Kolekcje

Proces produkcji PCB: jak powstają PCB

Proces produkcji PCB: jak powstają PCB

Proces produkcji PCB jest bardzo ważny dla każdego, kto pracuje w przemyśle elektronicznym. Płytki drukowane, PCB, są bardzo szeroko stosowane jako podstawa dla obwodów elektronicznych. Płytki drukowane służą jako podstawa mechaniczna, na której można zbudować obwód. W związku z tym praktycznie wszystkie obwody wykorzystują płytki obwodów drukowanych i są one zaprojektowane i używane w ilościach milionów.

Chociaż obecnie PCB stanowią podstawę praktycznie wszystkich obwodów elektronicznych, są one zwykle przyjmowane za pewnik. Niemniej jednak technologia w tej dziedzinie elektroniki posuwa się naprzód. Rozmiary ścieżek maleją, liczba warstw na płytach rośnie, aby dostosować się do wymaganej większej łączności, a zasady projektowania są ulepszane, aby zapewnić obsługę mniejszych urządzeń SMT i uwzględnienie procesów lutowania stosowanych w produkcji.

Proces produkcji PCB można osiągnąć na wiele sposobów i istnieje wiele wariantów. Pomimo wielu małych odchyleń, główne etapy procesu produkcji PCB są takie same.

Składniki PCB

Płytki drukowane, PCB, mogą być wykonane z różnych substancji. Najczęściej stosowana w postaci płyty z włókna szklanego, znanej jako FR4. Zapewnia to rozsądny stopień stabilności przy zmianach temperatury i nie ulega złemu rozkładowi, a jednocześnie nie jest zbyt kosztowny. Dostępne są inne tańsze materiały na PCB w tanich produktach komercyjnych. W przypadku wysokowydajnych projektów o częstotliwości radiowej, w których ważna jest stała dielektryczna podłoża i wymagane są niskie straty, można zastosować płytki drukowane na bazie PTFE, chociaż są one znacznie trudniejsze w użyciu.

Aby wykonać płytkę drukowaną ze ścieżkami dla komponentów, najpierw uzyskuje się płytkę platerowaną miedzią. Składa się on z materiału podłoża, zwykle FR4, pokrytego miedzią zwykle po obu stronach. Ta okładzina miedziana składa się z cienkiej warstwy blachy miedzianej przyklejonej do płyty. To wiązanie jest zwykle bardzo dobre dla FR4, ale sama natura PTFE sprawia, że ​​jest to trudniejsze, a to zwiększa trudność w obróbce PCB PTFE.

Podstawowy proces produkcji PCB

Po wybraniu i dostępności gołych płytek PCB następnym krokiem jest utworzenie wymaganych ścieżek na płytce i usunięcie niechcianej miedzi. Produkcja PCB odbywa się zwykle przy użyciu chemicznego procesu wytrawiania. Najbardziej rozpowszechnioną formą wytrawiania stosowaną w przypadku PCB jest chlorek żelazowy.

W celu uzyskania prawidłowego wzoru śladów stosuje się proces fotograficzny. Zwykle miedź na gołych płytkach drukowanych jest pokryta cienką warstwą fotorezystu. Następnie jest wystawiany na działanie światła przez kliszę fotograficzną lub maskę fotograficzną z wyszczególnieniem wymaganych ścieżek. W ten sposób obraz ścieżek jest przekazywany na fotorezyst. Po wykonaniu tej czynności fotorezyst jest umieszczany w wywoływaczu, tak że tylko te obszary planszy, w których potrzebne są ścieżki, są pokryte warstwą ochronną.

Kolejnym etapem procesu jest umieszczenie płytek obwodów drukowanych w chlorku żelazowym w celu wytrawiania obszarów, w których nie jest wymagana ścieżka ani miedź. Znając stężenie chlorku żelazowego i grubość miedzi na płycie, umieszcza się ją w pianie wytrawianej na wymagany czas. Jeśli płytki obwodów drukowanych są umieszczane w wytrawianiu zbyt długo, traci się pewną definicję, ponieważ chlorek żelazowy będzie miał tendencję do podcinania fotorezystu.

Chociaż większość płytek PCB jest produkowana przy użyciu obróbki fotograficznej, dostępne są również inne metody. Jednym z nich jest użycie wyspecjalizowanej, bardzo dokładnej frezarki. Maszyna jest następnie sterowana w celu frezowania miedzi w tych obszarach, w których miedź nie jest wymagana. Sterowanie jest oczywiście zautomatyzowane i sterowane z plików generowanych przez oprogramowanie do projektowania PCB. Ta forma produkcji PCB nie jest odpowiednia dla dużych ilości, ale jest idealną opcją w wielu przypadkach, gdy potrzebne są bardzo małe ilości prototypów PCB.

Inną metodą, która jest czasami stosowana w przypadku prototypów PCB, jest drukowanie na PCB farb odpornych na wytrawianie za pomocą procesu sitodruku.

Wielowarstwowe obwody drukowane

Wraz ze wzrostem złożoności obwodów elektronicznych nie zawsze jest możliwe zapewnienie wszystkich wymaganych połączeń przy użyciu tylko dwóch stron PCB. Dzieje się tak dość często, gdy projektowane są gęste mikroprocesory i inne podobne płyty. W takim przypadku wymagane są płyty wielowarstwowe.

Produkcja wielowarstwowych obwodów drukowanych, chociaż wykorzystuje te same procesy, co w przypadku płytek jednowarstwowych, wymaga znacznie większej dokładności i kontroli procesu produkcyjnego.

Płytki są wykonane przy użyciu znacznie cieńszych pojedynczych płyt, po jednej na każdą warstwę, a następnie są one łączone ze sobą w celu wytworzenia całej płytki PCB. Wraz ze wzrostem liczby warstw poszczególne płytki muszą stać się cieńsze, aby nie dopuścić do zbytniego zgrubienia gotowej płytki drukowanej. Dodatkowo rejestracja między warstwami musi być bardzo dokładna, aby zapewnić wyrównanie otworów.

Aby połączyć ze sobą różne warstwy, płyta jest podgrzewana w celu utwardzenia materiału łączącego. Może to prowadzić do problemów z wypaczeniem. Duże płyty wielowarstwowe mogą mieć wyraźne wypaczenie, jeśli nie są zaprojektowane prawidłowo. Może to mieć miejsce zwłaszcza wtedy, gdy na przykład jedna z warstw wewnętrznych jest płaszczyzną mocy lub płaszczyzną uziemienia. Chociaż to samo w sobie jest w porządku, jeśli niektóre dość znaczące obszary muszą pozostać wolne od miedzi. Może to spowodować naprężenia w PCB, które mogą prowadzić do wypaczeń.

Otwory i przelotki w PCB

Otwory, często nazywane otworami przelotowymi lub przelotkami, są potrzebne w PCB, aby połączyć różne warstwy ze sobą w różnych punktach. Mogą być również potrzebne otwory, aby umożliwić montaż elementów ołowiowych na PCB. Dodatkowo mogą być potrzebne otwory mocujące.

Zwykle wewnętrzne powierzchnie otworów mają warstwę miedzi, dzięki czemu elektrycznie łączą warstwy płyty. Te „platerowane otwory przelotowe” są wytwarzane w procesie platerowania. W ten sposób można połączyć warstwy płyty.

Następnie wiercenie odbywa się za pomocą wiertarek sterowanych numerycznie, a dane są dostarczane z oprogramowania do projektowania PCB CAD. Warto zauważyć, że zmniejszenie liczby różnych rozmiarów otworów może pomóc obniżyć koszty produkcji PCB.

Może być konieczne, aby niektóre otwory występowały tylko w środku deski, na przykład, gdy konieczne jest połączenie wewnętrznych warstw deski. Te „ślepe przelotki” są wiercone w odpowiednich warstwach przed sklejeniem warstw PCB.

Powłoka lutownicza PCB i odporność na lutowanie

Podczas lutowania PCB konieczne jest, aby obszary, które nie mają być lutowane, były chronione warstwą tzw. Rezystancji lutowniczej. Dodatek tej warstwy zapobiega niechcianym zwarciom na płytkach PCB spowodowanym przez lutowanie. Maska lutownicza zwykle składa się z warstwy polimeru i chroni płytę przed lutowiem i innymi zanieczyszczeniami. Kolor masy lutowniczej jest zwykle ciemnozielony lub czerwony.

Aby umożliwić łatwe przylutowanie elementów dodanych do płytki, ołowianych lub SMT, odsłonięte obszary płytki są zwykle „cynowane” lub platerowane lutem. Czasami deski lub obszary desek mogą być pozłacane. Może to mieć zastosowanie, jeśli do połączeń krawędziowych mają być użyte miedziane palce. Ponieważ złoto nie matowieje i zapewnia dobrą przewodność, zapewnia dobre połączenie przy niskich kosztach.

Sitodruk na PCB

Często konieczne jest wydrukowanie tekstu i umieszczenie innych małych wydrukowanych identyfikatorów na PCB. Może to pomóc w identyfikacji płytki, a także w oznaczaniu lokalizacji komponentów, aby pomóc w znajdowaniu usterek itp. Sitodruk generowany przez oprogramowanie do projektowania PCB jest używany do dodawania oznaczeń do płytki, po innych procesach produkcyjnych dla gołej płytki. zostały zakończone.

Prototyp PCB

W ramach każdego procesu rozwojowego zwykle zaleca się wykonanie prototypu przed przejściem do pełnej produkcji. To samo dotyczy płytek obwodów drukowanych, w których prototyp PCB jest zwykle wytwarzany i testowany przed pełną produkcją. Zazwyczaj prototyp PCB będzie wymagał szybkiego wyprodukowania, ponieważ zawsze istnieje presja, aby zakończyć fazę projektowania sprzętu podczas opracowywania produktu. Ponieważ głównym celem prototypu PCB jest przetestowanie rzeczywistego układu, często akceptowalne jest użycie nieco innego procesu produkcji PCB, ponieważ potrzebna będzie tylko niewielka ilość płytek prototypowych PCB. Jednak zawsze rozsądnie jest trzymać się jak najbliżej końcowego procesu produkcyjnego PCB, aby zapewnić, że wprowadzonych zostanie niewiele zmian i kilka nowych elementów zostanie wprowadzonych do końcowej płytki drukowanej.

Proces produkcji PCB jest istotnym elementem cyklu życia produkcji elektroniki. Produkcja PCB wykorzystuje wiele nowych dziedzin technologii, co umożliwiło dokonanie znacznych ulepszeń zarówno w zakresie zmniejszenia rozmiarów używanych komponentów i ścieżek, jak i niezawodności płytek.


Obejrzyj wideo: Montaż powierzchniowy - płytki drukowane: Instytut Tele- i Radiotechniczny (Styczeń 2022).