Процесс изготовления печатных плат - исчерпывающее руководство

Understanding PCB Manufacturing Process

Печатные платы (ПП), являющиеся неотъемлемой частью всех основных электронных устройств, используются во многих цифровых приборах, включая такие простые устройства, как часы, калькуляторы и т.п. Для тех, кто не знает, печатные платы управляют электрическими сигналами внутри электронных устройств, чтобы удовлетворить потребности электрических и механических цепей устройства. Проще говоря, печатные платы задают направление движения электричества, давая жизнь вашим электронным устройствам.

Печатные платы управляют электрическим током по своей поверхности с помощью сети медных дорожек. Замысловатая матрица медных путей характеризует специфическую функцию каждого участка печатной платы.

Перед началом проектирования печатных плат разработчикам рекомендуется посетить магазин печатных плат и лично проконсультироваться с изготовителями по вопросам производства печатных плат. Такой подход позволяет исключить возможные ненужные ошибки на этапе проектирования. Однако, поскольку большинство компаний передают свои запросы на производство печатных плат зарубежным поставщикам, такой подход становится нецелесообразным. Поэтому мы представляем эту статью, чтобы дать вам адекватное представление о шагах, связанных с Производство печатных плат. Мы надеемся, что она поможет разработчикам схем и новичкам в PCB-индустрии получить прозрачное представление о том, как производятся печатные платы, и поможет избежать ненужных ошибок.

Процедуры, выполняемые при производстве печатных плат

Шаг 1: Проект и результаты

Макеты печатных плат, проектируемые разработчиком с помощью программного обеспечения для проектирования печатных плат, должны быть строго совместимы с печатными платами. Для проектирования печатных плат обычно используются программы Altium Designer, OrCAD, Pads, KiCad, Eagle и др. ПРИМЕЧАНИЕ: Перед началом производства печатных плат разработчики должны уведомить контрактного производителя о версии программного обеспечения для проектирования печатных плат, используемого для создания схемы, так как это позволяет снизить вероятность возникновения проблем, связанных с несоответствиями.

После утверждения дизайна печатной платы для производства разработчики преобразуют его в формат, одобренный производителями. Наиболее широко используемой программой является расширенная Gerber. Рекламная кампания детского питания 1980-х годов стремилась к созданию привлекательных младенцев, и эта программа генерирует красноречиво оформленное потомство. Gerber также известен как IX274X.

Расширенный Gerber стал признанным оптимальным выходным форматом в индустрии печатных плат. Различные программы для проектирования печатных плат могут требовать различных этапов создания файла Gerber, но все они кодируют важную информацию, включая слои медной дорожки, рисунок сверления, отверстия, обозначения компонентов и другие параметры. На этом этапе проверяется каждый элемент конструкции печатной платы. Программное обеспечение применяет алгоритмы контроля, чтобы не допустить ошибок. Проектировщики также тщательно проверяют конструкцию, учитывая элементы, относящиеся к ширине дорожек, расстоянию между краями платы, расстоянию между трассами и отверстиями, а также размеру отверстий.

После тщательной проверки конструкторы передают файл печатной платы на производство. Чтобы гарантировать соответствие проекта требованиям к минимальным допускам в процессе производства, почти все предприятия по производству печатных плат проводят проверку дизайна для производства (DFM), предшествующую изготовлению печатных плат.

Шаг 2: Преобразование файла в фильм

Печать печатных плат начинается после того, как разработчики выведут файлы схем печатных плат, а производители выполнят проверку DFM. Производители используют уникальный принтер, называемый плоттером, для создания фотопленок печатных плат, которые затем используются для печати печатных плат. Хотя технически это лазерный принтер, он не является обычным лазерным струйным принтером. В плоттерах используется чрезвычайно точная технология печати, позволяющая получить высокодетализированную пленку с изображением печатной платы.

В итоге получается пластиковый лист с фотонегативом печатной платы, выполненным черными чернилами. Для внутренних слоев печатной платы черными чернилами обозначены токопроводящие медные участки печатной платы. Оставшаяся прозрачная часть изображения представляет собой участки непроводящего материала. Для внешних слоев используется обратная схема: прозрачный цвет обозначает медь, а черный - вытравливаемую область. Плоттер автоматически проявляет пленку, а пленка надежно хранится во избежание случайного контакта.

Для каждого слоя печатной платы и паяльной маски используется отдельный лист прозрачной и черной пленки. Таким образом, для двухслойной печатной платы требуется четыре листа: два для слоев и два для паяльной маски. Важно отметить, что все пленки должны идеально подходить друг к другу. Если их использовать вместе, то они нарушают центровку печатной платы.

Для обеспечения безупречного совмещения всех пленок в них пробиваются регистрационные отверстия. Точность отверстия обеспечивается регулировкой стола, на котором лежит пленка. Как только в результате мельчайших регулировок стола достигается идеальное совпадение, отверстие пробивается. Отверстия совмещаются с регистрационными штифтами на следующем этапе процесса формирования изображения.

Шаг 3: Печать внутренних слоев: Где должна находиться медь?

Целью создания пленок на предыдущем этапе было создание чертежа медной дорожки. Теперь изображение на пленке должно быть напечатано на медной фольге.

Процедура изготовления печатной платы сначала подготавливает ее к фактическому созданию. Базовая установка печатной платы начинается с ламината, состоящего из эпоксидной смолы и стекловолокна, также известного как материал подложки. Ламинат служит приемником для меди, из которой состоит печатная плата. Прочный и пылезащищенный материал подложки служит отличной стартовой площадкой для печатной платы. Предварительно медь наклеивается с обеих сторон. В процессе работы медь вырезается, чтобы открыть чертеж из пленок.

Соблюдение чистоты является ключевым моментом при формировании печатных плат. Ламинат, содержащий медь, очищается и транспортируется в зону стерилизации. На этом этапе очень важно, чтобы на поверхность ламината не попали никакие загрязнения. Если не обратить на это внимание, то всего лишь частица пыли может привести к замыканию или размыканию цепи.

После этого на очищенную панель наносится фоточувствительное покрытие - фоторезист. Этот слой включает в себя ряд химических веществ, реагирующих на свет, которые под воздействием ультрафиолетового излучения становятся более жесткими. Таким образом, обеспечивается точное соответствие между фотопленками и фоторезистом. Пленки устанавливаются на штифты, которые сохраняют свое положение на ламинатной доске.

Пленка и панель синхронизируются и подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения. Этот свет освещает прозрачные участки пленки, закрепляя фоторезист на подложке из меди. Черные чернила плоттера предотвращают попадание света на участки, которые должны оставаться мягкими, что означает их удаление.

По окончании подготовки платы наносится щелочной раствор для смывания остатков незатвердевшего фоторезиста. Завершающая промывка под давлением удаляет возможные остатки вещества на поверхности перед сушкой платы.

В итоге получается изделие с резистом, нанесенным на медные сегменты, которые должны стать частью конечного артефакта. Техник внимательно осматривает платы, проверяя, нет ли ошибок на этом этапе. Резист, присутствующий на этом этапе, обозначает медь, которая будет присутствовать в готовой печатной плате.

Этот этап применим только к платам, имеющим более двух слоев. Базовые двухслойные платы переходят на этап сверления. Платы с несколькими слоями требуют дополнительных этапов.

Шаг 4: Исключение лишней меди

Когда фоторезист удален, а затвердевший резист защищает направленную медь, переходят к удалению нежелательной меди. Аналогично тому, как щелочной раствор удалял резист, мощная химическая смесь растворяет излишнюю медь. Ванна с растворителем меди стирает всю голую медь. При этом целевая медь остается под защитным слоем фоторезиста.

Различные медные платы имеют разные стандарты. Для более тяжелых плат могут потребоваться большие объемы медного растворителя и различная продолжительность выдержки. Кроме того, более тяжелые медные платы требуют повышенного внимания к расстоянию между дорожками. Большинство стандартных печатных плат основывается на одной и той же спецификации.

После того как растворитель удалил несущественную медь, необходимо смыть отвержденный резист, защищающий приоритетную медь. Это достигается с помощью другого растворителя. После этого на плате сверкает только необходимая для печатной платы медная подложка.

Шаг 5: Синхронизация слоев и оптический контроль

Когда слои подготовлены, необходимо пробить отверстия для их выравнивания. Для совмещения внутренних слоев с внешними необходимы регистрационные отверстия. Для обеспечения точного соответствия специалист помещает слои на устройство, называемое оптическим пуансоном, где и происходит точная пробивка регистрационных отверстий.

Второе устройство выполняет автоматический оптический контроль для выявления возможных дефектов в момент сборки слоев, так как после этого исправления недостижимы. В качестве эталона выступает исходный проект из Gerber, переданный производителю. Эта машина сканирует слои с помощью лазерного датчика и электронным способом сопоставляет цифровое изображение с исходным файлом Gerber.

В случае обнаружения несоответствий они выводятся на экран для оценки специалистом. Если слой прошел проверку, то он переходит на завершающий этап изготовления печатной платы.

Шаг 6: Нанесение слоев и скрепление

На этом этапе начинается формирование печатной платы. Все изолированные слои становятся в очередь на соединение. После того как слои учтены и проверены, остается только их интеграция. Внешние слои должны соединиться с подложкой в два этапа: послойное наращивание и склеивание.

Материал внешнего слоя представляет собой листы стекловолокна, предварительно пропитанные эпоксидной смолой, иначе называемые препрегом. Медная пленка также покрывает верхнюю и нижнюю части исходной подложки, на которой расположены медные травления. Пришло время спрессовать эти материалы.

Склеивание происходит на тяжелом стальном столе с помощью металлических зажимов. Слои надежно устанавливаются на штифты на столе. Все плотно прижимается друг к другу для предотвращения смещения при выравнивании.

Вначале специалист располагает лист препрега над выравнивающим бассейном. На препрег аккуратно укладывается слой подложки, затем медный лист. На медный лист укладываются дополнительные слои препрега, а затем медная прессовочная плита и алюминиевая фольга. После этого вся сборка готовится к прессованию.

Под управлением компьютера клеильного пресса вся процедура проходит в автоматическом режиме. Он управляет нагревом узла, определяет, когда приложить необходимое давление, а когда дать стеку устойчиво остыть.

После этого начинается процесс деконструкции. Многослойная печатная плата, все слои которой слиты в один удивительный сэндвич, аккуратно распаковывается специалистом. Для этого необходимо извлечь ограничительные штифты и снять верхнюю прижимную пластину, обнажив печатную плату, заключенную в алюминиевый корпус прижимной пластины. Медная фольга, используемая при этом, служит внешним слоем печатной платы.

Шаг 7: Сверление

После этого в печатной плате вырезаются точные отверстия. От точности этих отверстий зависят последующие компоненты, такие как отверстия под медные выводы и сегменты с выводами - настолько тонкие, что сверло достигает ширины 100 мкм по сравнению со средней шириной волоса 150 мкм.

Рентгеновский локатор определяет точные цели сверления перед выполнением соответствующих регистрационных отверстий для стабилизации плиты штабеля для последующих специальных отверстий.

Предварительное сверление включает в себя установку плиты буферного материала под целью сверления для обеспечения чистоты сверления. Выходной материал предотвращает излишние разрывы при выходе сверла. Каждое микродвижение сверла регулируется компьютером. Для определения места сверления он использует цифровой файл, полученный при проектировании.

Воздух приводит в движение сверлильные шпиндели со скоростью 150 000 об/мин. Несмотря на такую скорость, сверление занимает определенное время из-за большого количества отверстий. В дальнейшем в этих полостях размещаются межслойные и механические монтажные отверстия печатной платы, а их окончательное закрепление происходит после нанесения покрытия.

По окончании сверления дополнительная медь, покрывающая края технологической панели, удаляется профилирующим инструментом.

Этап 8: Нанесение гальванического покрытия и осаждение меди

После сверления панель поступает на гальваническое покрытие. В процессе химического осаждения происходит сплавление различных слоев. После тщательной очистки панель попадает в последовательность химических ванн, в которых на поверхность панели наносится тонкий слой меди толщиной около одного микрона. Эта медь попадает в только что просверленные отверстия.

Ранее на внутренних поверхностях отверстий был виден просто состоящий из стекловолокна материал внутренней поверхности панели. Медные ванны равномерно покрывают стенки отверстий. В результате на панели образуется новый слой меди, в первую очередь покрывающий новые отверстия. Вся процедура погружения, удаления и перемещения контролируется компьютером.

Шаг 9: Изображение внешнего слоя

Помните шаг 3, где мы использовали фоторезист на панели? Пришло время сделать это снова, но на этот раз на внешние слои наносится изображение дизайна печатной платы. Процедура начинается в стерильных условиях, чтобы избежать прилипания каких-либо частиц к поверхности слоя. Затем на панель наносится слой фоторезиста. Подготовленная панель попадает в желтую комнату, где ультрафиолетовые лампы, вредные для фоторезиста, отсутствуют из-за желтого света.

Прозрачные пленки с черными чернилами надежно удерживаются штифтами во избежание смещения панели. После соприкосновения панели и трафарета они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетовых лучей, в результате чего фоторезист затвердевает. После этого машина снимает незатвердевший резист, который был защищен непрозрачностью черных чернил.

Этот процесс, по сути, противоположен тому, который используется для внутренних слоев. Наконец, внешние пластины проверяются на предмет того, что все ненужные фоторезисты были удалены на предыдущем этапе.

Шаг 10: Нанесение покрытия

Переходя к гальваническому покрытию, мы поступаем так же, как и на этапе 8, покрывая панель тонким слоем меди. Участки панели, раскрытые на предыдущем этапе нанесения фоторезиста, подвергаются гальваническому покрытию. Как правило, перед нанесением оловянного покрытия панель сначала проходит несколько ванн с медным покрытием. Это облегчает удаление остатков меди, подлежащей удалению. Слой олова играет важную роль в защите той части панели, которая должна оставаться омедненной на протяжении последующего этапа травления. В процессе травления лишняя медная фольга удаляется из панели.

Шаг 11: Завершение травления

На этом этапе защитный слой олова предохраняет необходимую медь. Ненужные медные элементы, находящиеся под оставшимся слоем резиста, удаляются. Снова применяется химическая обработка, чтобы избавиться от излишков меди, а слой олова продолжает защищать жизненно важные участки меди.

На этом этапе все проводящие участки и соединения установлены правильно.

Шаг 12: Маскировка с помощью припоя

Перед нанесением паяльной маски панели очищаются, а затем покрываются с обеих сторон эпоксидной краской для паяльной маски. Панели подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения через фотопленку паяльной маски, в результате чего покрытые участки остаются в незатвердевшем состоянии, готовом к удалению.

Наконец, плата помещается в печь для закрепления паяльной маски.

Шаг 13: Финишная обработка поверхности

Для улучшения паяемости на печатную плату наносится химическое покрытие золотом или серебром. Некоторые печатные платы на этом этапе также подвергаются выравниванию горячим воздухом, что позволяет получить равномерные площадки и создать финишную обработку поверхности. PCBPit предлагает различные технологии финишной обработки поверхности в соответствии с требованиями заказчика.

Шаг 14: Шелкография

В завершение на плату наносятся чернильные надписи, указывающие на все важные детали печатной платы, после чего она поступает на окончательное покрытие и отверждение.

Шаг 15: Электрические испытания

Для обеспечения функциональности и соответствия оригинальному дизайну специалист проводит комплексное электрическое тестирование печатной платы. PCBPit предлагает расширенное тестирование с помощью летающих щупов, которое использует мобильные щупы для проверки электрических характеристик каждой голой печатной платы.

Шаг 16: Профилирование и V-балльная оценка

На последнем этапе из основной панели отделяются различные платы с помощью фрезеровки или v-образного паза. Если при фрезеровании вдоль границ платы остаются небольшие выступы, то при v-образном фрезеровании нарезаются диагональные каналы по обеим сторонам платы. Оба метода позволяют легко извлекать платы из панели.

Ищете надежного производителя печатных плат? PCBPit может помочь!

Как видно, процесс производства печатных плат требует значительных усилий. Чтобы гарантировать соответствие печатных плат стандартам качества, производительности и долговечности, необходимо выбрать производителя с высочайшим уровнем квалификации, уделяющего особое внимание качеству на всех этапах.

PCBPit, один из ведущих китайских производителей печатных плат, стремится к успеху, ставя успех своих клиентов во главу угла. Каждому этапу производства уделяется самое пристальное внимание. Мы предлагаем дополнительные услуги, такие как вакуумная упаковка, взвешивание и безопасная доставка, гарантирующие, что ваш заказ на изготовление печатных плат будет доставлен без повреждений. Обслуживая многочисленные предприятия в 80 странах мира, мы стремимся поставлять изготовленные нами печатные платы по всему миру.

Наши услуги включают в себя быстрое изготовление прототипов печатных плат, серийное производство печатных плат и монтаж. Всегда можно получить быстрые и БЕСПЛАТНЫЕ коммерческие предложения.

Поделиться:

Другие посты

Печатная плата

Почему печатные платы экологичны?

Почему печатные платы экологичны? Печатные платы (ПП) - это невоспетые герои современной электронной промышленности. Они играют жизненно важную роль в

ru_RUРусский