Hoe pcb's worden vervaardigd

PCB-fabricage omvat het omzetten van ontwerpbestanden, inclusief Gerbers en netlijsten, in fysieke printplaten waarop componenten kunnen worden geplaatst en gesoldeerd.

Het fabricageproces begint met ontwerpuitvoerbestanden (Gerbers, netlijsten, boorbestanden, enz.). Deze uitvoerbestanden worden gegenereerd tijdens de ontwerpfase, inclusief het ontwikkelen van productconcepten, schematische invoer, lay-outontwerp en het genereren van bestanden. De volgende fase omvat de fabricage en montage van de printplaten.

Het onderstaande stroomschema toont de stappen bij de fabricage van PCB's.

A. Ontwerp- en printuitvoerbestanden

Na ontvangst van de ontwerpbestanden van de PCB-ontwerper, begint de productie snel. Ontwerpers maken uitvoerbestanden in Gerber- of ODB plus plus-formaat voor productie en maken stuklijsten voor assemblage.

Fabrikanten voeren DFM-inspecties uit om potentiële risico's en fouten te identificeren die zich kunnen voordoen in het fabricageproces. Ontwerpers/opdrachtgevers worden gewaarschuwd als er iets misgaat. Het gecorrigeerde bestand wordt vervolgens ingevoerd in een CAM-systeem (Computer Aided Manufacturing) om het formaat van de illustratielagen, boorgatgegevens, IPC-netlijst te herkennen en de elektronische gegevens om te zetten in een afbeelding. Het verifieert ook de laagvolgorde, voert Design Rule Checks (DRC) uit en doet nog veel meer.

Alle lagen worden geanalyseerd met een Gerber-bestand als input. Ook het stapelplan zal dienovereenkomstig verlopen. Later zal CAM uitvoerbestanden maken voor de verschillende productieafdelingen. Uitvoerbestanden omvatten boorprogramma's (sub- en hoofdboorgaten), beeldlagen, uitvoer van soldeermaskerbestanden, routeringsbestanden en IPC-netlijsten.

B. Beeldvorming van de binnenste laag

Fabrikanten gebruiken meestal LDI (Laser Direct Imaging) vanwege miniaturisatie. Ze gebruikten ook een speciale printer, een plotter genaamd, die fotografische films maakte van circuitlagen, soldeermaskers en zeefdruklagen om circuitafbeeldingen af ​​te drukken. Het paneel bestaat uit een lichtgevoelige film genaamd photoresist. Fotoresists bevatten een laag fotoreactieve chemicaliën die polymeriseren bij blootstelling aan ultraviolet licht. Het paneel ligt nu onder een computergestuurde laser. De computer scant het oppervlak van de printplaat en zet dit om in een digitaal beeld. Deze digitale afbeelding wordt gekoppeld aan een vooraf geladen CAD/CAM-ontwerpbestand met de vereiste afbeeldingsspecificaties. Op dezelfde manier wordt een negatief beeld gevormd op de binnenste laag.

De processtroom van LDI wordt weergegeven in de volgende afbeelding:

Na het ontwikkelen van het beeld wordt de ongeharde fotoresist (het koper dat nodig is voor bescherming) verwijderd met een alkalische oplossing.

C. Etsen

Bij de fabricage van printplaten is etsen het proces waarbij ongewenst koper (Cu) van de printplaat wordt verwijderd. Ongewenst koper is niets anders dan niet-circuit koper. Hierdoor wordt een gewenst schakelpatroon verkregen.

Fabrikanten van printplaten gebruiken doorgaans natte etsprocesprocessen. Bij natetsen lossen ongewenste materialen op wanneer ze worden ondergedompeld in chemische oplossingen.

Belangrijke parameters waarmee rekening moet worden gehouden tijdens het etsproces zijn de snelheid waarmee het paneel wordt bewogen, de hoeveelheid chemicaliën en de hoeveelheid weg te etsen koper. Het hele proces wordt uitgevoerd in een hogedrukverstuivingskamer van het transportbandtype.

D. Fotolakstrippen

Tijdens dit proces wordt de resterende fotoresist weggeëtst van het koper. Het proces omvat het gebruik van een hogedrukwaterspoeling om corrosieve deeltjes (chemische stoffen) in het water op te lossen, die de fotoresist vernietigen.

E. Pons na inspectie en etsen

Met alle lagen schoon en klaar, zorgt de fabrikant ervoor dat er uitlijningsgaten worden geponst met behulp van de doelen op de binnenste lagen voor een betere laag-tot-laag uitlijning. De lagen worden in een optische pons geplaatst om een ​​nauwkeurige uitlijning van de binnen- en buitenlaag te bereiken.

Inspectie bij deze methode wordt bereikt door visueel het oppervlak van de printplaat te scannen. De printplaat wordt verlicht door verschillende lichtbronnen, waarbij één of meerdere high-definition camera's worden gebruikt. Zo bouwt een AOI-systeem (Automated Optical Inspection) een compleet beeld op van het board ter verificatie.

F. Bruine oxidecoating

Hier is het koperen circuitpatroon gecoat met bruin oxide om oxidatie en corrosie van de binnenste lagen na het lamineren te voorkomen. Bovendien biedt het betere hechtingseigenschappen voor het verlijmen met prepregs.

G. Lamineren

Lamineren is het proces van het verlijmen van prepreg, koperfolie, binnenkern in een symmetrische stapel onder gecontroleerde temperatuur en druk. Het is een proces in twee stappen:

Stackup-voorbereiding

Hechting

Meerlaagse platen zijn gemaakt van koperfolie, prepreg en binnenkern. Deze worden bij elkaar gehouden door warmte en druk toe te passen. Voor een betere hechting worden mechanische persen gebruikt voor zowel warm als koud persen. De bonder-computer beheert het proces van het verwarmen van de stapel, het uitoefenen van druk en het laten afkoelen van de stapel met een gecontroleerde snelheid.

Het volgende diagram vat het LDI-proces samen:

H. Boren

Boor tijdens het boorproces gaten voor doorlopende gaten en loodcomponenten. De röntgenboor lokaliseert het doel in de binnenste laag. De machine boort precies de geleidegaten. De machine is computergestuurd, waarbij de operator een specifiek boorprogramma kan selecteren. Het positioneert de XY-coördinaten in de juiste richting. Gaten tot een diameter van 100 micron kunnen worden geboord. De machine kan ook de juiste maat boor selecteren en dienovereenkomstig uitvoeren.

Het boren van gaten creëert verhoogde uiteinden van metaal, gewoonlijk bramen genoemd. Het ontbraamproces verwijdert eventuele bramen of onzuiverheden van het oppervlak van de printplaat.

1. Stroomloos koperplateren

De eerste stap in het galvaniseerproces is het geleidend maken van de loop van het gat door chemisch een zeer dunne laag koper op de wanden van het gat af te zetten. Dit proces wordt stroomloos verkoperen genoemd. De reactie wordt geïnitieerd door een katalysator. Na een grondige reiniging gaan de panelen door een continu chemisch bad. Een laag koper van ongeveer {{0}}0,08 tot 0,1 micron dik wordt afgezet op het gat en op het oppervlak van het paneel.

J. Beeldvorming van de buitenste laag

We gebruiken fotoresist op het paneel voor beeldvorming van de binnenlaag. Evenzo wordt de buitenste laag van het paneel afgebeeld met een positieve afbeelding. Hier volgt het proces de drukplaatetsmethode. De eerste stap is het reinigen van het paneel om te voorkomen dat vuil en stofdeeltjes aan het paneel hechten. Vervolgens wordt een laag fotoresist op het paneel aangebracht. Hierna wordt LDI gebruikt om de afbeelding af te drukken.

K. Koperplateren

In deze stap worden de gaten en oppervlakken gegalvaniseerd met koper. Het paneel wordt door de operator in de flightstick geladen. Het paneel fungeert als een kathode voor het galvaniseren van de gaten en oppervlakken, aangezien de gaten een dunne laag geleidend koper hebben afgezet, klaar voor galvaniseren. Het wordt gedaan door automatische platerenlijn. Voor het galvaniseren worden de panelen in meerdere baden gereinigd en geactiveerd. Elke set panelen wordt computergestuurd om ervoor te zorgen dat ze gedurende een precies bepaalde tijd in elke kuip blijven. Meestal wordt 1 mil dik koper afgezet in de loop van het gat.

Na het verkoperen volgt het vertinnen. Vertinnen wordt gebruikt als resist. Het voorkomt corrosie van oppervlaktekenmerken zoals koperen kussentjes, gatkussentjes en gatwanden tijdens het etsen van de buitenste laag.

L. Fotolakstrippen

Als het paneel eenmaal is geplateerd, wordt de fotoresist ongewenst en moet deze van het paneel worden verwijderd om het ongewenste koper bloot te leggen. Hier wordt een ononderbroken lijn gebruikt om de resist die het ongewenste koper bedekt op te lossen en weg te spoelen. Dit is de eerste fase van het lift-ets-stripproces.

M. Laatste ets

In deze stap wordt het ongewenste blootgestelde koper verwijderd met behulp van een ammoniak-etsmiddel. Tegelijkertijd kan tin het gewenste koper bevatten. Op dit punt zijn de geleidende gebieden en verbindingen goed tot stand gebracht.

N. Tin strippen

Na het etsen wordt de tinlaag op de kopersporen verwijderd. Geconcentreerd salpeterzuur wordt gebruikt om het blik te verwijderen, het beschadigt de koperen circuitsporen eronder niet. Dit resulteert in duidelijke, duidelijke kopersporen op de printplaat.

O. Soldeermasker aanbrengen

Soldeermasker heeft de volgende toepassingen:

Het biedt isolatieweerstand voor sporen.

Onderscheid lasbare en niet-lasbare gebieden.

Biedt bescherming tegen omgevingsinvloeden door niet-lasbare gebieden met inkt te bedekken.

LPI-maskers (Liquid Photo Imaging) combineren oplosmiddelen met polymeren om een ​​dunne coating te vormen die hecht aan verschillende printplaatoppervlakken. De printer belicht het gecoate paneel. Het UV-licht in de machine hardt de inkt in de heldere gebieden uit. Verwijder daarna alle onverharde resist van het imagingpaneel.

LPI-uitharding (drogen) combineert de inkt met het diëlektricum. Het vergemakkelijkt de hechting van het soldeermasker. De laatste bakstap vindt plaats in een oven of onder een infrarood warmtebron.

Groen werd gekozen als typische kleur van het soldeermasker omdat het de ogen niet belast. Voordat machines PCB's tijdens productie en assemblage kunnen inspecteren, worden alle inspecties handmatig uitgevoerd. De bovenlichten die technici gebruiken om printplaten te inspecteren, worden niet weerspiegeld door het groene soldeermasker, waardoor ze veiliger zijn voor hun ogen.

P. Oppervlakteafwerking

PCB-afwerking is de metaal-op-metaalverbinding tussen blank koper en componenten op het soldeerbare gedeelte van de printplaat. Het koperen substraatoppervlak van een printplaat is gevoelig voor oxidatie zonder een beschermende coating. Daarom is het aanbrengen van een oppervlakteafwerking van cruciaal belang om het te beschermen tegen oxidatie. Bovendien bereidt het componenten voor op het solderen aan het bord tijdens de montage en verlengt het de houdbaarheid van het bord.

Er zijn verschillende soorten oppervlaktebehandelingen. Loodvrije oppervlakteafwerkingen worden echter veel gebruikt vanwege strikte RoHS-specificaties.

Bij het kiezen van een afwerking moet rekening worden gehouden met factoren als kosten, milieu, componentkeuze, houdbaarheid en opbrengst.

Q. Zeefdruk

Hierbij wordt een inkjetprojector gebruikt om de legenda rechtstreeks af te beelden van de digitale gegevens van de printplaat. De inkt wordt met een inkjetprinter op het oppervlak van het paneel gezeefdrukt (uitgesmeerd). Het paneel wordt vervolgens gebakken om de inkt uit te harden. Het specificeert verschillende soorten tekst, zoals onderdeelnummers, namen, codes, logo's, enz.

Er zijn drie afdrukmethoden:

Handmatige zeefdruk

Direct afdrukken van legenda's

R. Elektrische test

E-test staat voor elektrische test op een kale printplaat. Gebruik in deze stap een elektronische sonde om elke niet-gemonteerde printplaat te controleren op kortsluiting, onderbrekingen, weerstand, capaciteit en andere elektrische basiskenmerken. E-test controleert de geleidbaarheid van het bord aan de hand van het netlijstbestand. De netlijst bevat informatie over de geleidende onderlinge verbindingspatronen van de PCB.

Implementeer spijkerbed en testen met vliegende sondes om de functionaliteit te testen.

Vliegende sonde-test

Vliegende sondetesten maken gebruik van een sonde die van het ene punt naar het andere beweegt volgens de instructies van specifieke software. Dit is een armatuurloze testmethode. In het begin wordt een Flying Probe Test Program (FPT) gegenereerd en vervolgens in de FPT-tester geladen. De tester stuurt elektrische signalen en stroom naar de sondepunten, die vervolgens worden gemeten volgens de testprocedure.

Spijkerbed

Het spijkerbed is de traditionele methode voor het elektrisch testen van kale planken. Het vereist het maken van een testsjabloon met pinnen die zijn uitgelijnd met testlocaties op de printplaat. Het proces is snel en geschikt voor grootschalige productiesystemen.

S. Analyse en v-scoring

De printplaten worden gevormd en gesneden uit de productiepanelen in de laatste productiefase. De gebruikte methode is het gebruik van een paalgat of een V-vormige sleuf. V-groeven snijden diagonale kanalen aan beide zijden van het bord, terwijl paalgaten zijgroeven langs de rand laten. In ieder geval kunnen de planken eenvoudig uit het paneel worden geworpen.