فرآیندهای تولید PCB چیست؟

یک برد مدار چاپی (PCB) یک مؤلفه اساسی در تقریباً تمام دستگاه های الکترونیکی است که به عنوان بستر فیزیکی که از اجزای الکترونیکی پشتیبانی و متصل می شود ، خدمت می کند. درک فرایند تولید PCB برای مهندسان ، خریداران و متخصصان فناوری برای اطمینان از کیفیت محصول ، قابلیت اطمینان و عملکرد بسیار مهم است. این مقاله با هدف معرفی مراحل اصلی در ساخت PCB ها ، ارائه بینشی در مورد چگونگی طراحی ، ساخت و آزمایش این اجزای ضروری است.

طراحی و تهیه طرح

اولین مرحله بحرانی در تولید PCB آماده سازی طراحی و چیدمان است ، جایی که مدار الکترونیکی به یک طرح دقیق برای تولید ترجمه می شود.

1. نرم افزار طراحی PCB

ابزارهای نرم افزاری حرفه ای مانند Altium Designer ، KICAD و Eagle به طور گسترده ای برای ایجاد طرح بندی دقیق PCB استفاده می شوند. این برنامه ها مهندسان را قادر می سازد تا مدار شماتیک مدار ، قرار دادن قطعات و مسیرهای مسیریابی را برای اتصالات الکتریکی تعریف کنند. این نرم افزار همچنین امکان شبیه سازی و بررسی خطا را فراهم می کند ، که به شناسایی زودهنگام مسائل احتمالی کمک می کند.

2. نسل پرونده های Gerber

پس از نهایی شدن طراحی ، به عنوان پرونده های Gerber صادر می شود - قالب استاندارد مورد استفاده توسط تولید کنندگان PCB. این پرونده ها حاوی تمام اطلاعات لازم در مورد لایه های مس ، ماسک های لحیم کاری ، ابریشم و داده های مته هستند که به عنوان دستورالعمل های دقیق دستگاه های تولید خدمت می کنند.

3. طراحی برای تولید (DFM) چک

قبل از ارسال طرح ها به تولید ، بررسی های DFM برای اطمینان از تولید PCB قابل اطمینان و مقرون به صرفه انجام می شود. این چک ها قوانین فاصله ، اندازه سوراخ ، عرض ردیابی و ردپای مؤلفه را برای به حداقل رساندن خطاها در هنگام ساخت تأیید می کنند. DFM مناسب باعث افزایش تاخیر و نقص می شود و عملکرد کلی در تولید PCB را بهبود می بخشد.

انتخاب مواد و آماده سازی لمینت

در فرآیند تولید PCB ، انتخاب مواد مناسب و تهیه لمینت های پایه اقدامات مهمی است که مستقیماً بر عملکرد ، دوام و مناسب بودن هیئت مدیره تأثیر می گذارد.

1. انتخاب بستر مناسب

این بستر به عنوان لایه عایق اساسی یک PCB عمل می کند و از مکانیکی پشتیبانی می کند و بر خصوصیات حرارتی ، الکتریکی و محیطی تأثیر می گذارد. مواد بستر مشترک عبارتند از:

• FR4:  پرکاربردترین بستر ، ساخته شده از رزین اپوکسی تقویت شده با فایبرگلاس. این قدرت مکانیکی خوب ، عایق الکتریکی و مقرون به صرفه را ارائه می دهد و آن را برای طیف گسترده ای از الکترونیک مناسب می کند.

• سرامیک:  در برنامه های با فرکانس بالا یا درجه حرارت بالا استفاده می شود ، بسترهای سرامیکی هدایت و ثبات حرارتی برتر را فراهم می کنند اما گران تر هستند.

• پلی آمید:  برای انعطاف پذیری و مقاومت در برابر حرارتی عالی شناخته شده است ، بسترهای پلی آمید برای PCB های انعطاف پذیر و برنامه هایی که نیاز به خم یا تاشو دارند ایده آل هستند.

انتخاب بستر مناسب به عواملی مانند محیط عملیاتی دستگاه ، استرس مکانیکی ، الزامات الکتریکی و محدودیت هزینه بستگی دارد.

2. تهیه لمینت های مس پوشیده

پس از انتخاب بستر ، مرحله بعدی در تولید PCB در حال تهیه لمینت مس پوشیده است که از فویل مس تشکیل شده به بستر تشکیل شده است. ضخامت مس - به طور معمول بین 0.5 اونس و 3 اونس در هر فوت مربع - بر اساس نیازهای فعلی و پیچیدگی طراحی انتخاب شده است. آماده سازی مناسب از چسبندگی و یکنواختی خوب ، برای اچینگ دقیق و هدایت قابل اعتماد بسیار مهم است.

انتقال تصویر و اچ کردن

در تولید PCB ، انتقال طرح مدار بر روی لمینت مس و دقیقاً مراحل حیاتی برای تشکیل مسیرهای الکتریکی است.

1. برنامه Photoresist و قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش

یک لایه عکسبرداری بر روی مس اعمال می شود. با استفاده از نور UV ، الگوی مدار بر روی تخته پیش بینی می شود و ضمن ترک قسمت های دیگر نرم و قابل جابجایی ، نورپردازی را در مناطق کمیاب سخت می کند. این طرح را به صفحه منتقل می کند.

2. اچ شیمیایی

سپس هیئت مدیره برای از بین بردن مس محافظت نشده ، از نظر شیمیایی حک شده است و فقط آثار رسانا مورد نظر را باقی می گذارد. کنترل دقیق از حفظ بیش از حد ، حفظ یکپارچگی ردیابی جلوگیری می کند.

3. تمیز کردن و بازرسی

پس از اچ کردن ، نورپردازی برداشته می شود و تخته تمیز می شود. بازرسی های بصری و خودکار اطمینان می دهند که اثری دست نخورده و بدون نقص است و کیفیت آن را در تولید PCB تضمین می کند.

حفاری و از طریق آبکاری

حفاری و از طریق آبکاری مراحل اساسی در تولید PCB است ، به ویژه برای تابلوهای چند لایه ، که در آن اتصالات الکتریکی بین لایه ای دقیق مورد نیاز است.

1. حفاری CNC

دستگاه های کنترل عددی رایانه (CNC) سوراخ های دقیق در بستر PCB را سوراخ می کنند. این سوراخ ها به عنوان سوراخ برای سرب و VIA ها که لایه های مختلف مس را به صورت الکتریکی وصل می کنند ، استفاده می شوند. دقت در حفاری برای اطمینان از تراز مناسب و تناسب اجزای و همچنین مسیرهای الکتریکی قابل اعتماد بسیار مهم است.

2. آبکاری مس الکترولز

پس از حفاری ، سوراخ ها با یک لایه نازک از مس از طریق یک فرآیند آبکاری الکترول پوشیده می شوند. این لایه رسانا دیوارهای سوراخ را خط می کند و یک اتصال الکتریکی قابل اعتماد بین لایه های داخلی PCB ایجاد می کند. این مرحله برای PCB های چند لایه بسیار مهم است ، جایی که یکپارچگی سیگنال و تداوم الکتریکی به VIA های خوب تشکیل شده بستگی دارد.

3 اهمیت دقت در تولید PCB چند لایه

در تابلوهای پیچیده چند لایه ، حتی سوء استفاده های جزئی در حین حفاری یا آبکاری می تواند باعث خرابی الکتریکی یا کاهش عملکرد شود. بنابراین ، تجهیزات دقیق کنترل کیفیت و تجهیزات دقیق در این مراحل تولید PCB برای حفظ یکپارچگی و عملکرد هیئت مدیره بسیار مهم هستند.

تراز و لایه بندی لایه (برای PCB های چند لایه)

در تولید PCB تابلوهای چند لایه ، تراز و لایه بندی لایه ها اقدامات مهمی است که استحکام ساختاری و قابلیت الکتریکی هیئت مدیره را تضمین می کند.

1. تراز دقیق لایه

PCB های چند لایه از لایه های داخلی مس و بستر داخلی تشکیل شده اند که باید قبل از لمینیت کاملاً تراز شوند. سوء استفاده می تواند منجر به خرابی مدار یا مدارهای کوتاه شود. از تجهیزات تخصصی و سیستم های نوری برای قرار دادن دقیق هر لایه استفاده می شود ، و اطمینان حاصل می شود که Vias و Traces در سراسر پشته مطابقت دارند.

2. لمینیت گرما و فشار

پس از تراز کردن ، لایه ها با استفاده از گرما و فشار در فشار لمینیت به هم پیوند می خورند. این فرآیند با استفاده از قبل از بارداری (ورق های پیوند دهنده از قبل از منبسط شده) به عنوان ماده چسب ، لایه ها را به یک تخته واحد و جامد تبدیل می کند. تنظیمات مناسب دما و فشار برای جلوگیری از لایه برداری یا پیچ و تاب ضروری است.

3. اطمینان از یکپارچگی ساختاری و عملکرد الکتریکی

فرآیند لمینیت نه تنها PCB را به صورت مکانیکی جامد می کند بلکه انزوای الکتریکی بین لایه ها را در صورت لزوم حفظ می کند. این مرحله تضمین می کند که تخته تمام شده می تواند در برابر فشارهای مکانیکی مقاومت کند و در سیستم های الکترونیکی پیچیده قابل اعتماد باشد.

ماسک لحیم کاری و چاپ ابریشم

در فرآیند تولید PCB ، استفاده از ماسک لحیم کاری و لایه های ابریشمی برای محافظت از مدار و کمک به مونتاژ بسیار مهم است.

1. استفاده از ماسک لحیم

ماسک لحیم کاری یک لایه محافظ پلیمری است که بر روی آثار مس اعمال می شود. عملکرد اصلی آن جلوگیری از اکسیداسیون و جلوگیری از پل های لحیم کاری در هنگام لحیم کاری مؤلفه با قرار دادن فقط لنت هایی که اجزای آن نصب شده است. ماسک لحیم کاری به طور معمول سبز اما در رنگ های مختلف در دسترس است ، دوام و قابلیت اطمینان الکتریکی PCB را افزایش می دهد. کاربرد دقیق تضمین می کند که لحیم کاری فقط در جایی که در نظر گرفته شده است ، کاهش می یابد و نقص مونتاژ را کاهش می دهد.

2. اضافه کردن صفحه ابریشم

پس از کاربرد ماسک لحیم کاری ، لایه ابریشم  روی سطح PCB چاپ می شود. این لایه شامل برچسب ها ، طرح های مؤلفه ، آرم ها و علائم شناسایی است که به تکنسین ها در حین مونتاژ ، آزمایش و تعمیر کمک می کند. چاپ تمیز و دقیق ابریشم باعث افزایش کارایی تولید و کاهش خطاها می شود و از قرار گرفتن در مؤلفه های مناسب اطمینان حاصل می شود.

پایان سطحی

اتمام سطح یک گام مهم در تولید PCB است که باعث افزایش لحیم کاری می شود و از سطوح مس در معرض اکسیداسیون و خوردگی محافظت می کند.

1. سطح مشترک به پایان می رسد

چندین تکنیک نهایی معمولاً در صنعت استفاده می شود ، از جمله:

• HASL (سطح بندی لحیم کاری هوای گرم):  پایان گسترده ای که در آن PCB در لحیم کاری مذاب فرو می رود و سپس با هوای گرم سطح می شود. این امر لحیم کاری خوبی را فراهم می کند و مقرون به صرفه است اما ممکن است برای اجزای بسیار ریز و درشت ایده آل نباشد.

• Enig (الکترولیک نیکل غوطه وری طلای):  یک پایان عاری از سرب محبوب است که از صافی عالی ، مقاومت در برابر خوردگی و ماندگاری طولانی برخوردار است. Enig برای برنامه های با قابلیت اطمینان بالا و اجزای ریز و درشت ایده آل است.

• OSP (نگهدارنده لحیم کاری ارگانیک):  یک پوشش آلی نازک که از سطوح مس محافظت می کند و از نظر محیط زیست سازگار است. OSP برای PCB های ساده مناسب است و لحیم کاری عالی را ارائه می دهد اما در مقایسه با اتمام فلزی ، ماندگاری کوتاه تری دارد.

2. هدف از اتمام سطح

اهداف اصلی اتمام سطح در تولید PCB عبارتند از:

• افزایش لحیم کاری:  اطمینان از اینکه لحیم کاری به خوبی به لنت های PCB در حین مونتاژ چسبیده و قابلیت اطمینان مشترک را بهبود می بخشد.

• محافظت از مس:  جلوگیری از اکسیداسیون و خوردگی آثار و لنت های مس ، که می تواند عملکرد الکتریکی را با گذشت زمان تخریب کند.

• بهبود ماندگاری:  گسترش زمان ذخیره سازی PCB قبل از مونتاژ و بدون به خطر انداختن کیفیت.

پایان

فرآیند تولید PCB شامل چندین مرحله دقیق است - از طراحی و انتخاب مواد گرفته تا اچ ، حفاری ، لایه بندی ، اتمام و آزمایش. هر مرحله نقش مهمی در اطمینان از تخته مدار نهایی دارد که مطابق با استانداردهای دقیق کیفیت و عملکرد است.

کنترل دقیق و دقیق کیفیت در طول تولید برای تولید PCB های قابل اعتماد که دستگاه های الکترونیکی پیشرفته امروزی را قدرت می دهند ضروری است.

برای بهترین نتیجه ، همکاری با تولید کنندگان تولید PCB با تجربه و حرفه ای برای دستیابی به تابلوهای مدار قابل اعتماد و قابل اعتماد که از فناوری های نوآورانه پشتیبانی می کنند ، مهم است.