Процесс изготовления печатных плат

Технологии изготовления печатных плат

Вопрос о том, как можно дешево изготавливать печатные платы в домашних условиях, волнует радиолюбителей всего мира, наверное, с самого момента изобретения печатных плат. И если несколько лет назад выбор технологий был не так уж велик, то сегодня благодаря развитию современной техники радиолюбители получают возможность быстро и качественно изготавливать печатные платы без применения какого-либо дорогостоящего оборудования. Данная статья является попыткой обобщения всей известной информации о процессе изготовления печатных плат в домашних условиях. Из всего множества существующих технологий были выбраны только те, которые не требуют значительных материальных затрат и достаточно просты в осуществлении. Собственно, весь процесс изготовления печатной платы можно условно разделить на пять основных этапов:

  • предварительная подготовка заготовки (очистка поверхности, обезжиривание);
  • нанесение тем или иным способом защитного покрытия;
  • удаление лишней меди с поверхности платы (травление);
  • очистка заготовки от защитного покрытия;
  • сверловка отверстий, покрытие платы флюсом, лужение.

Мы рассматриваем только наиболее распространенную «классическую» технологию, при которой лишние участки меди с поверхности платы удаляются путем химического травления. Помимо этого, возможно, например, удаление меди путем фрезерования или с использованием электроискровой установки. Однако эти способы не получили широкого распространения ни в радиолюбительской среде, ни в промышленности (хотя изготовление плат фрезерованием иногда применяется в тех случаях, когда необходимо очень быстро изготовить несложные печатные платы в единичных количествах).

Особенно хотелось бы отметить, что при изготовлении печатных плат в домашних условиях следует стремиться при разработке схемы использовать как можно больше компонентов для поверхностного монтажа, что в некоторых случаях позволяет развести практически всю схему на одной стороне платы. Связано это с тем, что до сих пор не изобретено никакой реально осуществимой в домашних условиях технологии металлизации переходных отверстий. Поэтому в случае, если разводку платы не удается выполнить на одной стороне, следует выполнять разводку на второй стороне с использованием в качестве межслойных переходов выводов различных компонентов, установленных на плате, которые в этом случае придется пропаивать с двух сторон платы. Конечно, существуют различные способы замены металлизации отверстий (использование тонкого проводника, вставленного в отверстие и припаянного к дорожкам с обеих сторон платы; использование специальных пистонов), однако все они имеют существенные недостатки и неудобны в использовании. В идеальном случае плата должна разводиться только на одной стороне с использованием минимального количества перемычек. Остановимся теперь подробнее на каждом из этапов изготовления печатной платы.

Предварительная подготовка заготовки

Данный этап является начальным и заключается в подготовке поверхности будущей печатной платы к нанесению на нее защитного покрытия. В целом за продолжительный промежуток времени технология очистки поверхности не претерпела сколько-нибудь значительных изменений. Весь процесс сводится к удалению окислов и загрязнений с поверхности платы с использованием различных абразивных средств и последующему обезжириванию.

Для удаления сильных загрязнений можно использовать мелкозернистую наждачную бумагу («нулевку»), мелкодисперсный абразивный порошок или любое другое средство, не оставляющее на поверхности платы глубоких царапин. Иногда можно просто вымыть поверхность печатной платы жесткой мочалкой для мытья посуды с моющим средством или порошком (для этих целей удобно использовать абразивную мочалку для мытья посуды, которая похожа на войлок с мелкими вкраплениями какого-то вещества; часто такая мочалка бывает наклеена на кусок поролона). Кроме того, при достаточно чистой поверхности печатной платы можно вообще пропустить этап абразивной обработки и сразу перейти к обезжириванию.

В случае наличия на печатной плате только толстой оксидной пленки ее можно легко удалить путем обработки печатной платы в течение 3–5 секунд раствором хлорного железа с последующим промыванием в холодной проточной воде. Следует, однако, отметить, что желательно либо производить данную операцию непосредственно перед нанесением защитного покрытия, либо после ее проведения хранить заготовку в темном месте, поскольку на свету медь быстро окисляется.

Заключительный этап подготовки поверхности заключается в обезжиривании. Для этого можно использовать кусочек мягкой ткани, не оставляющей волокон, смоченный спиртом, бензином или ацетоном. Здесь следует обратить внимание на чистоту поверхности платы после обезжиривания, поскольку в последнее время стали попадаться ацетон и спирт со значительным количеством примесей, которые оставляют на плате после высыхания беловатые разводы. Если это так, то стоит поискать другой обезжиривающий состав. После обезжиривания плату следует промыть в проточной холодной воде. Качество очистки можно контролировать, наблюдая за степенью смачивания водой поверхности меди. Полностью смоченная водой поверхность, без образования на ней капель и разрывов пленки воды, является показателем нормального уровня очистки. Нарушения в этой пленке воды указывают, что поверхность очищена недостаточно.

Нанесение защитного покрытия

Нанесение защитного покрытия является самым важным этапом в процессе изготовления печатных плат, и именно им на 90 % определяется качество изготовленной платы. В настоящее время в радиолюбительской среде наиболее популярными являются три способа нанесения защитного покрытия. Мы их рассмотрим в порядке возрастания качества получаемых при их использовании плат.

Первым этапом является подготовка фотошаблона. В домашних условиях его можно получить, напечатав рисунок платы на лазерном принтере на пленке. При этом необходимо особое внимание уделить плотности черного цвета на фотошаблоне, для чего необходимо отключить в настройках принтера все режимы экономии тонера и улучшения качества печати. Кроме того, некоторые фирмы предлагают вывод фотошаблона на фотоплоттере — при этом вам гарантирован качественный результат.

На втором этапе на предварительно подготовленную и очищенную поверхность платы наносится тонкая пленка фоторезиста. Делается это путем распыления его с расстояния порядка 20 см. При этом следует стремиться к максимальной равномерности получаемого покрытия. Кроме того, очень важно обеспечить отсутствие пыли в процессе распыления — каждая попавшая в фоторезист пылинка неминуемо оставит свой след на плате.

После нанесения слоя фоторезиста необходимо высушить получившуюся пленку. Делать это рекомендуется при температуре 70 oC–80 oC, причем сначала нужно подсушить поверхность при небольшой температуре и лишь затем постепенно довести температуру до нужного значения. Время сушки при указанной температуре составляет порядка 20–30 мин. В крайнем случае допускается сушка платы при комнатной температуре в течение 24 часов. Платы с нанесенным фоторезистом должны храниться в темном прохладном месте.

Следующим после нанесения фоторезиста этапом является экспонирование. При этом на плату накладывается фотошаблон (желательно стороной печати к плате: это способствует увеличению четкости при экспонировании), который прижимается тонким стеклом или куском плексигласа. При достаточно небольших размерах плат для прижима можно использовать крышку от коробки компакт-диска либо отмытую от эмульсии фотопластинку. Поскольку область максимума спектральной чувствительности большинства современных фоторезистов приходится на ультрафиолетовый диапазон, для засветки желательно использовать лампу с большой долей УФ-излучения в спектре (ДРШ, ДРТ и др.). В крайнем случае, можно использовать мощную ксеноновую лампу. Время экспонирования зависит от многих причин (тип и мощность лампы, расстояние от лампы до платы, толщина слоя фоторезиста, материал прижимного покрытия и др.) и подбирается экспериментально. Однако в целом время экспонирования составляет обычно не более 10 минут даже при экспонировании под прямыми солнечными лучами.

Читайте также:  Прошивка на любой планшет

Проявление большинства фоторезистов осуществляется раствором едкого натра (NaOH) — 7 граммов на литр воды. Лучше всего использовать свежеприготовленный раствор, имеющий температуру 20°C–25°C. Время проявления зависит от толщины пленки фоторезиста и находится в пределах от 30 секунд до 2 минут. После проявления плату можно подвергать травлению в обычных растворах, поскольку фоторезист устойчив к воздействию кислот. При использовании качественных фотошаблонов применение фоторезиста позволяет получить дорожки шириной вплоть до 0,15–0,2мм.

Известно много составов для химического стравливания меди. Все они отличаются скоростью протекания реакции, составом выделяющихся в результате реакции веществ, а также доступностью необходимых для приготовления раствора химических реактивов. Ниже приведена информация о наиболее популярных растворах для травления.

Очистка заготовки, сверловка, нанесение флюса, лужение

После завершения травления и промывки платы необходимо очистить ее поверхность от защитного покрытия. Сделать это можно каким-либо органическим растворителем, например, ацетоном.

Далее необходимо просверлить все отверстия. Делать это нужно остро заточенным сверлом при максимальных оборотах электродвигателя. В случае, если при нанесении защитного покрытия в центрах контактных площадок не было оставлено пустого места, необходимо предварительно наметить отверстия (сделать это можно, например, шилом). Прижимное усилие в процессе сверления не должно быть слишком большим, чтобы на обратной стороне платы не образовывались бугорки вокруг отверстий. Обычные электродрели практически не подходят для сверления плат, поскольку, во-первых, имеют низкие обороты, а во-вторых, обладают достаточно большой массой, что затрудняет регулирование прижимного усилия. Удобнее всего для сверления плат использовать электродвигатели типа ДПМ-35Н и им подобные с насаженным на их вал небольшим цанговым патроном. После сверловки нужно обработать отверстия: удалить все зазубрины и заусенцы. Сделать это можно наждачной бумагой.

Следующим этапом является покрытие платы флюсом с последующим лужением. Можно использовать специальные флюсы промышленного изготовления (лучше всего смываемые водой или вообще не требующие смывания) либо просто покрыть плату слабым раствором канифоли в спирте. Лужение можно производить двумя способами: погружением в расплав припоя либо при помощи паяльника и металлической оплетки, пропитанной припоем. В первом случае необходимо изготовить железную ванночку и заполнить ее небольшим количеством сплава Розе или Вуда. Расплав должен быть полностью покрыт сверху слоем глицерина во избежание окисления припоя. Для нагревания ванночки можно использовать перевернутый утюг или электроплитку. Плата погружается в расплав, а затем вынимается с одновременным удалением излишков припоя ракелем из твердой резины.

В данной статье мы постарались осветить все наиболее удобные для применения в домашних условиях технологии изготовления печатных плат. Использование современных фоторезистов или технологии лазерного принтера и утюга позволяет получить достаточно хорошие результаты. Таким образом, у радиолюбителей появляется возможность изготовления печатных плат с минимальной шириной проводника порядка 0,2-0,3 мм, что еще десять лет назад было практически недостижимым даже при серийном производстве.

11.1. Назначение и способы изготовления печатных плат

Печатная плата представляет собой плоское изоляционное основание, на одной или обеих сторонах которого расположены токопроводящие полоски металла (проводники) в соответствии с электрической схемой.

Печатные платы служат для монтажа на них электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с помощью полуавтоматических и автоматических установок с последующей одновременной пайкой всех ЭРЭ погружением в расплавленный припой или на волне жидкого припоя ПОС-60. Отверстия на плате, в которые вставляются выводы электрорадиоэлементов при монтаже, называют монтажными. Металлизированные отверстия, служащие для соединения проводников, расположенных на обеих сторонах платы, называют переходными.

Применение печатных плат позволяет облегчить настройку аппаратуры и исключить возможность ошибок при ее монтаже, так как расположение проводников и монтажных отверстий одинаково на всех платах данной схемы. Использование печатных плат, обусловливает также возможность уменьшения габаритных размеров аппаратуры, улучшения условий отвода тепла, снижения металлоемкости аппаратуры и обеспечивает другие конструктивно-технологические преимущества по сравнению с объемным монтажом.

К печатным платам предъявляется ряд требований по точности расположения проводящего рисунка, по величине сопротивления изоляции диэлектрика, механической прочности и др. (ГОСТ 23752-79). Одним из основных требований является обеспечение, способности к пайке, достигаемое соответствующим выбором гальванического покрытия и технологией металлизации, поэтому в производстве печатных плат особое внимание уделяется химико-гальваническим процессам.

Изготовление печатных плат (ГОСТ 20406-75) осуществляется химическим, электрохимическим или комбинированным способом. В последнее время получили распространение новые способы изготовления — аддитивные. Ниже дана краткая характеристика каждого из способов.

Исходным материалом при химическом способе служит фольгированный диэлектрик, т. е. изоляционный материал, обычно гетинакс, на поверхность которого с одной или двух сторон наклеена медная фольга толщиной 35-50 мкм. На поверхность медной фольги вначале износится защитный рисунок (рельеф) таким образом, чтобы он защитил проводники при вытравливании меди. Защитный рисунок схемы выполняется стойкими к воздействию травильных растворов материалами. Затем следует операция травления, в результате которой полностью вытравливается медь и создается проводящий рисунок. Отверстия для установки выводов электрорадиоэлементов (резисторы, конденсаторы и т. д.) сверлятся или штампуются после вытравливания меди и не металлизируются. Пайка выводов электрорадиоэлемеитов производится непосредственно к контактным площадкам печатных проводников, как показано на рисунке ?, где 1 — проволочный вывод; 2 — диэлектрик; 3 — припой; 4 — контактная площадка. Химический метод применяется главным образом в производстве плат широковещательной радиоаппаратуры.

Электрохимический способ в зарубежной литературе и частично в отечественной практике называют полуаддитивным от латинского слова “additio” (сложение), так как проводящий рисунок создается в результате электрохимического осаждения металла, а не вытравливания. Приставка “полу” означает, что в технологии изготовления сохранена операция травления тонкого слоя металла, который образуется по всей поверхности платы при химической металлизации.

Исходными материалами в этом случае служат нефольгированные диэлектрики. Защитный рисунок в отличие от предыдущего метода наносят таким образом, чтобы открытыми оставались те участки поверхности, которые подлежат металлизации с целью образования проводниковых элементов схемы. Электрохимический способ предусматривает получение металлизированных отверстий одновременно с проводниками и контактными площадками.

Комбинированный способ представляет собой сочетание первых двух способов. Исходным материалом служит фольгированный с двух сторон диэлектрик, поэтому проводящий рисунок получают вытравливанием меди, а металлизация отверстий осуществляется посредством химического меднения с последующим электрохимическим наращиванием слоя меди. Пайка выводов электрорадиоэлементов производится посредством заполнения припоем монтажных отверстий в плате. На рисунке ? показана структура платы, изготовленной комбинированным методом, где 1 — диэлектрик; 2 — медная фольга; 3 — металлический слой.

Комбинированный метод в настоящее время является основным в производстве двусторонних и многослойных печатных плат для аппаратуры самого разнообразного назначения.

Аддитивный метод заключается в создании проводящего рисунка посредством металлизации достаточно толстым слоем химической меди (25-35 мкм), что позволяет исключить применение гальванических операций и операции травления. Исходным материалом при этом служит нефольгированный диэлектрик. Исключение вышеуказанных операций позволяет существенно уменьшить ширину проводников и зазоры между ними, что, в свою очередь, обеспечивает возможность увеличить плотность монтажа на платах.

3.11.3.1. Химический способ изготовления плат

Последовательность основных технологических операций представлена в таблице ?.

А. Негативный способ

Б. Позитивный способ

Резка и рихтовка заготовок

Резка и рихтовка заготовок

Получение защитного рельефа на проводниках

Получение защитного рельефа на пробельных участках

Нанесение гальванического покрытия на проводники

Удаление защитного рельефа

Удаление защитного рельефа

Сверление или штамповка отверстий

Сверление или штамповка отверстий

Нанесение защитной маски

Вариант А назван негативным потому, что для получения защитного рельефа методом фотопечати в качестве фотошаблона используется негативное изображение проводящего рисунка платы, т. е. пробельные места черные, а проводники — оптически прозрачные. Таким образом, проходящий через светлые участки поток ультрафиолетовых лучей при экспонировании полимеризует фоторезист, нанесенный на поверхность заготовки, образуя защитный рельеф.

Читайте также:  Инструмент обжимной rj45 rj11

В варианте Б защита проводящего рисунка при травлении осуществляется металлическим покрытием, поэтому защитный рельеф наносится на пробельные места и, следовательно, при фотопечати используется позитивное изображение платы.

Вариант А наиболее распространен в производстве плат бытовой радиоаппаратуры, он характеризуется минимальной трудоемкостью и возможностью автоматизации всех операций. В качестве метода получения защитного рельефа при этом используется наиболее дешевый в массовом производстве способ трафаретной печати — сеткография — с применением краски, полимеризующейся с помощью ультрафиолетового облучения. Для выполнения основных операций технологического процесса создана автоматическая линия модульного типа, в которой предусмотрены следующие операции: трафаретная печать, сушка краски, травление, промывка, удаление краски и сушка готовой платы. Химико-механическая подготовка поверхности фольги может производиться также на автоматической линии ГГМ 1.240.006. Защитная маска из эпоксидной смолы наносится на поверхность платы таким образом, чтобы открытыми были только контактные площадки проводников, которые обслуживаются припоем ПОС-60 при выполнении монтажных операций. Проводники, защищенные эпоксидным покрытием, облуживанию не подвергаются и этим достигается значительная экономия оловянного сплава. Эпоксидная защитная масса наносится также способом трафаретной печати. Пробивка отверстий обычно производится штамповкой с помощью кривошипных прессов. Защитная маска на контактных площадках служит затем флюсом при пайке на волне припоя.

Главным преимуществом данного метода является исключение из технологии операции нанесения маски из эпоксидной смолы, представляющей большую профессиональную вредность.

Вариант Б применяется весьма редко и ограничивается обычно изготовлением полосковых плат. В качестве гальванического покрытия при этом служит серебро с толщиной слоя 9—12 мкм. Платы с односторонним или двусторонним расположением проводников без металлизации отверстий могут быть изготовлены способами штамповки, переноса а также нанесения токопроводящих красок (паст). Способ штамповки рекомендован для массового производства, при этом в качестве основания служит любой диэлектрик, в том числе и картон. Медная фольга толщиной 35 мкм, смотанная в рулон, с одной стороны покрыта адгезионным слоем. Этим слоем фольга накладывается на диэлектрик, при штамповке вырубка проводников комбинируется с их прижимом к диэлектрику. Ненужная часть фольги удаляется. Затем платы подвергаются нагреву в прессованном состоянии для полимеризации адгезионного слоя с целью получения прочного сцепления проводников с основанием. Метод эффективен для плат массового производства с относительно простой схемой проводников. Операция травления не применяется, поэтому медь расходуется по прямому назначению, а отходы меди используются для переплавки. Данный способ — самый дешевый по расходу материалов и наименее трудоемкий.

Способ переноса заключается в получении проводящего рисунка на временном металлическом основании и затем переноса его на диэлектрик.

В качестве временного основания служит пластина из коррозионно-стойкой стали типа 18ХН9Т. На пластине получают защитный рисунок, как и при позитивном процессе, т. е. пробельные места закрыты фоторезистом или краской. Затем пластину подвергают гальваническому меднению в кислых электролитах и на ней образуется проводящий рисунок из меди толщиной 35—50 мкм. Фоторезист или краска удаляется, а пластина с проводящим рисунком прижимается к диэлектрику (гетинаксу), на поверхность которого нанесен клеевой слой. Проводящий рисунок легко отделяется от поверхности коррозионно-стойкой стали и приклеивается к диэлектрику вследствие очень слабого сцепления электроосажденной меди с коррозионно-стойкой сталью. Как и в предыдущем случае, платы подвергаются нагреву в прессованном состоянии для полимеризации клеевого соединения. Метод переноса целесообразен в условиях опытного и мелкосерийного производства при отсутствии очистных сооружений и условий для утилизации меди из травильных отходов. Технологический процесс представляет собой пример безотходной технологии.

Способ получения проводящего рисунка с помощью электропроводных красок или паст еще не получил широкого применения в промышленности из-за отсутствия соответствующих материалов необходимого качества, однако он является весьма перспективным и экономичным для получения плат широковещательной аппаратуры.

11.2. Электрохимический способ изготовления плат

Этот способ осуществляется посредством следующих основных операций: резки заготовок, сверления отверстий, подлежащих металлизации; подготовки поверхности; химического меднения; усиления меди гальваническим меднением; нанесения защитного рельефа на пробельные места; гальванического меднения; гальванического покрытия сплавом олово—свинец; удаления защитного рельефа; травления меди с пробельных мест.

Исходным материалом служит нефольгированный стеклотекстолит марок СТЭФ-1-2ЛК (ТУ АУЭО.037.0ОО) или СТЭК-1,5 (ТУ 16-503.201—80). На обе стороны этих материалов нанесен адгезионный слой из эпоксидно-каучуковой композиции.

Подготовка поверхности диэлектрика заключается в ее химической обработке смесью хромовой и серной кислот, в результате которой на поверхности образуются микровпадины, обеспечивающие хорошую адгезию металлизированного слоя и хорошую смачиваемость водными растворами. Операция травления в данном процессе характеризуется очень малой продолжительностью (до 1 мнн), так как вытравливанию подлежит весьма тонкий слой химически осажденной и усиленной гальванически до толщины 5-7 мкм меди. Таким образом, технологический процесс изготовления печатных плат электрохимическим (полуаддитивным) способом освобождает от необходимости применять фольгированные медью диэлектрики и обеспечивает повышенную плотность монтажа на платах, что обусловливает возможность в ряде случаев заменить сложные в производстве многослойные печатные платы на двусторонние. Ниже приведены характеристики отдельных операций и условия их выполнения.

Заготовки из стеклотекстолита режутся с учетом технологических полей на одноножевых или многоножевых ножницах. На технологическом поле сверлятся фиксирующие отверстия. Подготовка поверхности производится следующим, образом. Обезжиренную поверхность диэлектрика подвергают химической обработке.

Удаление остатков хромовых соединений с поверхности заготовки производится в следующей последовательности: промывка в воде, нейтрализация в растворе NaОН (5—10 %), повторная промывка, нейтрализация в растворе НСl (5О—100 г/л), еще одна промывка в воде. Сверление отверстий, подлежащих металлизации, осуществляют с помощью твердосплавных сверл. Операции химического меднения предшествует обезжиривание в щелочных растворах с добавками ПАВ, а затем активация в совмещенном растворе и химическое меднение. Рекомендуется заготовки плат перед активацией промывать в растворе соляной кислоты (50 г/л) во избежание разбавления раствора-активатора водой.

Последующие операции технологического процесса: нанесение защитного рельефа, гальваническое меднение, гальваническое покрытие сплавом олово-свинец, удаление защитного рельефа и травление меди с пробельных мест.

Весьма перспективно применение электрохимического способ в производстве металлических плат, обеспечивающих повышенную теплопроводность. Структура такой платы представлена на рисунке ?, где 1 — металлическое основание; 2 – изоляционный слой; 3 — металлический слой.

С целью обеспечения необходимой прочности сцепления проводников с основанием предусмотрено создание микрошероховатости поверхности посредством травления в сернохромовой смеси. Эта операция вызывает серьезные затруднения в производстве, связанные с токсичностью хромовых соединений и необходимостью принятия мер по обезвреживанию отходов. Большой интерес представляет безотходная технология подготовки поверхности с помощью, например, коронного разряда. В настоящее время ведутся экспериментальные работы в этом направлении.

Технологический процесс электрохимической металлизации заготовок при использовании различных пленочных материалов состоит из операций: очистки (обычная), сушки, обработки коронным разрядом активации, обработки в растворе “ускорителя”, химического меднения и гальванического меднения.

Шероховатость поверхности можно создать также гидроабразивной обдувкой, направляя абразивно-водяную пульпу под давлением 0,5-0,6 МПа.

11.3. Комбинированный способ изготовления плат

В зависимости от метода защиты проводящего рисунка при вытравливании меди комбинированный способ может осуществляться в двух вариантах: негативном, когда защитой от вытравливания служат краска или фоторезист, и позитивном, когда защитным слоем служит металлическое покрытие (металлорезист). Названия эти способы получили от фотошаблона, применяемого при создании защитного рельефа: в первом случае при экспонировании рисунка используется негатив печатной схемы, во втором — позитив. Комбинированный метод изготовления печатных плат применяется рядом предприятий с мелкосерийным производством (Таблица 11.1).

JLCPCB

JLCPCB – первый в Китае завод, специализирующийся на изготовлении прототипов и малых партий печатных плат, был создан в 2006 году. Сегодня JLCPCB имеет четыре производственных участка. Давайте вместе с нами пройдем по всем этапам производства двухсторонней печатной платы, чтобы узнать, как она изготавливается, и вы сможете увидеть, сколько заботы и внимания мы уделяем каждому шагу этого процесса – от производства до контроля качества и отправки посылки.

Читайте также:  13003 Транзистор блок питания

Этап 1. От файла до фотошаблона

После получения заказа онлайн ($2 за 10 плат) служба поддержки потребителей JLCPCB передает файлы Gerber инженерам для предварительной проверки. После прохождения контроля файл переносится на наши лазерные фотоплоттеры, установленные в темном помещении с контролируемыми параметрами температуры и влажности, где на них изготавливаются фотошаблоны (пленки). Используя данные описания печатной платы, фотоплоттер преобразует их в ее пиксельное изображение. Экспонированная фотопленка автоматически проявляется и выгружается оператору. Пленки готовы к использованию в процессе производства печатных плат.

Этап 2. Резка материала

Большой лист стеклотекстолита FR4 стандартного промышленного качества толщиной 0.4/0.6/0.8/1.0/1.2/1.6/2.0 мм с наклеенными на обе стороны слоями высококачественной меди (ламинатом) разрезается на куски нужного размера для изготовления групповых заготовок, называемых панелями.

Этап 3. Сверление

Отверстия в панели для выводов компонентов и межслойных переходов сверлятся на основании информации, содержащейся в файле сверловки (Drill File), автоматически генерируемом EasyEDA наряду с другими файлами Gerber. Дополнительные отверстия, которые сверлятся по углам панели, служат реперными точками для совмещения с фотошаблонами верхнего и нижнего слоя на Этапе 5. Это дает гарантию, что заранее просверленные отверстия затем окажутся точно в центрах контактных площадок.

Сверлильный станок управляется компьютером, а рабочий только выбирает нужную программу сверловки, которая сообщает автомату, как и чем делать отверстия в печатной плате. Многие сверлильные станки могут автоматически загружать и выгружать панели после окончания каждой сверловки на протяжении 24 часов в сутки. На одном из заводов JLCPCB имеется более 70 сверлильных станков.

Этап 4. Осаждение меди

После сверловки панели очищаются и помещаются в электролизные ванны, где на всю без исключения поверхность панели осаждается очень тонкий дополнительный слой меди, чтобы затем создать то, что называется металлизированными отверстиями. Переходные отверстия, соединяющие проводники разных слоев, имеются практически во всех печатных платах с числом слоев два и более. Весь процесс погружения, нанесения покрытия, мойки и сушки контролируется компьютером.

Этап 5. Перенос изображения внешних слоев

Сначала вся плата сначала покрывается тонким слоем фоточувствительного материала, называемого «сухой фоторезист». Слой фоторезиста освещается ультрафиолетовой лампой через маску фотошаблона, защищающего от воздействия света дорожки и контактные площадки, но пропускающего ультрафиолетовый свет на все остальные участки платы. Под воздействием ультрафиолетового света фоторезист полимеризуется и приобретает начальную прочность. Незатвердевший фоторезист удаляется «проявлением», обнажая медь, которая сформирует требуемый рисунок проводников и контактных площадок. Затем панель нагревается в печи, чтобы повысить прочность оставшегося фоторезиста для следующего процесса.

Этап 6. Нанесение защитного покрытия

На следующем этапе выполняется гальваническое осаждение меди для увеличения ее толщины на открытых участках и внутри металлизированных отверстий, после чего поверх наносится тонкий слой олова. В конце этого этапа весь оставшийся фоторезист удаляется, оставляя панель со сплошным слоем меди, с дорожками, контактными площадками и переходными отверстиями, покрытыми тонким слоем олова.

Этап 7. Травление

Участки панели, которые на этапе травления должны оставаться покрытыми медью, с помощью лужения защищены оловом. Травление удаляет с панели ненужную медную фольгу, оставляя нетронутыми области, покрытые оловом (не считая небольшого бокового подтравливания, которое компенсируется путем автоматического увеличения ширины дорожек и контактных площадок на начальном этапе подготовки фотошаблона).

Затем оловянное покрытие химически удаляется, в результате чего повторно открывается чистая медь, которая теперь остается только в тех местах, где находятся проводящие области – дорожки, контактные площадки и переходные отверстия.

Шаг 8. Автоматизированный оптический контроль

Автоматизированный оптический контроль (Automated optical inspection, AOI) – это процедура оптической проверки несмонтированных печатных плат. AOI позволяет выявить такие дефекты, как перетравленные дорожки, или области, где фоторезист, возможно, был поцарапан или отколот, из-за чего в дорожках образовались вырезы. Обнаружить подобные дефекты с помощью электротестирования очень трудно.

Системы AOI сканируют слои платы с помощью лазерного датчика. Зафиксированное изображение оцифровывается, улучшается и затем сравнивается с оригинальным Gerber файлом. Используя такое сравнение, система AOI может обнаруживать и выделять любые дефекты или подозрительные области намного быстрее и точнее, чем визуальный контроль.

Этап 9. Паяльная маска

Паяльная маска представляет собой эпоксидное покрытие, наносимое на несмонтированные печатные платы для предотвращения образования случайных перемычек припоя и защиты от воздействия окружающей среды. Чаще всего паяльная маска бывает зеленой, однако доступно и множество других цветов, таких как красный, черный, белый, желтый и синий.

После очередной чистки панели загружаются в машину для нанесения паяльной маски, которая полностью покрывает обе стороны панелей. Затем панели проходят через сушильный шкаф, в результате чего маска затвердевает и приобретает прочность, достаточную для использования в следующей операции. Далее панели экспонируются под ультрафиолетовым светом через набор фотошаблонов, которые предварительно точно совмещаются (лучше 50 мкм) с медными дорожками и контактными площадками панели. Фотошаблоны прозрачны там, где паяльная маска впоследствии должна затвердеть, и непрозрачны, где паяльная маска должна смыться на этапе «проявления», освободив на панели контактные площадки.

На этапе проявления удаляется назатвердевший и ненужный фоторезист. Чтобы гарантировать, что открывшаяся медь будет идеально паяемой, панели проверяются на предмет отсутствия остатков фоторезиста на контактных площадках или в отверстиях. Даже самые незначительные остатки ухудшили бы паяемость готовой печатной платы. Лишь после этого фоторезист окончательно закрепляется, или «полимеризуется», чтобы обеспечить постоянное устойчивое покрытие.

Этап 10. Шелкографическая маркировка

Шелкография помогает потребителям лучше представлять размещение компонентов на печатной плате.

Буквы, числа, логотипы, даты изготовления и контуры компонентов, взятые из слоя шелкографии файлов Gerber, автоматически печатаются на верхней поверхности панели устойчивой к травителю белой краской с помощью специального струйного принтера. Если шелкография требуется и на нижней поверхности, краска, нанесенная на верхнюю поверхность, высушивается, после чего панель переворачивается, и процесс печати повторяется с использованием файла шелкографии для нижней стороны.

Затем панель вновь высушивается, чтобы окончательно закрепить паяльную маску и шелкографическую краску.

Этап 11. Защита поверхности

На этом этапе платы покрываются иммерсионным золотом по подслою никеля, химическим серебром или подвергаются горячему облуживанию припоем. Основное назначение этой операции – защитить открытые области меди от коррозии и обеспечить паяемость поверхности при сборке печатной платы.

Этап 12. Обрезка по контуру и скрайбирование

После этапа защиты поверхности объединенные в панели платы должны быть вырезаны по контуру в соответствии с формой корпуса с помощью управляемого компьютером фрезерного станка с торцевой или дисковой фрезой. Фрезерная обрезка по контуру сразу же дает гладкие края печатных плат и не требует последующей обработки.

Скрайбирование используется для механического предразделения печатных плат. V-образные разделительные надрезы формируются на печатной плате с помощью высокоточных резцов. Разделительные надрезы позволяют легко выломать платы из общей панели.

Этап 13. Электротестирование

Все многослойные печатные платы проходят процедуру электрического тестирования на соответствие оригиналу. Используя тестер с летающими щупами, мы поверяем каждую цепь, чтобы убедиться, что ни одна из них не оборвана и не замкнута на другую.

Этап 14. Выходной контроль, упаковка и отгрузка

Перед отправкой заказчику все платы, изготовленные JLCPCB, проходят проверку целостности печатных проводников и заключительный визуальный контроль.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector