Процесс производства печатных плат: как это происходит

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.

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.

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.

• Подробнее о методах испытания сборок PCB
• Подробнее об анализе отказов 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.

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.

• Перейти к части 2: Подход DFM при выборе материала печатных плат

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 .