Производство печатных плат: полный цикл технологических процессов

Производство печатных плат включает множество технологических операций. Производители часто применяют уникальные процедуры для повышения качества и эффективности. Любому проектировщику, инженеру или технологи необходимо знать эти процессы — только так можно выбрать оптимальный метод для успешной реализации проекта.

Сегодня мы подробно разберем отдельные этапы производства печатных плат, чтобы вы могли определить требования к своему проекту и подобрать соответствующие технологии для максимальной эффективности.

Как определить нестандартные размеры и форму печатной платы

Печатные платы могут иметь любую форму и размер в зависимости от назначения. Рассмотрим возможные варианты.

Нестандартные формы печатных плат

Чаще всего платы выпускают прямоугольными или квадратными, но технологии позволяют изготовить практически любую геометрию:

• Круглые
• L-образные
• Полигональные
• Овальные

Вариантов бесчисленное множество — каждый решает свои задачи по размещению в конкретных корпусах.

Для создания нестандартных форм используются инструменты САПР (CAD) в редакторе печатных плат. Можно выбрать заготовку или нарисовать собственную форму, а также редактировать существующие контуры.

Нестандартные размеры панелей печатных плат

Как и формы, размеры панелей могут варьироваться. Стандартный формат панели у большинства производителей — 18 × 24 дюйма (457 × 610 мм). Также встречаются форматы 12 × 18 дюймов, 21 × 29 дюймов и другие.

Выбор размера панели должен обусловлен требованиями вашего приложения и возможностями оборудования производителя.

Основные типы специальных материалов для печатных плат

Печатные платы производят из различных материалов: эпоксидных смол, тефлона, металла. Рассмотрим ключевые специальные материалы.

TG 150

TG (Glass Transition Temperature) — температура стекловития, показывающая теплостойкость материала. Чем выше TG, тем выше теплостойкость. TG 150 — высокотеплостойкий материал на базе огнеупорного стекловолокнисто-усиленного эпоксидного компаунда (FR-4), выдерживающий повышенные температуры.

TG 170

TG 170 обладает еще большей теплостойкостью, чем TG 150. Применяется в высокотемпературных электронных приборах. Материал сохраняет свойства до температур ~170 °C, после чего переходит в вязкое состояние.

Печатные платы Rogers (Rogers PCB)

Rogers Corporation специализируется на высокочастотных материалах. Платы Rogers используют ламинаты FR-4 в сочетании с тефлоном (PTFE) для достижения высокочастотных характеристик. Они дороже стекловолокна, но обеспечивают минимальные потери на высоких частотах.

Выбор материала должен базироваться на требованиях вашего проекта: рабочем диапазоне температур, частотных характеристиках, механических нагрузках и бюджете.

Паяльная маска и шелкография в сборке печатных плат

Паяльная маска (solder mask) — постоянное покрытие, наносимое на печатную плату для защиты медных дорожек и контактных площадок. Она предотвращает замыкания паянием между соседними проводниками.

Жидкая фотоимидная паяльная маска (LPI — Liquid Photoimageable)

LPI — чернильная композиция, распыляемая на плату с последующей УФ-экспозицией для формирования требуемого рисунка. После проявки открытые контактные площадки готовы к пайке.

Сухая фотоимидная паяльная маска (Dry Film Photoimageable)

Наносится вакуумным ламинированием. После экспозиции и проявки происходит термическое закалание. Метод обеспечивает высокую точность и равномерность толщины.

Эпоксидная жидкая паяльная маска

Самый дешевый вариант. Наносится шелкографским способом. Эпоксидные смолы — термореактивные полимеры, применяемые во многих электронных изделиях.

Шелкография (Silkscreen)

Шелкография — это маркировка компонентов, полярность, обозначения версий и логотипы на поверхности платы. Используются краски разных цветов (белый, красный, черный, желтый). Основные методы нанесения:

• Ручная шелкография
• LPI (Liquid Photo Imaging — фотообразование жидкой краской)
• DLP (Direct Legend Printing — прямое печатание легенды)

Отверстия и переходные отверстия (Vias) в производстве печатных плат

Вайы (vias) обеспечивают электрическую связь между слоями печатной платы. Они выполняются металлизированными отверстиями и бывают нескольких типов. Рассмотрим специальные технологические варианты:

• Контрсверловка (Back drill / Counterbore): Контрсверловка — цилиндрическое углубление для головки винта. Обратная сверловка (back drill) удаляет неиспользуемые штыри металлизации в высокочастотных линиях, подавляя рефлексии и рассеяние сигнала.
• Закупоренные ваи (Plugged vias): Отверстия заполняются паяльной маской или другим диэлектриком после металлизации стенок медью.
• Скрытые и слепые ваи (Buried и Blind vias): Слепые ваи соединяют внешний слой с внутренними, не проходя через всю плату. Скрытые ваи соединяют только внутренние слои и невидимы снаружи. Оба типа идеальны для высоконапряженных топологий.
• Внутренние отверстия (Inner hole): Технологические отверстия для формирования многослойной структуры.
• Микровайы (Micro vias): Микроскопические отверстия (обычно < 150 мкм), сверленные лазером для соединения смежных слоев в HDI-платах.
• Затененные ваи (Tenting vias): Паяльная маска накрывает отверстие и кольцо, уменьшая количество открытых проводящих поверхностей.
• Фрезеровка слепых отверстий (Milling blind shot): Механическое удаление меди для формирования топологии без химического травления.

Поверхностные покрытия (Surface Finish) для сборки печатных плат

Поверхностное покрытие защищает медные площадки от окисления и обеспечивает паяемость. Распространенные варианты:

Твердое золото (Hard Gold)

Идеально для клавиатурных матриц и контактных пальцев (gold fingers). Очень износостойкое, но дорогое. Наносится над барьерным слоем никеля. Процесс трудоемок и требует дополнительных операций.

Никель-Палладий (Nickel Palladium / ENEPIG)

Покрытие, устойчивое к абразивному износу, улучшающее проводимость и защищающее медь. Процесс относительно прост, но менее подходит для сверхвысоконапряженных топологий.

Иммерсионные покрытия: Олово / Серебро / Золото (Immersion Tin / Silver / Gold)

• Иммерсионное серебро — отлично для тонких дорожек, простой процесс. Сложно электрически тестировать, возможны проблемы с долговечностью пайки.
• Иммерсионное олово — для безсвинцовой пайки, подходит для SMT. Требует тщательного хранения, не подходит для контактных групп.
• Иммерсионное золото (ENIG) — индустриальный стандарт. Дает идеально ровную поверхность для SMT, подходит и для отверстий, и для толстых плат. Высокая устойчивость к коррозии.

Золотые пальцы (Gold Fingers)

Контактные края платы выдерживают множество циклов вставки/извлечения. Посверхностное хромирование или позолотание усиливает их износостойкость.

Электрическое тестирование — ключевой этап контроля функциональности

После нанесения поверхностного покрытия необходимо проверить функциональность платы. Выполняют два основных вида тестов: проверку непрерывности цепей (continuity) и изоляции (isolation).

Тестирование выявляет разомкнутые и закоротченные цепи, проверяет целостность металлизации отверстий и дорожек.

Также применяется летающее зондирование (Flying Probe) — подвижные зонды проверяют электрические параметры каждой цепи на голой плате. Электрическое тестирование обязательно для обеспечения качества партии.

Технологическая оснастка и экологические требования

Технологическая подготовка (Tooling)

Tooling — создание управляющих программ для автоматических монтажных машин (pick-and-place). Выполняется один раз на проект, повторный заказ не требует повторного tooling.

Галоген-свободные материалы (Halogen Free)

Некоторые галогенсодержащие материалы (бром, фтор, йод, хлор, астат) токсичны. Галоген-свободные печатные платы содержат минимальные дозы галогенов, обеспечивая экологическую безопасность.

HF / CIT технологии

• CIT (Copper Ink Technology) — печать меди на гибкие подложки (PET). Низкостоимый метод для быстрого прототипирования.
• HF (High Frequency) — высокочастотные платы на базе PTFE для приложений выше 1 ГГц.

Заключение

WellPCB предоставляет комплексный сервис и высококачественную продукцию. Пришлите нам техническую документацию — и получите расчет стоимости немедленно. Десять лет опыта производства печатных плат с применением уникальных технологий позволяют нам подобрать оптимальные методы для вашего проекта, обеспечивая максимальную эффективность и функциональность. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о наших технологических возможностях.