Pcbs được sản xuất như thế nào

Quá trình chế tạo PCB liên quan đến việc chuyển đổi các tệp thiết kế, bao gồm Gerbers và netlists, thành các bảng mạch vật lý để có thể đặt và hàn các thành phần trên đó.

Quá trình sản xuất bắt đầu với các tệp đầu ra thiết kế (Gerbers, netlists, Drill files, v.v.). Các tệp đầu ra này được tạo trong giai đoạn thiết kế, bao gồm phát triển khái niệm sản phẩm, đầu vào sơ đồ, thiết kế bố cục và tạo tệp. Giai đoạn tiếp theo bao gồm chế tạo và lắp ráp các bảng mạch.

Lưu đồ dưới đây cho thấy các bước liên quan đến chế tạo PCB.

A. Tập tin thiết kế và đầu ra của bo mạch

Sau khi nhận được các tệp thiết kế từ nhà thiết kế PCB, quá trình sản xuất sẽ bắt đầu nhanh chóng. Nhà thiết kế tạo các tệp đầu ra ở định dạng Gerber hoặc ODB plus plus để sản xuất và tạo hóa đơn nguyên vật liệu (BOM) để lắp ráp.

Các nhà sản xuất thực hiện kiểm tra DFM để xác định các rủi ro và lỗi tiềm ẩn có thể phát sinh trong quá trình sản xuất. Nhà thiết kế/khách hàng được cảnh báo nếu có bất kỳ sự cố nào xảy ra. Sau đó, tệp đã sửa được đưa vào hệ thống CAM (Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính) để nhận dạng định dạng của các lớp tác phẩm nghệ thuật, dữ liệu lỗ khoan, danh sách mạng IPC và chuyển đổi dữ liệu điện tử thành hình ảnh. Nó cũng xác minh thứ tự lớp, chạy Kiểm tra quy tắc thiết kế (DRC) và thực hiện nhiều việc khác.

Tất cả các lớp được phân tích bằng tệp Gerber làm đầu vào. Kế hoạch xếp chồng cũng sẽ được tiến hành tương ứng. Sau đó, CAM sẽ tạo các tệp đầu ra cho các bộ phận sản xuất khác nhau. Các tệp đầu ra bao gồm các chương trình khoan (lỗ khoan phụ và chính), các lớp hình ảnh, đầu ra tệp mặt nạ hàn, tệp định tuyến và danh sách mạng IPC.

B. Hình ảnh lớp bên trong

Các nhà sản xuất chủ yếu sử dụng LDI (Laser Direct Imaging) do quá trình thu nhỏ. Họ cũng sử dụng một máy in đặc biệt được gọi là máy vẽ, tạo ra các phim ảnh về các lớp mạch, mặt nạ hàn và các lớp màn hình lụa để in hình ảnh mạch. Bảng điều khiển bao gồm một bộ phim cảm quang được gọi là chất cản quang. Chất cản quang bao gồm một lớp hóa chất phản quang trùng hợp khi tiếp xúc với tia cực tím. Bảng điều khiển hiện nằm dưới tia laser do máy tính điều khiển. Máy tính quét bề mặt của bảng mạch và chuyển đổi nó thành hình ảnh kỹ thuật số. Hình ảnh kỹ thuật số này được so khớp với tệp thiết kế CAD/CAM đã tải sẵn có chứa thông số kỹ thuật hình ảnh cần thiết. Theo cách tương tự, một hình ảnh tiêu cực được hình thành trên lớp bên trong.

Luồng quy trình của LDI được thể hiện trong hình sau:

Sau khi phát triển hình ảnh, chất cản quang không cứng (đồng cần thiết để bảo vệ) được loại bỏ bằng dung dịch kiềm.

C. Khắc

Trong sản xuất PCB, khắc axit là quá trình loại bỏ đồng (Cu) không mong muốn khỏi bảng. Đồng không mong muốn chẳng qua là đồng không mạch. Kết quả là thu được một mẫu mạch mong muốn.

Các nhà sản xuất bảng mạch thường sử dụng quy trình khắc ướt. Trong quá trình khắc ướt, các vật liệu không mong muốn sẽ hòa tan khi ngâm trong dung dịch hóa chất.

Các thông số quan trọng cần xem xét trong quá trình ăn mòn là tốc độ di chuyển bảng điều khiển, lượng hóa chất phun ra và lượng đồng cần ăn mòn. Toàn bộ quá trình được thực hiện trong buồng nguyên tử hóa áp suất cao kiểu băng chuyền.

D. Tước chất cản quang

Trong quá trình này, chất cản quang còn lại bị ăn mòn khỏi đồng. Quá trình này bao gồm việc sử dụng nước rửa với áp suất cao để hòa tan các hạt ăn mòn (tác nhân hóa học) trong nước, phá hủy chất cản quang.

E. Đấm sau khi kiểm tra và khắc

Với tất cả các lớp sạch sẽ và sẵn sàng, nhà sản xuất đảm bảo đục lỗ căn chỉnh bằng cách sử dụng các mục tiêu được cung cấp trên các lớp bên trong để căn chỉnh giữa các lớp tốt hơn. Các lớp được đặt trong một cú đấm quang học để đạt được sự liên kết chính xác của lớp bên trong và lớp bên ngoài.

Việc kiểm tra theo phương pháp này được thực hiện bằng cách quét trực quan bề mặt của bảng mạch. Bảng mạch được chiếu sáng bởi nhiều nguồn sáng khác nhau, trong đó một hoặc nhiều camera độ nét cao được sử dụng. Đây là cách hệ thống AOI (Kiểm tra quang học tự động) xây dựng hình ảnh hoàn chỉnh của bo mạch để xác minh.

F. Lớp phủ oxit nâu

Tại đây, mẫu mạch đồng được phủ một lớp oxit màu nâu để chống oxi hóa và ăn mòn các lớp bên trong sau khi cán mỏng. Ngoài ra, nó cung cấp các thuộc tính liên kết tốt hơn để liên kết với prepreg.

G. Cán màng

Cán màng là quá trình liên kết prepreg, lá đồng, lõi bên trong thành một chồng đối xứng dưới nhiệt độ và áp suất được kiểm soát. Đó là một quá trình gồm hai bước:

chuẩn bị xếp chồng lên nhau

liên kết

Bảng nhiều lớp được làm bằng lá đồng, chuẩn bị sẵn và lõi bên trong. Chúng được giữ với nhau bằng cách áp dụng nhiệt và áp suất. Để liên kết tốt hơn, máy ép cơ học được sử dụng cho cả ép nóng và ép nguội. Máy tính liên kết quản lý quá trình làm nóng ngăn xếp, tạo áp suất và cho phép ngăn xếp nguội đi với tốc độ được kiểm soát.

Sơ đồ sau đây tóm tắt quá trình LDI:

H. Khoan

Trong quá trình khoan, tiến hành khoan các lỗ xuyên lỗ và dẫn linh kiện. Mũi khoan X-quang định vị mục tiêu ở lớp bên trong. Máy khoan chính xác các lỗ thí điểm. Máy được điều khiển bằng máy tính, nơi người vận hành có thể chọn một chương trình khoan cụ thể. Nó định vị tọa độ XY theo đúng hướng. Có thể khoan các lỗ có đường kính lên tới 100 micron. Máy cũng có thể chọn mũi khoan có kích thước chính xác và thực hiện tương ứng.

Khoan lỗ tạo ra các đầu kim loại nhô lên thường được gọi là gờ. Quá trình gỡ bavia sẽ loại bỏ bất kỳ bavia hoặc tạp chất nào trên bề mặt của bảng mạch.

1. Mạ đồng không điện phân

Bước đầu tiên trong quy trình mạ điện là làm cho thùng lỗ dẫn điện bằng cách lắng đọng hóa học một lớp đồng rất mỏng trên thành lỗ. Quá trình này được gọi là mạ đồng không điện phân. Phản ứng được bắt đầu bởi một chất xúc tác. Sau khi làm sạch kỹ lưỡng, các tấm được trải qua quá trình ngâm hóa chất liên tục. Một lớp đồng dày khoảng {{0}}.08 đến 0,1 micron được lắng đọng trên thùng lỗ và trên bề mặt của bảng điều khiển.

J. Hình ảnh lớp ngoài

Chúng tôi sử dụng chất cản quang trên bảng điều khiển để chụp ảnh lớp bên trong. Tương tự, lớp bên ngoài của bảng điều khiển sẽ được tạo ảnh bằng hình ảnh dương bản. Ở đây, quy trình tuân theo phương pháp khắc bản in. Bước đầu tiên liên quan đến việc làm sạch bảng điều khiển để ngăn ô nhiễm và các hạt bụi bám vào bảng điều khiển. Tiếp theo, một lớp chất cản quang được áp dụng cho bảng điều khiển. Sau đó, LDI được sử dụng để in ảnh.

K. Mạ đồng

Trong bước này, các lỗ và bề mặt được mạ điện bằng đồng. Bảng điều khiển được người điều khiển tải vào cần bay. Bảng điều khiển hoạt động như một cực âm để mạ điện cho các lỗ và bề mặt, vì các lỗ đã lắng đọng một lớp đồng dẫn điện mỏng, sẵn sàng cho quá trình mạ điện. Nó được thực hiện bằng dây chuyền xi mạ tự động. Trước khi mạ điện, các tấm được làm sạch và kích hoạt trong nhiều bể. Mỗi bộ bảng được điều khiển bằng máy tính để đảm bảo chúng ở trong mỗi bồn trong một khoảng thời gian cụ thể chính xác. Thông thường, đồng dày 1 triệu được gửi vào thùng lỗ.

Sau khi mạ đồng, tiếp theo là mạ thiếc. Mạ thiếc được sử dụng làm điện trở. Nó ngăn ngừa sự ăn mòn của các đặc điểm bề mặt như miếng đệm đồng, miếng đệm lỗ và thành lỗ trong quá trình ăn mòn lớp ngoài.

L. Tước chất cản quang

Sau khi bảng được mạ, chất cản quang trở nên không mong muốn và cần được loại bỏ khỏi bảng để lộ phần đồng không mong muốn. Ở đây, một dòng liên tục được sử dụng để hòa tan và rửa sạch điện trở bao phủ đồng không mong muốn. Đây là giai đoạn đầu tiên của quy trình lift-etch-stripping.

M. Bản khắc cuối cùng

Trong bước này, đồng tiếp xúc không mong muốn được loại bỏ bằng cách sử dụng chất ăn mòn amoniac. Đồng thời, thiếc có thể giữ đồng mong muốn. Tại thời điểm này, các khu vực dẫn điện và kết nối được thiết lập đúng cách.

N. Tước thiếc

Sau khi khắc, lớp thiếc trên dấu vết đồng sẽ được loại bỏ. Axit nitric đậm đặc được sử dụng để loại bỏ thiếc, nó sẽ không làm hỏng các rãnh mạch đồng bên dưới nó. Điều này dẫn đến dấu vết đồng rõ ràng, khác biệt trên PCB.

O. Ứng dụng mặt nạ hàn

Mặt nạ hàn có những công dụng sau:

Nó cung cấp điện trở cách điện cho dấu vết.

Phân biệt vùng hàn được và vùng không hàn được.

Cung cấp sự bảo vệ khỏi các điều kiện môi trường bằng cách bao phủ các khu vực không thể hàn bằng mực.

Mặt nạ LPI (Hình ảnh chất lỏng) kết hợp dung môi với polyme để tạo thành một lớp phủ mỏng dính vào các bề mặt bảng mạch khác nhau. Máy in hình ảnh bảng điều khiển được phủ. Đèn UV trong máy làm cứng mực ở những vùng rõ ràng. Sau đó, loại bỏ tất cả các điện trở không cứng khỏi bảng hình ảnh.

Bảo dưỡng LPI (làm khô) kết hợp mực với chất điện môi. Nó tạo điều kiện cho mặt nạ hàn bám dính. Bước nướng cuối cùng diễn ra trong lò nướng hoặc dưới nguồn nhiệt hồng ngoại.

Màu xanh lục được chọn làm màu mặt nạ hàn điển hình vì nó không gây mỏi mắt. Trước khi máy móc có thể kiểm tra PCB trong quá trình sản xuất và lắp ráp, tất cả các kiểm tra đều được thực hiện thủ công. Các đèn trên cao mà kỹ thuật viên sử dụng để kiểm tra bảng mạch không bị phản chiếu bởi mặt nạ hàn màu xanh lá cây, giúp chúng an toàn hơn cho mắt.

P. Hoàn thiện bề mặt

Lớp hoàn thiện PCB là kết nối kim loại với kim loại giữa đồng trần và các thành phần trên khu vực có thể hàn của bảng mạch. Bề mặt đồng nền của bảng mạch dễ bị oxy hóa nếu không có lớp phủ bảo vệ. Do đó, ứng dụng hoàn thiện bề mặt là rất quan trọng để bảo vệ nó khỏi quá trình oxy hóa. Ngoài ra, nó chuẩn bị các thành phần để hàn vào bo mạch trong quá trình lắp ráp và kéo dài thời hạn sử dụng của bo mạch.

Có nhiều loại xử lý bề mặt. Tuy nhiên, lớp hoàn thiện bề mặt không chứa chì được sử dụng rộng rãi do các thông số kỹ thuật RoHS nghiêm ngặt.

Các yếu tố như chi phí, môi trường, lựa chọn thành phần, thời hạn sử dụng và năng suất nên được xem xét khi lựa chọn lớp hoàn thiện.

Q. In Lụa

Trong quá trình này, một máy chiếu in phun được sử dụng để tạo hình ảnh chú thích trực tiếp từ dữ liệu kỹ thuật số của bảng mạch. Mực được in lụa (bôi) trên bề mặt của bảng bằng máy in phun. Bảng điều khiển sau đó được nướng để xử lý mực. Nó chỉ định các loại văn bản khác nhau như số bộ phận, tên, mã, logo, v.v.

Có ba phương pháp in:

In màn hình thủ công

In huyền thoại trực tiếp

R. Kiểm tra điện

E-test là viết tắt của thử nghiệm điện bảng mạch in trần. Trong bước này, hãy sử dụng một đầu dò điện tử để kiểm tra từng bảng mạch chưa được gắn kết xem có đoản mạch, hở mạch, điện trở, điện dung và các đặc tính điện cơ bản khác không. E-test kiểm tra độ dẫn điện của bo mạch dựa trên tệp netlist. Danh sách mạng chứa thông tin về các mẫu kết nối dẫn điện của PCB.

Thực hiện thử nghiệm giường đinh và đầu dò bay để kiểm tra chức năng.

bay thăm dò thử nghiệm

Thử nghiệm tàu ​​thăm dò bay sử dụng tàu thăm dò di chuyển từ điểm này sang điểm khác theo hướng dẫn được cung cấp bởi phần mềm cụ thể. Đây là một phương pháp thử nghiệm không cố định. Lúc đầu, một chương trình kiểm tra đầu dò bay (FPT) được tạo ra và sau đó được tải vào máy kiểm tra FPT. Người kiểm tra áp dụng các tín hiệu điện và năng lượng cho các điểm đầu dò, sau đó được đo theo quy trình kiểm tra.

Giường móng tay

Giường đinh là phương pháp truyền thống để kiểm tra điện của bảng trần. Nó yêu cầu tạo một mẫu thử nghiệm với các chân được căn chỉnh với các vị trí thử nghiệm trên PCB. Quá trình này nhanh chóng và phù hợp với các hệ thống sản xuất quy mô lớn.

S. Phân tích và chấm điểm v

Các bảng mạch được định hình và cắt từ các bảng sản xuất trong giai đoạn sản xuất cuối cùng. Phương pháp được sử dụng là sử dụng lỗ đăng hoặc khe hình chữ V. Các rãnh chữ V cắt các rãnh chéo ở cả hai mặt của bảng, trong khi các lỗ sau để lại các rãnh bên dọc theo đường viền. Trong mọi trường hợp, các bảng có thể được đẩy ra khỏi bảng điều khiển một cách đơn giản.