БАЗА ЗНАНИЙ

ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Создание многослойной печатной платы

1.0

Обзор проекта и подготовка производственного оборудования.

Первый этап производственного процесса включает в себя обзор пакета производственных данных, предоставляемого разработчиком, а также подготовку производственного оборудования и CAM-данных.

1.1

Пакет производственных данных

Результатом проектирования печатной платы является пакет данных, предоставляемый производителю в стандартном отраслевом формате – Extended Gerber или ODB++. Gerber-файлы содержат описания слоев меди, слоев паяльной маски, обозначения компонентов. Кроме того, в пакет производственных данных входит файл сверления, список цепей и общие спецификации.

1.2

Дизайн производства

Специалисты отдела разработки производят проверку пакета данных и устанавливают, вся ли информация, необходимая для изготовления, является понятной и полной. Мы также проверяем проект и спецификации на предмет соответствия производственным возможностям.

1.3

После решения всех технических вопросов осуществляется подготовка необходимого для производства оборудования.

1.31

Подготовка производственных панелей.

Изготовители используют стандартные производственные панели. Производственная панель должна быть спроектирована таким образом, чтобы по-максимуму использовать материалы, учитывая размеры печатной платы и требования к изготовлению: тест-купоны, технологические отверстия и обработка.

production panel
1.32

Подготовка рабочей пленки (фотошаблонов)

При помощи лазерного плоттера для каждого слоя печатной платы создается пленка. Лазерный плоттер находится в темной комнате с регулируемой температурой и уровнем влажности. Пленки совмещают друг с другом для обеспечения идеального выравнивания между слоями. Перфорированные отверстия позже используются для выравнивания пленок в процессе УФ-облучения. Другой метод заключается в использовании прямого лазерного формирования изображений (Laser Direct Imaging – LDI) с использованием ПЗС-камеры в установке экспонирования для совмещения фотошаблона. Рисунок 1.3.2.

working film
2.0

Внутренние слои

Обзор: При подготовке внутренних слоев мы берем материал основания из эпоксидной смолы и стеклотестолита, покрытый с обеих сторон медной фольгой, и удаляем лишнюю медь, оставляя медные дорожки только там, где они нам нужны, чтобы сформировать таким образом электрическую схему.

2.1

Материал основания

Ядро внутреннего слоя состоит из эпоксидной смолы и стеклотестолита, покрытых с обеих сторон медной фольгой. В большинстве случаев используется материал FR4.
Медь, нанесенная с обеих сторон, очищается методом химической очистки для внутренних слоев, чтобы удалить оксиды и возможные загрязнения. Одновременно с этим, вращающиеся щеточные валики придают медной поверхности шероховатость, чтобы обеспечить достаточную механическую адгезию.

base material
2.2

Ламинирование с нанесением сухого пленочного фоторезиста

Материал основания пропускают через пару нагретых валиков (Температура: прибл. 110 °C, Давление: 3-5 BAR). Медная поверхность становится чувствительной к ультрафиолетовому излучению, и поэтому дальнейшая обработка производится только в области желтого света.

dray film lamination
2.3

кспонирование на внутренние слои

Пленку для слоя наносят на ламинированный материал, а слой ламината подвергают воздействию мощной ультрафиолетовой лампы. Дорожки печатной платы в пленке становятся прозрачными, а лежащий в основе ламинат подвергается воздействию УФ-излучения. Экспонированные участки химически полимеризуются, а дорожки затвердевают.
Площадь, покрытая черной частью пленки, полимеризуется и смывается в процессе проявления.

exposure
2.4

Процесс проявления

TПроявление производится путем горизонтально распыления на внутренние слои раствора карбоната натрия и последующего их ополаскивания пресной водой и сушкой. Неэкспонированные участки удаляются.

development process
2.5

Травление внутреннего слоя

Внутренний слой проходит через еще один процесс распыления, ополаскивания и сушки. На этот раз с использованием раствора кислоты. В ходе этого процесса из экспонированной области удаляется медь, оставляя ее только в дорожках и контактных площадках. Скорость процесса зависит от толщины меди в слоях. Более толстые слои меди ограничивают тонкость проводящего рисунка.

inner layer
2.6

Зачистка

Слой фоторезиста удаляют путем пропускания материала через раствор каустической соды.

striping
2.7

Автоматический оптический контроль (Automatic Optical Inspection – AOI)

Внутренние слои подвергаются автоматическому оптическому контролю с целью обнаружения возможных разомкнутых цепей и цепей короткого замыкания, а также для проверки правильности геометрии схемы по сравнению с исходными проектными данными.

2.8

Подготовка коричневого оксида.

Внутренние слои подвергаются процессу химической подготовки для придания их поверхности шероховатости и улучшения адгезии между препрегом и медной поверхностью в процессе ламинирования.

3.0

Ламинирование

3.1

Выкладка материала

"3.1 Выкладка материала. Перед ламинированием слои укладываются друг на друга. Процесс начинается с медной фольги внизу (которая будет использоваться для создания внешнего нижнего слоя). На медный слой наносится слой препрега, на препрег наносятся внутренние слои, а на внутренне слои – снова слой препрега и вторая медная фольга (которая будет использоваться для создания верхнего наружного слоя ). Препрег – это частично отвержденная эпоксидная смола со стеклотекстолитом, полимеризованным производителем препрега. Он используется как изоляционный материал и адгезив между слоями печатной платы.

material layup
3.2

Ламинирование под воздействием высокого давления

Уложенные друг на друга слои ламинируются под воздействием вакуума, высокой температуры и высокого давления. Прессование нескольких печатных плат, разделенных перегородками, производится одновременно. Под воздействием тепла эпоксидная смола в препреге плавится и застывает, а под воздействием давления печатная плата соединяется в единое целое.

high pressure
3.3

Обрезка

Облой (излишки материала на ламинированной панели) обрезают, после чего остается чистая панель, которая выглядит как кусок ламината.

4.0

Сверление

4.1

Рентгеновский анализ

На подготовительном этапе при помощи рентгеновского аппарата выявляются невидимые площадки во внутренних слоях. Рентгеновский анализ позволяет обнаруживать площадки и вычислять новые опорные отверстия для сверления.

x-ray
4.2

Сверление

Сверление печатной платы осуществляется на высокоскоростном сверлильном станке с ЧПУ (до 280 000 об/мин). Просверленные отверстия должны быть чистыми и гладкими, чтобы обеспечить качественное меднение отверстий. В некоторых случаях, можно укладывать друг на друга до 3 панелей и сверлить их одновременно. Панели размещаются между плитой основания и верхним алюминиевым листом. Плита основания предотвращает засверливание в сверлильный станок и позволяет сверлить глубже, чем сама панель, без заусенцев. Верхняя алюминиевая плита позволяет избежать образования заусенцев и предотвращает отклонение сверла. Обе плиты защищают поверхности панели от повреждений и царапин.

4.3

Щеточная обработка и очистка

После сверления поверхность печатной платы подвергается механической обработке вибрационными вращающимися щеточными валиками. Просверленные отверстия очищают раствором перманганата или кислородной плазмой для удаления эпоксидной смолы, которая могла натечь на медь. Остатки эпоксидной смолы на меди могут препятствовать надлежащей электропроводности между столбом металлизации отверстия и дорожками в слоях.

5.0

Химическое меднение

5.1

Химическое меднение

Для создания электрического соединения между просверленными отверстиями и всеми слоями образуется проводящая пленка толщиной около 0,5-0,7 мкм методом химического осаждения меди. Этот проводящий слой является основой для последующего процесса меднения.

electroless plating
6.0

Наружные слои и металлизация

Этот процесс похож на тот, что используется при построении внутренних слоев. Разница заключается в том, что на данном этапе металлизация отверстий, дорожек и площадок наружных слоев производится с использованием процесса меднения.

6.1

Ламинирование наружных слоев с нанесением сухого пленочного фоторезиста

Этот процесс соответствует тому, что используется во внутренних слоях. Панель пропускают через пару нагретых валиков (Температура: прибл. 110 °C, Давление: 3-5 BAR). Медная поверхность становится чувствительной к ультрафиолетовому излучению, и поэтому дальнейшая обработка производится только в области желтого света.

6.2

кспонирование и проявление

Этот процесс соответствует тому, что используется во внутренних слоях. Однако в этом процессе используется процесс экспонирования негатива. Проводники не покрыты резистом и могут быть гальванизированы способом меднения. Участки между проводящимися дорожками покрыты полимеризованным ламинатом.

6.3

Электролитическое медное покрытие

Все дорожки и отверстия покрываются проводящим электроосажденным слоем меди. Отверстия образуют электрическое соединение между проводниками на слоях. Для хорошего соединения на стенках отверстия должно быть 20-25 микрон меди. Таким образом, общая толщина меди на внешних слоях определяется толщиной меди материала и дополнительными 25-30 микронами, добавленными в процессе металлизации.

copper plating
6.4

Лужение

Второй процесс нанесения покрытия выполняется для защиты медных проводников во время последующего процесса травления, поэтому этот слой также часто обозначается как слой, стойкий к травителю.

tin plating
6.5

Снятие сухого пленочного фоторезиста с наружного слоя

Сухой пленочный фоторезист удаляется, чтобы открыть слой меди для травления.

6.6

Травление и удаление олова

Процесс травления выполняется для удаления излишков меди, оставляя медь только на дорожках и площадках, защищенных оловянным покрытием. Затем олово удаляется с использованием азотной кислоты.

7.0

Паяльная маска

Паяльная маска наносится на большинство печатных плат для защиты медной поверхности, которая не будет защищена пайкой в ​​процессе сборки и для предотвращения коротких замыканий из-за перемычек припоя при сборке.

7.1

Панель обрабатывают щетками и очищают.

7.2

На обе стороны панели наносят паяльную маску на основе эпоксидной смолы толщиной 15-25 микрон.

7.3

Паяльная маска отверждается на нужном участке с использованием УФ-принтера и пленки для фотошаблона.

7.4

Панели пропускают через проявитель, который удаляет паяльную маску из участков, которые должны быть открыты.

7.5

Паяльную маску дополнительно отверждают в печи.

solder mask
8.0

Защитное покрытие

На медные поверхности, не покрытые паяльной маской наносится защитное покрытие, способное припаиваться. Это покрытие защищает медь до тех пор, пока компоненты не будут собраны и припаяны к печатным платам. Существуют разные виды защитных покрытий. Чаще всего используются метод выравнивания горячим воздухом (Hot Air Leveling – HAL) и нанесение иммерсионного золота с подслоем никеля (Electroless Nickel/Immersion Gold – ENIG).

8.1

HAL

При использовании процесса HAL создается припой на всех площадках. Всю панель погружают в расплав припоя, а затем излишки припоя сдувают направленной струей горячего сжатого воздуха, а медные площадки и отверстия остаются покрытыми.
В данном процессе в качестве припоя используют либо сплав свинца и олова, либо только олово (без свинца).

8.2

Процесс ENIG

В этом процесс никель химически осаждается поверх меди, а затем поверх никеля наносится тонкий слой золота. Весь процесс автоматизирован. Панели пропускаются через ряд резервуаров, производится очистка меди и наносится слой никеля толщиной 3-5 микрон и слой золота толщиной минимум 0,05 микрон.

8.3

Твердое золочение

На краевые соединители методом электроосаждения наносится слой золота толщиной 1-1,5 микрон золота поверх слоя никеля толщиной 4-5 микрон. Этот тип металлизации используется в случаях, когда покрытие должно выдерживать эрозию нескольких вставок.

9.0

Нанесение условных обозначений

Условные обозначения наносятся на печатную плату с помощью устройства трафаретной печати.

legend print
10

Вырезание

Производственные панели при помощи станка с ЧПУ разрезают на отдельные печатные платы, которым затем придают нужную форму в соответствии с проектными данными.

routing
11

Электрические испытания

Каждая печатная плата подвергается электрическому испытанию на предмет соответствия проектным данным с использованием тестового адаптера «ложе гвоздей» (bed of nails) или тестера «летающий щуп» (flying probe).

lectrical test
12

Заключительный контроль качества

Это заключительная проверка готового изделия. В ходе нее выполняется проверка на предмет любых дефектов внешнего вида, таких как царапины и примеси, с использованием стандарта IPC600 в качестве ориентира.

final quality test