Как производятся печатные платы

Изготовление печатных плат включает в себя преобразование файлов проекта, включая файлы Gerber и списки соединений, в физические печатные платы, на которые можно размещать и припаивать компоненты.

Производственный процесс начинается с выходных файлов проекта (Gerbers, списки соединений, файлы для сверления и т. д.). Эти выходные файлы генерируются на этапе проектирования, включая разработку концепций продукта, ввод схем, дизайн макета и создание файлов. Следующий этап включает в себя изготовление и сборку печатных плат.

На приведенной ниже блок-схеме показаны этапы изготовления печатной платы.

A. Выходные файлы проекта и платы

После получения файлов проекта от проектировщика печатных плат производство начинается быстро. Дизайнеры создают выходные файлы в формате Gerber или ODB plus plus для производства и создают спецификации для сборки.

Производители проводят проверки DFM для выявления потенциальных рисков и ошибок, которые могут возникнуть в производственном процессе. Дизайнеры/клиенты получают оповещения, если что-то пойдет не так. Затем скорректированный файл передается в систему CAM (автоматизированное производство) для распознавания формата слоев изображения, данных бурения, списка соединений IPC и преобразования электронных данных в изображение. Он также проверяет порядок слоев, запускает проверку правил проектирования (DRC) и многое другое.

Все слои анализируются с использованием файла Gerber в качестве входных данных. План укладки также будет действовать соответствующим образом. Позже CAM создаст выходные файлы для различных производственных отделов. Выходные файлы включают в себя программы сверления (вспомогательные и основные отверстия), слои изображений, выходные данные файла паяльной маски, файлы маршрутизации и списки соединений IPC.

B. Визуализация внутреннего слоя

Производители в основном используют LDI (Laser Direct Imaging) из-за миниатюризации. Они также использовали специальный принтер, называемый плоттером, который делал фотопленки слоев схемы, паяльной маски и слоев шелкографии для печати изображений схемы. Панель состоит из светочувствительной пленки, называемой фоторезистом. Фоторезисты включают слой фотореактивных химических веществ, которые полимеризуются под воздействием ультрафиолетового света. Теперь панель находится под управляемым компьютером лазером. Компьютер сканирует поверхность печатной платы и преобразует ее в цифровое изображение. Это цифровое изображение сопоставляется с предварительно загруженным файлом дизайна CAD/CAM, содержащим необходимые характеристики изображения. Таким же образом на внутреннем слое формируется негативное изображение.

Технологический процесс LDI показан на следующем рисунке:

После проявления изображения незатвердевший фоторезист (медь, необходимая для защиты) удаляется щелочным раствором.

С. Офорт

В производстве печатных плат травление — это процесс удаления нежелательной меди (Cu) с платы. Нежелательная медь — это не что иное, как медь вне контура. В результате получается желаемая схема схемы.

Производители печатных плат обычно используют процессы жидкостного травления. При мокром травлении нежелательные материалы растворяются при погружении в химические растворы.

Важными параметрами, которые следует учитывать в процессе травления, являются скорость перемещения панели, распыление химикатов и количество вытравливаемой меди. Весь процесс осуществляется в распылительной камере высокого давления конвейерного типа.

D. Удаление фоторезиста

Во время этого процесса оставшийся фоторезист стравливается с меди. Процесс включает использование промывки водой под высоким давлением для растворения в воде коррозионно-активных частиц (химических веществ), которые разрушают фоторезист.

E. Пуансон после осмотра и травления

Когда все слои чистые и готовые, производитель обязательно пробивает отверстия для выравнивания, используя мишени, предусмотренные на внутренних слоях, для лучшего выравнивания слоев. Слои помещаются в оптический пуансон для достижения точного выравнивания внутреннего и внешнего слоев.

Проверка в этом методе осуществляется путем визуального сканирования поверхности печатной платы. Печатная плата освещается различными источниками света, для чего используются одна или несколько камер высокого разрешения. Вот как система AOI (автоматическая оптическая инспекция) создает полное изображение платы для проверки.

F. Коричневое оксидное покрытие

Здесь рисунок медной цепи покрыт коричневым оксидом для предотвращения окисления и коррозии внутренних слоев после ламинирования. Кроме того, он обеспечивает лучшие свойства сцепления с препрегами.

Г. Ламинирование

Ламинирование — это процесс соединения препрега, медной фольги и внутреннего сердечника в симметричный пакет при контролируемой температуре и давлении. Это двухэтапный процесс:

Подготовка стека

Склеивание

Многослойные платы изготовлены из медной фольги, препрега и внутреннего сердечника. Они удерживаются вместе за счет применения тепла и давления. Для лучшего склеивания используются механические прессы как для горячего, так и для холодного прессования. Компьютер бондера управляет процессом нагрева стопы, приложением давления и охлаждением стопки с контролируемой скоростью.

Следующая диаграмма суммирует процесс LDI:

Н. Бурение

В процессе сверления просверлите отверстия для сквозных отверстий и свинцовых компонентов. Рентгеновское сверло находит цель во внутреннем слое. Станок точно просверливает пилотные отверстия. Станок управляется компьютером, где оператор может выбрать конкретную программу сверления. Он размещает координаты XY в правильном направлении. Можно сверлить отверстия диаметром до 100 микрон. Машина также может выбрать сверло правильного размера и работать соответственно.

Сверление отверстий создает приподнятые концы металла, обычно называемые заусенцами. В процессе удаления заусенцев с поверхности печатной платы удаляются любые заусенцы или загрязнения.

1. Химическое меднение

Первым шагом в процессе гальванического покрытия является придание цилиндру отверстия проводимости путем химического осаждения очень тонкого слоя меди на стенки отверстия. Этот процесс называется химическим меднением. Реакция инициируется катализатором. После тщательной очистки панели проходят непрерывную химическую ванну. На цилиндр отверстия и на поверхность панели наносится слой меди толщиной от {{0}}.08 до 0,1 мкм.

J. Визуализация внешнего слоя

Мы используем фоторезист на панели для изображения внутреннего слоя. Точно так же внешний слой панели будет отображаться с использованием позитивного изображения. Здесь процесс следует методу травления печатной формы. Первый шаг включает в себя очистку панели, чтобы предотвратить прилипание загрязнений и частиц пыли к панели. Далее на панель наносится слой фоторезиста. После этого LDI используется для печати изображения.

К. Меднение

На этом этапе отверстия и поверхности покрываются медью. Панель загружается в джойстик оператором. Панель действует как катод для гальванического покрытия отверстий и поверхностей, так как на отверстия нанесен тонкий слой проводящей меди, готовый к гальваническому покрытию. Это делается на автоматической линии покрытия. Перед гальванопокрытием панели очищают и активируют в нескольких ваннах. Каждый набор панелей контролируется компьютером, чтобы гарантировать, что они остаются в каждой ванне в течение точно определенного периода времени. Как правило, в стволе скважины осаждается медь толщиной 1 мил.

После меднения следует лужение. В качестве резиста используется лужение. Он предотвращает коррозию таких элементов поверхности, как медные площадки, площадки отверстий и стенки отверстий во время травления внешнего слоя.

L. Удаление фоторезиста

После покрытия панели фоторезист становится нежелательным, и его необходимо удалить с панели, чтобы обнажить нежелательную медь. Здесь используется непрерывная линия для растворения и смывания резиста, покрывающего нежелательную медь. Это первый этап процесса лифтинга-травления-зачистки.

М. Окончательное травление

На этом этапе нежелательная открытая медь удаляется с помощью травителя аммиака. В то же время олово может удерживать нужную медь. На этом этапе проводящие области и соединения установлены правильно.

N. Зачистка олова

После травления слой олова на медных дорожках будет удален. Концентрированная азотная кислота используется для удаления олова, она не повредит медные дорожки цепи под ним. В результате на печатной плате появляются четкие медные следы.

O. Нанесение паяльной маски

Паяльная маска имеет следующие применения:

Он обеспечивает сопротивление изоляции для дорожек.

Различают свариваемые и не свариваемые участки.

Обеспечивает защиту от условий окружающей среды, покрывая не свариваемые участки краской.

Маски LPI (Liquid Photo Imaging) сочетают растворители с полимерами для формирования тонкого покрытия, которое прилипает к различным поверхностям печатных плат. Принтер отображает панель с покрытием. Ультрафиолетовый свет в машине затвердевает чернила в прозрачных областях. После этого удалите весь незатвердевший резист с панели визуализации.

Отверждение (сушка) LPI объединяет чернила с диэлектриком. Это облегчает адгезию паяльной маски. Заключительный этап выпечки происходит в духовке или под инфракрасным источником тепла.

Зеленый цвет был выбран в качестве типичного цвета паяльной маски, поскольку он не утомляет глаза. Прежде чем машины смогут проверять печатные платы во время производства и сборки, все проверки выполняются вручную. Верхний свет, который техники используют для проверки печатных плат, не отражается зеленой паяльной маской, что делает их более безопасными для глаз.

П. Поверхностная обработка

Отделка печатной платы — это соединение «металл-металл» между оголенной медью и компонентами в зоне пайки печатной платы. Поверхность медной подложки печатной платы подвержена окислению без защитного покрытия. Поэтому обработка поверхности имеет решающее значение для защиты от окисления. Кроме того, он подготавливает компоненты к пайке на плате во время сборки и продлевает срок годности платы.

Существуют различные виды обработки поверхности. Тем не менее, бессвинцовая отделка поверхности широко используется из-за строгих требований RoHS.

При выборе отделки следует учитывать такие факторы, как стоимость, окружающая среда, выбор компонентов, срок годности и доходность.

В. Шелкография

В этом процессе струйный проектор используется для изображения легенды непосредственно из цифровых данных печатной платы. Чернила наносятся трафаретной печатью (размазываются) по поверхности панели с помощью струйного принтера. Затем панель запекают, чтобы отвердеть чернила. Он определяет различные типы текста, такие как номера деталей, названия, коды, логотипы и т. д.

Существует три метода печати:

Ручная трафаретная печать

Прямая печать легенды

R. Электрический тест

E-test стенды для электрических испытаний печатных плат. На этом этапе используйте электронный пробник, чтобы проверить каждую несмонтированную печатную плату на наличие коротких замыканий, обрывов, сопротивления, емкости и других основных электрических характеристик. E-test проверяет проводимость платы по файлу списка соединений. Список соединений содержит информацию о схемах токопроводящих соединений печатной платы.

Внедрите тестирование гвоздей и летающих зондов для проверки функциональности.

Испытание летающим зондом

При тестировании летающим зондом используется зонд, который перемещается из одной точки в другую в соответствии с инструкциями, предоставляемыми специальным программным обеспечением. Это метод бесконтактного тестирования. Вначале создается программа испытаний летающих зондов (FPT), которая затем загружается в тестер FPT. Тестер подает электрические сигналы и питание на точки датчиков, которые затем измеряются в соответствии с процедурой тестирования.

Кровать из гвоздей

Слой гвоздей — это традиционный метод электрических испытаний голых плат. Это требует создания тестового шаблона с выводами, совмещенными с тестовыми точками на печатной плате. Процесс быстрый и подходит для крупномасштабных производственных систем.

S. Анализ и v-оценка

Печатные платы формируются и вырезаются из производственных панелей на заключительном этапе производства. Используемый метод заключается в использовании отверстия для стойки или V-образного паза. V-образные канавки прорезают диагональные каналы с обеих сторон доски, а отверстия для столбов оставляют боковые канавки по краю. В любом случае платы можно просто выкинуть из панели.