Как се произвеждат печатни платки

Производството на печатни платки включва конвертиране на дизайнерски файлове, включително Gerbers и netlists, във физически платки, върху които компонентите могат да бъдат поставени и запоени.

Производственият процес започва с изходни файлове за дизайн (Gerbers, netlists, файлове за пробиване и др.). Тези изходни файлове се генерират по време на фазата на проектиране, включително разработване на продуктови концепции, въвеждане на схема, дизайн на оформление и генериране на файлове. Следващият етап включва изработката и монтажа на платките.

Схемата по-долу показва стъпките, включени в производството на печатни платки.

A. Дизайн и изходни файлове на борда

След получаване на проектните файлове от дизайнера на печатни платки, производството започва бързо. Дизайнерите създават изходни файлове във формат Gerber или ODB plus plus за производство и създават спецификации за материали (BOM) за сглобяване.

Производителите извършват DFM проверки, за да идентифицират потенциални рискове и грешки, които могат да възникнат в производствения процес. Дизайнерите/клиентите се предупреждават, ако нещо се обърка. Коригираният файл след това се подава в CAM (компютърно подпомагано производство) система за разпознаване на формата на слоевете на произведения на изкуството, данни за пробиване на отвори, IPC списък на мрежи и конвертиране на електронните данни в изображение. Той също така проверява реда на слоевете, изпълнява проверки на правилата за проектиране (DRC) и прави много други неща.

Всички слоеве се анализират с помощта на Gerber файл като вход. Планът за подреждане също ще продължи съответно. По-късно CAM ще създаде изходни файлове за различните производствени отдели. Изходните файлове включват програми за пробиване (подчинени и основни отвори за пробиване), слоеве за изображения, изходен файл с маска за запояване, файлове за маршрутизиране и IPC списъци на мрежи.

B. Изображение на вътрешния слой

Производителите използват най-вече LDI (Laser Direct Imaging) поради миниатюризацията. Те също така използваха специален принтер, наречен плотер, който правеше фотографски филми от слоеве на вериги, маска за запояване и слоеве от ситопечат за отпечатване на изображения на вериги. Панелът се състои от фоточувствителен филм, наречен фоторезист. Фоторезистите включват слой от фотореактивни химикали, които полимеризират при излагане на ултравиолетова светлина. Панелът сега е под компютърно управляван лазер. Компютърът сканира повърхността на печатната платка и я преобразува в цифрово изображение. Това цифрово изображение е съпоставено с предварително зареден CAD/CAM проектен файл, съдържащ изискваните спецификации на изображението. По същия начин върху вътрешния слой се формира негативно изображение.

Процесът на LDI е показан на следната фигура:

След проявяване на изображението невтвърденият фоторезист (необходимата за защита мед) се отстранява с алкален разтвор.

В. Офорт

При производството на печатни платки ецването е процес на отстраняване на нежелана мед (Cu) от платката. Нежеланата мед не е нищо друго освен мед без верига. В резултат на това се получава желания модел на веригата.

Производителите на печатни платки обикновено използват процеси на мокро ецване. При мокрото ецване нежеланите материали се разтварят, когато се потопят в химически разтвори.

Важни параметри, които трябва да се имат предвид по време на процеса на ецване, са скоростта, с която панелът се движи, пръскането на химикали и количеството мед, което трябва да се ецва. Целият процес се извършва в конвейерна камера за пулверизиране под високо налягане.

D. Отстраняване на фоторезист

По време на този процес останалият фоторезист се отстранява от медта. Процесът включва използване на изплакване с вода под високо налягане за разтваряне на корозивни частици (химични агенти) във водата, които разрушават фоторезиста.

E. Щанцоване след проверка и ецване

С всички слоеве чисти и готови, производителят се грижи да пробие дупки за подравняване, като използва целите, предоставени на вътрешните слоеве за по-добро подравняване слой към слой. Слоевете се поставят в оптична перфорация, за да се постигне прецизно подравняване на вътрешния и външния слой.

Проверката при този метод се извършва чрез визуално сканиране на повърхността на печатната платка. Платката се осветява от различни източници на светлина, за които се използват една или повече камери с висока разделителна способност. Ето как системата AOI (Автоматизирана оптична инспекция) изгражда пълен образ на платката за проверка.

F. Кафяво оксидно покритие

Тук моделът на медната верига е покрит с кафяв оксид, за да се предотврати окисляването и корозията на вътрешните слоеве след ламиниране. В допълнение, той осигурява по-добри свързващи свойства за свързване с препреги.

Ж. Ламиниране

Ламинирането е процесът на свързване на препрег, медно фолио, вътрешно ядро ​​в симетрична купчина при контролирана температура и налягане. Това е процес в две стъпки:

Подготовка на стекап

Свързване

Многослойните платки са изработени от медно фолио, препрег и вътрешно ядро. Те се държат заедно чрез прилагане на топлина и натиск. За по-добро слепване се използват механични преси както за горещо, така и за студено пресоване. Бондер компютърът управлява процеса на нагряване на стека, прилагане на натиск и оставяне на стека да се охлади с контролирана скорост.

Следващата диаграма обобщава LDI процеса:

З. Сондиране

По време на процеса на пробиване пробийте отвори за проходни отвори и водещи компоненти. Рентгеновата бормашина локализира целта във вътрешния слой. Машината пробива прецизно пилотните отвори. Машината е с компютърно управление, като операторът може да избере конкретна програма за пробиване. Той позиционира координатите XY в правилната посока. Могат да се пробиват отвори с диаметър до 100 микрона. Машината може също така да избере свредлото с правилния размер и да работи съответно.

Пробиването на дупки създава повдигнати краища на метала, обикновено наричани грапавини. Процесът на отстраняване на грапавите премахва всякакви неравности или замърсявания от повърхността на печатната платка.

1. Безелектрическо медно покритие

Първата стъпка в процеса на галванопластика е да направите дупката проводяща чрез химическо отлагане на много тънък слой мед върху стените на дупката. Този процес се нарича безелектрическо медно покритие. Реакцията се инициира от катализатор. След цялостно почистване панелите преминават през непрекъсната химическа баня. Слой мед с дебелина от около {{0}}.08 до 0,1 микрона се отлага върху дупката на дупката и върху повърхността на панела.

J. Изображение на външния слой

Използваме фоторезист върху панела за изобразяване на вътрешния слой. По същия начин, външният слой на панела ще бъде изобразен с помощта на позитивно изображение. Тук процесът следва метода на ецване на печатна форма. Първата стъпка включва почистване на панела, за да се предотврати полепването на замърсяване и прахови частици по панела. След това върху панела се нанася слой фоторезист. След това LDI се използва за отпечатване на изображението.

К. Медно покритие

В тази стъпка дупките и повърхностите са галванизирани с мед. Панелът се зарежда в летателния стик от оператора. Панелът действа като катод за галванопластика на дупките и повърхностите, тъй като дупките са отложили тънък слой проводима мед, готов за галванопластика. Извършва се чрез автоматична линия за покритие. Преди галванично покритие, панелите се почистват и активират в множество вани. Всеки набор от панели се контролира от компютър, за да се гарантира, че остават във всяка вана за точно определен период от време. Обикновено мед с дебелина 1 милион се отлага в дупката.

След медното покритие следва калайдисването. Калайдисването се използва като съпротивление. Той предотвратява корозията на повърхностни елементи като медни подложки, подложки за отвори и стени на отворите по време на ецване на външния слой.

L. Отстраняване на фоторезист

След като панелът е покрит, фоторезистът става нежелан и трябва да бъде отстранен от панела, за да се разкрие нежеланата мед. Тук се използва непрекъсната линия за разтваряне и отмиване на резиста, покриващ нежеланата мед. Това е първият етап от процеса на повдигане-ецване-стрипинг.

М. Краен ецване

В тази стъпка нежеланата открита мед се отстранява с помощта на амонячен ецвач. В същото време калайът може да задържи желаната мед. В този момент проводящите зони и връзки са правилно установени.

N. Отстраняване на калай

След ецване калаеният слой върху медните следи ще бъде отстранен. Концентрирана азотна киселина се използва за отстраняване на калай, тя няма да повреди медните вериги под него. Това води до ясни, отчетливи медни следи върху печатната платка.

O. Нанасяне на маска за запояване

Солдерната маска има следните приложения:

Осигурява устойчивост на изолация за следи.

Разграничаване на заваряеми и незаваряеми зони.

Осигурява защита от условията на околната среда чрез покриване на незаваряеми зони с мастило.

LPI (Liquid Photo Imaging) маските комбинират разтворители с полимери, за да образуват тънко покритие, което се придържа към различни повърхности на печатни платки. Принтерът изобразява покрития панел. UV светлината в машината втвърдява мастилото в чистите зони. След това отстранете всички невтвърдени резисти от панела за изображения.

LPI втвърдяването (сушенето) комбинира мастилото с диелектрика. Улеснява адхезията на спояващата маска. Последната стъпка на печене се извършва във фурна или под инфрачервен източник на топлина.

Зеленото е избрано като типичен цвят на маска за запояване, защото не натоварва очите. Преди машините да могат да проверяват печатни платки по време на производство и монтаж, всички проверки се извършват ръчно. Горните светлини, които техниците използват за проверка на платките, не се отразяват от зелената спояваща маска, което ги прави по-безопасни за очите им.

П. Повърхностно покритие

ПХБ покритието е връзката метал към метал между чистата мед и компонентите в зоната за запояване на печатната платка. Медната повърхност на субстрата на печатна платка е податлива на окисление без защитно покритие. Следователно нанасянето на повърхностно покритие е от решаващо значение за защитата му от окисление. Освен това подготвя компонентите за запояване към платката по време на монтажа и удължава срока на годност на платката.

Има различни видове повърхностни обработки. Въпреки това повърхностните покрития без олово се използват широко поради строгите спецификации на RoHS.

Фактори като цена, околна среда, избор на компоненти, срок на годност и добив трябва да се вземат предвид при избора на покритие.

В. Копринен печат

В този процес се използва мастиленоструен проектор за изобразяване на легендата директно от цифровите данни на печатната платка. Мастилото се отпечатва (размазва) върху повърхността на панела с помощта на мастиленоструен принтер. След това панелът се изпича, за да се втвърди мастилото. Той определя различни видове текст като номера на части, имена, кодове, лога и др.

Има три метода за печат:

Ръчен ситопечат

Директен печат на легенди

R. Електрически тест

E-test означава електрически тест на голи печатни платки. В тази стъпка използвайте електронна сонда, за да проверите всяка немонтирана платка за къси съединения, прекъсвания, съпротивление, капацитет и други основни електрически характеристики. E-test проверява проводимостта на платката спрямо файла със списъка на мрежите. Списъкът с мрежи съдържа информация за проводимите модели на взаимно свързване на PCB.

Внедрете тестове с пирони и летяща сонда, за да тествате функционалността.

Тест с летяща сонда

Тестването с летяща сонда използва сонда, която се движи от една точка в друга според инструкциите, предоставени от специфичен софтуер. Това е метод за тестване без фиксиране. В началото се генерира тестова програма за летяща сонда (FPT) и след това се зарежда в FPT тестер. Тестерът прилага електрически сигнали и захранване към точките на сондата, които след това се измерват в съответствие с процедурата за изпитване.

Легло от нокти

Леглото от пирони е традиционният метод за електрическо изпитване на голи дъски. Това изисква създаване на тестов шаблон с щифтове, подравнени с тестовите места на печатната платка. Процесът е бърз и подходящ за широкомащабни производствени системи.

S. Анализ и v-точкуване

Платките се оформят и изрязват от производствените панели в крайния етап на производство. Използваният метод е или да се използва дупка за стълб или V-образен слот. V-образните жлебове изрязват диагонални канали от двете страни на дъската, докато дупките оставят странични канали по границата. Във всеки случай дъските могат просто да бъдат извадени от панела.