Kako se proizvajajo tiskane plošče

Izdelava tiskanih vezij vključuje pretvorbo projektnih datotek, vključno z Gerberji in seznami omrežij, v fizična vezja, na katera je mogoče namestiti in spajkati komponente.

Proizvodni proces se začne z izhodnimi datotekami načrta (Gerberji, seznami mrež, datoteke za vrtanje itd.). Te izhodne datoteke so ustvarjene med fazo načrtovanja, vključno z razvojem konceptov izdelkov, shematskim vnosom, načrtovanjem postavitve in ustvarjanjem datotek. Naslednja faza vključuje izdelavo in montažo tiskanih vezij.

Spodnji diagram poteka prikazuje korake pri izdelavi PCB.

A. Oblikovanje in izhodne datoteke plošče

Po prejemu projektnih datotek od oblikovalca PCB se proizvodnja hitro začne. Oblikovalci ustvarijo izhodne datoteke v formatu Gerber ali ODB plus plus za proizvodnjo in ustvarijo sezname materialov (BOM) za montažo.

Proizvajalci izvajajo preglede DFM, da prepoznajo morebitna tveganja in napake, ki se lahko pojavijo v proizvodnem procesu. Oblikovalci/stranke so opozorjeni, če gre kaj narobe. Popravljena datoteka se nato vnese v sistem CAM (Computer Aided Manufacturing) za prepoznavanje formata plasti umetniškega dela, podatkov o izvrtinah, seznama omrežij IPC in pretvorbo elektronskih podatkov v sliko. Preverja tudi vrstni red slojev, izvaja preverjanja pravil oblikovanja (DRC) in počne številne druge stvari.

Vsi sloji so analizirani z uporabo Gerberjeve datoteke kot vhoda. V skladu s tem bo potekal tudi načrt zlaganja. Kasneje bo CAM ustvaril izhodne datoteke za različne proizvodne oddelke. Izhodne datoteke vključujejo vrtalne programe (spodnje in glavne vrtalne luknje), slikovne plasti, izhodne datoteke spajkalne maske, datoteke za usmerjanje in sezname omrežij IPC.

B. Slikanje notranje plasti

Proizvajalci večinoma uporabljajo LDI (Laser Direct Imaging) zaradi miniaturizacije. Uporabili so tudi poseben tiskalnik, imenovan risalnik, ki je naredil fotografske filme plasti vezja, spajkalne maske in slojev sitotiska za tiskanje slik vezja. Plošča je sestavljena iz fotoobčutljivega filma, imenovanega fotorezist. Fotorezisti vključujejo plast fotoreaktivnih kemikalij, ki polimerizirajo ob izpostavitvi ultravijolični svetlobi. Plošča je zdaj pod računalniško vodenim laserjem. Računalnik skenira površino tiskanega vezja in jo pretvori v digitalno sliko. Ta digitalna slika se ujema s predhodno naloženo oblikovno datoteko CAD/CAM, ki vsebuje zahtevane specifikacije slike. Na enak način se na notranji plasti oblikuje negativna slika.

Potek procesa LDI je prikazan na naslednji sliki:

Po razvijanju slike neutrjen fotorezist (baker, potreben za zaščito) odstranimo z alkalno raztopino.

C. Jedkanica

V proizvodnji PCB je jedkanje postopek odstranjevanja neželenega bakra (Cu) s plošče. Nezaželen baker ni nič drugega kot baker brez vezja. Kot rezultat dobimo želeni vzorec vezja.

Proizvajalci tiskanih vezij običajno uporabljajo postopke mokrega jedkanja. Pri mokrem jedkanju se nezaželeni materiali raztopijo, ko jih potopimo v kemične raztopine.

Pomembni parametri, ki jih je treba upoštevati med postopkom jedkanja, so hitrost, s katero se plošča premika, pršenje kemikalij in količina bakra, ki ga je treba jedkati. Celoten postopek poteka v visokotlačni atomizacijski komori tekočega tipa.

D. Odstranjevanje fotorezista

Med tem postopkom se preostali fotorezist jedka stran od bakra. Postopek vključuje uporabo izpiranja z vodo pod visokim pritiskom, da se v vodi raztopijo jedki delci (kemična sredstva), ki uničijo fotorezist.

E. Luknjanje po pregledu in jedkanju

Ko so vse plasti čiste in pripravljene, proizvajalec poskrbi za izvrtanje poravnalnih lukenj z uporabo tarč na notranjih plasteh za boljšo poravnavo med plastmi. Plasti so nameščene v optičnem luknjaču, da se doseže natančna poravnava notranje in zunanje plasti.

Pregled pri tej metodi se izvede z vizualnim skeniranjem površine vezja. Vezje je osvetljeno z različnimi svetlobnimi viri, za kar se uporablja ena ali več kamer visoke ločljivosti. Tako sistem AOI (Automated Optical Inspection) ustvari popolno podobo plošče za preverjanje.

F. Rjava oksidna prevleka

Tu je vzorec bakrenega vezja prevlečen z rjavim oksidom, da prepreči oksidacijo in korozijo notranjih plasti po laminaciji. Poleg tega zagotavlja boljše lepilne lastnosti za lepljenje s prepregi.

G. Laminacija

Laminacija je postopek lepljenja preprega, bakrene folije, notranjega jedra v simetričnem nizu pod nadzorovano temperaturo in tlakom. To je postopek v dveh korakih:

Priprava zlaganja

Lepljenje

Večslojne plošče so izdelane iz bakrene folije, preprega in notranjega jedra. Ti se držijo skupaj z uporabo toplote in pritiska. Za boljše lepljenje se uporabljajo mehanske stiskalnice za toplo in hladno stiskanje. Bonder računalnik upravlja proces segrevanja sklada, pritiskanja in omogočanja, da se sklad ohladi z nadzorovano hitrostjo.

Naslednji diagram povzema postopek LDI:

H. Vrtanje

Med postopkom vrtanja izvrtajte luknje za skoznje luknje in vodilne komponente. Rentgenski sveder locira tarčo v notranji plasti. Stroj natančno izvrta vodilne luknje. Stroj je računalniško voden, kjer lahko operater izbere določen program vrtanja. Postavi koordinate XY v pravo smer. Izvrtate lahko luknje do premera 100 mikronov. Stroj lahko tudi izbere pravilno velikost svedra in ustrezno deluje.

Vrtanje lukenj ustvari dvignjene konce kovine, ki se običajno imenujejo brune. Postopek odstranjevanja robov odstrani morebitne robove ali nečistoče s površine tiskanega vezja.

1. Brezelektrično bakrenje

Prvi korak v procesu galvanizacije je, da naredite luknjo prevodno s kemičnim nanosom zelo tanke plasti bakra na stene luknje. Ta postopek se imenuje brezelektrično bakrenje. Reakcijo sproži katalizator. Po temeljitem čiščenju gredo plošče skozi neprekinjeno kemično kopel. Plast bakra, debela približno {{0}},08 do 0,1 mikrona, je nanešena na sod luknje in na površino plošče.

J. Slikanje zunanje plasti

Za slikanje notranje plasti uporabljamo fotorezist na plošči. Podobno bo zunanja plast plošče posneta s pozitivno sliko. Tukaj postopek sledi metodi jedkanja tiskarske plošče. Prvi korak vključuje čiščenje plošče, da se prepreči oprijem kontaminacije in prašnih delcev na ploščo. Nato se na ploščo nanese plast fotorezista. Nato se za tiskanje slike uporabi LDI.

K. Bakrenje

V tem koraku so luknje in površine galvanizirane z bakrom. Panel naloži operater v letalno palico. Plošča deluje kot katoda za galvanizacijo lukenj in površin, saj je v luknjah odložena tanka plast prevodnega bakra, pripravljena za galvanizacijo. Izvaja se z avtomatsko linijo za galvanizacijo. Pred galvanizacijo se plošče očistijo in aktivirajo v več kopeli. Vsak sklop plošč je računalniško nadzorovan, da se zagotovi, da ostanejo v vsaki kadi točno določen čas. Običajno je 1 mil debel baker odložen v sodu luknje.

Po bakrenju je na vrsti pocinkanje. Kot upor se uporablja pocinkana prevleka. Preprečuje korozijo površinskih elementov, kot so bakrene blazinice, blazinice in stene lukenj med jedkanjem zunanje plasti.

L. Odstranjevanje fotorezista

Ko je plošča prevlečena, fotorezist postane nezaželen in ga je treba odstraniti s plošče, da se izpostavi neželeni baker. Tukaj se neprekinjena linija uporablja za raztapljanje in spiranje upora, ki prekriva neželen baker. To je prva stopnja postopka dviganja-jedkanja-odstranitve.

M. Končno jedkanje

V tem koraku se nezaželeni izpostavljeni baker odstrani z jedkalnikom za amoniak. Hkrati lahko kositer zadrži želeni baker. Na tej točki so prevodna območja in povezave pravilno vzpostavljene.

N. Odstranjevanje kositra

Po jedkanju bo odstranjena plast kositra na bakrenih sledovih. Za odstranjevanje kositra se uporablja koncentrirana dušikova kislina, ki ne poškoduje bakrenih vezij pod njim. Posledica tega so jasne, razločne sledi bakra na tiskanem vezju.

O. Uporaba spajkalne maske

Spajkalna maska ​​ima naslednje namene:

Zagotavlja izolacijsko odpornost za sledi.

Razlikovati varljiva in nevarljiva območja.

Zagotavlja zaščito pred okoljskimi pogoji tako, da prekrije območja, ki jih ni mogoče variti, s črnilom.

LPI (Liquid Photo Imaging) maske združujejo topila s polimeri, da tvorijo tanek premaz, ki se oprime različnih površin tiskanih vezij. Tiskalnik slika premazano ploščo. UV svetloba v stroju strdi črnilo na čistih območjih. Nato s plošče za preslikovanje odstranite vso neutrjeno uporo.

LPI utrjevanje (sušenje) združi črnilo z dielektrikom. Olajša oprijem spajkalne maske. Končni korak pečenja poteka v pečici ali pod infrardečim virom toplote.

Zelena je bila izbrana kot tipična barva spajkalne maske, ker ne obremenjuje oči. Preden lahko stroji pregledajo PCB med proizvodnjo in montažo, se vsi pregledi opravijo ročno. Zgornje luči, ki jih tehniki uporabljajo za pregledovanje tiskanih vezij, se ne odbijajo od zelene spajkalne maske, zaradi česar so varnejše za njihove oči.

P. Površinska obdelava

Zaključek tiskanega vezja je povezava med kovino in kovino med golim bakrom in komponentami na območju vezja, ki ga je mogoče spajkati. Bakrena površina substrata vezja je dovzetna za oksidacijo brez zaščitnega premaza. Zato je nanos površinske obdelave ključnega pomena za zaščito pred oksidacijo. Poleg tega pripravi komponente za spajkanje na ploščo med montažo in podaljša življenjsko dobo plošče.

Obstajajo različne vrste površinske obdelave. Vendar pa se zaradi strogih specifikacij RoHS široko uporabljajo površinski zaključki, ki ne vsebujejo svinca.

Pri izbiri zaključka je treba upoštevati dejavnike, kot so stroški, okolje, izbira komponent, rok uporabnosti in izkoristek.

Q. Svileni zaslon

V tem procesu se uporablja brizgalni projektor za slikanje legende neposredno iz digitalnih podatkov tiskanega vezja. Črnilo se sitotiska (razmaže) na površino plošče s pomočjo brizgalnega tiskalnika. Plošča se nato speče, da se črnilo strdi. Določa različne vrste besedila, kot so številke delov, imena, kode, logotipi itd.

Obstajajo trije načini tiskanja:

Ročni sitotisk

Neposredno tiskanje legend

R. Električni preizkus

E-test pomeni električni preskus golega tiskanega vezja. V tem koraku uporabite elektronsko sondo, da preverite vsako nemontirano vezje glede kratkih stikov, prekinitev, upora, kapacitivnosti in drugih osnovnih električnih značilnosti. E-test preveri prevodnost plošče glede na datoteko netlist. Seznam omrežij vsebuje informacije o vzorcih prevodne medsebojne povezave tiskanega vezja.

Izvedite testiranje z žeblji in letečo sondo, da preizkusite funkcionalnost.

Test leteče sonde

Testiranje z letečo sondo uporablja sondo, ki se premika od ene točke do druge v skladu z navodili posebne programske opreme. To je preskusna metoda brez pritrdilnih elementov. Na začetku se ustvari testni program leteče sonde (FPT), ki se nato naloži v tester FPT. Tester dovaja električne signale in moč na sondne točke, ki se nato izmerijo v skladu s preskusnim postopkom.

Postelja iz žebljev

Postelja z žeblji je tradicionalna metoda za električno preskušanje golih desk. Zahteva izdelavo testne predloge z zatiči, poravnanimi s testnimi lokacijami na tiskanem vezju. Postopek je hiter in primeren za velike proizvodne sisteme.

S. Analiza in v-točkovanje

Vezja so oblikovana in izrezana iz proizvodnih plošč v končni fazi izdelave. Uporabljena metoda je bodisi uporaba luknje za drog ali reže v obliki črke V. V-utori režejo diagonalne kanale na obeh straneh plošče, medtem ko luknje za stebre puščajo stranske utore vzdolž roba. V vsakem primeru lahko plošče preprosto izvržete iz plošče.