Painettu piirilevy (PCB) on peruskomponentti käytännöllisesti katsoen kaikissa elektronisissa laitteissa, jotka toimivat fyysisenä alustana, joka tukee ja yhdistää elektroniset komponentit. PCB -tuotantoprosessin ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää insinööreille, ostajille ja teknologiaammattilaisille tuotteiden laadun, luotettavuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Tämän artikkelin tarkoituksena on ottaa käyttöön PCB: n valmistusvaiheet, jotka tarjoavat käsityksen siitä, kuinka nämä olennaiset komponentit suunnitellaan, valmistetaan ja testataan.
Suunnittelu ja asettelun valmistelu
Ensimmäinen kriittinen vaihe vuonna Piirilevyjen tuotanto on suunnittelu- ja asetteluvalmistus, jossa elektroninen piiri käännetään yksityiskohtaiseksi suunnitelmaksi valmistusta varten.
1. PCB -suunnitteluohjelmisto
Ammatillisia ohjelmistotyökaluja, kuten Altium Designer, Kicad ja Eagle, käytetään laajasti tarkkojen piirilevyjen asettelun luomiseen. Nämä ohjelmat antavat insinööreille mahdollisuuden määritellä piiriliitoksien piirikuva-, komponenttien sijoitus- ja reititysreitit. Ohjelmisto mahdollistaa myös simulaation ja virheen tarkistuksen, mikä auttaa tunnistamaan mahdolliset ongelmat varhain.
2. Gerber -tiedostojen luominen
Kun malli on viimeistelty, se viedään Gerber -tiedostoina - piirilevyjen valmistajien käyttämä vakiomuoto. Nämä tiedostot sisältävät kaikki tarvittavat tiedot kuparikerroksista, juotosmaskeista, silkkinäytöistä ja poraustiedoista, jotka toimivat tuotantokoneiden tarkkoina ohjeina.
3. Valmistettavuussuunnitelma (DFM)
Ennen mallin lähettämistä tuotantoon DFM-tarkistukset suoritetaan sen varmistamiseksi, että piirilevy voidaan valmistaa luotettavasti ja kustannustehokkaasti. Nämä tarkistukset tarkistavat etäisyyssäännöt, reiän koot, jäljen leveydet ja komponenttijalanjäljet virheiden minimoimiseksi valmistuksen aikana. Oikea DFM vähentää viivästyksiä ja vikoja, mikä parantaa yleistä satoa piirilevyn tuotannossa.
Materiaalin valinta ja laminaattien valmistus
Piirilevyn tuotantoprosessissa sopivien materiaalien valitseminen ja pohjaminaattien valmistelu ovat ratkaisevia vaiheita, jotka vaikuttavat suoraan hallituksen suorituskykyyn, kestävyyteen ja soveltuvuuteen tiettyihin sovelluksiin.
1. Oikean substraatin valitseminen
Substraatti toimii piirilevyn peruseristeeksi, joka tarjoaa mekaanista tukea ja vaikuttaa lämpö-, sähkö- ja ympäristöominaisuuksiin. Yleisiä substraattimateriaaleja ovat:
FR4: Lasikuituvahvistetusta epoksihartsista valmistettu laajimmin käytetty substraatti. Se tarjoaa hyvän mekaanisen lujuuden, sähköeristyksen ja kustannustehokkuuden, mikä tekee siitä sopivan laajalle elektroniikkavalikoimasta.
Keraamiset: Käytetään korkeataajuisissa tai korkean lämpötilan sovelluksissa, keraamiset substraatit tarjoavat paremman lämmönjohtavuuden ja stabiilisuuden, mutta ovat kalliimpia.
Polyimidi: Joustavuudesta ja erinomaisesta lämpövastuksesta tunnettu polyimidi -substraatit ovat ihanteellisia joustaville PCB: lle ja sovelluksille, jotka vaativat taivutusta tai taittoa.
Oikean substraatin valitseminen riippuu tekijöistä, kuten laitteen käyttöympäristö, mekaaninen jännitys, sähkövaatimukset ja kustannusrajoitukset.
14.
Substraatin valinnan jälkeen seuraava vaihe PCB-tuotannossa on kuparin verhottu laminaatti, joka koostuu substraattiin sitoutuneesta kuparikalvosta. Kuparin paksuus - tyypillisesti välillä 0,5 unssia ja 3 unssia neliöjalkaa kohti - valitaan nykyisten vaatimusten ja suunnittelun monimutkaisuuden perusteella. Oikea valmistelu varmistaa hyvän tarttuvuuden ja yhdenmukaisuuden, tärkeän tarkan syövytyksen ja luotettavan johtavuuden kannalta.
Kuvansiirto ja etsaus
Piirilevytuotannossa piirisuunnittelun siirtäminen kuparilaminaattiin ja syövytys tarkalleen ovat elintärkeitä vaiheita sähköisten reittien muodostamiseksi.
Kello 1. Valoesistinen sovellus ja UV -valotus
Kuparin päälle levitetään valoresistikerros. UV -valoa käyttämällä piirikuvio projisoidaan levylle, kovettaen valoresistiä hivenaineille jättäen muut osat pehmeäksi ja irrotettavaksi. Tämä siirtää mallin taululle.
2. kemiallinen etsaus
Levy syövytetään sitten kemiallisesti suojaamattoman kuparin poistamiseksi, jättäen vain halutut johtavat jäljet. Huolellinen hallinta estää yliarvioinnin, säilyttämisen hivenaineen eheyden.
3. Puhdistus ja tarkastus
Etsauksen jälkeen valoresisti poistetaan ja lauta puhdistetaan. Visuaaliset ja automatisoidut tarkastukset varmistavat, että jäljet ovat ehjät ja virheettömät, mikä takaa laadun piirilevyn tuotannossa.
Poraus ja pinnoituksen kautta
Poraus ja pinnoitus ovat välttämättömiä vaiheita piirilevyn tuotannossa, etenkin monikerroksisille levyille, joissa tarvitaan tarkkoja kerrosten välisiä sähköliitäntöjä.
1. CNC -poraus
Tietokoneen numeerinen ohjaus (CNC) -koneet poraavat tarkat reikät piirilevyn substraatissa. Nämä reiät toimivat reikinä komponenttijohdoissa ja viasissa, jotka yhdistävät eri kuparikerrokset sähköisesti. Porauksen tarkkuus on kriittistä komponenttien asianmukaisen kohdistamisen ja sopivuuden sekä luotettavien sähköreittien varmistamiseksi.
2. Sähköinen kuparipinnoitus
Porauksen jälkeen reikät päällystetään ohuella kuparikerroksella elektrolitiopinnoitusprosessin läpi. Tämä johtava kerros viipyy reikän seinät, jolloin luotettavan sähköyhteyden piirilevyn sisäisten kerrosten välillä. Tämä vaihe on ratkaisevan tärkeä monikerroksisille PCB-yhdisteille, joissa signaalin eheys ja sähköinen jatkuvuus riippuvat hyvin muodostetuista VIA: sta.
3. Tarkkuuden merkitys monikerroksisessa piirilevytuotannossa
Monimutkaisissa monikerroksisissa levyissä jopa pienet väärinkäytökset porauksen tai pinnoituksen aikana voivat aiheuttaa sähkövirheitä tai vähentää suorituskykyä. Siksi tiukat laadunvalvonta- ja tarkkuuslaitteet ovat välttämättömiä näiden piirilevyn tuotannon vaiheissa ylläpitämään hallituksen eheyttä ja toiminnallisuutta.
Kerroksen kohdistus ja laminointi (monikerroksisille piirilevyille)
Monikerroksisten levyjen piirilevytuotannossa kerroksen kohdistus ja laminointi ovat kriittisiä vaiheita, jotka varmistavat levyn rakenteellisen lujuuden ja sähköisen toiminnan.
1. Tarkka kerrosten kohdistus
Monikerroksiset PCB: t koostuvat useista sisäkupari- ja substraattikerroksista, jotka on oltava täydellisesti kohdistettu ennen laminointia. Väärin kohdistaminen voi johtaa piirioikeuksiin tai oikosulkuihin. Erikoistuneita laitteita ja optisia järjestelmiä käytetään jokaisen kerroksen asettamiseen tarkasti varmistamalla, että ViaS ja jäljet sopivat pinon yli.
2. Lämpö- ja paine -laminointi
Kun kerrokset on kohdistettu, se on sidottu yhteen käyttämällä lämpöä ja painetta laminointipuristimessa. Tämä prosessi sulauttaa kerrokset yhdeksi kiinteäksi levyksi käyttämällä pre-PREG: tä (ennalta kypsytetyt sidoslevyt) liima-aineeksi. Oikeat lämpötila- ja paine -asetukset ovat välttämättömiä delaminaation tai vääntymisen välttämiseksi.
3. Rakenteellisen eheyden ja sähkösuorituskyvyn varmistaminen
Laminointiprosessi ei vain jähmtää piirilevyä mekaanisesti, vaan myös ylläpitää sähköistä eristämistä kerrosten välillä tarvittaessa. Tämä vaihe takaa, että valmiin levy kestää mekaanisia rasituksia ja suorittaa luotettavasti monimutkaisissa elektronisissa järjestelmissä.
Juotosmaski ja silkkinäytön tulostus
Piirilevyn tuotantoprosessissa juotosmaskin ja silkkipistekerrosten soveltaminen on välttämätöntä piirin suojaamiseksi ja kokoamisen auttamiseksi.
1.
Juotimaski on suojaava polymeerikerros, jota levitetään kuparilaisujen päälle. Sen ensisijainen tehtävä on estää hapettuminen ja välttää juotossiltoja komponenttijuotojen aikana paljastamalla vain tyynyt, joihin komponentit on asennettu. Tyypillisesti vihreä, mutta saatavana eri väreinä, juotosmaski parantaa piirilevyn kestävyyttä ja sähköistä luotettavuutta. Tarkka sovellus varmistaa, että juotos virtaa vain silloin, kun on tarkoitettu vähentäen kokoonpanovirheitä.
2. Silkkien lisääminen
Juotosmaskin levityksen jälkeen silkkinäyttö on painettu piirilev
Pinnan viimeistely
Pinnan viimeistely on kriittinen vaihe piirilevyn tuotannossa, joka parantaa juotettavuutta ja suojaa paljaat kuparin pinnat hapettumiselta ja korroosiolta.
1. Yleiset pintapintaiset
Alalla käytetään yleisesti useita viimeistelytekniikoita, mukaan lukien:
HASL (Hot Air Colder -taso): Laajasti käytetty viimeistely, jossa piirilevy upotetaan sulaan juoteeseen ja tasoitetaan sitten kuumalla ilmalla. Se tarjoaa hyvän juotettavuuden ja on kustannustehokas, mutta ei välttämättä ole ihanteellinen erittäin hienojen komponenttien kanssa.
Enig (elektrolitio nikkeli upotuskulta): suosittu lyijymätön viimeistely, joka tarjoaa erinomaisen tasaisuuden, korroosionkestävyyden ja pitkän säilyvyyden. Enig on ihanteellinen korkean luotettavuuden sovelluksiin ja hienosäätökomponentteihin.
OSP (orgaanisen juotettavuuden säilöntäaine): ohut orgaaninen pinnoite, joka suojaa kuparin pintoja ja on ympäristöystävällinen. OSP on sopiva yksinkertaisiin piirilevyihin ja tarjoaa erinomaisen juotettavuuden, mutta sillä on lyhyempi säilyvyys verrattuna metallisiin viimeistelyihin.
2. Pinnan viimeistelyn tarkoitus
Piirilevyn tuotannon pintapinnan päätavoitteet ovat:
Juotettavuuden parantaminen: Varmistetaan, että juote tarttuu hyvin piirilevytyynyihin kokoonpanon aikana parantaen nivelten luotettavuutta.
Kuparin suojaaminen: Kuparien jäljen ja tyynyjen hapettumisen ja korroosion estäminen, jotka voivat heikentää sähkösuorituskykyä ajan myötä.
Hävennysajan parantaminen: PCB: n tallennusajan pidentäminen ennen kokoonpanoa vaarantamatta laatua.
Johtopäätös
PCB -tuotantoprosessiin sisältyy useita tarkkoja vaiheita - suunnittelusta ja materiaalin valinnasta etsaukseen, poraukseen, kerrostamiseen, viimeistelyyn ja testaamiseen. Jokaisella vaiheella on tärkeä rooli sen varmistamisessa, että lopullinen piirilevy täyttää tiukat laatu- ja suorituskykystandardit.
Tarkkuus ja tiukka laadunvalvonta koko valmistuksen aikana ovat välttämättömiä luotettavien piirilevyjen tuottamiseksi, jotka saavat nykypäivän edistyneet elektroniset laitteet.
Parhaan tuloksen saavuttamiseksi yhteistyö kokeneiden ja ammatillisten piirilevyjen tuotannon valmistajien kanssa on avain korkealaatuisten, luotettavien piirilevyjen saavuttamiseen, jotka tukevat innovatiivisia tekniikoita.
