Процесс производства печатных плат: как это происходит

Закарайа Петерсон
|  Создано: 21 Июня, 2022  |  Обновлено: 1 Июля, 2024
Процесс производства печатных плат

Прежде чем начинать проектирование с учетом технологических требований, важно понимать процесс, лежащий в основе изготовления физической печатной платы (PCB). Хотя на разных объектах используются разные технологии, большая часть ведущих отраслевых производителей следует определенным этапам, в ходе которых ваш проект из чертежа САПР преобразуется в реальную плату.

Стандартный процесс производства PCB подразумевает конкретную последовательность шагов, которые необходимо знать и понимать конструкторам. Зная этапы производственного процесса, гораздо легче обнаружить ошибки в конструкции PCB, которые создают риск производственных сбоев, требующих отбраковки платы. Каждый разработчик должен реализовать этапы проектирования с учетом технологических требований (Design for Manufacturing, DFM), чтобы изготовление и сборка печатной платы были возможны где угодно.

В этой статье в рамках нашего ознакомительного курса по производству PCB мы рассмотрим основы, которые необходимо знать конструкторам. Сначала мы кратко рассмотрим процесс изготовления пустой PCB-платы без элементов. Далее мы рассмотрим процесс сборки PCB, в ходе которого к плате припаиваются компоненты, а затем следуют ее итоговые испытания и проверка. Проектирование с учетом требований сборки (Design for Assembly, DFA) — это набор методов проектирования, которые гарантируют возможность сборки компонентов, и, как и в случае с изготовлением пустой платы, конструкторы обязательно должны ознакомиться с процессом сборки PCB.

Стандартный процесс изготовления PCB

Изготовление PCB подразумевает получение пустой платы, травление, сверление и чистовую обработку. В таблице ниже приведен стандартный набор этапов, используемых для производства многослойных PCB. Этот процесс начинается с предоставления полного набора технических требований и исходного ламината, а заканчивается изготовлением платы, полностью готовой к сборке.

Шаг 1.

  • Передача данных от клиента
  • Подготовка данных
  • Сердечники/ламинат

Шаг 2.

  • Защитное покрытие на основе твердой пленки

Шаг 3.

  • Размещение графики
  • Облучение панелей ультрафиолетовым светом
  • Проявление панелей (удаление резиста)

Шаг 4.

  • Травление

Шаг 5.

  • Зачистка резиста

Шаг 6.

  • Оксидное покрытие

Шаг 7.

  • Многослойная ламинация
  • Первичное сверление

Шаг 8.

  • Снятие заусенцев и очистка
  • Обезжиривание
  • Отложение меди

Шаг 9.

  • Покрытие фоторезистом на основе твердой пленки

Шаг 10.

  • Облучение и проявление

Шаг 11.

  • Применение медного клише (гальваническое покрытие)

Шаг 12.

  • Зачистка резиста

Шаг 13.

  • Травление

Шаг 14.

  • Нанесение паяльной маски и затвердение

Шаг 15.

  • Применение чистовой отделки

Шаг 16.

  • Трафаретная печать текста и затвердение

Шаг 17.

  • Разделение платы

После окончательного затвердения платы изготовитель начинает процедуру электрических испытаний на основе контрольных точек, указанных вами в разводке PCB. Электрические испытания на этапе изготовления обычно включают тестирование непрерывности, в котором проверяются разомкнутые контуры и короткие замыкания между различными узлами, указанными в вашей таблице соединений PCB. Все платы, прошедшие этот процесс проверки, считаются завершенными и передаются на сборку.

В процессе изготовления PCB может возникнуть множество дефектов. Чаще всего они возникают на этапах травления, сверления и применения клише. Некоторые из возможных дефектов и их возможные решения приведены в таблице ниже.

Дефект

Возможная причина

Перекрывающиеся попадания сверла

  • Сквозные отверстия расположены слишком близко друг к другу.
  • Зеркальные отверстия в данных сверления Gerber

Непредвиденные короткие замыкания

  • Металлизированные отверстия расположены слишком близко к другим проводникам.
  • Мелкий шаг между медными элементами.
  • Дефект «зазор в 1 мил».

Отделение дорожки от контактной площадки

Удаление паяльной маски

  • Из-за слишком большого зазора перед паяльной маской образуются ее обрывки.

Расслоение контактной площадки

  • Используется контактная площадка, не определенная паяльной маской (NSMD), вместо определенной (SMD).
  • Используются слишком высокие температуры обработки наружных слоев при тонкой меди.

Открытое (незаполненное) сквозное отверстие в контактной площадке

  • Чтобы использовать конструкцию со сквозными отверстиями в контактной площадке, необходимо указывать в них заполнение и покрытие.

Нечитаемый трафаретный текст.

  • Трафаретный текст слишком мелкий.
  • Печать трафаретов слишком близко друг к другу.
  • Слишком толстые линии трафарета.

Пропуск испытания разомкнутых контуров или коротких замыканий.

  • Контрольные точки не указаны должным образом.
  • Контрольные точки указаны на внутренних слоях.

 

Когда конструкция будет изготовлена и пройдет электрические испытания, для обеспечения качества плата может быть подвергнута дополнительному ряду испытаний. Сюда обычно входят механические испытания или испытания на воздействие среды, позволяющие убедиться, что процесс изготовления пустой платы не повреждает никакие материалы или травленые элементы PCB.

Стандартный процесс сборки PCB

Сборка печатной платы предполагает размещение компонентов с помощью автоматизированного оборудования (машины-манипулятора) и последующий автоматизированный процесс пайки. Основными автоматизированными методами пайки в процессе сборки PCB являются:

  • волновая пайка, используемая с компонентами со сквозными отверстиями;
  • пайка оплавлением, используемая с SMD-компонентами;
  • селективная пайка (автоматизированная версия ручной пайки).

На объектах, осуществляющих большие объемы сборки печатных плат, ручная пайка не применяется, кроме случаев крайней необходимости. Причиной является ее значительная длительность и большой разброс результатов из-за разного уровня квалификации работников.

После завершения процесса пайки и получения готовой PCB плата инспектируется с помощью автоматизированного оборудования и очищается от любых остатков (особенно флюса) перед упаковкой и поставкой. Готовые PCB в сборе также могут проходить собственный процесс проверки и испытаний для выявления плат, у которых возможен преждевременный выход из строя. Эти ускоренные испытания ресурса включают подвергание PCB в сборе сверхвысоким температурам, давлению, механическому и электрическому напряжению для установления эксплуатационных пределов устройства. Когда они будут определены, потребуется модифицировать параметры обработки или конструкцию платы, чтобы обеспечить надежность конструкции и конечного продукта в долгосрочной перспективе.

Процесс сборки PCB

Самый простой способ обеспечить соответствие вашего проекта стандартным требованиям DFM/DFA — воспользоваться правилами проектирования печатных плат. Вы можете настроить определенные наборы правил в модуле проверки правил проектирования (DRC) своего программного обеспечения, чтобы гарантировать отсутствие типичных дефектов производства PCB в вашей конструкции. Обязательно задайте требования DFM/DFA в своих правилах проектирования, прежде чем приступить к разводке печатной платы.

При разработке PCB в рамках DFM-подхода начать процесс следует с выбора материалов для создания слоев печатной платы. Выбор материала может иметь значение для DFM в некоторых специализированных изделиях, таких как высокочастотные конструкции и высоковольтные PCB. Убедитесь, что вы понимаете обширный спектр свойств материалов PCB и то, как они влияют на производство.

Когда вы будете готовы приступить к проектированию и захотите обеспечить соответствие всем требованиям DFM, используйте функции проектирования и разводки в Altium Designer®. Когда ваш проект будет готов к тщательной проверке и производству, вы сможете обменяться данными с коллегами в реальном времени на платформе Altium 365™. Команды разработчиков могут использовать Altium 365 для обмена производственными данными, файлами проектов и анализом проектов через защищенную облачную платформу и в Altium Designer.

Мы лишь поверхностно рассмотрели некоторые возможности Altium Designer на Altium 365. Начните использование бесплатной пробной версии Altium Designer + Altium 365 сегодня .

Об авторе

Об авторе

Закарайа Петерсон (Zachariah Peterson) имеет обширный технический опыт в научных кругах и промышленности. До работы в индустрии печатных плат преподавал в Портлендском государственном университете. Проводил магистерское исследование на хемосорбционных газовых датчиках, кандидатское исследование – по теории случайной лазерной генерации. Имеет опыт научных исследований в области лазеров наночастиц, электронных и оптоэлектронных полупроводниковых приборов, систем защиты окружающей среды и финансовой аналитики. Его работа была опубликована в нескольких рецензируемых журналах и материалах конференций, и он написал сотни технических статей блогов по проектированию печатных плат для множества компаний.

Связанные ресурсы

Связанная техническая документация

Вернуться на главную
Thank you, you are now subscribed to updates.