Мастерство изготовления печатных плат: ключевые принципы для высококачественных ПП

Основы изготовления печатных плат

При любой производственной операции долговечность и функциональность продукта во многом определяются качеством конструкции. Печатные платы (ПП) — не исключение.

Процесс изготовления ПП производит голую печатную плату — одну из самых важных особенностей любого продукта. Таким образом, производственный процесс является ключевым компонентом жизненного цикла производства электроники и играет значительную роль в общем успехе проекта. Чтобы максимально использовать этот процесс, клиентам нужно понимать ответы на три ключевых вопроса:

• Что такое изготовление ПП?
• Почему это важно?
• Как изготовление вписывается в процесс сборки ПП?

О печатных платах

Печатная плата переносит электрические цепи и позволяет маршрутизировать сигналы и питание между устройствами. ПП состоят из нескольких слоёв материала:

• Подложка (Substrate): В центре платы — подложка или базовый материал. Традиционные платы используют стекловолокнистый материал FR4, хотя другие могут использовать алюминий, керамику или полимерные подложки.
• Медь (Copper): Подложка ПП покрыта тонкой медной фольгой и ламинируется с теплом и клеем. Количество «слоёв» в плате определяется количеством медных слоёв — например, двусторонние ПП имеют медь на обеих сторонах подложки, а четырёхслойная плата — четыре медных слоя всего. Большинство ПП содержат одну унцию меди на квадратный фут, хотя высокомощные ПП могут использовать две или три унции.

Эти материалы комбинируются в процессе изготовления для создания голой ПП. Эта голая ПП затем проходит через процесс сборки (PCBA) для нанесения припоя и электронных компонентов, заканчиваясь полностью функциональной ПП.

Что такое изготовление ПП?

Изготовление ПП — процесс, которым упомянутые материалы платы комбинируются в функциональные слои для формирования голой печатной платы. Изготовление голых печатных плат работает так:

1. Проверка дизайна: Процесс изготовления не начинается, пока инженерная команда не проверит дизайн. Это называется проверкой на проектируемость для производства (Design for Manufacturability — DFM), которая гарантирует, что дизайн валиден и допуски и спецификации могут быть выполнены при производстве.
2. Нанесение фотошаблонов: Дизайн ПП печатается на плёнках с использованием лазерной прямой визуализации, предоставляющих фотонегативы компоновки платы. Эти плёнки наносятся на материальные слои и используются как руководство для каждого производственного процесса.
3. Травление меди: Разными методами ненужная или избыточная медь травится или удаляется для создания трасс и контактных площадок. Этот процесс обычно включает несколько раундов очистки для удаления избыточного материала и нежелательных химикатов.
4. Стекап слоёв и ламинирование: Если плата многослойная, внутренние и внешние слои выравниваются друг с другом после травления меди. Обычно это делается с использованием выравнивающих отверстий в самой плате. После проверки слоёв эпоксидный препрег помещается между каждым слоем, и плата ламинируется путём нагрева — тепло плавит эпоксид и сцепляет слои вместе.
5. Сверловка: После ламинирования слоёв платы сверло используется для создания отверстий сквозь плату. Эти отверстия используются для монтажных отверстий, сквозных отверстий и виа.
6. Металлизация: После завершения сверловки плата металлизируется микронным слоем меди, который покрывает внутреннюю часть сверлённых отверстий, создавая металлизированные сквозные отверстия. Обычно за этим следуют дополнительное травление и удаление меди на внешнем слое платы.
7. Нанесение паяльной маски: После завершения медных слоёв панели очищаются и покрываются паяльной маской. Паяльная маска даёт ПП её характерный зелёный цвет. Она изолирует медные трассы от случайного контакта с другими проводящими материалами, которые могли бы создать функциональные проблемы, и помогает при сборке, чтобы припой наносился только на правильные места. После нанесения ненужные области паяльной маски удаляются, и ПП помещается в печь для отверждения слоя паяльной маски.
8. Силкскрин (Silkscreen): Нужно это или нет, следующий шаг — нанесение сикскрина, после чего плата проходит финальную стадию отверждения. Поверх слоя паяльной маски наносится слой сикскрина. Обычно белого цвета, добавляет буквы, цифры и символы на ПП. Этот слой помогает при сборке с типом и расположением компонентов.
9. Поверхностная отделка: После отверждения паяльной маски и сикскрина ПП может быть металлизирована золотом, серебром или другой поверхностной отделкой для обеспечения защиты и функциональности.

После завершения этих шагов платы обычно проходят электрические тесты надёжности для обеспечения функциональности. После этого, если платы производились в панели, их режут, инспектируют и при необходимости ремонтируют.

Как изготовление вписывается в общий производственный процесс

Изготовление — только один шаг в производственном процессе ПП. Чтобы полностью понять важность изготовления печатных плат, важно знать, где оно лежит в цикле.

Производственный процесс ПП попадает в три общих этапа, описанных ниже:

1. Разработка ПП (PCB development): Начальный этап. Здесь дизайн ПП концептуализируется, модифицируется и финализируется. Обычно включает несколько раундов дизайна, прототипирования и тестирования, особенно для сложных дизайнов.
2. Производство ПП (PCB manufacturing): После финализации дизайна на этапе разработки, ПП переходит к производству. Производство включает два шага — изготовление и сборку. Изготовление производит дизайн платы, сборка наносит компоненты на поверхность. В конце процесс платы завершены.
3. Оценка ПП (PCB evaluation): Финальный этап — оценка. Включает финальный раунд тестирования после завершения производства. Тестирование оценивает способность собранной платы выполняться как задумано и отсеивает не прошедшие тесты. В некоторых случаях тестирование может выявить, что плате требуется корректировка дизайна, и цикл начинается заново. Если платы проходят тесты, они проходят финальную инспекцию на дефекты перед отправкой.

Почему изготовление ПП важно

Изготовление ПП — аутсорсинговая деятельность, выполняемая сторонним производителем по дизайнам, предоставленным клиентами. Изготовление важно понимать, потому что производители видят только дизайн, а не предполагаемую производительность вашего дизайна. Если дизайнеры не держат в голове процесс изготовления и ограничения во время проектирования, изготовленные платы могут быть затронуты в следующих областях:

• Производимость (Manufacturability): Выборы дизайна влияют на производимость ПП. Дизайны платы должны учитывать материаловые свойства платы и обеспечивать адекватный зазор между поверхностными элементами. Если плата должна производиться в панелях, это также должно влиять на финальный дизайн. Дизайны, игнорирующие эти факторы, могут быть невозможны для изготовления без перепроектирования.
• Выход годных (Yield rate): В некоторых обстоятельствах платы могут быть успешно изготовлены по существующему дизайну. Однако определённые выборы дизайна могут привести к проблемам изготовления, делающим множество плат непригодными — например, растяжение границ допусков производственного оборудования.
• Надёжность (Reliability): Большинство плат регулируются отраслевыми спецификациями, диктующими требуемый уровень производительной надёжности. Несоблюдение отраслевых требований в дизайне может привести к ненадёжным или нефункциональным платам.

Лучший способ избежать этих проблем — учитывать процесс изготовления ПП в цикле проектирования. Можно сделать это, используя правила проектируемости для производства (DFM) и проверяя возможности производителя ПП в цикле проектирования. Партнёрствуя с высококачественным производителем ПП, можно тесно работать с ними для оптимизации дизайна под процесс изготовления.

Выбирайте Millennium Circuits Limited

Если вы заинтересованы в работе с дистрибьютором, предлагающим инновации наряду с качеством, Millennium Circuits Limited (MCL) может помочь.

Мы поставляем передовые печатные платы для многих продуктов и по нескольким отраслям. Оперативный сервис — наш стандарт. MCL предоставляет котировки в день обращения, повышая операционную эффективность клиентов. Наш ориентированный на отношения клиентский сервис позволяет нам быть в курсе предстоящих проектов клиентов, устраняя узкие места и экономя время.

Стратегические производственные локации позволяют MCL предоставлять клиентам широкий спектр решений печатных плат с гибкими лид-таймами по конкурентоспособным ценам.

Свяжитесь с Millennium Circuits сегодня, чтобы узнать больше о процессе изготовления ПП и как мы можем помочь с вашими потребностями в ПП.