Pcb'ler Nasıl Üretilir?

PCB üretimi, Gerberler ve ağ listeleri dahil olmak üzere tasarım dosyalarını bileşenlerin yerleştirilip lehimlenebileceği fiziksel devre kartlarına dönüştürmeyi içerir.

Üretim süreci, tasarım çıktı dosyalarıyla (Gerberler, ağ listeleri, matkap dosyaları, vb.) başlar. Bu çıktı dosyaları, ürün konseptlerinin geliştirilmesi, şematik girdi, yerleşim tasarımı ve dosya oluşturma dahil olmak üzere tasarım aşamasında oluşturulur. Bir sonraki aşama, devre kartlarının imalatını ve montajını içerir.

Aşağıdaki akış şeması, PCB imalatında yer alan adımları göstermektedir.

A. Tasarım ve Pano Çıktı Dosyaları

Tasarım dosyalarını PCB tasarımcısından aldıktan sonra, üretim hızla başlar. Tasarımcılar, üretim için Gerber veya ODB plus plus formatında çıktı dosyaları oluşturur ve montaj için malzeme listeleri (BOM'ler) oluşturur.

Üreticiler, üretim sürecinde ortaya çıkabilecek potansiyel riskleri ve hataları belirlemek için DFM denetimleri gerçekleştirir. Bir şeyler ters giderse tasarımcılar/müşteriler uyarılır. Düzeltilen dosya daha sonra resim katmanlarının formatını, sondaj verilerini, IPC ağ listesini tanımak ve elektronik verileri bir görüntüye dönüştürmek için bir CAM (Bilgisayar Destekli Üretim) sistemine beslenir. Ayrıca katman sırasını doğrular, Tasarım Kuralı Kontrollerini (DRC) çalıştırır ve başka pek çok şey yapar.

Tüm katmanlar, girdi olarak bir Gerber dosyası kullanılarak analiz edilir. İstifleme planı da buna göre ilerleyecektir. Daha sonra CAM, çeşitli üretim departmanları için çıktı dosyaları oluşturacaktır. Çıktı dosyaları, delme programlarını (alt ve ana delme delikleri), görüntüleme katmanlarını, lehim maskesi dosyası çıktısını, yönlendirme dosyalarını ve IPC ağ listelerini içerir.

B. İç Katman Görüntüleme

Üreticiler minyatürleştirme nedeniyle çoğunlukla LDI (Lazer Doğrudan Görüntüleme) kullanırlar. Ayrıca, devre görüntülerini basmak için devre katmanlarının, lehim maskesinin ve serigrafi katmanlarının fotoğrafik filmlerini yapan çizici adı verilen özel bir yazıcı kullandılar. Panel, fotorezist adı verilen ışığa duyarlı bir filmden oluşur. Fotorezistler, ultraviyole ışığa maruz kaldığında polimerleşen bir fotoreaktif kimyasal tabakası içerir. Panel artık bilgisayar kontrollü lazer altında. Bilgisayar, devre kartının yüzeyini tarar ve onu dijital bir görüntüye dönüştürür. Bu dijital görüntü, gerekli görüntü özelliklerini içeren önceden yüklenmiş bir CAD/CAM tasarım dosyasıyla eşleştirilir. Aynı şekilde iç katmanda da negatif bir görüntü oluşur.

LDI'nin süreç akışı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:

Görüntüyü geliştirdikten sonra, sertleşmemiş fotorezist (koruma için gereken bakır) bir alkali çözelti ile çıkarılır.

C. Aşındırma

PCB üretiminde aşındırma, karttan istenmeyen bakırın (Cu) çıkarılması işlemidir. İstenmeyen bakır devre dışı bakırdan başka bir şey değildir. Sonuç olarak, istenen bir devre modeli elde edilir.

Devre kartı üreticileri tipik olarak ıslak aşındırma işlemlerini kullanır. Islak dağlamada, istenmeyen malzemeler kimyasal çözeltilere daldırıldığında çözünür.

Aşındırma işlemi sırasında dikkate alınması gereken önemli parametreler, panelin hareket ettirilme hızı, kimyasalların püskürtülmesi ve dağlanacak bakır miktarıdır. Tüm süreç, konveyör tipi yüksek basınçlı püskürtme odasında gerçekleştirilir.

D. Fotorezist Sıyırma

Bu işlem sırasında, kalan fotodirenç bakırdan kazınır. İşlem, fotodirenci yok eden aşındırıcı parçacıkları (kimyasal maddeler) suda çözmek için yüksek basınçlı suyla durulamayı içerir.

E. Muayene ve aşındırma işleminden sonra zımbalama

Tüm katmanlar temiz ve hazır olduğunda, üretici, katmandan katmana daha iyi hizalama için iç katmanlarda sağlanan hedefleri kullanarak hizalama delikleri açtığından emin olur. Katmanlar, hassas iç ve dış katman hizalaması elde etmek için bir optik zımbaya yerleştirilir.

Bu yöntemde inceleme, devre kartının yüzeyinin görsel olarak taranmasıyla gerçekleştirilir. Devre kartı, bir veya daha fazla yüksek çözünürlüklü kameranın kullanıldığı çeşitli ışık kaynaklarıyla aydınlatılır. Bir AOI (Otomatik Optik Muayene) sistemi, doğrulama için kartın eksiksiz bir görüntüsünü bu şekilde oluşturur.

F. Kahverengi oksit kaplama

Burada bakır devre deseni, laminasyondan sonra iç katmanların oksidasyonunu ve korozyonunu önlemek için kahverengi oksitle kaplanır. Ek olarak, prepreglerle yapıştırma için daha iyi bağlanma özellikleri sağlar.

G. Laminasyon

Laminasyon, prepreg, bakır folyo ve iç çekirdeğin kontrollü sıcaklık ve basınç altında simetrik bir yığın halinde yapıştırılması işlemidir. Bu iki aşamalı bir süreçtir:

Yığın hazırlama

Yapıştırma

Çok katmanlı levhalar bakır folyo, prepreg ve iç çekirdekten yapılmıştır. Bunlar ısı ve basınç uygulanarak bir arada tutulur. Daha iyi yapıştırma için, hem sıcak hem de soğuk presleme için mekanik presler kullanılır. Bağlayıcı bilgisayar yığını ısıtma, basınç uygulama ve yığının kontrollü bir hızda soğumasını sağlama sürecini yönetir.

Aşağıdaki diyagram, LDI sürecini özetlemektedir:

H. Sondaj

Delme işlemi sırasında açık delikler ve kurşun bileşenler için delikler açın. X-ışını matkabı, hedefi iç katmanda bulur. Makine, pilot delikleri hassas bir şekilde deler. Makine, operatörün belirli bir delme programı seçebileceği bilgisayar kontrollüdür. XY koordinatlarını doğru yönde konumlandırır. Çapı 100 mikrona kadar olan delikler açılabilir. Makine ayrıca doğru boyuttaki matkabı seçebilir ve buna göre çalışabilir.

Delme delikleri, yaygın olarak çapak adı verilen yükseltilmiş metal uçları oluşturur. Çapak alma işlemi, devre kartının yüzeyindeki tüm çapakları veya safsızlıkları giderir.

1. Akımsız bakır kaplama

Galvanik kaplama işlemindeki ilk adım, delik duvarlarına kimyasal olarak çok ince bir bakır tabakası bırakarak delik namlusunu iletken hale getirmektir. Bu işleme akımsız bakır kaplama denir. Reaksiyon bir katalizör tarafından başlatılır. Kapsamlı temizlikten sonra paneller sürekli bir kimyasal banyodan geçer. Yaklaşık {{0}},08 ila 0,1 mikron kalınlığında bir bakır tabakası, delikli tamburun üzerinde ve panelin yüzeyinde biriktirilir.

J. Dış Katman Görüntüleme

İç katman görüntüleme için panelde fotorezist kullanıyoruz. Benzer şekilde, panelin dış katmanı da pozitif bir görüntü kullanılarak görüntülenecektir. Burada işlem, baskı plakası dağlama yöntemini takip eder. İlk adım, kirlenmeyi ve toz parçacıklarının panele yapışmasını önlemek için panelin temizlenmesini içerir. Ardından, panele bir fotorezist tabakası uygulanır. Bundan sonra, görüntüyü yazdırmak için LDI kullanılır.

K. Bakır Kaplama

Bu adımda, delikler ve yüzeyler bakır ile elektrokaplanır. Panel operatör tarafından uçuş çubuğuna yüklenir. Panel, deliklerin ve yüzeylerin elektrokaplanması için bir katot görevi görür, çünkü delikler elektro kaplamaya hazır ince bir iletken bakır tabakası biriktirmiştir. Otomatik kaplama hattı ile yapılmaktadır. Galvanik kaplamadan önce paneller birden fazla banyoda temizlenir ve etkinleştirilir. Her bir panel seti, her küvette kesin olarak belirli bir süre kalmalarını sağlamak için bilgisayar kontrollüdür. Tipik olarak, delikli namluda 1 mil kalınlığında bakır biriktirilir.

Bakır kaplamadan sonra sıra kalay kaplamaya geliyor. Direnç olarak kalay kaplama kullanılır. Dış katman aşındırma sırasında bakır tamponlar, delik tamponları ve delik duvarları gibi yüzey özelliklerinin aşınmasını önler.

L. Fotorezist Sıyırma

Panel kaplandıktan sonra, fotodirenç istenmeyen bir hal alır ve istenmeyen bakırın ortaya çıkması için panelden sıyrılması gerekir. Burada, istenmeyen bakırı kaplayan direnci çözmek ve yıkamak için sürekli bir çizgi kullanılır. Bu, kaldırma-aşındırma-sıyırma işleminin ilk aşamasıdır.

M. Son Aşındırma

Bu adımda, istenmeyen açıkta kalan bakır, bir amonyak dağlayıcı kullanılarak çıkarılır. Aynı zamanda kalay istenilen bakırı tutabilmektedir. Bu noktada iletken alanlar ve bağlantılar uygun şekilde kurulur.

N. Kalay sıyırma

Aşındırma işleminden sonra bakır izlerin üzerindeki kalay tabakası kaldırılacaktır. Kalayın çıkarılması için konsantre nitrik asit kullanılır, altındaki bakır devre raylarına zarar vermez. Bu, PCB üzerinde net, belirgin bakır izleri ile sonuçlanır.

O. Lehim maskesi uygulaması

Lehim maskesi aşağıdaki kullanımlara sahiptir:

İzler için izolasyon direnci sağlar.

Kaynak yapılabilen ve yapılamayan alanları ayırt eder.

Kaynak yapılamayan yerleri mürekkeple kaplayarak çevre koşullarından koruma sağlar.

LPI (Sıvı Fotoğraf Görüntüleme) maskeleri, farklı devre kartı yüzeylerine yapışan ince bir kaplama oluşturmak için solventleri polimerlerle birleştirir. Yazıcı kaplamalı paneli görüntüler. Makinedeki UV ışığı, açık alanlardaki mürekkebi sertleştirir. Bundan sonra, görüntüleme panelinden tüm sertleştirilmemiş direnci çıkarın.

LPI kürleme (kurutma), mürekkebi dielektrik ile birleştirir. Lehim maskesinin yapışmasını kolaylaştırır. Son pişirme adımı bir fırında veya bir kızılötesi ısı kaynağı altında gerçekleşir.

Gözleri yormadığı için tipik bir lehim maskesi rengi olarak yeşil seçilmiştir. Makineler, üretim ve montaj sırasında PCB'leri denetlemeden önce, tüm denetimler manuel olarak yapılır. Teknisyenlerin devre kartlarını incelemek için kullandıkları tepe lambaları yeşil lehim maskesi tarafından yansıtılmadığından gözleri için daha güvenlidir.

P. Yüzey kalitesi

PCB kaplama, devre kartının lehimlenebilir alanındaki çıplak bakır ve bileşenler arasındaki metalden metale bağlantıdır. Bir devre kartının substrat bakır yüzeyi, koruyucu bir kaplama olmaksızın oksidasyona karşı hassastır. Bu nedenle, yüzey cilası uygulaması onu oksidasyondan korumak için kritik öneme sahiptir. Ayrıca montaj sırasında panoya lehimlenecek bileşenleri hazırlar ve kartın raf ömrünü uzatır.

Çeşitli yüzey işlemleri vardır. Bununla birlikte, katı RoHS spesifikasyonları nedeniyle kurşunsuz yüzey kaplamaları yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bir yüzey seçerken maliyet, çevre, bileşen seçimi, raf ömrü ve verim gibi faktörler dikkate alınmalıdır.

Q. Serigrafi

Bu süreçte, efsaneyi doğrudan devre kartının dijital verisinden görüntülemek için bir mürekkep püskürtmeli projektör kullanılır. Mürekkep, bir mürekkep püskürtmeli yazıcı kullanılarak panelin yüzeyine serigrafi ile basılır (lekelenir). Panel daha sonra mürekkebi iyileştirmek için pişirilir. Parça numaraları, adlar, kodlar, logolar vb. gibi farklı metin türlerini belirtir.

Üç yazdırma yöntemi vardır:

Manuel serigrafi

Doğrudan açıklama baskısı

R. Elektrik Testi

E-test, çıplak baskılı devre kartı elektrik testi anlamına gelir. Bu adımda, monte edilmemiş her bir devre kartını kısa devre, açık devre, direnç, kapasitans ve diğer temel elektriksel özellikler açısından kontrol etmek için bir elektronik prob kullanın. E-test, kartın iletkenliğini netlist dosyasına göre kontrol eder. Ağ listesi, PCB'nin iletken ara bağlantı modelleri hakkında bilgi içerir.

İşlevselliği test etmek için çivi yatağı ve uçan prob testi uygulayın.

Uçan prob testi

Uçan prob testi, belirli bir yazılım tarafından sağlanan talimatlara göre bir noktadan diğerine hareket eden bir prob kullanır. Bu fikstürsüz bir test yöntemidir. Başlangıçta, bir uçan prob test programı (FPT) oluşturulur ve ardından FPT test cihazına yüklenir. Test cihazı, daha sonra test prosedürüne göre ölçülen prob noktalarına elektrik sinyalleri ve güç uygular.

çivi yatağı

Çivi yatağı, çıplak panoların elektriksel testi için geleneksel yöntemdir. PCB üzerindeki test konumlarıyla hizalanmış pimlerle bir test şablonu oluşturulmasını gerektirir. İşlem hızlıdır ve büyük ölçekli üretim sistemleri için uygundur.

S. Analiz ve v-puanlama

Devre kartları, nihai üretim aşamasında üretim panellerinden şekillendirilir ve kesilir. Kullanılan yöntem, bir direk deliği veya V şeklinde bir yuva kullanmaktır. V-oluklar, levhanın her iki yanında diyagonal kanalları keserken, dikme delikleri kenarlık boyunca yan oluklar bırakır. Her durumda, panolar panelden kolayca çıkarılabilir.