Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> Промышленные технологии

Процесс производства печатной платы


Оглавление:

Что такое процесс производства печатных плат?

Процесс производства печатных плат (PCB) требует сложной процедуры для обеспечения производительности готового продукта. Хотя печатные платы могут быть одинарными, двойными или многослойными, используемые процессы изготовления отличаются только после производства первого слоя. Из-за различий в структуре печатных плат при изготовлении некоторых из них может потребоваться 20 и более этапов.

Количество шагов, необходимых для производства печатных плат, зависит от их сложности. Пропуск любого шага или сокращение процедуры может негативно сказаться на производительности печатной платы. Однако после успешного завершения печатные платы должны правильно выполнять свои задачи в качестве ключевых электронных компонентов.

Запросить бесплатное предложение

Из каких частей состоит печатная плата?

Печатная плата состоит из четырех основных частей:

Узнайте цену и время выполнения заказа

Теперь, когда мы рассмотрели основы печатных плат и анатомии печатных плат, мы рассмотрим весь процесс сборки печатной платы.

Как производится печатная плата?

Этапы процесса проектирования печатных плат начинаются с проектирования и проверки и продолжаются изготовлением печатных плат. Многие этапы требуют компьютерного управления и инструментов с механическим приводом для обеспечения точности и предотвращения коротких или неполных замыканий. Готовые платы должны пройти строгие испытания, прежде чем они будут упакованы и доставлены клиентам.

Шаг первый:проектирование печатной платы

Начальным этапом любого производства печатных плат, конечно же, является проектирование. Изготовление и проектирование печатных плат всегда начинаются с плана:разработчик разрабатывает чертеж печатной платы, который отвечает всем изложенным требованиям. Разработчики печатных плат чаще всего используют программное обеспечение для проектирования, которое называется Extended Gerber, также известное как IX274X.

Когда дело доходит до проектирования печатных плат, Extended Gerber является отличным программным обеспечением, поскольку оно также работает в качестве выходного формата. Расширенный Gerber кодирует всю информацию, необходимую разработчику, такую ​​как количество медных слоев, количество необходимых паяльных масок и другие части обозначения компонентов. После того, как проект печатной платы закодирован программой Gerber Extended, все различные части и аспекты проекта проверяются, чтобы убедиться в отсутствии ошибок.

После завершения проверки проектировщиком готовый проект печатной платы отправляется в цех по производству печатных плат, чтобы можно было построить печатную плату. По прибытии план проектирования печатной платы проходит вторую проверку изготовителем, известную как проверка проектирования для производства (DFM). Надлежащая проверка DFM гарантирует, что конструкция печатной платы соответствует, как минимум, допускам, требуемым для производства.

Шаг второй: Проверка дизайна и инженерные вопросы

Еще одним ключевым этапом процесса изготовления печатной платы является проверка конструкции на наличие потенциальных ошибок или дефектов. Инженер просматривает каждую часть конструкции печатной платы, чтобы убедиться в отсутствии недостающих компонентов или неправильных структур. После получения разрешения от инженера дизайн переходит к этапу печати.

Шаг третий:печать макета печатной платы

После того, как все проверки завершены, дизайн печатной платы можно распечатать. В отличие от других планов, таких как архитектурные чертежи, планы печатных плат не распечатываются на обычном листе бумаги размером 8,5 x 11. Вместо этого используется специальный тип принтера, известный как плоттерный принтер. Плоттерный принтер делает «пленку» печатной платы. Конечный продукт этой «пленки» очень похож на прозрачные пленки, которые раньше использовались в школах — по сути, это фотонегатив самой доски.

Внутренние слои печатной платы представлены двумя цветами чернил:

На внешних слоях печатной платы эта тенденция обратная:прозрачные чернила относятся к линии медных дорожек, а черные чернила также относятся к областям, где медь будет удалена.

Каждый слой печатной платы и сопутствующая маска для пайки получают свою собственную пленку, поэтому для простой двухслойной печатной платы требуется четыре листа — по одному для каждого слоя и по одному для сопутствующей маски для пайки.

После того, как пленка напечатана, они выстраиваются в ряд и в них пробивается отверстие, известное как регистрационное отверстие. Регистрационное отверстие используется в качестве ориентира для последующего выравнивания пленки.

Шаг четвертый:печать меди для внутренних слоев

Шаг четвертый — это первый шаг в процессе, когда производитель приступает к изготовлению печатной платы. После того, как дизайн печатной платы напечатан на куске ламината, медь предварительно приклеивается к тому же самому куску ламината, который служит структурой для печатной платы. Затем медь вытравливается, чтобы открыть чертеж, сделанный ранее.

Затем панель ламината покрывается фоточувствительной пленкой, называемой резистом. Резист состоит из слоя фотореактивных химических веществ, которые затвердевают после воздействия ультрафиолетового света. Резист позволяет техническим специалистам получить идеальное соответствие между фотографиями чертежа и тем, что напечатано на фоторезисте.

После того, как резист и ламинат выровнены — используя отверстия, сделанные ранее — они получают вспышку ультрафиолетового света. Ультрафиолетовый свет проходит через полупрозрачные части пленки, отверждая фоторезист. Это указывает на области меди, которые предназначены для использования в качестве путей. Напротив, черные чернила предотвращают попадание света на области, которые не должны затвердевать, чтобы их можно было позже удалить.

После того, как плата подготовлена, ее промывают щелочным раствором, чтобы удалить остатки фоторезистов. Затем доску промывают под давлением, чтобы удалить все, что осталось на поверхности, и оставляют сохнуть.

После высыхания единственный резист, который должен оставаться на печатной плате, находится поверх меди, которая остается как часть печатной платы, когда она, наконец, освобождается. Технический специалист просматривает печатные платы, чтобы убедиться в отсутствии ошибок. Если ошибок нет, переходите к следующему шагу.

Шаг пятый: Протравите внутренние слои или сердцевину, чтобы удалить медь

С сердцевины или внутренних слоев печатной платы необходимо удалить лишнюю медь, прежде чем можно будет продолжить процесс изготовления печатной платы. Травление включает в себя покрытие необходимой меди на плате и воздействие на остальную часть платы химическим веществом. Процесс химического травления удаляет всю незащищенную медь с печатной платы, оставляя только необходимое количество на плате.

Этот этап может различаться по времени или количеству используемого растворителя для травления меди. Большие печатные платы или печатные платы с более тяжелой структурой могут использовать больше меди, в результате чего для удаления требуется травление большего количества меди. Поэтому для этих плат потребуется дополнительное время или растворитель.

Если процесс производства печатной платы предназначен для многослойных конструкций

Многослойные печатные платы имеют дополнительные этапы для учета дополнительных слоев конструкции при их изготовлении. Эти шаги повторяют многие из тех, которые используются при однослойных печатных платах. Однако фазы повторяются для каждого слоя платы. Кроме того, в многослойных печатных платах медная фольга обычно заменяет медное покрытие между слоями.

Визуализация внутреннего слоя

Отображение внутреннего слоя следует тем же процедурам, что и печать проекта печатной платы. Дизайн печатается на плоттерном принтере для создания пленки. Также распечатывается паяльная маска для внутреннего слоя. После выравнивания обоих, машина создает в пленке регистрационное отверстие, чтобы впоследствии пленка правильно совпадала со слоями.

После добавления меди к ламинату для внутреннего слоя техники помещают печатную пленку на ламинат и выравнивают их, используя регистрационные отверстия.

Ультрафиолетовый свет воздействует на пленку, также известную как резист, для затвердевания химических веществ светлых областей в печатный рисунок. Эти затвердевшие участки не смоются на этапе травления, в то время как незатвердевшие участки под пленкой темного цвета удалят медь.

Травление внутреннего слоя

После визуализации области, покрытые белыми чернилами, затвердели. Этот закаленный материал защищает находящуюся под ним медь, которая останется на плате после травления.

Техники сначала смывают плату щелочью, чтобы удалить оставшийся резист с платы, который не затвердел. Эта очистка обнажает области, которые покрывали непроводящие части печатной платы. Затем рабочие удалят лишнюю медь с этих непроводящих участков, погрузив плату в растворитель меди, чтобы растворить оголенную медь.

Сопротивление зачистке

На этапе снятия резиста удаляются остатки резиста, покрывающие медь внутреннего слоя печатной платы. Очистка любого оставшегося резиста гарантирует, что у меди не будет ничего, что могло бы препятствовать ее проводимости. После удаления резиста слой готов к проверке его основного дизайна.

Протравка после травления

Пробойник для пост-травления выравнивает слои и пробивает в них отверстие, используя регистрационные отверстия в качестве ориентира. Как и в случае с последующей проверкой этого отверстия и выравниванием, перфорирование происходит с помощью компьютера, который точно направляет машину, известную как оптический перфоратор. После оптической штамповки слои переходят на автоматизированный оптический контроль внутреннего слоя (АОИ).

Внутренний слой AOI

Автоматическая оптическая инспекция внутреннего слоя использует компьютер для тщательного изучения внутреннего слоя, чтобы найти незавершенные узоры или резист, который все еще может быть на поверхности. Если слой платы проходит AOI, он продолжает процесс.

Оксид внутреннего слоя

Оксид, нанесенный на внутренний слой, обеспечивает лучшее сцепление медной фольги и изолирующих слоев эпоксидной смолы между внутренним и внешним слоями.

Раскладка

Этап укладки в процессе изготовления многослойных печатных плат происходит, когда машина помогает выровнять, нагреть и склеить слои вместе со слоем медной фольги и изоляционным материалом между внутренним и внешним слоями. Как правило, этими машинами управляют компьютеры, потому что выравнивание слоев и соединение должны быть точными для правильной структуры печатной платы.

Ламинирование

Ламинирование использует тепло и давление, чтобы расплавить связующую эпоксидную смолу между слоями. Правильно ламинированные печатные платы будут плотно скреплять свои слои с эффективной изоляцией между слоями.

Рентгеновское выравнивание

При сверлении многослойных плит после ламинирования рентген обеспечивает центровку сверла. Эти отверстия позволяют выполнять соединения между слоями многослойной печатной платы. Поэтому точность их размещения и размера по отношению к остальной части слоя и другим слоям имеет решающее значение. После выравнивания слоев с помощью рентгеновских лучей печатная плата подвергается сверлению, начиная с девятого шага изготовления односторонней или двусторонней печатной платы.

Шаг шестой:выравнивание слоев

После очистки каждого из слоев печатной платы они готовы к выравниванию слоев и оптическому контролю. Отверстия, сделанные ранее, используются для выравнивания внутреннего и внешнего слоев. Чтобы выровнять слои, техник помещает их на дырокол, известный как оптический пуансон. Оптический пуансон вбивает штифт в отверстия, чтобы выровнять слои печатной платы.

Шаг седьмой:автоматизированный оптический осмотр

Вслед за оптическим пуансоном другая машина выполняет оптическую проверку, чтобы убедиться в отсутствии дефектов. Этот автоматизированный оптический контроль невероятно важен, потому что после того, как слои собраны вместе, любые существующие ошибки не могут быть исправлены. Чтобы подтвердить отсутствие дефектов, машина AOI сравнивает печатную плату с расширенной конструкцией Gerber, которая служит моделью производителя.

После того, как печатная плата прошла проверку, то есть ни техник, ни станок AOI не обнаружили никаких дефектов, она переходит к последним двум этапам изготовления и производства печатной платы.

Шаг AOI имеет решающее значение для работы печатной платы. Без него платы, которые могут иметь короткие замыкания, не соответствовать проектным спецификациям или иметь лишнюю медь, которая не была удалена во время травления, могли пройти остальную часть процесса. AOI предотвращает выпуск дефектных плат, выступая в качестве контрольной точки качества в середине производственного процесса. Позже этот процесс повторяется для внешних слоев после того, как инженеры закончат их визуализацию и травление.

Шаг восьмой:ламинирование слоев платы

На шестом этапе процесса все слои печатной платы собираются вместе и ожидают ламинирования. После подтверждения того, что слои не имеют дефектов, они готовы к сплавлению. Процесс ламинирования печатных плат состоит из двух этапов:этапа укладки и этапа ламинирования.

Внешняя часть печатной платы выполнена из кусков стекловолокна, предварительно пропитанных/предварительно покрытых эпоксидной смолой. Исходный кусок подложки также покрыт слоем тонкой медной фольги, которая теперь содержит травление для медных дорожек. Когда внешний и внутренний слои будут готовы, пришло время соединить их вместе.

Сшивание этих слоев осуществляется с помощью металлических зажимов на специальном пресс-столе. Каждый слой укладывается на стол с помощью специального штифта. Техник, выполняющий процесс ламинирования, начинает с помещения слоя предварительно покрытой эпоксидной смолы, известной как предварительно пропитанная или препрег, на выравнивающую ванну стола. Слой подложки помещается поверх предварительно пропитанной смолы, а затем слой медной фольги. За медной фольгой, в свою очередь, следуют другие листы предварительно пропитанной смолы, которые затем завершаются куском и одним последним куском меди, известным как пресс-пластина.

Как только медная пресс-пластина установлена ​​на место, пакет готов к прессованию. Техник переносит его на механический пресс и прижимает слои друг к другу. В рамках этого процесса штифты вбиваются в стопку слоев, чтобы обеспечить их правильную фиксацию.

Если слои закреплены должным образом, стопка печатных плат передается на следующий пресс, пресс для ламинирования. Пресс для ламинирования использует пару нагретых пластин для приложения тепла и давления к стопке слоев. Тепло пластин расплавляет эпоксидную смолу внутри препега — она и давление пресса объединяются, чтобы сплавить стопку слоев печатной платы вместе.

После того, как слои печатной платы спрессованы вместе, необходимо выполнить небольшую распаковку. Техническому специалисту необходимо снять верхнюю прижимную пластину и штифты, которые были ранее, что позволит им вытащить фактическую печатную плату.

Запросить бесплатное предложение

Девятый шаг:сверление

Перед сверлением для определения мест сверления используется рентгеновский аппарат. Затем просверливаются регистрационные/направляющие отверстия, чтобы можно было закрепить стопку печатных плат до того, как будут просверлены более конкретные отверстия. Когда приходит время сверлить эти отверстия, для их изготовления используется дрель с компьютерным управлением, используя в качестве руководства файл из расширенного проекта Gerber.

После завершения сверления любой оставшийся на краях медный наполнитель спиливается.

Шаг десятый:покрытие печатной платы

После того, как панель просверлена, она готова к покрытию. В процессе гальванического покрытия используется химическое вещество для сплавления всех различных слоев печатной платы вместе. После тщательной очистки печатная плата покрывается серией химических веществ. Часть этого процесса омовения покрывает панель слоем меди толщиной в микрон, который осаждается поверх самого верхнего слоя и в только что просверленные отверстия.

Прежде чем отверстия будут заполнены медью, они просто служат для того, чтобы обнажить подложку из стекловолокна, из которой состоит внутренняя часть панели. Купание этих отверстий в меди покрывает стенки ранее просверленных отверстий.

Шаг одиннадцатый:визуализация внешнего слоя

Ранее в процессе (этап четвертый) на панель печатной платы наносился фоторезист. В одиннадцатом шаге пришло время нанести еще один слой фоторезиста. Однако на этот раз фоторезист наносится только на внешний слой, так как его еще нужно отобразить. После того, как внешние слои были покрыты фоторезистом и нанесены изображения, они покрываются точно так же, как внутренние слои печатной платы были покрыты на предыдущем этапе. Однако, несмотря на тот же процесс, внешние слои покрываются оловом, чтобы защитить медь внешнего слоя.

Шаг двенадцатый:травление внешнего слоя

Когда приходит время протравить внешний слой в последний раз, используется оловянная защита, которая помогает защитить медь во время процесса травления. Любая нежелательная медь удаляется с помощью того же растворителя для меди, что и ранее, при этом олово защищает ценную медь в области травления.

Одно из основных различий между травлением внутреннего и внешнего слоя касается областей, которые необходимо удалить. В то время как внутренние слои используют темные чернила для проводящих областей и прозрачные чернила для непроводящих поверхностей, эти чернила меняются местами для внешних слоев. Поэтому непроводящие слои имеют темную краску, а медь — светлую. Эти легкие чернила позволяют оловянному покрытию покрывать медь и защищать ее. Во время травления инженеры удаляют ненужную медь и любое оставшееся резистивное покрытие, подготавливая внешний слой для АОИ и маскирования припоем.

Шаги тринадцать:внешний слой AOI

Как и внутренний слой, внешний слой также должен подвергаться автоматизированному оптическому контролю. Этот оптический контроль гарантирует, что слой соответствует точным требованиям дизайна. Это также подтверждает, что на предыдущем шаге из слоя была удалена вся лишняя медь, чтобы создать правильно функционирующую печатную плату, которая не будет создавать неправильные электрические соединения.

Шаги четырнадцать:нанесение паяльной маски

Панели требуют тщательной очистки перед нанесением паяльной маски. После очистки поверхность каждой панели покрыта эпоксидной краской и паяльной маской. Затем на платы падает ультрафиолетовый свет, указывая, где необходимо удалить паяльную маску.

Как только технические специалисты снимают паяльную маску, печатная плата отправляется в печь для отверждения маски. Эта маска обеспечивает дополнительную защиту меди платы от повреждений, вызванных коррозией и окислением.

Шаг пятнадцатый:нанесение шелкографии

Поскольку печатные платы должны иметь информацию непосредственно на плате, производители должны печатать важные данные на поверхности платы в процессе, называемом нанесением шелкографии или печатью легенды. Эта информация включает следующее:

После печати вышеуказанной информации на печатных платах, часто с помощью струйного принтера, на поверхность печатных плат наносится покрытие. Затем они переходят к этапам тестирования, резки и проверки.

Шаг шестнадцатый:отделка печатной платы

Для окончательной обработки печатной платы требуется покрытие проводящими материалами, такими как следующие:

Правильный выбор материала зависит от проектных спецификаций и бюджета заказчика. Тем не менее, применение такой отделки создает существенную черту для печатной платы. Отделка позволяет сборщику устанавливать электронные компоненты. Металлы также покрывают медь, чтобы защитить ее от окисления, которое может произойти на воздухе.

Запросить бесплатное предложение

Шаг семнадцатый:Проверка электрической надежности

После того, как на печатную плату нанесено покрытие и отверждено (при необходимости), технический специалист проводит серию электрических испытаний на различных участках печатной платы, чтобы убедиться в ее работоспособности. Электрические испытания должны соответствовать стандартам IPC-9252, Руководства и требования к электрическим испытаниям незаселенных печатных плат. Основные выполняемые проверки — это проверка целостности цепи и проверка изоляции. Проверка целостности цепи проверяет наличие любых разъединений на печатной плате, известных как «размыкания». С другой стороны, тест изоляции цепи проверяет значения изоляции различных частей печатной платы, чтобы проверить, нет ли коротких замыканий. Хотя электрические тесты в основном предназначены для проверки функциональности, они также служат проверкой того, насколько первоначальный дизайн печатной платы выдержал производственный процесс.

В дополнение к базовому тестированию электрической надежности существуют другие тесты, которые можно использовать для определения работоспособности печатной платы. Один из основных тестов, используемых для этого, известен как тест «ложе из гвоздей». Во время этого текста к контрольным точкам на печатной плате прикрепляются несколько пружинных фиксаторов. Затем пружинные фиксаторы подвергают тестовые точки на печатной плате давлению до 200 г, чтобы увидеть, насколько хорошо печатная плата выдерживает контакт высокого давления в своих тестовых точках.

Если печатная плата прошла испытание на электрическую надежность — и любые другие испытания, которые производитель решит провести, — ее можно перейти к следующему шагу:разводке и осмотру.

Шаг восемнадцатый:профилирование и маршрутизация

Для профилирования инженеры-технологи должны определить форму и размер отдельных печатных плат, вырезанных из строительной платы. Эта информация обычно содержится в файлах Gerber проекта. Этот шаг профилирования направляет процесс фрезерования путем программирования того, где машина должна создавать отметки на строительной доске.

Разметка или биговка облегчает разделение досок. Фрезерный станок или станок с ЧПУ создает несколько небольших деталей по краям платы. Эти края позволяют быстро отломить доску без повреждений.

Однако некоторые производители могут вместо этого использовать V-образную канавку. Эта машина создаст V-образные надрезы по бокам доски.

Оба варианта надрезов на печатных платах позволяют чисто отделить платы без их растрескивания. После подрезки досок производители отделяют их от строительной доски, чтобы перейти к следующему шагу.

Шаг девятнадцатый:проверка качества и визуальный осмотр

После надрезания и разделения плат печатная плата должна пройти последнюю проверку перед упаковкой и отправкой. Эта последняя проверка проверяет несколько аспектов конструкции плат:

Шаг двадцать:упаковка и доставка

Последним этапом изготовления печатных плат является упаковка и доставка. Упаковка обычно включает в себя материал, который герметизирует печатные платы для защиты от пыли и других посторонних материалов. Затем запечатанные доски помещаются в контейнеры, которые защищают их от повреждений во время транспортировки. Наконец, они отправляются на доставку клиентам.

Как внедрить эффективный процесс производства печатных плат

Часто за процессами проектирования и изготовления печатных плат стоят разные организации. Во многих случаях контрактный производитель (CM) может изготовить печатную плату на основе конструкции, созданной производителем оригинального оборудования (OEM). Совместная работа этих групп над компонентами, соображениями по дизайну, форматами файлов и материалами платы обеспечит эффективный процесс и плавный переход между этапами.

Компоненты

Разработчик должен проконсультироваться с изготовителем относительно доступных компонентов. В идеале у изготовителя должны быть под рукой все компоненты, требуемые конструкцией. Если чего-то не хватает, дизайнеру и изготовителю придется найти компромисс, чтобы обеспечить более быстрое производство при соблюдении минимальных проектных требований.

Соображения по дизайну для производства (DFM)

Проектирование для производства учитывает, насколько хорошо дизайн может развиваться на различных этапах производственного процесса. Часто производитель, обычно CM, имеет набор руководств по DFM для своего предприятия, с которыми OEM-производитель может ознакомиться на этапе проектирования. Разработчик может запросить эти рекомендации DFM, чтобы сообщить дизайн своей печатной платы, чтобы адаптировать его к производственному процессу производителя.

Форматы файлов

Связь между OEM и CM имеет решающее значение для обеспечения полного изготовления печатной платы в соответствии со спецификациями OEM. Обе группы должны использовать одинаковые форматы файлов для проекта. Это предотвратит ошибки или потерю информации, которые могут возникнуть в случаях, когда файлы должны изменить формат.

Материалы для доски

OEM-производители могут разрабатывать печатные платы из более дорогих материалов, чем предполагает CM. Обе стороны должны согласовать имеющиеся материалы и то, что лучше всего подойдет для дизайна печатной платы, оставаясь при этом рентабельным для конечного покупателя.

Свяжитесь с Millennium Circuits для вопросов

Высококачественная разработка и производство печатных плат являются критически важными компонентами работы печатных плат в электронике. Понимание сложности процесса и того, почему должен выполняться каждый шаг, поможет вам лучше оценить затраты и усилия, вложенные в каждую печатную плату.

Если вашей компании нужны печатные платы для какой-либо работы, свяжитесь с нами в Millennium Circuits Limited. Мы работаем, чтобы поставлять нашим клиентам небольшие и большие партии печатных плат по конкурентоспособным ценам.


Промышленные технологии

  1. Печатная плата
  2. Основы изготовления печатных плат
  3. Дегазация на печатной плате
  4. Как проверить и исправить дефекты печатной платы (PCB)?
  5. Почему производство печатных плат такое точное?
  6. Технологии изготовления печатных плат-прототипов
  7. Почему процесс производства печатных плат так важен?
  8. Почему печатаются сборки печатных плат?
  9. Процесс сборки печатной платы
  10. Узел печатной платы – как он производится?