Zbirke

Postopek izdelave PCB: kako nastajajo PCB

Postopek izdelave PCB: kako nastajajo PCB

Postopek izdelave PCB je zelo pomemben za vse, ki se ukvarjajo z elektronsko industrijo. Tiskana vezja, tiskana vezja, se zelo pogosto uporabljajo kot osnova za elektronska vezja. Tiskana vezja se uporabljajo za zagotavljanje mehanske osnove, na kateri je mogoče izdelati vezje. V skladu s tem skoraj vsa vezja uporabljajo tiskana vezja in so zasnovana in uporabljena v milijonskih količinah.

Čeprav so PCB danes osnova tako rekoč vseh elektronskih vezij, jih običajno jemljemo kot nekaj samoumevnega. Kljub temu tehnologija na tem področju elektronike napreduje. Velikosti gosenic se zmanjšujejo, število slojev na ploščah se povečuje, da se prilagodi zahtevani povečani povezljivosti, izboljšana pa so tudi oblikovna pravila, ki omogočajo upravljanje manjših SMT naprav in prilagoditev postopkov spajkanja, ki se uporabljajo v proizvodnji.

Postopek izdelave PCB je mogoče doseči na različne načine in obstaja več različic. Kljub številnim majhnim različicam so glavne faze v postopku izdelave PCB enake.

Sestavine PCB

Tiskana vezja, PCB, so lahko izdelana iz različnih snovi. Najbolj razširjena v obliki plošče na osnovi steklenih vlaken, znane kot FR4. To zagotavlja razumno stopnjo stabilnosti pri temperaturnih nihanjih in se ne poslabša slabo, hkrati pa ni predrago. Za poceni komercialne izdelke so za PCB na voljo tudi drugi cenejši materiali. Za visokozmogljive radiofrekvenčne zasnove, pri katerih je dielektrična konstanta podlage pomembna in so potrebne nizke stopnje izgub, lahko uporabimo tiskana vezja na osnovi PTFE, čeprav je z njimi veliko težje delati.

Za izdelavo tiskanega vezja s tirnicami za komponente najprej dobimo bakreno prevlečeno ploščo. Ta je sestavljen iz materiala podlage, običajno FR4, z bakreno oblogo, ki je običajno na obeh straneh. Ta bakrena obloga je sestavljena iz tanke plasti bakrene pločevine, pritrjene na ploščo. Ta vezava je običajno zelo dobra za FR4, toda sama narava PTFE to otežuje, kar otežuje obdelavo PTFE PCB-jev.

Osnovni postopek izdelave PCB

Naslednji korak z izbranimi in razpoložljivimi ploščami PCB je ustvariti potrebne plošče na plošči in odstraniti neželen baker. Proizvodnja PCB se običajno doseže s postopkom kemičnega jedkanja. Najpogostejša oblika jedkanice, ki se uporablja pri PCB, je železov klorid.

Da bi dobili pravilen vzorec skladb, se uporablja fotografski postopek. Običajno je baker na golih tiskanih vezjih prekrit s tanko plastjo fotoodpornosti. Nato je izpostavljen svetlobi skozi fotografski film ali fotomasko s podrobnimi podatki o zahtevanih skladbah. Na ta način se slika posnetkov prenese na foto-upor. S tem kompletom je foto-upor postavljen v razvijalec, tako da so v uporu zajeta le tista področja plošče, kjer so potrebne skladbe.

Naslednja faza postopka je namestitev tiskanih vezij v železov klorid, da se na njih najekajo mesta, kjer ni potreben tir ali baker. Ker poznamo koncentracijo železovega klorida in debelino bakra na plošči, ga položimo v jedkano peno, ki je potrebna. Če so tiskana vezja predolgo postavljena v jedkanico, se nekaj definicije izgubi, saj bo železov klorid ponavadi spodkopal foto-upor.

Čeprav večina plošč PCB izdeluje s fotografsko obdelavo, so na voljo tudi druge metode. Ena je uporaba specializiranega visoko natančnega rezkalnega stroja. Nato se s strojem krmili baker na tistih področjih, kjer baker ni potreben. Nadzor je očitno avtomatiziran in temelji na datotekah, ki jih ustvari programska oprema za oblikovanje tiskanih plošč. Ta oblika izdelave PCB ni primerna za velike količine, vendar je v mnogih primerih idealna možnost, ko so potrebne zelo majhne količine prototipov PCB.

Druga metoda, ki se včasih uporablja za prototip PCB, je tiskanje na PCB črnila, odpornega proti jedkanju, s postopkom sita za sitanje.

Večslojna tiskana vezja

S povečevanjem kompleksnosti elektronskih vezij ni vedno mogoče zagotoviti vse potrebne povezave z uporabo samo obeh strani PCB-ja. To se pogosto zgodi, ko se načrtujejo gosti mikroprocesor in druge podobne plošče. V tem primeru so potrebne večplastne plošče.

Izdelava večplastnih tiskanih vezij, čeprav uporablja enake postopke kot za enoslojne plošče, zahteva bistveno večjo stopnjo natančnosti in nadzora proizvodnega procesa.

Plošče so narejene z uporabo veliko tanjših posameznih plošč, po ena za vsak sloj, ki se nato povežejo, da nastane celotna PCB. Ko se število slojev povečuje, se morajo posamezne plošče tanjšati, da preprečimo, da bi končni PCB postal predebel. Poleg tega mora biti registracija med plastmi zelo natančna, da se zagotovi, da se luknje poravnajo.

Za lepljenje različnih slojev se plošča segreva, da se vezni material strdi. To lahko privede do nekaterih težav z osnovo. Velike večplastne plošče imajo lahko izrazito osnovo na sebi, če niso pravilno oblikovane. To se lahko zgodi zlasti, če je na primer ena od notranjih plasti močnostna ali talna ravnina. Čeprav je to samo po sebi v redu, če je treba na nekaterih razumno pomembnih območjih ostati brez bakra. To lahko v PCB povzroči seve, ki lahko povzročijo upogibanje.

Luknje in vijaki iz PCB

V PCB-ju so potrebne luknje, ki se pogosto imenujejo skozi luknje ali luknje, da povežejo različne plasti na različnih točkah. Luknje bodo morda potrebne tudi za omogočanje namestitve svinčenih komponent na PCB. Poleg tega bodo morda potrebne nekatere pritrdilne luknje.

Običajno imajo notranje površine lukenj bakreno plast, tako da električno povezujejo plasti plošče. Te "prevlečene skozi luknje" so izdelane s postopkom prevleke. Na ta način je mogoče povezati plasti plošče.

Vrtanje nato izvedemo s pomočjo numerično krmiljenih vrtalnih strojev, podatke dobimo iz programske opreme za načrtovanje PCB CAD. Omeniti velja, da lahko zmanjšanje števila različnih velikosti lukenj pomaga zmanjšati stroške izdelave PCB.

Morda bo potrebno, da bodo nekatere luknje obstajale samo v središču plošče, na primer, ko je treba povezati notranje plasti plošče. Te "slepe vije" se izvrtajo v ustrezne plasti, preden se plasti PCB povežejo.

Spajkanje PCB in spajkanje

Ko je PCB spajkana, je treba območja, ki jih ni treba spajkati, zaščititi s plastjo tistega, kar imenujemo spajkanje. Dodatek tega sloja pomaga preprečiti neželene kratke stike na ploščah PCB, ki jih povzroča spajka. Spajkalni upor je običajno sestavljen iz polimerne plasti in ščiti ploščo pred spajkanjem in drugimi nečistočami. Barva spajkalnega upora je običajno temno zelena ali rdeča.

Da bi komponente, dodane na ploščo, bodisi svinčene bodisi SMT, zlahka spajkale na ploščo, so izpostavljeni deli plošče običajno "pokositreni" ali prevlečeni z spajkanjem. Občasno so deske ali površine desk lahko pozlačene. To lahko velja, če je treba za robne povezave uporabiti nekaj bakrenih prstov. Ker zlato ne bo zatemnilo in ponuja dobro prevodnost, zagotavlja dobro povezavo po nizki ceni.

Sitotisk iz PCB

Pogosto je treba natisniti besedilo in na tiskano vezje položiti druge majhne natisnjene idente. To lahko pomaga pri identifikaciji plošče in tudi pri označevanju mest komponent za lažje odkrivanje napak itd. Silk screen, ustvarjen s programsko opremo za načrtovanje PCB, se uporablja za dodajanje oznak na ploščo po drugih proizvodnih postopkih za golo ploščo so zaključeni.

Prototip PCB

Kot del katerega koli razvojnega procesa je običajno priporočljivo izdelati prototip, preden se lotite popolne proizvodnje. Enako velja za tiskana vezja, kjer se prototip PCB običajno izdela in preizkusi pred popolno proizvodnjo. Običajno je treba prototip PCB izdelati hitro, saj je vedno potreben zaključek faze zasnove strojne opreme pri razvoju izdelka. Ker je glavni namen prototipa PCB preizkusiti dejansko postavitev, je pogosto sprejemljivo uporabiti nekoliko drugačen postopek izdelave PCB, saj bo potrebna le majhna količina prototipov plošč PCB. Vendar je vedno pametno, da se čim bolj približamo končnemu postopku izdelave tiskanih vezij, da zagotovimo nekaj sprememb in nekaj novih elementov v končno tiskano vezje.

Postopek izdelave PCB je bistveni element življenjskega cikla proizvodnje elektronike. Izdelava PCB uporablja številna nova tehnološka področja, kar je omogočilo pomembne izboljšave tako pri zmanjševanju velikosti uporabljenih komponent in gosenic kot tudi pri zanesljivosti plošč.


Poglej si posnetek: PCB Solder Trainer. Voltlog #328 (Januar 2022).