מה שאתה צריך לדעת על תהליך ייצור PCB

ה-PCB מכיל בעיקר את החלקים הבאים:

• רפידה: חור מתכת המשמש להלחמת פינים של רכיבים.
• דרך: חור מתכת המשמש לחיבור פינים של רכיבים בין שכבות.
• חור הרכבה: משמש לתיקון המעגל המודפס.
• חוט: סרט הנחושת של רשת החשמל המשמש לחיבור הפינים של הרכיבים.
• מחברים: רכיבים המשמשים לחיבור בין לוחות מעגלים.
• מילוי: ציפוי נחושת לרשת חוטי הארקה, שיכול להפחית ביעילות את העכבה.
• גבול חשמלי: משמש לקביעת גודל המעגל, כל הרכיבים בלוח אינם יכולים לחרוג מהגבול.

ישנם שלושה סוגים של מבנה PCB:

• PCB חד-שכבתי:

• ישנם חוטי נייר נחושת רק בצד אחד של המעגל, וללא חוטי נייר נחושת בצד השני. המעגל של מוצרים אלקטרוניים מוקדמים היה פשוט. צריך רק צד אחד לחיבור והולכה, ויכול למקם את השביל בצד השני ללא רדיד נחושת.

• PCB דו-שכבתי:

• ישנם חוטי נייר נחושת משני צידי המעגל. והנתיבים של החלק הקדמי והאחורי יכולים להתחבר זה לזה באמצעות דרך. מכיוון שניתן לחבר את שני הצדדים באמצעות חוט, השטח השמיש הוא פי שניים מזה של פאנל בודד, המתאים יותר למוצרים עם מעגלים מורכבים. בעיצוב, החלקים ממוקמים בצד הקדמי, בעוד הצד האחורי הוא משטח הריתוך של רגלי החלק.

• PCB רב שכבתי:

• בדרך כלל על ידי שימוש במספר לוחות דו-צדדיים חרוטים לייצור PCB רב-שכבתי. ערימת שכבת בידוד (Prepreg) בין הלוחות והנחת נייר נחושת משני צידי השכבה החיצונית ולאחר מכן הצמדתם. מאחר והשתמש במספר לוחות דו-צדדיים ללחיצה, מספר השכבות הוא בדרך כלל מספר זוגי. שכבת רדיד הנחושת הנלחצת פנימה יכולה להיות שכבה מוליכה, שכבת אות, שכבת כוח או שכבת קרקע. בתיאוריה, הלוח הרב-שכבתי יכול להגיע ליותר מ-50 שכבות, אך אזור היישום המעשי הוא כיום כ-30 שכבות.

PCB מאוד תכליתי. לרוב המוצרים האלקטרוניים יש מעגלים מודפסים, החל מרכיבי מחשב (מקלדות, עכברים, לוחות אם, כוננים אופטיים, דיסקים קשיחים, כרטיסים גרפיים) ועד מסכי LCD, טלוויזיות, טלפונים ניידים וטלפון, שעון אלקטרוני, מצלמה דיגיטלית, ניווט לווייני, מחשב כף יד. …) הם כמעט חלק מהחיים.

עקרון העבודה של PCB:

סוג בסיסי מאוד של לוח מעגלים מודפס הוא חומר מבודד שטוח וקשיח עם מבנים מוליכים דקים המודבקים לצד אחד. מבנים מוליכים אלו מייצרים תבניות גיאומטריות המורכבות ממלבנים, עיגולים וריבועים. השתמש במלבנים ארוכים ודקים כחיבורים (זה שווה ערך לחוטים), והשתמש בצורות שונות כנקודות חיבור לרכיבים.

הפיתוח העתידי של PCB:

עם ההתפתחות המהירה של תעשיית המחשבים, ציוד התקשורת, האלקטרוניקה והרכב. גם תעשיית ה-PCB השיגה התפתחות מהירה. עם הפיתוח של מוצרי מעגלים מודפסים, הדרישות לחומרים חדשים, טכנולוגיות חדשות וציוד חדש הולכות וגדלות. בעתיד, תעשיית החומרים החשמליים המודפסים צריכה לשים לב יותר לשיפור הביצועים והאיכות תוך הרחבת התפוקה שלה; תעשיית הציוד המיוחד למעגלים מודפסים היא כבר לא חיקוי ברמה נמוכה, אלא לפיתוח אוטומציה של ייצור, דיוק, רב תפקודי וציוד מודרני.. ייצור ה-PCB משלב את טכנולוגיות ההיי-טק העולמיות. טכנולוגיית ייצור המעגלים המודפסים תאמץ טכנולוגיות חדשות כגון הדמיה רגישות לאור נוזל, ציפוי ישיר, ציפוי דופק ולוחות רב-שכבתיים.

תהליך ייצור PCB

קרוב יותר לבית, עכשיו בואו נסתכל על תהליך ייצור PCB.

ייצור PCB הוא מאוד מסובך. ניקח לדוגמא לוח מודפס בן ארבע שכבות. תהליך הייצור כולל בעיקר פריסת PCB, ייצור לוח ליבה, העברת פריסת PCB פנימית, ניקוב ובדיקה של לוח ליבה, למינציה. קידוח וקיר חור משקעים כימיים נחושת, העברת פריסת PCB חיצונית, תחריט PCB חיצוני ועוד שלבים.

1. פריסת PCB

השלב הראשון בייצור PCB הוא לארגן ולבדוק את פריסת ה-PCB. המפעל לייצור PCB מקבל את קבצי ה-CAD מחברת עיצוב PCB. מכיוון שלכל תוכנת CAD יש פורמט קובץ ייחודי משלה. מפעל ה-PCB ימיר אותו לפורמט אחיד-Extended Gerber RS-274X או Gerber X2. לאחר מכן, מהנדס המפעל יבדוק אם פריסת ה-PCB תואמת את תהליך הייצור. והאם יש פגמים ובעיות אחרות.

2. ייצור לוח ליבה

נקה את הלמינציה המצופה נחושת. אם יש אבק, זה עלול לגרום לקצר או שבירה של המעגל הסופי. PCB בן 8 שכבות מורכב למעשה מ-3 למינטים מצופים נחושת (לוחות ליבה) בתוספת 2 סרטי נחושת, ולאחר מכן מודבקים יחד עם prepregs. רצף הייצור הוא להתחיל עם לוח הליבה האמצעית (4 ו-5 שכבות של מעגלים), להערם ברציפות, ואז לתקן. הייצור של PCB 4-שכבתי דומה, למעט שימוש רק בלוח ליבה אחד ושני סרטי נחושת.

3. העברת פריסת PCB פנימית

ראשית, צור את המעגל הדו-שכבתי של לוח הליבה האמצעית. לאחר ניקוי הלמינציה המצופה נחושת, סרט רגיש לצילום יכסה על פני השטח. סרט זה יתמצק בעת חשיפה לאור. יוצרים סרט מגן על רדיד הנחושת של הלמינציה המצופה נחושת. סרט פריסת ה-PCB הדו-שכבתי והרבד המצופה נחושת דו-שכבתי הוכנסו לאחר מכן לסרט פריסת ה-PCB העליון כדי להבטיח את מיקום הערימה של סרטי פריסת ה-PCB העליון והתחתון.

המכונה הרגישה לאור מקרינה את הסרט הרגיש לאור על גבי רדיד הנחושת באמצעות מנורת UV. הסרט הרגיש לאור נרפא מתחת לסרט המעביר אור, ועדיין אין סרט רגיש לאור נרפא מתחת לסרט האטום. רדיד הנחושת המכוסה מתחת לסרט הרגיש לאור שנרפא הוא מעגל פריסת ה-PCB הנדרש, המקביל לתפקוד של דיו מדפסת הלייזר של ה-PCB הידני. לאחר מכן השתמש בלוב כדי לנקות את הסרט הרגיש לאור שלא נרפא. ומעגל רדיד הנחושת הנדרש יכוסה על ידי הסרט הרגיש לאור שנרפא. לאחר מכן השתמש באלקלי חזק, כגון NaOH, כדי לחרוט את רדיד הנחושת המיותר.

4. ניקוב ובדיקה של לוח ליבה

הפיק את לוח הליבה בהצלחה. לאחר מכן חוררו חורי יישור על לוח הליבה כדי להקל על היישור עם חומרים אחרים. לאחר לחיצה על לוח הליבה יחד עם שכבות אחרות של PCB, לא ניתן לשנות אותו, ולכן בדיקה חשובה מאוד. המכונה תשווה אוטומטית עם ציור פריסת ה-PCB כדי לבדוק אם יש שגיאות.

5. למינציה

דרוש כאן חומר גלם חדש, הנקרא prepreg. זהו הדבק בין לוח הליבה ללוח הליבה (שכבות PCB>4). כמו גם לוח הליבה ורדיד הנחושת החיצוני, שגם הוא משחק תפקיד בבידוד. כדי לתקן את נייר הנחושת התחתון ואת שתי שכבות ה-prepreg מראש. דרך חור היישור ולוח הברזל התחתונה, ולאחר מכן הנח את לוח הליבה המוגמר בחור היישור. ולבסוף שתי השכבות של פרפרג, שכבה של רדיד נחושת ושכבה של לוח אלומיניום נושאת לחץ מכסה את לוח הליבה.

הנח את לוח ה-PCB מהודק על ידי לוחית הברזל על התמיכה. ולאחר מכן נשלח למכבש חום ואקום עבור למינציה. הטמפרטורה הגבוהה במכבש החם בוואקום יכולה להמיס את שרף האפוקסי ב-prepreg ולקבע את לוחות הליבה ורדיד הנחושת יחד בלחץ. לאחר השלמת הלמינציה, הסר את לוחית הברזל העליונה הלוחצת על ה-PCB. לאחר מכן הסר את לוחית האלומיניום נושאת הלחץ. על לוח האלומיניום מוטלת גם האחריות לבודד PCBs שונים ולהבטיח את החלקות של רדיד הנחושת החיצוני של ה-PCB. שני הצדדים של ה-PCB שהוצאו בשלב זה, שכבה של רדיד נחושת חלק תכסה את ה-PCB.

6. קידוח

כדי לחבר 4 שכבות של רדיד נחושת ללא מגע ב-PCB, תחילה קדחו דרך החורים העוברים כדי לפתוח את ה-PCB, ולאחר מכן מטאל את קירות החור כדי להוליך חשמל. השתמש במכונת קידוח רנטגן כדי לאתר את לוח הליבה הפנימי. המכונה תמצא ותאתר באופן אוטומטי את החור בלוח הליבה. ולאחר מכן חורר את חור המיקום על ה-PCB כדי להבטיח שהחור הבא נקדח ממרכז החור. שים שכבה של צלחת אלומיניום על מכונת האגרוף, ולאחר מכן שים עליה את ה-PCB.

על מנת לשפר את היעילות, לפי מספר שכבות ה-PCB, ערימה של 1 עד 3 לוחות PCB זהים יחד לניקוב. לבסוף, כסה את ה-PCB העליון בשכבת צלחת אלומיניום. השתמש בשכבות העליונות והתחתונות של צלחת אלומיניום כדי למנוע מרדיד הנחושת שעל ה-PCB להיקרע כאשר המקדחה קודחת פנימה והחוצה. בתהליך הלמינציה הקודם, האפוקסי המותך נסחט מתוך ה-PCB, ולכן צריך לחתוך אותו. מכונת כרסום הפרופיל חותכת את היקפי שלה בהתאם לקואורדינטות ה-XY הנכונות של ה-PCB.

7. משקעים כימיים נחושת על דופן החור

מכיוון שכמעט כל עיצובי ה-PCB משתמשים בניקובים כדי לחבר שכבות שונות של קווים. חיבור טוב דורש סרט נחושת של 25 מיקרון על דופן החור. עובי סרט הנחושת צריך להשלים על ידי ציפוי אלקטרוניקה. אבל קיר החור מורכב משרף אפוקסי לא מוליך ולוח סיבי זכוכית. אז הצעד הראשון הוא להפקיד שכבה של חומר מוליך על דופן החור. ויוצרים סרט נחושת בגודל 1 מיקרון על כל משטח ה-PCB על ידי שקיעה כימית, כולל קיר החור. השתמש במכונה כדי לשלוט על כל התהליך כגון טיפול כימי וניקוי.

8. העברת פריסת PCB חיצונית

לאחר מכן, פריסת ה-PCB של השכבה החיצונית תעבור לרדיד הנחושת. התהליך דומה לעקרון ההעברה הקודם של פריסת ה-PCB של לוח הליבה הפנימית. העברת פריסת ה-PCB לרדיד הנחושת על ידי צילום סרט וסרט רגיש לאור. ההבדל היחיד הוא ישתמש בסרטים חיוביים בתור הלוח. העברת פריסת ה-PCB הפנימית משתמשת בשיטת החיסור, ותשתמש בסרט השלילי בתור הלוח. כסה את ה-PCB עם סרט רגיש לאור נרפא כמעגל, ונקה את הסרט הרגיש לאור שלא נרפא. לאחר צריבה של נייר הנחושת החשוף, הסרט הרגיש לאור שנרפא יגן על מעגל פריסת ה-PCB. העברת פריסת ה-PCB החיצונית מאמצת את השיטה הרגילה, ומשתמשת בסרט החיובי כלוח. הסרט הרגיש לאור נרפא מכסה את האזור הלא-מעגלי על ה-PCB.

לאחר ניקוי הסרט הרגיש לאור שלא נרפא, מתבצעת ציפוי אלקטרוניקה. אין לבצע ציפוי חשמלי במקום שבו יש סרט. ובמקום שאין סרט, קודם ציפוי נחושת ואחר כך ציפוי פח. לאחר הסרת הסרט מתבצעת תחריט אלקליין ולבסוף מסירים את הפח. דפוס המעגל נשאר על הלוח מכיוון שהוא מוגן על ידי פח. מהדקים את ה-PCB עם מלחציים, ומלטים את הנחושת. כפי שהוזכר קודם לכן, על מנת להבטיח שהחורים יהיו בעלי מוליכות מספקת, סרט הנחושת המצופה על קירות החורים חייב להיות בעובי של 25 מיקרון. אז המחשב ישלוט אוטומטית בכל המערכת כדי להבטיח את הדיוק שלה.

9. תחריט PCB חיצוני

בשלב הבא, פס ייצור אוטומטי מלא משלים את תהליך התחריט. ראשית, נקה את הסרט הרגיש לאור המתרפא על ה-PCB. לאחר מכן השתמש באלקלי חזק כדי לנקות את רדיד הנחושת המיותר המכוסה בו. לאחר מכן השתמש בתמיסת הפשטת הפח כדי להפשיט את ציפוי הפח על נייר הנחושת של פריסת ה-PCB. לאחר הניקוי, פריסת ה-PCB בת 4 השכבות הושלמה. תהליך הייצור של PCB מסובך יותר, והוא כולל מגוון רחב של תהליכים. מעיבוד מכני פשוט ועד לעיבוד מכני מורכב, תגובות כימיות נפוצות, תהליכים פוטוכימיים, אלקטרוכימיים, תרמוכימיים ואחרים, תכנון CAM בעזרת מחשב. ועוד היבטים רבים של ידע.

יתרה מכך, ישנן בעיות תהליכיות רבות בתהליך הייצור וייתקלו בכמה בעיות חדשות מעת לעת. חלק מהבעיות נעלמות מבלי לגלות את הסיבה. תהליך הייצור הוא צורת פס ייצור לא רציף. אז כל בעיה בכל קישור תגרום לכל הקו להפסיק את הייצור ולהשלכות של גריטה המונית.