Kokoelmat

Piirilevyjen valmistusprosessi: miten piirilevyt valmistetaan

Piirilevyjen valmistusprosessi: miten piirilevyt valmistetaan

Piirilevyjen valmistusprosessi on erittäin tärkeä kaikille elektroniikkateollisuudessa toimiville. Painettuja piirilevyjä, piirilevyjä, käytetään hyvin laajasti elektronisten piirien perustana. Painettuja piirilevyjä käytetään tarjoamaan mekaaninen perusta, jolle piiri voidaan rakentaa. Vastaavasti käytännössä kaikki piirit käyttävät painettuja piirilevyjä ja niitä suunnitellaan ja käytetään miljoonina määrinä.

Vaikka piirilevyt ovat nykyään käytännössä kaikkien elektronisten piirien perusta, niitä pidetään itsestäänselvyytenä. Siitä huolimatta tekniikka tällä elektroniikan alalla etenee. Raidan koot pienenevät, levykerrosten määrä kasvaa vaaditun lisääntyneen liitettävyyden huomioon ottamiseksi, ja suunnittelusääntöjä parannetaan sen varmistamiseksi, että pienempiä SMT-laitteita voidaan käsitellä ja tuotannossa käytetyt juottoprosessit voidaan sovittaa.

PCB-valmistusprosessi voidaan saavuttaa monin eri tavoin, ja on olemassa useita variantteja. Monista pienistä vaihteluista huolimatta piirilevyjen valmistusprosessin päävaiheet ovat samat.

PCB: n ainesosat

Piirilevyt, piirilevyt, voidaan valmistaa useista aineista. Laajimmin käytetty lasikuitupohjaisen levyn muodossa, joka tunnetaan nimellä FR4. Tämä tarjoaa kohtuullisen vakauden lämpötilavaihteluissa eikä hajoaa huonosti, vaikka se ei ole liian kallista. Muita halvempia materiaaleja on saatavana piirilevyille edullisissa kaupallisissa tuotteissa. Suuritehoisille radiotaajuussuunnitelmille, joissa substraatin dielektrisyysvakio on tärkeä ja tarvitaan pieniä häviötasoja, voidaan käyttää PTFE-pohjaisia ​​painettuja piirilevyjä, vaikka niiden kanssa työskenteleminen onkin paljon vaikeampaa.

PCB: n valmistamiseksi kappaleineen kappaleille saadaan ensin kuparipinnoitettu levy. Tämä koostuu alustamateriaalista, tyypillisesti FR4, kuparipäällysteellä normaalisti molemmin puolin. Tämä kuparipäällyste koostuu ohuesta kuparilevykerroksesta, joka on kiinnitetty levyyn. Tämä sitoutuminen on yleensä erittäin hyvä FR4: lle, mutta PTFE: n luonne tekee siitä vaikeamman, mikä lisää vaikeuksia PTFE-piirilevyjen prosessoinnissa.

PCB: n perustuotantoprosessi

Kun paljaat piirilevyt on valittu ja käytettävissä, seuraava vaihe on luoda tarvittavat raidat levylle ja poistaa ei-toivottu kupari. PCB: n valmistus tapahtuu yleensä kemiallisella syövytysprosessilla. Yleisin etsauksen muoto, jota käytetään PCB: n kanssa, on ferrikloridi.

Oikean raidan kuvion saamiseksi käytetään valokuvausprosessia. Tyypillisesti paljaiden painettujen piirilevyjen kupari on peitetty ohuella valokuvaresistanssikerroksella. Sitten se altistetaan valolle valokuvaelokuvan tai valokuva-maskin läpi, joka kuvaa tarvittavat jäljet. Tällä tavalla jälkien kuva välitetään valokuvaresistanssille. Kun tämä on valmis, valovastus sijoitetaan kehittäjään siten, että vain ne levyn alueet, joissa raitoja tarvitaan, peitetään vastuksessa.

Seuraava vaihe prosessissa on sijoittaa piirilevyt ferrikloridiin syövyttää alueet, joissa ei tarvita raitaa tai kuparia. Kun tiedetään rautakloridin pitoisuus ja kuparin paksuus aluksella, se sijoitetaan etsausvaahtoon vaadittavan ajan. Jos piirilevyt asetetaan etsaukseen liian kauan, osa määritelmästä menetetään, koska ferrikloridilla on taipumus alittaa valokestävyys.

Vaikka suurin osa piirilevyistä valmistetaan valokuvaprosessoinnilla, on saatavana myös muita menetelmiä. Yksi on käyttää erikoistunutta erittäin tarkkaa jyrsintä. Konetta ohjataan sitten kuparin jyrsintään niillä alueilla, joilla kuparia ei tarvita. Ohjaus on ilmeisesti automatisoitu ja ajettu piirilevyn suunnitteluohjelmiston luomista tiedostoista. Tämä PCB-valmistusmuoto ei sovi suurille määrille, mutta se on ihanteellinen vaihtoehto monissa tapauksissa, joissa tarvitaan hyvin pieniä määriä PCB-prototyyppimääriä.

Toinen menetelmä, jota joskus käytetään piirilevyn prototyypissä, on etsausta kestävien musteiden tulostaminen piirilevylle silkkiseulontaprosessia käyttämällä.

Monikerroksiset piirilevyt

Elektronisten piirien monimutkaisuuden kasvaessa ei aina ole mahdollista tarjota kaikkia vaadittavia yhteyksiä vain piirilevyn molemmin puolin. Tämä tapahtuu melko yleisesti, kun tiheää mikroprosessoria ja muita vastaavia levyjä suunnitellaan. Tällöin tarvitaan monikerroksisia levyjä.

Monikerroksisten piirilevyjen valmistus vaatii huomattavasti suurempaa tarkkuutta ja valmistusprosessin hallintaa, vaikka se käyttää samoja prosesseja kuin yksikerroslevyt.

Levyt valmistetaan käyttämällä paljon ohuempia yksittäisiä levyjä, yksi kullekin kerrokselle, ja ne sitten liimataan yhteen tuottamaan kokonaispiirilevy. Kerrosten lukumäärän kasvaessa yksittäisten levyjen on oltava ohuempia, jotta valmis piirilevy ei tule liian paksuksi. Lisäksi kerrosten välisen rekisteröinnin on oltava erittäin tarkka, jotta mahdolliset reiät ovat linjassa.

Eri kerrosten sitomiseksi levy kuumennetaan sideaineen kovettamiseksi. Tämä voi johtaa loimiongelmiin. Suurissa monikerroksisissa levyissä voi olla erillinen loimi, ellei niitä ole suunniteltu oikein. Tämä voi tapahtua erityisesti, jos esimerkiksi yksi sisemmistä kerroksista on voimataso tai maataso. Vaikka tämä itsessään on hieno, jos joillekin kohtuullisen merkittäville alueille on jätettävä kuparivapaa. Tämä voi muodostaa piirilevyn kantoja, jotka voivat johtaa vääntymiseen.

Piirilevyn reiät ja läpiviennit

Reikiä, joita usein kutsutaan reikiin tai läpivienteihin, tarvitaan piirilevyssä eri kerrosten yhdistämiseksi eri pisteissä. Reiät saattavat myös tarvita lyijytettyjen komponenttien asentamista piirilevylle. Lisäksi saatetaan tarvita joitain kiinnitysreikiä.

Tavallisesti reikien sisäpinnoilla on kuparikerros, jotta ne yhdistävät sähköisesti levyn kerrokset. Nämä "päällystetyt reiät" valmistetaan pinnoitusmenetelmällä. Tällä tavalla levyn kerrokset voidaan liittää toisiinsa.

Poraus suoritetaan sitten numeerisesti ohjattuilla porakoneilla, tiedot toimitetaan piirilevyn CAD-suunnitteluohjelmistosta. On syytä huomata, että erikokoisten reikien määrän vähentäminen voi auttaa vähentämään piirilevyn valmistuskustannuksia.

Saattaa olla välttämätöntä, että jotkut reiät ovat vain levyn keskellä, esimerkiksi kun levyn sisäkerrokset on kytkettävä. Nämä "sokeat läpiviennit" porataan asiaankuuluviin kerroksiin ennen PCB-kerrosten liittämistä toisiinsa.

PCB-juotospinnoitus ja juotosvastus

Kun piirilevy juotetaan, on välttämätöntä pitää alueet, joita ei juoteta, suojattuna kerroksella, jota kutsutaan juotokseksi. Tämän kerroksen lisääminen auttaa estämään juotteen aiheuttamat ei-toivotut oikosulut piirilevyissä. Juotosvastus koostuu normaalisti polymeerikerroksesta ja suojaa levyä juotokselta ja muilta epäpuhtauksilta. Juotosvastuksen väri on normaalisti syvän vihreä tai punainen.

Jotta levylle lisätyt komponentit, joko lyijytetyt tai SMT, voidaan juottaa levylle helposti, levyn paljaat alueet normaalisti "tinataan" tai pinnoitetaan juotteella. Toisinaan levyt tai levyn alueet voivat olla kullattuja. Tätä voidaan soveltaa, jos joitain kuparisormia käytetään reunaliitoksiin. Koska kulta ei pilaa, ja se tarjoaa hyvän johtokyvyn, se tarjoaa hyvän yhteyden alhaisin kustannuksin.

Piirilevyn silkkipaino

Usein on tarpeen tulostaa tekstiä ja sijoittaa muita pieniä painettuja esineitä piirilevylle. Tämä voi auttaa kartongin tunnistamisessa ja komponenttien sijaintien merkitsemisessä vian löytämiseksi jne. Piirilevyn suunnitteluohjelmiston luomaa silkkipainiketta käytetään lisäämään merkinnät piirilevyyn muiden paljaan levyn valmistusprosessien jälkeen. on saatu päätökseen.

PCB-prototyyppi

Osana mitä tahansa kehitysprosessia on yleensä suositeltavaa tehdä prototyyppi ennen sitoutumista täydelliseen tuotantoon. Sama pätee piirilevyihin, joissa piirilevyn prototyyppi valmistetaan ja testataan normaalisti ennen täyttä tuotantoa. Tyypillisesti piirilevyn prototyyppi on valmistettava nopeasti, koska tuotekehityksen laitteistosuunnitteluvaihe on aina paineessa. Koska PCB-prototyypin päätarkoitus on testata todellista asettelua, on usein hyväksyttävää käyttää hieman erilaista PCB-valmistusprosessia, koska tarvitaan vain pieni määrä PCB-prototyyppilevyjä. On kuitenkin aina viisasta pitää mahdollisimman lähellä lopullista piirilevyn valmistusprosessia sen varmistamiseksi, että muutamia muutoksia tehdään ja muutamia uusia elementtejä lisätään lopulliseen piirilevyyn.

Piirilevyjen valmistusprosessi on olennainen osa elektroniikan tuotannon elinkaarta. Piirilevyjen valmistuksessa käytetään monia uusia tekniikan alueita, mikä on mahdollistanut merkittäviä parannuksia sekä käytettyjen komponenttien ja kappaleiden koon pienentämisessä että levyjen luotettavuudessa.


Katso video: Piirilevyjä Kiinan Laaserilla (Marraskuu 2021).