Hur Pcbs tillverkas

PCB-tillverkning innebär att konvertera designfiler, inklusive Gerbers och nätlistor, till fysiska kretskort där komponenter kan placeras och lödas.

Tillverkningsprocessen börjar med designutdatafiler (gerber, nätlistor, borrfiler, etc.). Dessa utdatafiler genereras under designfasen, inklusive utveckling av produktkoncept, schematisk input, layoutdesign och filgenerering. Nästa steg inkluderar tillverkning och montering av kretskorten.

Flödesschemat nedan visar stegen som är involverade i PCB-tillverkning.

A. Utdatafiler för design och styrelse

Efter att ha mottagit designfilerna från PCB-designern börjar tillverkningen snabbt. Designers skapar utdatafiler i Gerber- eller ODB plus plus-format för tillverkning och skapar stycklistor för montering.

Tillverkare utför DFM-inspektioner för att identifiera potentiella risker och fel som kan uppstå i tillverkningsprocessen. Designers/kunder varnas om något går fel. Den korrigerade filen matas sedan in i ett CAM-system (Computer Aided Manufacturing) för att känna igen formatet för konstlagren, borrhålsdata, IPC-nätlista och konvertera elektroniska data till en bild. Den verifierar också lagerordning, kör Design Rule Checks (DRC) och gör många andra saker.

Alla lager analyseras med en Gerber-fil som indata. Staplingsplanen kommer också att fortsätta i enlighet med detta. Senare kommer CAM att skapa utdatafiler för de olika tillverkningsavdelningarna. Utdatafiler inkluderar borrprogram (under- och huvudborrhål), bildlager, utdata för lödmaskfil, routingfiler och IPC-nätlistor.

B. Imaging av inre skikt

Tillverkare använder oftast LDI (Laser Direct Imaging) på grund av miniatyrisering. De använde också en speciell skrivare som kallas plotter, som gjorde fotografiska filmer av kretsskikt, lödmask och silkscreen-skikt för att skriva ut kretsbilder. Panelen består av en ljuskänslig film som kallas fotoresist. Fotoresister inkluderar ett lager av fotoreaktiva kemikalier som polymeriserar vid exponering för ultraviolett ljus. Panelen är nu under en datorstyrd laser. Datorn skannar kretskortets yta och omvandlar den till en digital bild. Denna digitala bild matchas till en förladdad CAD/CAM-designfil som innehåller de erforderliga bildspecifikationerna. På samma sätt bildas en negativ bild på det inre lagret.

Processflödet för LDI visas i följande figur:

Efter framkallning av bilden avlägsnas den ohärdade fotoresisten (kopparn som behövs för skydd) med en alkalisk lösning.

C. Etsning

Vid PCB-tillverkning är etsning processen att ta bort oönskad koppar (Cu) från kortet. Oönskad koppar är inget annat än icke-kretskoppar. Som ett resultat erhålls ett önskat kretsmönster.

Kretskortstillverkare använder vanligtvis våtetsningsprocesser. Vid våtetsning löses oönskade material upp när de sänks ned i kemiska lösningar.

Viktiga parametrar att ta hänsyn till under etsningsprocessen är hastigheten med vilken panelen flyttas, sprayen av kemikalier och mängden koppar som ska etsas bort. Hela processen utförs i en högtryckskammare av transportörtyp.

D. Avisolering av fotoresist

Under denna process etsas den återstående fotoresisten bort från kopparn. Processen innebär att man använder en högtrycksvattensköljning för att lösa upp frätande partiklar (kemiska ämnen) i vattnet, som förstör fotoresisten.

E. Stans efter inspektion och etsning

Med alla lager rena och klara ser tillverkaren till att stansa inriktningshål med hjälp av målen som finns på de inre lagren för bättre lager-till-lager uppriktning. Skikten placeras i en optisk stans för att uppnå exakt inriktning av inre och yttre skikt.

Inspektion i denna metod åstadkoms genom att visuellt skanna kretskortets yta. Kretskortet är upplyst av olika ljuskällor, för vilka en eller flera högupplösta kameror används. Så här bygger ett AOI-system (Automated Optical Inspection) en komplett bild av kortet för verifiering.

F. Brunoxidbeläggning

Här är kopparkretsmönstret belagt med brun oxid för att förhindra oxidation och korrosion av de inre skikten efter laminering. Dessutom ger det bättre bindningsegenskaper för limning med prepregs.

G. Laminering

Laminering är processen att binda prepreg, kopparfolie, inre kärna i en symmetrisk stapel under kontrollerad temperatur och tryck. Det är en process i två steg:

Stackup förberedelse

Bindning

Flerskiktsskivor är gjorda av kopparfolie, prepreg och innerkärna. Dessa hålls samman genom att applicera värme och tryck. För bättre limning används mekaniska pressar för både varm- och kallpressning. Bonder-datorn hanterar processen att värma stapeln, applicera tryck och låta stapeln svalna med en kontrollerad hastighet.

Följande diagram sammanfattar LDI-processen:

H. Borrning

Under borrningsprocessen, borra hål för genomgående hål och blykomponenter. Röntgenborren lokaliserar målet i det inre lagret. Maskinen borrar pilothålen exakt. Maskinen är datorstyrd, där operatören kan välja ett specifikt borrprogram. Den placerar XY-koordinaterna i rätt riktning. Hål upp till 100 mikron i diameter kan borras. Maskinen kan också välja rätt storlek borr och utföra därefter.

Borrning av hål skapar upphöjda ändar av metall som vanligtvis kallas grader. Avgradningsprocessen tar bort alla grader eller föroreningar från kretskortets yta.

1. Elektrofri kopparplätering

Det första steget i galvaniseringsprocessen är att göra hålröret ledande genom att kemiskt avsätta ett mycket tunt lager av koppar på hålets väggar. Denna process kallas strömlös kopparplätering. Reaktionen initieras av en katalysator. Efter noggrann rengöring går panelerna genom ett kontinuerligt kemikaliebad. Ett lager av koppar cirka {{0}}.08 till 0.1 mikron tjockt avsätts på håltrumman och på panelens yta.

J. Yttre lageravbildning

Vi använder fotoresist på panelen för inre lageravbildning. På liknande sätt kommer det yttre lagret av panelen att avbildas med hjälp av en positiv bild. Här följer processen tryckplåtets etsningsmetoden. Det första steget innebär att rengöra panelen för att förhindra förorening och dammpartiklar från att fästa vid panelen. Därefter appliceras ett lager av fotoresist på panelen. Efter detta används LDI för att skriva ut bilden.

K. Kopparplätering

I detta steg är hålen och ytorna elektropläterade med koppar. Panelen laddas i flygstaven av operatören. Panelen fungerar som en katod för galvanisering av hålen och ytorna, eftersom hålen har avsatt ett tunt lager av ledande koppar, redo för galvanisering. Det görs av automatisk plätering linje. Innan elektroplätering rengörs och aktiveras panelerna i flera bad. Varje uppsättning paneler är datorstyrd för att säkerställa att de stannar i varje badkar under en exakt specifik tid. Vanligtvis avsätts 1 mil tjock koppar i hålröret.

Efter kopparplätering är tennplätering nästa. Tennplätering används som resist. Det förhindrar korrosion av ytegenskaper som kopparkuddar, hålkuddar och hålväggar under ytskiktets etsning.

L. Avisolering av fotoresist

När panelen väl är pläterad blir fotoresisten oönskad och måste tas bort från panelen för att exponera den oönskade kopparn. Här används en kontinuerlig linje för att lösa upp och tvätta bort resisten som täcker den oönskade kopparn. Detta är det första steget i processen med lyft-etsning-strippning.

M. Sista etsningen

I detta steg avlägsnas den oönskade exponerade kopparn med hjälp av ett ammoniaketsmedel. Samtidigt kan tenn hålla önskad koppar. Vid denna tidpunkt är de ledande områdena och anslutningarna korrekt etablerade.

N. Tennstrippning

Efter etsning kommer tennskiktet på kopparspåren att tas bort. Koncentrerad salpetersyra används för att ta bort tennet, det kommer inte att skada kopparkretsspåren under det. Detta resulterar i tydliga, distinkta kopparspår på kretskortet.

O. Lödmaskapplicering

Lödmask har följande användningsområden:

Det ger isoleringsmotstånd för spår.

Särskilj svetsbara och icke svetsbara områden.

Ger skydd mot miljöförhållanden genom att täcka icke svetsbara områden med bläck.

LPI-masker (Liquid Photo Imaging) kombinerar lösningsmedel med polymerer för att bilda en tunn beläggning som fäster på olika kretskortsytor. Skrivaren avbildar den belagda panelen. UV-ljuset i maskinen härdar bläcket i de klara områdena. Ta sedan bort allt ohärdat resist från bildpanelen.

LPI-härdning (torkning) kombinerar bläcket med dielektrikumet. Det underlättar lödmaskens vidhäftning. Det sista gräddningssteget sker i en ugn eller under en infraröd värmekälla.

Grönt valdes som en typisk lödmaskfärg eftersom den inte belastar ögonen. Innan maskiner kan inspektera PCB under produktion och montering görs alla inspektioner manuellt. De takljus som tekniker använder för att inspektera kretskort reflekteras inte av den gröna lödmasken, vilket gör dem säkrare för ögonen.

P. Ytfinish

PCB-finish är metall-till-metall-kopplingen mellan ren koppar och komponenter på det lödbara området på kretskortet. Substratkopparytan på ett kretskort är känslig för oxidation utan en skyddande beläggning. Därför är applicering av ytfinish avgörande för att skydda den från oxidation. Dessutom förbereder det komponenter för lödning på kortet under monteringen och förlänger kortets hållbarhet.

Det finns olika typer av ytbehandlingar. Blyfria ytfinish används dock i stor utsträckning på grund av strikta RoHS-specifikationer.

Faktorer som kostnad, miljö, komponentval, hållbarhet och utbyte bör beaktas vid val av finish.

Q. Silkscreen

I denna process används en bläckstråleprojektor för att avbilda förklaringen direkt från kretskortets digitala data. Bläcket screentrycks (smetas ut) på panelens yta med hjälp av en bläckstråleskrivare. Panelen bakas sedan för att härda bläcket. Den specificerar olika typer av text som artikelnummer, namn, koder, logotyper etc.

Det finns tre utskriftsmetoder:

Manuellt screentryck

Direkt legendutskrift

R. Elektriskt prov

E-test står för eltest av kretskort. I detta steg använder du en elektronisk sond för att kontrollera varje omonterat kretskort för kortslutningar, öppningar, resistans, kapacitans och andra grundläggande elektriska egenskaper. E-test kontrollerar kortets konduktivitet mot nätlistfilen. Nätlistan innehåller information om kretskortets ledande sammankopplingsmönster.

Genomför bädd av spik och flygande sondtestning för att testa funktionalitet.

Flygande sond test

Flygande sondtestning använder en sond som rör sig från en punkt till en annan enligt instruktionerna från specifik programvara. Detta är en fixturlös testmetod. I början genereras ett testprogram för flygande sond (FPT) som sedan laddas in i FPT-testaren. Testaren tillför elektriska signaler och ström till sondpunkterna, som sedan mäts enligt testproceduren.

Spikmatta

Nagelbädden är den traditionella metoden för elektrisk testning av kala brädor. Det kräver att man skapar en testmall med stift i linje med testplatserna på PCB:n. Processen är snabb och lämplig för storskaliga produktionssystem.

S. Analys och v-poäng

Kretskorten formas och skärs från produktionspanelerna i det sista tillverkningsskedet. Metoden som används är antingen att använda ett stolphål eller en V-formad slits. V-spår skär diagonala kanaler på båda sidor av brädan, medan stolphål lämnar sidospår längs bården. I vilket fall som helst kan skivorna helt enkelt kastas ut från panelen.