Изготовление Жестких Печатных Плат

ТИПЫ ДОСОК

Двухслойная печатная плата называется двусторонней платой. Печатные платы с более чем двумя слоями являются многослойными платами. Существует множество причин, по которым для изготовления платы может потребоваться более двух слоев. Некоторые распространенные причины, по которым используются дополнительные слои, заключаются в том, что плотность прокладки цепи превышает два слоя, электрических свойствах, экранировании или распределении мощности. Дополнительные слои называются внутренними слоями. Внутренний слой представляет собой тонкий диэлектрик (0,004 – 0,039 дюйма) с медным рисунком, выгравированным на каждой стороне. Внутренний слой с печатью и травлением - наиболее распространенный тип внутреннего слоя. Внутренние слои и медная фольга скреплены друг с другом препрегом. Препрег - это основной материал, из которого изготавливаются все печатные платы и ламинат из эпоксидного стекловолокна. Препрег - это стекловолоконная ткань, предварительно пропитанная смолой, отвержденной до стадии В. Основной внутренний слой может иметь питание или заземление с одной стороны и сигнальные дорожки с другой. Если соединить два внутренних слоя и 2 листа фольги, получится шестислойная плата. Четыре сигнальных слоя, один слой питания и один слой заземления.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕРЕДНЕГО ПЛАНА

Все конструкции плат создаются с помощью систем автоматизированного проектирования (CAD) или простого программного обеспечения CAD для настольных компьютеров. Как правило, ответственность за дизайн несет конечный пользователь, и он может быть разработан как собственными силами, так и третьей стороной. Как только проект поступает к производителю печатной платы, файлы проекта импортируются в программное обеспечение для автоматизированного производства (CAM). Инженер CAM выровняет слои в правильном порядке, выполнит проверку правил проектирования на наличие ошибок, проверит технологичность, разместит печатную плату на стандартной производственной панели, а затем создаст производственные инструменты. Параллельно с CAM группа планирования изучит спецификации и чертежи заказчика, проверит наличие материалов, создаст код маршрута и подробные инструкции, необходимые для производства. В результате этой работы создается программа Traveler, которая содержит код маршрута и определяет этапы процесса и последовательность, в которой они должны выполняться. Программа Traveler также предоставляет производственному цеху подробные инструкции и спецификации платы там, где они необходимы. Путешественник становится свидетелем того, кто выполнял каждый этап производства и когда он был завершен.

МАТЕРИАЛЫ

Проектировщик печатных плат может выбирать из различных типов ламинированных материалов. В большинстве случаев материал определяется заказчиком. Тип материала платы может быть выбран в зависимости от стоимости, механических свойств или электрических характеристик материала. Наиболее распространенным материалом является эпоксидная смола на основе стекловолокна. Материалы доступны в широком ассортименте базовых материалов, полимерных систем, различной толщины, с различным весом меди и ее типами.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ PHOTOTOOLS 

(ХУДОЖЕСТВЕННОЕ ОФОРМЛЕНИЕ – ПРОЗРАЧНАЯ ПЛЕНКА)

Фотоинструменты являются одним из производственных инструментов, созданных компанией CAM. Фотоинструменты создаются с помощью лазерного фотопленочного принтера на листе пленки из галогенида серебра. Фотоинструменты используются в качестве маски для переноса рисунка схемы на плату для последующего травления, нанесения покрытия или припоя маски.

ФАЙЛЫ ДЛЯ СВЕРЛЕНИЯ/ФРЕЗЕРВАЦИИ

Файлы сверл указывают точное расположение отверстий для сверлильных станков. Файлы сверл также содержат параметры сверления для каждого размера инструмента в заголовке файла. Основными параметрами сверления являются диаметр инструмента, скорость резания, нагрузка на стружку и общее допустимое количество ударов для каждого инструмента. Направляющие файлы очень похожи на файлы для сверления, за исключением того, что в них вырезаются формы, а не просверливаются отверстия. Кроме того, информация в заголовке немного отличается из-за типа используемых инструментов.

ДАННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ АОИ

Автоматический оптический инспекция (АОИ) - это оборудование, которое использует различные длины волн света или лазер для сравнения готового слоя с исходными данными CAD. Для каждого слоя, который необходимо отсканировать, будет создан файл АОИ. Файлы электрических тестов обычно создаются на основе общего списка, который был предоставлен заказчиком вместе с исходными данными САПР. В свое время в испытательных машинах использовались тестовые приспособления, изготовленные для каждой конструкции платы. Эти проекты обычно назывались испытаниями на прочность, были дорогостоящими в изготовлении и требовали значительного времени и ресурсов для обслуживания. Одним из главных преимуществ этого метода тестирования было то, что оно проводилось очень быстро, всего за несколько минут, в зависимости от количества тестовых точек. Сегодня в моде тестеры с подвижными зондами или тестеры с летающими зондами (FP). Тестеры с летающими зондами очень универсальны и требуют минимального времени на настройку. Основным недостатком flying probe является время тестирования. Опять же, в зависимости от плотности платы время тестирования может составлять 30 минут на панель. Некоторые тестеры flying probe тестируют платы с помощью комбинации измерений сопротивления и емкости, что помогает сократить время тестирования. В целом, испытатели летающих зондов прошли долгий путь с момента своего создания и очень распространены в отрасли.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛАТ,

ИЗОБРАЖЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО СЛОЯ

Первым шагом при изготовлении многослойной печатной платы является изготовление внутренних слоев. Процесс изготовления внутреннего слоя начинается с переноса рисунка схемы на панель. Рисунки схемы переносятся на панель с помощью фотографического процесса с помощью фоторезиста, фотоинструмента и света высокой интенсивности. Фоторезист чувствителен к свету и полимеризуется под воздействием света. Первым шагом при изготовлении внутреннего слоя является очистка медной поверхности внутреннего слоя, а затем покрытие обеих сторон фоторезистом, также известным как сухая пленка. Затем инструмент "Фотография" выравнивается по панели, и изображение переносится с инструмента "фотография" на внутренний слой, подвергая сухую пленку воздействию яркого света через четкие участки фотографии Инструмент "ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ВНУТРЕННЕГО СЛОЯ ". В случае внутреннего слоя для печати и травления резист, который подвергается воздействию света, полимеризуется и сохраняется во время процесса проявления сухой пленки.

ВНУТРЕННИЙ СЛОЙ ПРОЯВЛЕНИЕ/ТРАВЛЕНИЕ/ОТДЕЛКА

После того, как внутренний слой будет обработан с обеих сторон, он будет обработан на линии проявки/травления/снятия ленты. Обычно это горизонтальная конвейерная машина длиной около 75 футов. Проявитель - это первый шаг, его единственная цель - удалить неполимеризованную сухую пленку, обнажив медь-основу. Следующий шаг - эфир, который растворяет незащищенную медь. Последним этапом является удаление полимеризованного резиста с помощью раствора с высоким pH.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ИНСПЕКЦИЯ (АОИ)

Внутренние слои обычно проверяются с помощью машин АОИ. Машина АОИ сканирует обе стороны внутреннего слоя по очереди, весь 

процесс занимает несколько минут. После сканирования каждой стороны оператор может 

просмотреть каждое отмеченное местоположение, чтобы убедиться в наличии проблемы. Как только внутренний слой будет принят, он отправляется в отдел ламинирования.

ЛАМИНИРОВАНИЕ

Перед ламинированием внутренние слои обрабатываются оксидом, который изменяет рельеф поверхности меди, чтобы повысить прочность сцепления препрега с медью. Слои собираются в стопку, при этом препрег используется в качестве связующего материала, а затем ламинируются. Процесс ламинирования заключается в склеивании панелей в вакууме при высоком давлении и высокой температуре. Каждый материал обладает своими уникальными реологическими свойствами, которые требуют определенных параметров ламинирования. Ключевыми параметрами являются нагрев, температура отверждения, время отверждения и давление.

БУРЕНИЕ

Сверление отверстий выполняется на различных типах станков с ЧПУ. Более простые платы можно сверлить на станках более старых конструкций, которые работают вполне удовлетворительно. Более сложные и плотные плиты обычно сверлят на станках новых конструкций, которые имеют шпиндели с более высокими оборотами, сверлят чрезвычайно быстро и намного точнее. Кроме того, они могут оснащаться поясом для инструментов, вмещающим тысячи инструментов, ПЗС-камерой для выравнивания панелей и устройством автоматической загрузки и выгрузки для повышения производительности. Панели имеют просверленные отверстия для соединения с внутренними слоями, сквозные отверстия для компонентов и монтажные отверстия.

МЕТАЛЛИЗАЦИЯ ОТВЕРСТИЙ

После сверления отверстия необходимо металлизировать, чтобы обеспечить электрическое соединение с внутренними слоями. Первым шагом в этом процессе является зачистка отверстий. Процесс зачистки предназначен для удаления любых следов смолы во время сверления, которые могут привести к электрической изоляции соединения с внутренним слоем или снизить прочность сцепления покрытия с внутренним слоем. Операция зачистки также очистит отверстие от рыхлого мусора и придаст рельефность стенкам отверстия для повышения адгезии исходного слоя металлизации. Вторым шагом является нанесение тонкого слоя меди или углерода на стенку отверстия, что позволит проводить последующие операции нанесения покрытия.

ИЗОБРАЖЕНИЕ ВНЕШНЕГО СЛОЯ

Перед нанесением гальванического покрытия изображение контура должно быть перенесено на внешние слои. На внешние слои наносится обратная обработка. Нежелательные участки будут закрыты резистом, и созданный рисунок будет виден.

ОТДЕЛКА ПОКРЫТИЯ

Существуют различные виды металлоконструкций и варианты нанесения покрытий. Наиболее распространенным является нанесение рисунка с помощью медной пластины, за которой следует оловянная пластина. Медь необходима для обеспечения надежности сквозных отверстий и проведения тока. Олово требуется в качестве резиста для травления при последующей операции травления. Толщина медного покрытия отверстий обычно составляет 0,001 дюйма, за которым следует лужение толщиной 0,0003 дюйма. Медь на сегодняшний день является наиболее распространенным металлом с покрытием из-за ее низкой стоимости, простоты контроля и хороших механических и электрических свойств.

ОЛОВЯНИЕ

Затем панели покрываются оловом, защищающим следы, накладки и отверстия от вытравливания при удалении ненужной меди.

РЕЗИСТИВНАЯ ПОЛОСКА/ТРАВЛЕНИЕ/ОЛОВЯННАЯ ПОЛОСКА

После нанесения гальванического покрытия с панели снимается фоторезист, который обнажает фоновую медь для травления. В процессе травления обнажившаяся медь вытравливается, а олово защищает следы меди сверху. На следах происходит небольшое повреждение боковых стенок, которое компенсируется CAM. После травления олово снимается, оставляя следы меди и покрытые металлом отверстия.

МАСКА ДЛЯ ПАЙКИ/УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Паяльная маска имеет несколько назначений, начиная от защиты следов во время сборки, определения контактных площадок во время пайки, электрической изоляции и защиты от воздействия окружающей среды. Паяльная маска и чернила для нанесения надписей бывают разных цветов и отделок, наиболее распространенными из которых являются зеленые. Паяльная маска обычно наносится методом просеивания или распыления. Наиболее распространенные паяльные маски можно увидеть на фотографиях. После нанесения паяльной маски на панель процесс экспонирования и проявки фоторезистов похож на процесс экспонирования сухих пленочных фоторезистов.

ОКОНЧАТЕЛЬНОЕ НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЯ

Окончательная отделка является ключом к защите открытых схем и монтажу компонентов на печатной плате. Когда-то наиболее распространенным способом отделки был пайка. Сегодня существует более десятка различных вариантов отделки, каждый из которых имеет свою нишу. Изменения в отделке были вызваны экологическими соображениями и увеличением плотности проводки. Некоторые из наиболее широко используемых отделочных материалов - это покрытие горячим воздушным припоем (HASL), не содержащее свинца, безэлектродное никелевое иммерсионное золото (ENIG), иммерсионное олово и органические покрытия.

ШЕЛКОГРАФИЯ

Чтобы получить условные обозначения, которые часто печатаются на печатных платах и струйных принтерах, нанесите их на плату шелкографией. Эти условные обозначения обычно содержат обозначения компонентов, настройки переключателей и другие указания, полезные при сборке, тестировании и обслуживании печатной платы.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ/ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ

Печатные платы любой сложности проходят электрические испытания по списку сеток. Список сеток идентифицирует каждую схему на плате. В зависимости от общего размера печатной платы, количества слоев и плотности схемы, очень часто используется пять тысяч сеток. После того, как платы пройдут электрические испытания, следующим этапом является окончательная проверка. Окончательная проверка, как правило, представляет собой визуальный осмотр на предмет косметических проблем и проверку отпечатков на плате, чтобы убедиться, что плата соответствует спецификациям заказчика. Окончательная проверка может проводиться на уровне AQL или при 100% проверке.

ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАЗГРОМ

На завершающей операции маршрутизации каждая плата или массив депанелируются. В случае более мелких деталей, которые находятся в массиве, каждая деталь почти полностью вырезается, за исключением нескольких отламывающихся выступов. Массив помогает в обработке и сборке более мелких плат.