กระบวนการผลิตของ PCB คืออะไร?

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทบทั้งหมดซึ่งทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มทางกายภาพที่รองรับและเชื่อมต่อส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ การทำความเข้าใจกระบวนการผลิต PCB เป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรผู้ซื้อและผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีเพื่อให้แน่ใจว่าคุณภาพของผลิตภัณฑ์ความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพ บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อแนะนำขั้นตอนสำคัญที่เกี่ยวข้องในการผลิต PCBs ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการออกแบบส่วนประกอบที่จำเป็นเหล่านี้ประดิษฐ์และทดสอบ

การออกแบบและการจัดวางเค้าโครง

เวทีวิกฤตแรกใน การผลิต PCB เป็นการเตรียมการออกแบบและการจัดวางซึ่งวงจรอิเล็กทรอนิกส์ถูกแปลเป็นพิมพ์เขียวโดยละเอียดสำหรับการผลิต

1. ซอฟต์แวร์การออกแบบ PCB

เครื่องมือซอฟต์แวร์ระดับมืออาชีพเช่น Altium Designer, KICAD และ Eagle ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างเค้าโครง PCB ที่แม่นยำ โปรแกรมเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรสามารถกำหนดแผนผังวงจรการจัดวางส่วนประกอบและเส้นทางการกำหนดเส้นทางสำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้า ซอฟต์แวร์ยังอนุญาตให้มีการจำลองและการตรวจสอบข้อผิดพลาดซึ่งช่วยระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นก่อน

2. การสร้างไฟล์ gerber

เมื่อการออกแบบเสร็จสิ้นแล้วจะถูกส่งออกเป็นไฟล์ Gerber ซึ่งเป็นรูปแบบมาตรฐานที่ใช้โดยผู้ผลิต PCB ไฟล์เหล่านี้มีข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมดเกี่ยวกับเลเยอร์ทองแดง, มาสก์ประสาน, ซิลค์สกรีนและข้อมูลเจาะซึ่งทำหน้าที่เป็นคำแนะนำที่แน่นอนสำหรับเครื่องจักรการผลิต

3. การออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) ตรวจสอบ

ก่อนที่จะส่งการออกแบบไปสู่การผลิตการตรวจสอบ DFM จะดำเนินการเพื่อให้แน่ใจว่า PCB สามารถผลิตได้อย่างน่าเชื่อถือและคุ้มค่า การตรวจสอบเหล่านี้ตรวจสอบกฎการเว้นวรรคขนาดรูความกว้างการติดตามและรอยเท้าส่วนประกอบเพื่อลดข้อผิดพลาดในระหว่างการผลิต DFM ที่เหมาะสมช่วยลดความล่าช้าและข้อบกพร่องปรับปรุงผลผลิตโดยรวมในการผลิต PCB

การเลือกวัสดุและการเตรียมลามิเนต

ในกระบวนการผลิต PCB การเลือกวัสดุที่เหมาะสมและการเตรียมลามิเนตพื้นฐานเป็นขั้นตอนสำคัญที่มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพความทนทานและความเหมาะสมของคณะกรรมการโดยตรง

1. การเลือกพื้นผิวที่เหมาะสม

สารตั้งต้นทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวนพื้นฐานของ PCB ให้การสนับสนุนเชิงกลและส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติความร้อนไฟฟ้าและสิ่งแวดล้อม วัสดุพื้นผิวทั่วไป ได้แก่ :

• FR4:  สารตั้งต้นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดทำจากอีพ็อกซี่เสริมไฟเบอร์กลาส มันมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีฉนวนไฟฟ้าและความคุ้มค่าทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลาย

• เซรามิก:  ใช้ในการใช้งานความถี่สูงหรืออุณหภูมิสูงพื้นผิวเซรามิกให้ค่าการนำความร้อนและความเสถียรที่เหนือกว่า แต่มีราคาแพงกว่า

• Polyimide:  เป็นที่รู้จักสำหรับความยืดหยุ่นและความต้านทานความร้อนที่ยอดเยี่ยมพื้นผิวโพลีอิมด์เหมาะสำหรับ PCB ที่ยืดหยุ่นและแอปพลิเคชันที่ต้องการการดัดหรือการพับ

การเลือกพื้นผิวที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นสภาพแวดล้อมการทำงานของอุปกรณ์ความเครียดเชิงกลข้อกำหนดทางไฟฟ้าและข้อ จำกัด ด้านต้นทุน

2. การเตรียมลามิเนตชุดทองแดง

หลังจากเลือกสารตั้งต้นขั้นตอนต่อไปในการผลิต PCB กำลังเตรียมลามิเนตทองแดงซึ่งประกอบด้วยฟอยล์ทองแดงที่ถูกยึดติดกับสารตั้งต้น ความหนาของทองแดง - โดยทั่วไประหว่าง 0.5 ออนซ์ถึง 3 ออนซ์ต่อตารางฟุต - เลือกตามความต้องการในปัจจุบันและความซับซ้อนในการออกแบบ การเตรียมการที่เหมาะสมทำให้มั่นใจได้ว่าการยึดเกาะและความสม่ำเสมอที่ดีมีความสำคัญต่อการแกะสลักที่แม่นยำและการนำไฟฟ้าที่เชื่อถือได้

การถ่ายโอนภาพและการแกะสลัก

ในการผลิต PCB การถ่ายโอนการออกแบบวงจรไปยังลามิเนตทองแดงและการแกะสลักอย่างแม่นยำเป็นขั้นตอนสำคัญในการสร้างเส้นทางไฟฟ้า

1. แอปพลิเคชัน Photoresist และการเปิดรับแสง UV

เลเยอร์ Photoresist ถูกนำไปใช้กับทองแดง ด้วยการใช้แสง UV รูปแบบวงจรจะถูกฉายลงบนกระดานทำให้ผู้เข้าชมแสงในพื้นที่ติดตามในขณะที่ปล่อยให้ส่วนอื่น ๆ อ่อนและถอดออกได้ สิ่งนี้ถ่ายโอนการออกแบบไปยังบอร์ด

2. การแกะสลักเคมี

จากนั้นบอร์ดจะถูกแกะสลักทางเคมีเพื่อกำจัดทองแดงที่ไม่มีการป้องกันออกจากร่องรอยนำไฟฟ้าที่ต้องการเท่านั้น การควบคุมอย่างรอบคอบช่วยป้องกันการปลดปล่อยมากเกินไปรักษาความสมบูรณ์ของการติดตาม

3. การทำความสะอาดและการตรวจสอบ

หลังจากการแกะสลักผู้เข้าชมแสงจะถูกลบออกและทำความสะอาดบอร์ด การตรวจสอบด้วยภาพและอัตโนมัติทำให้มั่นใจได้ว่าร่องรอยจะไม่สมบูรณ์และปราศจากข้อบกพร่องรับประกันคุณภาพในการผลิต PCB

การขุดเจาะและผ่านการชุบ

การขุดเจาะและผ่านการชุบเป็นขั้นตอนที่จำเป็นในการผลิต PCB โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับบอร์ดหลายชั้นซึ่งจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อไฟฟ้า interlayer ที่แม่นยำ

1. การขุดเจาะ CNC

เครื่องจักรควบคุมตัวเลข (CNC) เครื่องเจาะรูที่แม่นยำในพื้นผิว PCB หลุมเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นผ่านหลุมสำหรับโอกาสในการขายและ vias ที่เชื่อมต่อเลเยอร์ทองแดงที่แตกต่างกันทางไฟฟ้า ความแม่นยำในการขุดเจาะเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการจัดตำแหน่งที่เหมาะสมและพอดีของส่วนประกอบรวมถึงเส้นทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้

2. การชุบทองแดงอิเล็กโทรไลซ์

หลังจากการขุดเจาะรูจะถูกเคลือบด้วยชั้นบาง ๆ ของทองแดงผ่านกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า เลเยอร์นำไฟฟ้านี้มีผนังหลุมสร้างการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ระหว่างเลเยอร์ภายในของ PCB ขั้นตอนนี้มีความสำคัญสำหรับ PCB หลายชั้นซึ่งความสมบูรณ์ของสัญญาณและความต่อเนื่องทางไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ VIAS ที่มีรูปแบบที่ดี

3. ความสำคัญของความแม่นยำในการผลิต PCB หลายชั้น

ในบอร์ดหลายชั้นที่ซับซ้อนแม้กระทั่งการเยื้องศูนย์เล็กน้อยระหว่างการขุดเจาะหรือชุบอาจทำให้เกิดความล้มเหลวทางไฟฟ้าหรือลดประสิทธิภาพ ดังนั้นการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดและอุปกรณ์ที่แม่นยำจึงมีความสำคัญในระหว่างขั้นตอนการผลิต PCB เหล่านี้เพื่อรักษาความสมบูรณ์และการทำงานของคณะกรรมการ

การจัดตำแหน่งเลเยอร์และการเคลือบ (สำหรับ PCB หลายชั้น)

ในการผลิต PCB ของบอร์ดหลายชั้นการจัดตำแหน่งเลเยอร์และการเคลือบเป็นขั้นตอนสำคัญที่ทำให้มั่นใจได้ว่าความแข็งแรงของโครงสร้างและฟังก์ชั่นไฟฟ้าของคณะกรรมการ

1. การจัดตำแหน่งเลเยอร์ที่แม่นยำ

PCB หลายชั้นประกอบด้วยเลเยอร์ทองแดงและชั้นในหลายชั้นที่ต้องจัดเรียงอย่างสมบูรณ์แบบก่อนการเคลือบ การเยื้องศูนย์อาจนำไปสู่ความล้มเหลวของวงจรหรือวงจรลัด อุปกรณ์พิเศษและระบบออพติคอลใช้ในการวางตำแหน่งแต่ละชั้นอย่างแม่นยำเพื่อให้มั่นใจว่า VIAS และร่องรอยจับคู่กันทั่วสแต็ก

2. ความร้อนและการเคลือบด้วยความดัน

เมื่อจัดตำแหน่งเลเยอร์จะถูกผูกมัดเข้าด้วยกันโดยใช้ความร้อนและความดันในการติดเชื้อ กระบวนการนี้จะหลอมรวมเลเยอร์เป็นบอร์ดเดี่ยวที่เป็นของแข็งโดยใช้ pre-preg (แผ่นพันธะที่ถูกสร้างไว้ล่วงหน้า) เป็นวัสดุกาว การตั้งค่าอุณหภูมิและความดันที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการแยกหรือแปรปรวน

3. สร้างความมั่นใจในความสมบูรณ์ของโครงสร้างและประสิทธิภาพทางไฟฟ้า

กระบวนการเคลือบไม่เพียง แต่ทำให้ PCB มีกลไก แต่ยังรักษาความโดดเดี่ยวทางไฟฟ้าระหว่างเลเยอร์ที่จำเป็น ขั้นตอนนี้รับประกันได้ว่าบอร์ดสำเร็จรูปสามารถทนต่อความเครียดทางกลและดำเนินการได้อย่างน่าเชื่อถือในระบบอิเลื่อถือในระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน

MASK และ SILKSCREEN PRINTING

ในกระบวนการผลิต PCB การใช้หน้ากากประสานและเลเยอร์ซิลค์สกรีนเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปกป้องวงจรและการช่วยเหลือในการประกอบ

1. การใช้หน้ากากประสาน

หน้ากากประสานเป็นชั้นพอลิเมอร์ป้องกันที่ใช้กับร่องรอยทองแดง ฟังก์ชั่นหลักของมันคือการป้องกันการเกิดออกซิเดชันและหลีกเลี่ยงสะพานประสานระหว่างการบัดกรีส่วนประกอบโดยการเปิดเผยเฉพาะแผ่นที่ติดตั้งส่วนประกอบ โดยทั่วไปแล้วสีเขียว แต่มีให้เลือกหลายสีหน้ากากบัดกรีช่วยเพิ่มความทนทานและความน่าเชื่อถือทางไฟฟ้าของ PCB แอปพลิเคชันที่แม่นยำทำให้มั่นใจได้ว่าการประสานจะไหลเฉพาะในกรณีที่ตั้งใจลดข้อบกพร่องของการประกอบ

2. การเพิ่มซิลค์สกรีน

หลังจากแอปพลิเคชั่นหน้ากากประสานเลเยอร์ Silkscreen  จะถูกพิมพ์บนพื้นผิว PCB เลเยอร์นี้มีป้ายกำกับเค้าโครงส่วนประกอบโลโก้และเครื่องหมายประจำตัวที่ช่วยช่างเทคนิคในระหว่างการประกอบการทดสอบและการซ่อมแซม การพิมพ์ซิลค์สกรีนที่ชัดเจนและแม่นยำช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและลดข้อผิดพลาดทำให้มั่นใจได้ว่าการจัดวางส่วนประกอบที่เหมาะสม

การตกแต่งพื้นผิว

การตกแต่งพื้นผิวเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิต PCB ที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการบัดกรีและปกป้องพื้นผิวทองแดงที่เปิดเผยจากการออกซิเดชั่นและการกัดกร่อน

1. พื้นผิวทั่วไปเสร็จสิ้น

มีการใช้เทคนิคการตกแต่งหลายอย่างในอุตสาหกรรมรวมถึง:

• HASL (การปรับระดับบัดกรีอากาศร้อน):  เสร็จสิ้นการใช้งานอย่างกว้างขวางซึ่ง PCB จะจุ่มลงในบัดกรีหลอมเหลวแล้วปรับระดับด้วยอากาศร้อน มันให้ความสามารถในการบัดกรีที่ดีและมีประสิทธิภาพ แต่อาจไม่เหมาะสำหรับส่วนประกอบที่ดีมาก

• Enig (อิเล็กโทรสนิเกิลจุ่มทองคำ):  ผิวที่ปราศจากตะกั่วยอดนิยมนำเสนอความเรียบที่ยอดเยี่ยมความต้านทานการกัดกร่อนและอายุการเก็บรักษาที่ยาวนาน Enig เหมาะสำหรับการใช้งานที่น่าเชื่อถือสูงและส่วนประกอบที่ละเอียด

• OSP (สารกันบูดความสามารถในการประสานอินทรีย์):  การเคลือบอินทรีย์บาง ๆ ที่ปกป้องพื้นผิวทองแดงและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม OSP เหมาะสำหรับ PCB อย่างง่ายและให้ความสามารถในการบัดกรีที่ยอดเยี่ยม แต่มีอายุการเก็บรักษาที่สั้นกว่าเมื่อเทียบกับการตกแต่งด้วยโลหะ

2. วัตถุประสงค์ของการตกแต่งพื้นผิว

เป้าหมายหลักของการตกแต่งพื้นผิวในการผลิต PCB คือ:

• การเพิ่มความสามารถในการบัดกรี:  ทำให้มั่นใจได้ว่าการประสานนั้นยึดติดกับแผ่น PCB ได้ดีในระหว่างการประกอบเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของข้อต่อ

• การปกป้องทองแดง:  ป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของร่องรอยทองแดงและแผ่นรองซึ่งสามารถลดประสิทธิภาพทางไฟฟ้าได้ตลอดเวลา

• การปรับปรุงอายุการเก็บรักษา:  ขยายเวลาการจัดเก็บของ PCBs ก่อนที่จะประกอบโดยไม่ลดทอนคุณภาพ

บทสรุป

กระบวนการ นั้น ผลิต PCB เกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่แม่นยำหลายขั้นตอน - จากการออกแบบและการเลือกวัสดุไปจนถึงการแกะสลัก, การขุดเจาะ, การตกแต่ง, การตกแต่งและการทดสอบ แต่ละขั้นตอนมีบทบาทสำคัญในการสร้างความมั่นใจว่าแผงวงจรสุดท้ายจะตรงกับมาตรฐานคุณภาพและประสิทธิภาพที่เข้มงวด

การควบคุมคุณภาพที่แม่นยำและเข้มงวดตลอดการผลิตเป็นสิ่งจำเป็นในการผลิต PCB ที่เชื่อถือได้ซึ่งให้กำลังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงของวันนี้

เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุดการร่วมมือกับผู้ผลิต PCB ที่มีประสบการณ์และเป็นมืออาชีพเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุแผงวงจรคุณภาพสูงและเชื่อถือได้ซึ่งสนับสนุนเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรม