כיצד מיוצרים Pcbs

ייצור PCB כרוך בהמרת קבצי עיצוב, כולל Gerbers ו-netlists, למעגלים פיזיים שעליהם ניתן למקם ולהלחים רכיבים.

תהליך הייצור מתחיל בקבצי פלט עיצוב (גרברס, נטליסטים, קבצי מקדחים וכו'). קובצי פלט אלו נוצרים במהלך שלב התכנון, כולל פיתוח מושגי מוצר, קלט סכמטי, עיצוב פריסה ויצירת קבצים. השלב הבא כולל ייצור והרכבת המעגלים.

תרשים הזרימה שלהלן מציג את השלבים המעורבים בייצור PCB.

א. קבצי פלט עיצוב ולוח

לאחר קבלת קבצי העיצוב ממעצב ה-PCB, הייצור מתחיל במהירות. מעצבים יוצרים קבצי פלט בפורמט Gerber או ODB plus plus לייצור ויוצרים רשימות חומרים (BOMs) להרכבה.

יצרנים מבצעים בדיקות DFM כדי לזהות סיכונים וטעויות פוטנציאליים שעלולים להתעורר בתהליך הייצור. מעצבים/לקוחות מקבלים התראה אם ​​משהו משתבש. לאחר מכן, הקובץ המתוקן מוזן למערכת CAM (ייצור בעזרת מחשב) כדי לזהות את הפורמט של שכבות הגרפיקה, נתוני חורים לקדוח, IPC netlist, ולהמיר את הנתונים האלקטרוניים לתמונה. זה גם מאמת את סדר השכבות, מפעיל בדיקות כללי עיצוב (DRC), ועושה דברים רבים אחרים.

כל השכבות מנותחות באמצעות קובץ Gerber כקלט. גם תוכנית הערימה תתנהל בהתאם. מאוחר יותר, CAM תיצור קבצי פלט עבור מחלקות הייצור השונות. קבצי פלט כוללים תוכניות מקדחה (חורי קידוח משנה וראשיים), שכבות הדמיה, פלט קבצי מסכת הלחמה, קבצי ניתוב ורשימות רשת של IPC.

ב. הדמיית שכבה פנימית

היצרנים משתמשים בעיקר ב-LDI (Laser Direct Imaging) עקב מזעור. הם השתמשו גם במדפסת מיוחדת בשם פלוטר, שיצרה סרטי צילום של שכבות מעגלים, מסכת הלחמה ושכבות משי להדפסת תמונות מעגלים. הפאנל מורכב מסרט רגיש לאור הנקרא photoresist. פוטו-רזיסטים כוללים שכבה של כימיקלים פוטו-ריאקטיביים המתפלמרים בחשיפה לאור אולטרה סגול. הפאנל נמצא כעת תחת לייזר הנשלט על ידי מחשב. המחשב סורק את פני הלוח של המעגל וממיר אותו לתמונה דיגיטלית. תמונה דיגיטלית זו מותאמת לקובץ עיצוב CAD/CAM שנטען מראש המכיל את מפרטי התמונה הנדרשים. באותו אופן נוצרת תמונה שלילית על השכבה הפנימית.

זרימת התהליך של LDI מוצגת באיור הבא:

לאחר פיתוח התמונה, הפוטורסיסט הלא מוקשה (הנחושת הדרושה להגנה) מוסר בעזרת תמיסה אלקלית.

ג תחריט

בייצור PCB, תחריט הוא תהליך של הסרת נחושת לא רצויה (Cu) מהלוח. נחושת לא רצויה אינה אלא נחושת שאינה מעגלית. כתוצאה מכך, מתקבל דפוס מעגל רצוי.

יצרני לוחות מעגלים משתמשים בדרך כלל בתהליכי תחריט רטוב. בתחריט רטוב, חומרים לא רצויים מתמוססים כשטובלים בתמיסות כימיות.

פרמטרים חשובים שיש לקחת בחשבון במהלך תהליך התחריט הם מהירות הזזת הלוח, ריסוס הכימיקלים וכמות הנחושת שיש לחרוט. התהליך כולו מתבצע בתא ריסוס בלחץ גבוה מסוג מסוע.

ד. הפשטת פוטו רזיסט

במהלך תהליך זה, הפוטורסיסט הנותר נחרט מהנחושת. התהליך כולל שימוש בשטיפת מים בלחץ גבוה להמסת חלקיקים קורוזיביים (חומרים כימיים) במים, אשר הורסים את הפוטורסיסט.

ה. אגרוף לאחר בדיקה ותחריט

כאשר כל השכבות נקיות ומוכנות, היצרן מקפיד לנקב חורי יישור באמצעות המטרות שסופקו על השכבות הפנימיות ליישור טוב יותר שכבה לשכבה. השכבות ממוקמות בפאנץ' אופטי כדי להשיג יישור שכבה פנימי וחיצוני מדויק.

בדיקה בשיטה זו מתבצעת על ידי סריקה חזותית של פני השטח של המעגל. המעגל מואר על ידי מקורות אור שונים, עבורם משתמשים במצלמת HD אחת או יותר. כך מערכת AOI (Automated Optical Inspection) בונה תמונה מלאה של הלוח לצורך אימות.

ו.ציפוי תחמוצת חום

כאן, תבנית מעגל הנחושת מצופה בתחמוצת חומה כדי למנוע חמצון וקורוזיה של השכבות הפנימיות לאחר הלמינציה. בנוסף, הוא מספק תכונות הדבקה טובות יותר להדבקה עם prepregs.

ז. למינציה

למינציה היא תהליך של הדבקת prepreg, רדיד נחושת, הליבה הפנימית בערימה סימטרית תחת טמפרטורה ולחץ מבוקרים. זה תהליך בן שני שלבים:

הכנת סטאפ

קשר

לוחות רב שכבתיים עשויים מרדיד נחושת, prepreg וליבה פנימית. אלה מוחזקים יחד על ידי הפעלת חום ולחץ. להדבקה טובה יותר, משתמשים במכבשים מכניים לכבישה חמה וקרה כאחד. מחשב הבונדר מנהל את תהליך חימום המחסנית, הפעלת לחץ ומאפשר למחסנית להתקרר בקצב מבוקר.

התרשים הבא מסכם את תהליך ה-LDI:

ח קידוחים

במהלך תהליך הקידוח, קדחו חורים עבור חורים דרך ורכיבי עופרת. מקדחת הרנטגן מאתרת את המטרה בשכבה הפנימית. המכונה קודחת במדויק את חורי הפיילוט. המכונה נשלטת על ידי מחשב, כאשר המפעיל יכול לבחור תוכנית קידוח ספציפית. הוא ממקם את קואורדינטות ה-XY בכיוון הנכון. ניתן לקדוח חורים בקוטר של עד 100 מיקרון. המכונה יכולה גם לבחור את המקדחה בגודל הנכון ולפעול בהתאם.

קידוח חורים יוצר קצוות מוגבהים של מתכת הנקראים בדרך כלל קוצים. תהליך השחרור מסיר כל כתמים או זיהומים מפני השטח של המעגל.

1. ציפוי נחושת ללא אלקטרו

השלב הראשון בתהליך האלקטרוני הוא להפוך את חבית החור למוליכת על ידי הפקדה כימית של שכבה דקה מאוד של נחושת על קירות החור. תהליך זה נקרא ציפוי נחושת ללא חשמל. התגובה מתחילה על ידי זרז. לאחר ניקוי יסודי, הפאנלים עוברים אמבט כימי רציף. שכבת נחושת בערך {{0}}.08 עד 0.1 מיקרון בעובי מונחת על קנה החור ועל פני הלוח.

J. צילום שכבה חיצונית

אנו משתמשים ב-photoresist על הפאנל להדמיית שכבה פנימית. באופן דומה, השכבה החיצונית של הפאנל תצולם באמצעות תמונה חיובית. כאן, התהליך עוקב אחר שיטת תחריט לוחות ההדפסה. השלב הראשון כולל ניקוי הפאנל כדי למנוע זיהום וחלקיקי אבק להיצמד ללוח. לאחר מכן, שכבה של photoresist מוחל על הפאנל. לאחר מכן, LDI משמש להדפסת התמונה.

ק ציפוי נחושת

בשלב זה, החורים והמשטחים מצופים אלקטרוניקה בנחושת. הפאנל מוטען במקל הטיסה על ידי המפעיל. הפאנל משמש כקתודה לציפוי האלקטרוניקה של החורים והמשטחים, שכן החורים הפקידו שכבה דקה של נחושת מוליכה, מוכנה לציפוי אלקטרוני. זה נעשה על ידי קו ציפוי אוטומטי. לפני ציפוי האלקטרוניקה, הפאנלים מנוקים ומופעלים במספר אמבטיות. כל סט של פאנלים נשלט באמצעות מחשב כדי להבטיח שהם יישארו בכל אמבט לפרק זמן ספציפי מדויק. בדרך כלל, נחושת בעובי של 1 מיליליטר מופקדת בחבית החור.

לאחר ציפוי נחושת, ציפוי פח הוא הבא. ציפוי פח משמש כרזיסט. זה מונע קורוזיה של תכונות פני השטח כגון רפידות נחושת, רפידות חורים וקירות חורים במהלך תחריט השכבה החיצונית.

L. Photoresist Stripping

לאחר ציפוי הפאנל, הפוטורסיסט הופך לא רצוי ויש להסיר אותו מהפאנל כדי לחשוף את הנחושת הלא רצויה. כאן, קו מתמשך משמש להמסה ולשטוף את הרזיסט המכסה את הנחושת הלא רצויה. זהו השלב הראשון בתהליך הרמה-חריטה-הפשטה.

M. Final Etch

בשלב זה מסירים את הנחושת החשופה הלא רצויה באמצעות חומר אמוניה. במקביל, פח יכול להחזיק את הנחושת הרצויה. בשלב זה, האזורים המוליכים והחיבורים מבוססים כראוי.

נ הפשטת פח

לאחר התחריט תוסר שכבת הפח על עקבות הנחושת. חומצה חנקתית מרוכזת משמשת להסרת הפח, היא לא תפגע במסלולי מעגל הנחושת שמתחתיו. זה גורם לעקבות נחושת ברורות וברורות על ה-PCB.

O. יישום מסכת הלחמה

למסכת הלחמה יש את השימושים הבאים:

זה מספק עמידות בידוד עבור עקבות.

הבדיל בין אזורים הניתנים לריתוך לבין אזורים שאינם ניתנים לריתוך.

מספק הגנה מתנאי סביבה על ידי כיסוי אזורים שאינם ניתנים לריתוך בדיו.

מסכות LPI (Liquid Photo Imaging) משלבות ממיסים עם פולימרים ליצירת ציפוי דק הנדבק למשטחי מעגלים שונים. המדפסת מצלמת את הפאנל המצופה. אור ה-UV במכונה מקשיח את הדיו באזורים השקופים. לאחר מכן, הסר את כל ההתנגדות הלא מוקשה מלוח ההדמיה.

ריפוי LPI (ייבוש) משלב את הדיו עם הדיאלקטרי. זה מקל על הידבקות מסכת הלחמה. שלב האפייה הסופי מתרחש בתנור או תחת מקור חום אינפרא אדום.

ירוק נבחר כצבע אופייני למסיכת הלחמה מכיוון שהוא אינו מאמץ את העיניים. לפני שמכונות יכולות לבדוק PCB במהלך הייצור וההרכבה, כל הבדיקות נעשות באופן ידני. האורות העליונים שבהם משתמשים טכנאים לבדיקת לוחות מעגלים אינם משתקפים על ידי מסכת ההלחמה הירוקה, מה שהופך אותם לבטוחים יותר לעיניהם.

P. גימור פני השטח

גימור PCB הוא חיבור מתכת למתכת בין נחושת חשופה לרכיבים באזור הניתן להלחמה של המעגל. משטח הנחושת המצע של לוח מעגלים רגיש לחמצון ללא ציפוי מגן. לכן, יישום גימור פני השטח הוא קריטי כדי להגן עליו מפני חמצון. בנוסף, הוא מכין רכיבים להלחמה ללוח במהלך ההרכבה ומאריך את חיי המדף של הלוח.

ישנם סוגים שונים של טיפולי משטח. עם זאת, גימורים נטולי עופרת נמצאים בשימוש נרחב בשל מפרטי RoHS קפדניים.

יש לקחת בחשבון גורמים כמו עלות, סביבה, בחירת רכיבים, חיי מדף ותפוקה בעת בחירת הגימור.

ש' הדפס משי

בתהליך זה, נעשה שימוש במקרן הזרקת דיו כדי לצלם את האגדה ישירות מהנתונים הדיגיטליים של המעגל. הדיו מודפס במסך (נמרח) על פני הפאנל באמצעות מדפסת הזרקת דיו. לאחר מכן הפאנל נאפה כדי לרפא את הדיו. זה מציין סוגים שונים של טקסט כגון מספרי חלקים, שמות, קודים, לוגו וכו'.

ישנן שלוש שיטות הדפסה:

הדפסת מסך ידנית

הדפסת אגדה ישירה

ר בדיקת חשמל

E-test מייצג בדיקה חשמלית של לוח מודפס חשוף. בשלב זה, השתמש בבדיקה אלקטרונית כדי לבדוק כל לוח מעגלים לא מותקן עבור קצרים, פתיחות, התנגדות, קיבול ומאפיינים חשמליים בסיסיים אחרים. E-test בודק את מוליכות הלוח מול קובץ netlist. רשימת הרשת מכילה מידע על דפוסי החיבור המוליכים של ה-PCB.

יישם מיטת מסמרים ובדיקת בדיקה מעופפת כדי לבדוק את הפונקציונליות.

בדיקת בדיקה מעופפת

בדיקת בדיקה מעופפת משתמשת בבדיקה שעוברת מנקודה אחת לאחרת בהתאם להוראות המסופקות על ידי תוכנה ספציפית. זוהי שיטת בדיקה ללא מתקן. בהתחלה, נוצרת תוכנית בדיקת בדיקה מעופפת (FPT) ולאחר מכן נטענת לתוך בוחן FPT. הבוחן מחיל אותות חשמליים וכוח על נקודות הבדיקה, אשר נמדדות לאחר מכן לפי נוהל הבדיקה.

מיטה של ​​מסמרים

מיטת הציפורניים היא השיטה המסורתית לבדיקה חשמלית של לוחות חשופים. זה דורש יצירת תבנית בדיקה עם פינים מיושרים עם מיקומי הבדיקה על ה-PCB. התהליך מהיר ומתאים למערכות ייצור בקנה מידה גדול.

S. ניתוח וניקוד V

המעגלים מעוצבים ונחתכים מלוחות הייצור בשלב הייצור הסופי. השיטה המשמשת היא שימוש בחור עמוד או חריץ בצורת V. חריצי V חותכים תעלות אלכסוניות משני צידי הלוח, בעוד שחורי עמוד משאירים חריצים צדדיים לאורך הגבול. בכל מקרה, ניתן פשוט להוציא את הלוחות מהפאנל.