מהם תהליכי הייצור של PCB?

לוח מעגלים מודפס (PCB) הוא רכיב בסיסי כמעט בכל המכשירים האלקטרוניים, המשמש כפלטפורמה הפיזית התומכת ומחברת רכיבים אלקטרוניים. הבנת תהליך הייצור של ה- PCB היא קריטית עבור מהנדסים, קונים ואנשי מקצוע בתחום הטכנולוגיה בכדי להבטיח איכות מוצר, אמינות וביצועים. מאמר זה נועד להציג את שלבי המפתח הכרוכים בייצור PCBs, תוך מתן תובנה כיצד מתוכננים, מפוברקים ונבדקים רכיבים חיוניים אלה.

הכנת עיצוב והכנת פריסה

השלב הקריטי הראשון ב ייצור PCB הוא הכנת העיצוב והפריסה, שם מתורגם המעגל האלקטרוני לתכנית מפורטת לייצור.

1. תוכנת עיצוב PCB

כלי תוכנה מקצועיים כמו Altium Designer, KICAD ו- Eagle נמצאים בשימוש נרחב ליצירת פריסות PCB מדויקות. תוכניות אלה מאפשרות למהנדסים להגדיר את נתיבי הסכימה, מיקום הרכיבים והניתוב של המעגל לחיבורי חשמל. התוכנה מאפשרת גם סימולציה ובדיקת שגיאות, המסייעת בזיהוי בעיות פוטנציאליות מוקדם.

2. דור קבצי גרבר

לאחר סיום העיצוב, הוא מיוצא כקבצי גרבר - הפורמט הסטנדרטי המשמש את יצרני PCB. קבצים אלה מכילים את כל המידע הדרוש על שכבות נחושת, מסכות הלחמה, מסכי משי ונתוני קידוח, המשמשים את ההוראות המדויקות למכונות הייצור.

3. תכנון לבדיקות ייצור (DFM)

לפני שליחת עיצובים לייצור, נערכים בדיקות DFM כדי להבטיח כי ניתן לייצר PCB באופן אמין וחסכוני. בדיקות אלה מוודאות כללי מרווח, גדלי חור, רוחב עקבות וטביעות רגל של רכיבים כדי למזער שגיאות במהלך הייצור. DFM תקין מפחית עיכובים ופגמים, ומשפר את התשואה הכוללת בייצור PCB.

בחירת חומרים והכנת למינציה

בתהליך ייצור ה- PCB, בחירת החומרים המתאימים והכנת למינציות הבסיס הם צעדים מכריעים המשפיעים ישירות על ביצועי הלוח, עמידותו והתאמתו של יישומים ספציפיים.

1. בחירת המצע הנכון

המצע משמש כשכבת הבידוד היסודית של PCB, ומספקת תמיכה מכנית ומשפיעה על תכונות תרמיות, חשמליות וסביבתיות. חומרי מצע נפוצים כוללים:

• FR4:  המצע הנפוץ ביותר, העשוי משרף אפוקסי מחוזק פיברגלס. הוא מציע חוזק מכני טוב, בידוד חשמלי ואפקטיביות עלות, מה שהופך אותו למתאים למגוון רחב של אלקטרוניקה.

• קרמיקה:  משמשת ביישומים בתדר גבוה או בטמפרטורה גבוהה, מצעים קרמיים מספקים מוליכות תרמית ויציבות מעולה אך הם יקרים יותר.

• פולימיד:  ידוע בגמישות והתנגדות תרמית מעולה, מצעי פולימיד הם אידיאליים עבור PCBs ויישומים גמישים הדורשים כיפוף או קיפול.

בחירת המצע הנכון תלויה בגורמים כמו סביבת ההפעלה של המכשיר, לחץ מכני, דרישות חשמל ואילוצי עלויות.

2. הכנת למינציה לבושה נחושת

לאחר בחירת המצע, השלב הבא בייצור PCB הוא הכנת הרבד לבוש נחושת, המורכב מסכל נחושת הקשור למצע. עובי הנחושת - באופן טיפוסי בין 0.5 גרם ל -3 גרם למטר מרובע - הוא שנבחר על בסיס דרישות נוכחיות ומורכבות עיצובית. הכנה נכונה מבטיחה הידבקות ואחידות טובות, מכריעות לתחריט מדויק ומוליכות אמינה.

העברת תמונות ותחריט

בייצור PCB, העברת תכנון המעגל למינציה הנחושת ותחנתו בדיוק הם שלבים חיוניים ליצירת מסלולי חשמל.

1. יישום פוטוריסט וחשיפת UV

שכבה פוטוריסטית מיושמת על הנחושת. בעזרת אור UV, דפוס המעגל מוקרן על הלוח, ומקשים את הפוטוריסט באזורי עקבות תוך השארת חלקים אחרים רכים ונשללים. זה מעביר את העיצוב ללוח.

2. תחריט כימי

לאחר מכן נחרט הלוח חרוט כימית להסרת נחושת לא מוגנת, ומשאיר רק את העקבות המוליכים הרצויים. בקרה מדוקדקת מונעת חטרש יתר, שמירה על שלמות עקבות.

3. ניקוי ובדיקה

לאחר תחריט מוסר הפוטוריסט, והלוח מנוקה. בדיקות חזותיות ואוטומטיות מבטיחות עקבות שלמים ונטולי פגמים, מה שמבטיח איכות בייצור PCB.

קידוח ובאמצעות ציפוי

קידוח וציפוי הם שלבים חיוניים בייצור PCB, במיוחד עבור לוחות רב שכבתיים, בהם נדרשים חיבורים חשמליים מדויקים בין שכבות.

1. קידוח CNC

מכונות בקרה מספרית ממוחשבת (CNC) מקדחות חורים מדויקים במצע ה- PCB. חורים אלה משמשים כחורים דרך לידים רכיבים ו- VIA המחברים שכבות נחושת שונות באופן חשמלי. דיוק בקידוח הוא קריטי כדי להבטיח יישור מתאים והתאמה של רכיבים, כמו גם נתיבי חשמל אמינים.

2. ציפוי נחושת ללא חשמל

לאחר הקידוח, החורים מצופים בשכבה דקה של נחושת בתהליך ציפוי ללא חשמל. שכבה מוליכה זו מפגישה את קירות החור, ויוצרת חיבור חשמלי אמין בין השכבות הפנימיות של ה- PCB. שלב זה הוא קריטי עבור PCBs רב שכבתי, כאשר שלמות האות והמשכיות החשמל תלויה ב- VIAsים בעלי מעצורים היטב.

3. חשיבות הדיוק בייצור PCB רב שכבתי

בלוחות רב שכבתיים מורכבים, אפילו התאמות שגויות קלות במהלך קידוח או ציפוי עלולות לגרום לכישלונות חשמליים או להפחית את הביצועים. לפיכך, ציוד בקרת איכות ודיוק קפדני חיוני בשלבים אלה של ייצור PCB לשמירה על שלמות הפונקציונליות של הלוח.

יישור ושכבות למינציה (עבור PCBs רב שכבתי)

בייצור PCB של לוחות רב שכבתיים, יישור שכבה ולמינציה הם צעדים קריטיים המבטיחים את חוזק המבני של הלוח ואת הפונקציונליות החשמלית של הלוח.

1. יישור שכבה מדויקת

PCBs רב שכבתיים מורכבים משכבות נחושת ומצעים פנימיים מרובים שיש ליישר אותם בצורה מושלמת לפני למינציה. התאמה שגויה יכולה להוביל לכישלונות מעגלים או למעגלים קצרים. ציוד מתמחה ומערכות אופטיות משמשות למיקום מדויק של כל שכבה, ומבטיחים כי vias ועקבות יתאימו ברחבי הערימה.

2. למינציה של חום ולחץ

לאחר מיושר, השכבות קשורות זו לזו באמצעות חום ולחץ בלחץ למינציה. תהליך זה ממזג את השכבות ללוח יחיד ומוצק, באמצעות טרום PREG (גיליונות מליטה ספוגים מראש) כחומר דבק. הגדרות טמפרטורה ולחץ נאותות חיוניות כדי למנוע דלמינציה או עיוות.

3. הבטחת יושרה מבנית וביצועים חשמליים

תהליך למינציה לא רק מחזק את ה- PCB באופן מכני, אלא גם שומר על בידוד חשמלי בין שכבות במידת הצורך. שלב זה מבטיח שהלוח המוגמר יכול לעמוד במתח מכני ולבצע באופן אמין במערכות אלקטרוניות מורכבות.

מסכת הלחמה ומדפסת מסך משי

בתהליך הייצור של ה- PCB, יישום מסכת הלחמה ושכבות מסך המשי הם מכריעים להגנה על המעגלים ולסייע להרכבה.

1. החלת מסכת הלחמה

מסכת הלחמה היא שכבת פולימר מגנה המופעלת על עקבות הנחושת. תפקידו העיקרי הוא למנוע חמצון ולהימנע מגשרי הלחמה במהלך הלחמת רכיבים על ידי חשיפת רק הרפידות בהן רכיבים רכיבים. בדרך כלל, ירוק אך זמין בצבעים שונים, מסכת הלחמה משפרת את העמידות ואת אמינות החשמל של ה- PCB. יישום מדויק מבטיח כי הלחמה זורמת רק במקומם, ומפחיתה את פגמי ההרכבה.

2. הוספת מסך המשי

לאחר יישום מסכת הלחמה, שכבת המשי  מודפסת על פני ה- PCB. שכבה זו מכילה תוויות, מתארים רכיבים, סמלי לוגו וסימני זיהוי המסייעים לטכנאים במהלך ההרכבה, הבדיקה והתיקון. הדפסת מסך משי ברורה ומדויקת משפרת את יעילות הייצור ומפחיתה שגיאות, מה שמבטיח מיקום רכיב נכון.

גימור פני השטח

גימור פני השטח הוא צעד קריטי בייצור PCB המשפר את יכולת ההלחמה ומגן על משטחי הנחושת החשופים מפני חמצון וקורוזיה.

1. גימורי שטח נפוצים

בדרך כלל משתמשים במספר טכניקות גימור בענף, כולל:

• HASL (פילוס הלחמת אוויר חם):  גימור בשימוש נרחב בו ה- PCB טבל בהלחמה מותכת ואז מפולס באוויר חם. זה מספק יכולת הלחמה טובה והוא חסכוני אך יתכן שאינו אידיאלי לרכיבים משובחים מאוד.

• אניג (זהב טבילה ניקל חשמלית):  גימור פופולרי ללא עופרת המציע שטוח מעולה, עמידות בפני קורוזיה וחיי מדף ארוכים. ENIG הוא אידיאלי ליישומי אמינות גבוהה ורכיבים משובחים.

• OSP (חומר משמר הלחמה אורגני):  ציפוי אורגני דק המגן על משטחי נחושת וידידותיים לסביבה. OSP מתאים ל- PCBs פשוטים ומציע חיזוק מצוין אך יש לו חיי מדף קצרים יותר בהשוואה לגימורים מתכתיים.

2. מטרת גימור פני השטח

המטרות העיקריות של גימור פני השטח בייצור PCB הן:

• שיפור ההלחמה:  הבטחת שהלחמה דבק היטב בכריות ה- PCB במהלך ההרכבה, תוך שיפור אמינות המפרקים.

• הגנה על נחושת:  מניעת חמצון וקורוזיה של עקבות הנחושת והרפידות, מה שעלול להשפיל את הביצועים החשמליים לאורך זמן.

• שיפור חיי המדף:  הרחבת זמן האחסון של PCB לפני ההרכבה מבלי להתפשר על האיכות.

מַסְקָנָה

תהליך הייצור של ה- PCB כולל צעדים מדויקים מרובים - החל מעיצוב ובחירת חומרים ועד תחריט, קידוח, שכבות, גימור ובדיקה. כל שלב ממלא תפקיד חיוני בהבטחת לוח המעגל הסופי עומד בתקני איכות וביצועים מחמירים.

בקרת איכות דיוק ובקרת איכות קפדנית לאורך הייצור חיוניים לייצור PCBs אמינים המפעילים את המכשירים האלקטרוניים המתקדמים של ימינו.

לקבלת התוצאות הטובות ביותר, שיתוף פעולה עם יצרני ייצור PCB מנוסים ומקצועיים הוא המפתח להשגת לוחות מעגלים איכותיים ואמינים התומכים בטכנולוגיות חדשניות.