupní soubory pro různá výrobní oddělení. Výstupní soubory zahrnují vrtací programy (vedlejší a hlavní vrtané otvory), zobrazovací vrstvy, výstup souboru pájecí masky, soubory směrování a seznamy sítí IPC.

B. Zobrazení vnitřní vrstvy

Výrobci většinou používají LDI (Laser Direct Imaging) kvůli miniaturizaci. Použili také speciální tiskárnu zvanou plotr, která vytvářela fotografické filmy vrstev obvodů, pájecí masky a sítotiskových vrstev pro tisk obrázků obvodů. Panel se skládá z fotocitlivého filmu zvaného fotorezist. Fotorezisty zahrnují vrstvu fotoreaktivních chemikálií, které polymerují po vystavení ultrafialovému světlu. Panel je nyní pod počítačem řízeným laserem. Počítač naskenuje povrch obvodové desky a převede jej na digitální obraz. Tento digitální obrázek je porovnán s předem načteným souborem návrhu CAD/CAM obsahujícím požadované specifikace obrázku. Stejně tak se na vnitřní vrstvě vytvoří negativní obraz.

Tok procesu LDI je znázorněn na následujícím obrázku:

Po vyvolání obrazu se nevytvrzený fotorezist (měď potřebná k ochraně) odstraní alkalickým roztokem.

C. Leptání

Při výrobě desek plošných spojů je leptání proces odstraňování nežádoucí mědi (Cu) z desky. Nežádoucí měď není nic jiného než měď bez obvodu. Výsledkem je získání požadovaného vzoru obvodu.

Výrobci desek plošných spojů obvykle používají procesy mokrého leptání. Při mokrém leptání se nežádoucí materiály po ponoření do chemických roztoků rozpouštějí.

Důležité parametry, které je třeba vzít v úvahu během procesu leptání, jsou rychlost, kterou se panel pohybuje, sprej chemikálií a množství mědi, které se má odleptat. Celý proces se provádí ve vysokotlaké atomizační komoře dopravníkového typu.

D. Odizolování fotorezistu

Během tohoto procesu se zbývající fotorezist odleptá od mědi. Proces zahrnuje použití vysokotlakého oplachu vodou k rozpuštění korozivních částic (chemických činidel) ve vodě, které ničí fotorezist.

E. Po kontrole a leptání děrujte

Když jsou všechny vrstvy čisté a připravené, výrobce dbá na to, aby pro lepší zarovnání mezi vrstvami prorazil otvory pro zarovnání pomocí terčíků na vnitřních vrstvách. Vrstvy jsou umístěny v optickém razníku, aby se dosáhlo přesného vyrovnání vnitřní a vnější vrstvy.

Kontrola při této metodě se provádí vizuálním skenováním povrchu desky plošných spojů. Deska plošných spojů je osvětlena různými světelnými zdroji, pro které se používá jedna nebo více kamer s vysokým rozlišením. Takto systém AOI (Automated Optical Inspection) vytváří kompletní obraz desky pro ověření.

F. Hnědý oxidový povlak

Zde je měděný obvodový vzor potažen hnědým oxidem, aby se zabránilo oxidaci a korozi vnitřních vrstev po laminaci. Navíc poskytuje lepší spojovací vlastnosti pro lepení s prepregy.

G. Laminování

Laminace je proces lepení prepregu, měděné fólie, vnitřního jádra v symetrickém svazku za kontrolované teploty a tlaku. Jedná se o dvoufázový proces:

Příprava stohování

Lepení

Vícevrstvé desky jsou vyrobeny z měděné fólie, prepregu a vnitřního jádra. Ty jsou drženy pohromadě působením tepla a tlaku. Pro lepší spojení se používají mechanické lisy pro lisování za tepla i za studena. Spojovací počítač řídí proces zahřívání stohu, aplikování tlaku a umožnění ochlazování stohu řízenou rychlostí.

Následující diagram shrnuje proces LDI:

H. Vrtání

Během procesu vrtání vyvrtejte otvory pro průchozí otvory a součásti vedení. Rentgenový vrták lokalizuje cíl ve vnitřní vrstvě. Stroj přesně vyvrtá vodicí otvory. Stroj je řízen počítačem, kde si obsluha může zvolit konkrétní vrtací program. Umístí souřadnice XY správným směrem. Lze vrtat otvory až do průměru 100 mikronů. Stroj může také vybrat správnou velikost vrtáku a podle toho pracovat.

Vrtání otvorů vytváří zvýšené konce kovu běžně nazývané otřepy. Proces odstraňování otřepů odstraňuje veškeré otřepy nebo nečistoty z povrchu desky plošných spojů.

1. Bezproudové pokovování mědí

Prvním krokem v procesu galvanického pokovování je učinit barel otvoru vodivým chemickým nanesením velmi tenké vrstvy mědi na stěny otvoru. Tento proces se nazývá bezproudové pokovování mědí. Reakce je iniciována katalyzátorem. Po důkladném očištění procházejí panely kontinuální chemickou lázní. Vrstva mědi o tloušťce asi {{0}},08 až 0,1 mikronu je nanesena na válec otvoru a na povrch panelu.

J. Zobrazování vnějších vrstev

Pro zobrazení vnitřní vrstvy používáme fotorezist na panelu. Podobně bude vnější vrstva panelu zobrazena pomocí pozitivního obrazu. Zde se proces řídí metodou leptání tiskové desky. První krok zahrnuje čištění panelu, aby se zabránilo kontaminaci a ulpění prachových částic na panelu. Dále se na panel nanese vrstva fotorezistu. Poté se pro tisk obrázku použije LDI.

K. Pokovování mědí

V tomto kroku jsou otvory a povrchy galvanicky pokoveny mědí. Panel je do letové tyče vložen operátorem. Panel funguje jako katoda pro galvanické pokovování otvorů a povrchů, protože otvory nanesly tenkou vrstvu vodivé mědi, připravenou k galvanickému pokovování. Provádí se automatickou pokovovací linkou. Před galvanickým pokovováním jsou panely vyčištěny a aktivovány ve více lázních. Každá sada panelů je řízena počítačem, aby bylo zajištěno, že zůstanou v každé vaně přesně určitou dobu. Typicky je měď o tloušťce 1 mil nanesena do válce otvoru.

Po pomědění následuje pocínování. Jako rezist se používá pocínování. Zabraňuje korozi povrchových prvků, jako jsou měděné podložky, podložky otvorů a stěny otvorů během leptání vnější vrstvy.

L. Odizolování fotorezistu

Jakmile je panel pokoven, fotorezist se stane nežádoucím a musí být z panelu odstraněn, aby se odhalila nežádoucí měď. Zde se používá souvislá linie k rozpuštění a smytí rezistu pokrývajícího nežádoucí měď. Toto je první fáze procesu lift-etch-stripping.

M. Závěrečný lept

V tomto kroku se nechtěná odkrytá měď odstraní pomocí čpavkového leptadla. Cín přitom dokáže pojmout požadovanou měď. V tomto okamžiku jsou vodivé oblasti a spoje správně vytvořeny.

N. Odizolování cínu

Po leptání bude cínová vrstva na měděných stopách odstraněna. K odstranění cínu se používá koncentrovaná kyselina dusičná, která nepoškodí měděné dráhy obvodu pod ní. Výsledkem jsou jasné, zřetelné stopy mědi na desce plošných spojů.

O. Aplikace pájecí masky

Pájecí maska ​​má následující použití:

Poskytuje izolační odpor pro stopy.

Rozlišujte svařitelné a nesvařitelné oblasti.

Poskytuje ochranu před vlivy prostředí pokrytím nesvařitelných oblastí inkoustem.

Masky LPI (Liquid Photo Imaging) kombinují rozpouštědla s polymery a vytvářejí tenký povlak, který přilne k různým povrchům desek s plošnými spoji. Tiskárna zobrazí potažený panel. UV světlo ve stroji vytvrzuje inkoust v čistých oblastech. Poté odstraňte ze zobrazovacího panelu veškerý nevytvrzený rezist.

Vytvrzování (sušení) LPI kombinuje inkoust s dielektrikem. Usnadňuje přilnavost pájecí masky. Konečný krok pečení probíhá v peci nebo pod infračerveným zdrojem tepla.

Zelená byla zvolena jako typická barva pájecí masky, protože nezatěžuje oči. Než mohou stroje kontrolovat desky plošných spojů během výroby a montáže, všechny kontroly se provádějí ručně. Stropní světla, která technici používají ke kontrole desek plošných spojů, se neodrážejí od zelené pájecí masky, takže jsou pro jejich oči bezpečnější.

P. Povrchová úprava

Povrchová úprava PCB je spojení kov-kov mezi holou mědí a součástkami na pájecí ploše desky plošných spojů. Měděný povrch substrátu desky plošných spojů je bez ochranného povlaku náchylný k oxidaci. Proto je aplikace povrchové úpravy rozhodující pro ochranu před oxidací. Navíc připravuje součástky pro pájení na desku během montáže a prodlužuje životnost desky.

Existují různé druhy povrchových úprav. Díky přísným specifikacím RoHS jsou však široce používány povrchové úpravy bez olova.

Při výběru povrchové úpravy je třeba vzít v úvahu faktory, jako jsou náklady, životní prostředí, výběr komponentů, skladovatelnost a výtěžnost.

Q. Sítotisk

V tomto procesu se používá inkoustový projektor k zobrazení legendy přímo z digitálních dat obvodové desky. Inkoust je sítotiskem (rozmazán) na povrch panelu pomocí inkoustové tiskárny. Panel je poté vypálen, aby se vytvrdil inkoust. Specifikuje různé typy textu, jako jsou čísla dílů, názvy, kódy, loga atd.

Existují tři způsoby tisku:

Ruční sítotisk

Přímý tisk legendy

R. Elektrický test

E-test je zkratka pro holý elektrický test desky s plošnými spoji. V tomto kroku použijte elektronickou sondu ke kontrole každé nenamontované obvodové desky na zkraty, přerušení, odpor, kapacitu a další základní elektrické charakteristiky. E-test kontroluje vodivost desky proti souboru netlist. Netlist obsahuje informace o vzorcích vodivých propojení DPS.

Implementujte testování lůžka hřebíků a létající sondy pro testování funkčnosti.

Test létající sondy

Testování létající sondy využívá sondu, která se pohybuje z jednoho bodu do druhého podle instrukcí poskytnutých specifickým softwarem. Jedná se o nefixovanou testovací metodu. Na začátku je vygenerován testovací program létající sondy (FPT) a poté nahrán do FPT testeru. Tester přivádí elektrické signály a napájení do bodů sondy, které se pak měří podle zkušebního postupu.

Lůžko nehtů

Lůžko hřebíků je tradiční metoda pro elektrické testování holých desek. Vyžaduje vytvoření testovací šablony s kolíky zarovnanými s testovacími místy na desce plošných spojů. Proces je rychlý a vhodný pro rozsáhlé výrobní systémy.

S. Analýza a v-scoring

Desky plošných spojů jsou tvarovány a řezány z výrobních panelů v konečné fázi výroby. Použitá metoda je buď použití otvoru pro sloupek nebo štěrbiny ve tvaru V. V-drážky vyřezávají diagonální kanály na obou stranách desky, zatímco otvory pro sloupky zanechávají boční drážky podél okraje. V každém případě lze desky jednoduše vysunout z panelu.