Перед проектированием печатной платы разработчикам схем рекомендуется совершить экскурсию по цеху печатных плат и лично обсудить с производителями их требования к производству печатных плат. Это помогает предотвратить передачу дизайнерами ненужных ошибок на этапе проектирования. Однако по мере того, как все больше компаний передают запросы по производству печатных плат зарубежным поставщикам, это становится непрактичным. В связи с этим мы представляем эту статью, чтобы обеспечить правильное понимание этапов процесса производства печатных плат. Надеемся, что это даст разработчикам схем и новичкам в индустрии печатных плат четкое представление о том, как производятся печатные платы, и позволит избежать ненужных ошибок.

Этапы процесса производства печатных плат

Шаг 1: Проектирование и вывод

Печатные платы должны быть строго совместимы с макетом печатной платы, созданным разработчиком с использованием программного обеспечения для проектирования печатных плат. Обычно используемое программное обеспечение для проектирования печатных плат включает Altium Designer, OrCAD, Pads, KiCad, Eagle и т. д. ПРИМЕЧАНИЕ. Перед изготовлением печатной платы проектировщики должны сообщить своему контрактному производителю о версии программного обеспечения для проектирования печатных плат, использованной для проектирования схемы, поскольку это помогает избежать проблем, вызванных несоответствиями.

После того как дизайн печатной платы одобрен для производства, дизайнеры экспортируют его в формат, поддерживаемый производителями. Наиболее часто используемая программа называется расширенным Gerber. Рекламная кампания детского питания 1980-х годов стремилась к красивым младенцам, и это программное обеспечение создает красиво оформленное потомство. Gerber также носит имя IX274X.

В индустрии печатных плат расширенный Gerber стал идеальным выходным форматом. Разное программное обеспечение для проектирования печатных плат может требовать разных этапов создания файлов Gerber, все они кодируют исчерпывающую важную информацию, включая слои отслеживания меди, чертежи сверлений, отверстия, обозначения компонентов и другие параметры. На этом этапе проверяются все аспекты конструкции печатной платы. Программное обеспечение применяет алгоритмы контроля над проектом, чтобы гарантировать, что ни одна ошибка не останется незамеченной. Дизайнеры также изучают план на предмет элементов, касающихся ширины дорожки, расстояния между краями платы, расстояния между дорожками и отверстиями, а также размера отверстий.

После тщательного изучения проектировщики отправляют файл печатной платы в производство печатных плат. Чтобы гарантировать, что конструкция соответствует минимальным допускам в процессе производства, почти все фабрики по производству печатных плат перед изготовлением печатных плат проводят проверку «Проектирование для производства» (DFM).

Шаг 2: От файла к фильму

Печать печатных плат начинается после того, как дизайнеры выдают файлы схем печатных плат, а производители проводят проверку DFM. Для печати печатных плат производители используют специальный принтер, называемый плоттером, который делает фотопленки печатных плат. Производители будут использовать пленки для изображения печатных плат. Хотя это лазерный принтер, это не стандартный лазерный струйный принтер. Плоттеры используют невероятно точную технологию печати, позволяющую получить высокодетализированную пленку дизайна печатной платы.

В результате получается пластиковый лист с фотонегативом печатной платы, написанным черными чернилами. Для внутренних слоев печатной платы черные чернила представляют собой проводящие медные части печатной платы. Оставшаяся прозрачная часть изображения обозначает области непроводящего материала. Внешние слои следуют противоположному шаблону: прозрачный для меди, но черный относится к области, которая будет вытравлена. Плоттер автоматически проявляет пленку, и пленка надежно хранится во избежание нежелательного контакта.

На каждый слой печатной платы и паяльной маски нанесен собственный лист прозрачной черной пленки. Всего для двухслойной печатной платы необходимо четыре листа: два для слоев и два для паяльной маски. Примечательно, что все фильмы должны идеально соответствовать друг другу. При гармоничном использовании они определяют расположение печатной платы.

Чтобы добиться идеального совмещения всех пленок, во всех пленках следует пробить регистрационные отверстия. Точность отверстия достигается регулировкой стола, на котором сидит пленка. Когда крошечная калибровка стола приводит к оптимальному совпадению, отверстие пробивается. Отверстия войдут в регистрационные штифты на следующем этапе процесса визуализации.

Шаг 3. Печать внутренних слоев: куда пойдет медь?

Создание фильмов на предыдущем этапе направлено на то, чтобы наметить фигуру медного пути. Теперь пришло время распечатать рисунок с пленки на медной фольге.

На этом этапе производства печатных плат готовится изготовление настоящей печатной платы. Базовая форма печатной платы представляет собой ламинированную плату, основным материалом которой является эпоксидная смола и стекловолокно, которые также называются материалом подложки. Ламинат служит идеальным материалом для размещения меди, образующей печатную плату. Материал подложки обеспечивает прочную и пыленепроницаемую основу для печатной платы. Медь предварительно склеена с обеих сторон. Процесс включает в себя удаление меди, чтобы раскрыть рисунок на пленках.

При изготовлении печатных плат чистота имеет значение. Ламинат с медной стороной очищается и передается в обеззараженную среду. На этом этапе очень важно, чтобы на ламинате не оседали частицы пыли. В противном случае случайное пятнышко грязи может привести к короткому замыканию цепи или ее размыканию.

Далее на чистую панель наносится слой светочувствительной пленки, называемой фоторезистом. Фоторезист состоит из слоя фотореактивных химикатов, которые затвердевают под воздействием ультрафиолетового света. Это обеспечивает точное соответствие фотопленки фоторезисту. Пленки крепятся на штифты, которые удерживают их на ламинированной панели.

Пленка и картон выстраиваются в линию и подвергаются воздействию ультрафиолетового света. Свет проходит через прозрачные части пленки, затвердевая фоторезист на меди под ней. Черные чернила плоттера не позволяют свету достигать участков, которые не должны затвердевать, и их необходимо удалить.

После подготовки платы ее промывают щелочным раствором, который удаляет незатвердевший фоторезист. Последняя мойка под давлением удаляет все, что осталось на поверхности. Затем доска сушится.

Продукт получается с резистом, который правильно покрывает участки меди, которые должны оставаться в окончательной форме. Техник осматривает платы, чтобы убедиться в отсутствии ошибок на этом этапе. Весь резист, присутствующий в этот момент, обозначает медь, которая появится в готовой печатной плате.

Этот шаг применим только к платам, имеющим более двух слоев. Простые двухслойные доски сразу переходят к сверлению. Многослойные платы требуют большего количества шагов.

Шаг 4: Удаление ненужной меди

После удаления фоторезиста и затвердевшего резиста, покрывающего медь, которую мы хотим сохранить, плата переходит к следующему этапу: удалению ненужной меди. Подобно тому, как щелочной раствор удалял резист, более мощный химический препарат выедает излишки меди. Ванна с раствором растворителя меди удаляет всю обнаженную медь. При этом желаемая медь остается полностью защищенной под затвердевшим слоем фоторезиста.

Не все медные платы одинаковы. Некоторые более тяжелые плиты требуют большего количества растворителя меди и различной продолжительности воздействия. Следует отметить, что более тяжелые медные платы требуют дополнительного внимания к расстоянию между дорожками. Большинство стандартных печатных плат имеют схожие спецификации.

Теперь, когда растворитель удалил ненужную медь, необходимо смыть затвердевший резист, защищающий предпочтительную медь. Эту задачу выполняет другой растворитель. Теперь плата блестит, имея только медную подложку, необходимую для печатной платы.

Шаг 5: Выравнивание слоев и оптический контроль

Когда все слои очищены и готовы, для их выравнивания потребуются пробойники, чтобы убедиться, что все они выровнены. Регистрационные отверстия выравнивают внутренние слои по отношению к внешним. Техник помещает слои в машину, называемую оптическим дыроколом, которая обеспечивает точное соответствие, поэтому регистрационные отверстия точно пробиваются.

После того как слои объединены вместе, невозможно исправить ошибки, возникающие на внутренних слоях. Другая машина выполняет автоматический оптический осмотр панелей, чтобы подтвердить полное отсутствие дефектов. Моделью служит оригинальный дизайн от Gerber, который получил производитель. Машина сканирует слои с помощью лазерного датчика и приступает к электронному сравнению цифрового изображения с исходным файлом Gerber.

Если машина обнаруживает несоответствие, сравнение отображается на мониторе, чтобы технический специалист мог его оценить. Как только слой проходит проверку, он переходит к заключительным этапам производства печатных плат.

Шаг 6: Наложение слоев и соединение

На этом этапе печатная плата приобретает форму. Все отдельные слои ждут своего объединения. Когда слои готовы и подтверждены, их просто нужно соединить вместе. Наружные слои должны соединяться с основой. Процесс происходит в два этапа: наложение слоя и склеивание.

Материал внешнего слоя состоит из листов стекловолокна, предварительно пропитанных эпоксидной смолой. Сокращенно это называется препрег. Тонкая медная фольга также покрывает верхнюю и нижнюю часть исходной подложки, на которой есть гравюры медных дорожек. Теперь пришло время соединить их вместе.

Склеивание происходит на тяжелом стальном столе с помощью металлических зажимов. Слои надежно крепятся к штырям, прикрепленным к столу. Все должно плотно прилегать друг к другу, чтобы предотвратить смещение во время выравнивания.

Техник начинает с размещения слоя препрега на выравнивающей чаше. Слой подложки накладывается на препрег перед укладкой медного листа. Следующие листы препрега располагаются поверх медного слоя. Наконец, стопку завершают алюминиевая фольга и медная пресс-плита. Теперь он подготовлен к прессованию.

Вся операция выполняется в автоматическом режиме, управляемом компьютером склеивающего пресса. Компьютер управляет процессом нагрева стопки, определяет точку приложения давления и время, когда стопке следует остыть с контролируемой скоростью.

Далее происходит определенный объем распаковки. Когда все слои объединены в супер-сэндвич печатной платы, техник просто распаковывает многослойную печатную плату. Достаточно просто снять удерживающие штифты и выбросить верхнюю нажимную пластину. Совершенство печатной платы выходит победителем из оболочки алюминиевых пресс-пластин. Медная фольга, включенная в процесс, продолжает составлять внешние слои печатной платы.

Шаг 7: Дрель

Наконец, в стопочной доске просверливаются отверстия. Все компоненты, которые появятся позже, такие как сквозные отверстия для медных соединений и выводы, зависят от точности прецизионных отверстий. Отверстия сверлятся на ширину волоска – диаметр сверла достигает 100 микрон, а диаметр волос в среднем составляет 150 микрон.

Чтобы определить местоположение целей бурения, рентгеновский локатор определяет правильные точки целей бурения. Затем просверливаются соответствующие регистрационные отверстия, чтобы закрепить стопку для ряда более конкретных отверстий.

Перед сверлением техник помещает пластину из буферного материала под цель сверления, чтобы обеспечить чистое отверстие. Материал на выходе предотвращает ненужные разрывы на выходе сверла.

Компьютер контролирует каждое микродвижение дрели – вполне естественно, что продукт, определяющий поведение машин, будет полагаться на компьютеры. Станок с компьютерным управлением использует файл для сверления из оригинальной конструкции, чтобы определить подходящие места для сверления.

В дрелях используются шпиндели с пневматическим приводом, которые вращаются со скоростью 150 000 об/мин. На такой скорости вы можете подумать, что сверление происходит в мгновение ока, но нужно просверлить много отверстий. Средняя печатная плата содержит более ста неповрежденных точек. При сверлении каждому нужен свой особый момент со сверлом, поэтому на это нужно время. Позже в отверстиях появятся переходные отверстия и механические монтажные отверстия для печатной платы. Окончательное крепление этих деталей происходит позже, после обшивки.

После завершения сверления дополнительная медь, покрывающая края производственной панели, удаляется с помощью инструмента для профилирования.

Шаг 8: Покрытие и осаждение меди

После сверления панель перемещается на обшивку. В ходе этого процесса различные слои соединяются вместе с помощью химического осаждения. После тщательной очистки панель подвергается серии химических ванн. Во время ванн в процессе химического осаждения на поверхность панели наносится тонкий слой меди толщиной около одного микрона. Медь входит в недавно просверленные отверстия.

Перед этим этапом внутренняя поверхность отверстий просто обнажает стекловолоконный материал, из которого состоит внутренняя часть панели. Медные ванны полностью покрывают или облицовывают стенки отверстий. Кстати, вся панель получает новый слой меди. Самое главное, новые отверстия заделаны. Компьютеры контролируют весь процесс погружения, удаления и обработки.

Шаг 9: Изображение внешнего слоя

На третьем этапе мы нанесли на панель фоторезист. На этом этапе мы делаем это снова, но на этот раз мы отображаем внешние слои панели с дизайном печатной платы. Начинаем нанесение слоев в стерильном помещении, чтобы предотвратить прилипание каких-либо загрязнений к поверхности слоя, затем наносим на панель слой фоторезиста. Подготовленная панель проходит в желтую комнату. УФ-излучение влияет на фоторезист. Длины волн желтого света не содержат достаточного уровня УФ-излучения, чтобы повлиять на фоторезист.

Прозрачные пленки с черными чернилами фиксируются булавками, чтобы предотвратить смещение с панелью. Когда панель и трафарет соприкасаются, генератор облучает их сильным ультрафиолетовым излучением, что делает фоторезист более твердым. Затем панель попадает в машину, которая удаляет незатвердевший резист, защищенный непрозрачностью черных чернил.

Этот процесс представляет собой инверсию внутренних слоев. Наконец, внешние пластины подвергаются проверке, чтобы убедиться, что на предыдущем этапе был удален весь нежелательный фоторезист.

Шаг 10: Покрытие

Возвращаемся в гальваническую комнату. Как и в шаге 8, мы наносим на панель тонкий слой меди. На открытые участки панели со стадии фоторезиста внешнего слоя наносится гальваническое медное покрытие. После первоначальной ванны для меднения панель обычно подвергается лужению, что позволяет удалить всю медь, оставшуюся на плате, предназначенную для удаления. Олово защищает ту часть панели, которая должна оставаться покрытой медью на следующем этапе травления. Травление удаляет ненужную медную фольгу с панели.

Шаг 11: Окончательное травление

Олово защищает желаемую медь на этом этапе. Нежелательная открытая медь и медь под оставшимся слоем резиста подвергаются удалению. Опять же, для удаления избытка меди применяются химические растворы. Между тем, олово защищает ценную медь на этом этапе.

Проводящие области и соединения теперь правильно установлены.

Шаг 12: Нанесение паяльной маски

Перед нанесением паяльной маски на обе стороны платы панели очищаются и покрываются эпоксидными чернилами для паяльной маски. Платы подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения, которое проходит через фотопленку паяльной маски. Покрытые части остаются незатвердевшими и подлежат удалению.

Наконец, плата попадает в печь для отверждения паяльной маски.

Шаг 13: Обработка поверхности

Чтобы улучшить возможность пайки печатных плат, мы химически покрываем их золотом или серебром. На некоторых печатных платах на этом этапе также используются выравнивающие площадки горячим воздухом. Выравнивание горячим воздухом приводит к получению однородных подушек. Этот процесс приводит к образованию отделки поверхности. PCBCart может обрабатывать различные типы отделки поверхности в соответствии с конкретными требованиями клиентов.

Шаг 14: Шелкография

На почти готовой плате наносятся струйные надписи, используемые для обозначения всей важной информации, относящейся к печатной плате. Наконец, печатная плата переходит к последнему этапу нанесения покрытия и отверждения.

Шаг 15: Электрическое испытание

В качестве последней меры предосторожности техник проводит электрические испытания печатной платы. Автоматизированная процедура подтверждает функциональность печатной платы и ее соответствие оригинальному дизайну. В PCBCart мы предлагаем расширенную версию электрического тестирования под названием «Тестирование летающего зонда», которая зависит от перемещения зондов для проверки электрических характеристик каждой цепи на голой печатной плате.

Шаг 16: Профилирование и V-скоринг

Теперь мы подошли к последнему шагу: вырезанию. Из оригинальной панели вырезаются разные доски. Используемый метод основан либо на использовании фрезера, либо на V-образной канавке. Фрезер оставляет небольшие выступы по краям платы, а V-образная канавка прорезает диагональные каналы вдоль обеих сторон платы. Оба способа позволяют платам легко выдвигаться из панели.

Нужен кто-то, кто изготовит вашу печатную плату? Цзефу может помочь!

Как видите, в процессе производства печатных плат уходит много работы. Чтобы гарантировать, что печатные платы будут изготовлены с ожидаемым вами качеством, производительностью и долговечностью, вам необходимо выбрать производителя, который обладает высоким уровнем опыта и уделяет особое внимание качеству на каждом этапе.

Полагая, что наш успех измеряется успехом наших клиентов, мы уделяем особое внимание заботе и вниманию к деталям, которые требуются на каждом этапе производства печатных плат. Мы также предлагаем вакуумную упаковку, взвешивание и доставку, чтобы гарантировать, что ваш заказ на печатную плату будет доставлен безопасно и без повреждений. На сегодняшний день у нас есть печатные платы для компаний любого размера из более чем 80 стран, и мы стремимся поставлять изготовленные нами печатные платы во все уголки мира в ближайшие годы.

Мы предлагаем услуги быстрого изготовления прототипов печатных плат, массового производства и сборки печатных плат. Расценки всегда быстрые и БЕСПЛАТНЫЕ.

ИЛИ ознакомьтесь со следующими статьями, чтобы узнать больше о наших услугах. Если у вас есть вопросы или вы предпочитаете поговорить с нами напрямую, напишите нам здесь.