Στάδια Διεργασίας Κατασκευής PCB: Ένας Ολοκληρωμένος Οδηγός για την Κατασκευή Πινάκων Κυκλωμάτων

Η κατασκευή PCB είναι μια ακριβής, πολλαπλών βημάτων διαδικασία που μετατρέπει ένα ψηφιακό σχέδιο σε μια φυσική πλατφόρμα για ηλεκτρονικά εξαρτήματα.κάθε βήμα από την επιλογή του υλικού έως την τελική δοκιμή απαιτεί ακρίβεια για να εξασφαλιστεί ότι το PCB λειτουργεί αξιόπιστα στην προβλεπόμενη εφαρμογήΕίτε για έναν απλό αισθητήρα IoT είτε για έναν περίπλοκο σταθμό βάσης 5G, η κατανόηση της διαδικασίας κατασκευής είναι το κλειδί για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού, του κόστους και της απόδοσης.

Ο οδηγός αυτός αναλύει τα 10 βασικά βήματα της κατασκευής PCB, τονίζοντας τις βασικές τεχνολογίες, τους ελέγχους ποιότητας και τις διαφορές μεταξύ των τυποποιημένων και προηγμένων διαδικασιών.Θα έχετε ένα σαφές χάρτη πορείας για το πώς το σχεδιασμό σας θα γίνει ένα λειτουργικό πλακέτο κυκλωμάτων.

Βασικά συμπεράσματα
α. Η κατασκευή PCB περιλαμβάνει 10 κρίσιμα βήματα, από την κοπή υλικού έως την τελική δοκιμή, με κάθε στάδιο να επηρεάζει τις επιδόσεις και το κόστος.
β.Οι προηγμένες διαδικασίες (π.χ. τρύπανση με λέιζερ, αυτοματοποιημένη οπτική επιθεώρηση) βελτιώνουν την ακρίβεια, αλλά αυξάνουν το κόστος παραγωγής κατά 10% έως 30% σε σύγκριση με τις τυποποιημένες μεθόδους.
γ. Η επιλογή υλικών (FR4 έναντι Rogers) και ο αριθμός στρωμάτων (2 έναντι 16 στρωμάτων) επηρεάζουν σημαντικά την πολυπλοκότητα κατασκευής και τον χρόνο προετοιμασίας.
δ.Οι έλεγχοι ποιότητας σε κάθε στάδιο μειώνουν τα ποσοστά ελαττωμάτων από 10% (χωρίς επιθεωρήσεις) σε < 1% (συνολικές δοκιμές), μειώνοντας το κόστος επανεπεξεργασίας κατά 70%.

Επισκόπηση της κατασκευής PCB: Από το σχεδιασμό έως την παραγωγή
Η κατασκευή PCB μετατρέπει ένα αρχείο CAD (Computer-Aided Design) σε μια φυσική πλακέτα μέσω μιας σειράς αφαιρετικών και πρόσθετων διεργασιών.και εφαρμογή αλλά ακολουθεί μια συνεπή κεντρική ακολουθίαΠαρακάτω παρουσιάζεται μια γενική επισκόπηση πριν προχωρήσουμε στις λεπτομέρειες:
1.Επισκόπηση σχεδιασμού και προετοιμασία αρχείου CAM
2.Κατακόμωση υλικού
3.Εσωτερικό στρώμα απεικόνισης
4.Εσωτερικό στρώμα χαρακτικής
5.Επεξεργασία στρωμάτων
6- Βόρφηση.
7- Πλαστικοποίηση.
8.Εξωτερική στρώση απεικόνισης και χαρακτικής
9Επεξεργασία επιφάνειας
1Τελική δοκιμή και επιθεώρηση

Βήμα 1: Επισκόπηση σχεδιασμού και προετοιμασία αρχείου CAM
Πριν από την έναρξη της κατασκευής, το σχέδιο πρέπει να επικυρωθεί και να μετατραπεί σε αρχεία έτοιμα για κατασκευή.
α.Ελέγχος σχεδιασμού για την κατασκευαστική ικανότητα (DFM): Οι μηχανικοί επανεξετάζουν το σχέδιο CAD για να διασφαλίσουν ότι πληροί τους περιορισμούς κατασκευής (π.χ. ελάχιστο πλάτος ίχνη 0,1 mm, μέγεθος τρύπας ≥ 0,2 mm).Προβλήματα όπως στενή απόσταση ή μη υποστηριζόμενα χαρακτηριστικά σηματοδοτούνται για να αποφευχθούν καθυστερήσεις παραγωγής.
β.Μετατροπή αρχείου CAM: Το σχέδιο μετατρέπεται σε αρχεία CAM (Computer-Aided Manufacturing), τα οποία περιλαμβάνουν δεδομένα στρωμάτων, συντεταγμένες τρυπών και προδιαγραφές υλικών.Λογισμικό όπως Gerber και ODB ++ μορφές είναι πρότυπα.
Πίνακες: Τα μικρά PCB ομαδοποιούνται σε μεγαλύτερα πάνελ (π.χ. 18"×24") για τη μεγιστοποίηση της χρήσης υλικών και τον εξορθολογισμό της παραγωγής.
Βασικό δείκτη: Ένας ενδελεχής έλεγχος DFM μειώνει τις μετασκευαστικές εργασίες κατά 40%.

Βήμα 2: Κόψιμο υλικού
Το υποστρώμα βάσης (συνήθως FR4, ένα εποξικό υλικό ενισχυμένο με γυαλί) κόβεται στο απαιτούμενο μέγεθος του πάνελ.
α.Επιλογή υποστρώματος: Το FR4 χρησιμοποιείται για το 90% των PCB λόγω του κόστους και της ευελιξίας. Τα πλαίσια υψηλών επιδόσεων χρησιμοποιούν Rogers (για υψηλής συχνότητας) ή μεταλλικό πυρήνα (για θερμική διαχείριση).
β.Προσθήκη κοπής: Αυτοματοποιημένα ψαλίδια ή λέιζερ κοπτήρες κόβουν το υπόστρωμα σε διαστάσεις πάνελ (π.χ. 12 "× 18") με ανοχή ± 0,1 mm. Η κοπή με λέιζερ είναι πιο ακριβής (± 0.05 mm) αλλά 20% πιο αργή από την μηχανική κοπή.
γ.Αποκαθάρισμα: Οι άκρες εξομαλύνονται για την αφαίρεση των αποκαθάρισης, αποτρέποντας τη βλάβη του εξοπλισμού στα επόμενα βήματα.

Βήμα 3: Εικόνες εσωτερικού στρώματος
Για τα πολυεπίπεδα PCB, τα εσωτερικά στρώματα μορφώνονται με ίχνη χαλκού χρησιμοποιώντας φωτολιθογραφία.
α. Καθαρισμός: Τα πάνελ καθαρίζονται χημικά για να αφαιρεθεί το λάδι, η σκόνη και η οξείδωση, εξασφαλίζοντας την κατάλληλη προσκόλληση του φωτοανθεκτικού.
β.Φωτοανθεκτικός Εφαρμογή: Ένα φωτοευαίσθητο πολυμερές (φωτοανθεκτικός) εφαρμόζεται μέσω επικάλυψης με κυλίνδρους (δυναμικότητα: 10·20μm).στεγνή ταινία για μεγαλύτερα σχέδια.
γ.Αποκάλυψη: Το πάνελ εκτίθεται σε υπεριώδες φως μέσω μιας φωτομάσκας (στένσιλ του σχεδιασμού του κυκλώματος).
δ.Αναπτυξιακή: Ο μη σκληρυμένος φωτοανθεκτικός απομακρύνεται με χημικό διάλυμα (π.χ. ανθρακικό νάτριο), αφήνοντας προστατευμένο το επιθυμητό μοτίβο ίχνη.
Προηγμένη τεχνολογία: Η άμεση απεικόνιση με λέιζερ (LDI) αντικαθιστά τις φωτογραφικές μάσκες με σάρωση με λέιζερ, επιτρέποντας πλάτους ίχνη μόλις 0,025 mm για PCB HDI (High-Density Interconnect).

Βήμα 4: Έκθεση εσωτερικού στρώματος
Η χαρακτική αφαιρεί τον ανεπιθύμητο χαλκό, αφήνοντας μόνο τα μοτίβα.
α.Τύποι ελαττωματικών:
Χλωριούχο σίδηρο: Προσιτό αλλά πιο αργό, χρησιμοποιείται για παραγωγή μικρού όγκου.
Περσουλφάριο αμμωνίου: Ταχύτερο, ακριβέστερο, ιδανικό για υψηλού όγκου, λεπτές διαστάσεις.
β. Διαδικασία: Το πάνελ βυθίζεται ή ψεκάζεται με εμβληματικό μέσο, το οποίο διαλύει τον μη προστατευμένο χαλκό.Ο χρόνος χαρακτικής (2-5 λεπτά) βαθμολογείται ώστε να αποφεύγεται η υπερ- χαρακτική (ισορρόπηση) ή η υπο- χαρακτική (απομείωση χαλκού).
c.Αποξιοποίηση αντίστασης: Ο εναπομείναντος φωτοαντίστασης αφαιρείται με διαλύτη ή αλκαλικό διάλυμα, αποκαλύπτοντας τα ίχνη χαλκού.
Έλεγχος ποιότητας: Το AOI (Αυτοματοποιημένη Οπτική Επιθεώρηση) σαρώνει για ελαττώματα όπως λείπουν ίχνη, σορτσάκια ή κάτω από την χαρακτική, εντοπίζοντας το 95% των σφαλμάτων πριν από τη λαμαντοποίηση.

Βήμα 5: Επεξεργασία στρωμάτων
Τα πολυεπίπεδα PCB συνδέονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας θερμότητα και πίεση.
α.Προετοιμασία προετοιμασίας: φύλλα από προετοιμασία (φυτική ίνες που έχουν εμποτισθεί με μη επεξεργασμένο επωξικό) κόβονται σε μεγέθη. Το προετοιμασία λειτουργεί ως συγκολλητικό και μονωτικό μεταξύ των στρωμάτων.
β.Συγκέντρωση: Τα εσωτερικά στρώματα, τα προεπιγραμμένα και τα εξωτερικά φύλλα χαλκού ευθυγραμμίζονται χρησιμοποιώντας καρφίτσες εργαλείων (ανεπάρκεια: ± 0,05 mm). Για τα 16 στρώματα PCB, αυτό το βήμα απαιτεί ακριβή ευθυγράμμιση για να αποφευχθεί η λανθασμένη καταχώριση στρώματος.
γ.Επιτύπωση: Η στοίβα θερμαίνεται (170~180°C) και πιέζεται (300~500 psi) για 60~90 λεπτά, σκληρύνοντας τα στρώματα προεπιτύπωσης και σύνδεσης σε ένα ενιαίο πάνελ.
Η πίεση υπό κενό (που απομακρύνει τον αέρα πριν από τη θέρμανση) μειώνει τον κίνδυνο αυτό κατά 90%.

Βήμα 6: Τρυπεία
Οι τρύπες τρυπούνται για τη σύνδεση των στρωμάτων (διαφάνεια) και την τοποθέτηση των εξαρτημάτων (διάνοιγμα).
α.Τύποι τρυπών:
Μηχανικές τρύπες: για τρύπες ≥ 0,2 mm. γρήγορες αλλά λιγότερο ακριβείς.
Δορυφόροι λέιζερ: Για μικροβύθους (0,05·0,2 mm), που χρησιμοποιούνται σε HDI PCB.
β.Προσθήκη: Οι μηχανές τρυπών CNC ακολουθούν τις συντεταγμένες αρχείου CAM, τρυπώντας έως και 10.000 τρύπες ανά ώρα.
γ.Αποκαθάριση: Οι τρύπες καθαρίζονται για την αφαίρεση των φουσκωμάτων από χαλκό, εξασφαλίζοντας την αξιόπιστη επικάλυψη.

Βήμα 7: Επικάλυψη
Οι τρύπες και τα εξωτερικά στρώματα επιχρίσκονται με χαλκό για να δημιουργηθούν ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ των στρωμάτων.
α.Απογλύμωση: Χημικά (π.χ. περμανγκάνιο) αφαιρούν τα επωξειακά στίγματα από τις τρύπες που τρυπώνται, εξασφαλίζοντας την προσκόλληση του χαλκού.
β.Επιχρισμός χαλκού χωρίς ηλεκτρισμό: Ένα λεπτό στρώμα (0,5μm) χαλκού αποθηκεύεται στα τοιχώματα των οπών και στις εξωτερικές επιφάνειες χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα, δημιουργώντας μια αγωγό βάση.
c. ηλεκτροπλαστική: Το πάνελ βυθίζεται σε μπάνιο θειικού χαλκού και το ρεύμα εφαρμόζεται σε πάχος χαλκού (15μm) σε ίχνη και τοιχώματα τρυπών.
Προχωρημένη επιλογή: Μέσω πλήρωσης (η ηλεκτροπληγή για την πλήρη πλήρωση τρυπών) προσθέτει μηχανική αντοχή, ιδανική για εφαρμογές υψηλών δονήσεων (αυτοκινητοβιομηχανία, αεροδιαστημική βιομηχανία).

Βήμα 8: Εικόνες εξωτερικού στρώματος και χαρακτική
Τα εξωτερικά στρώματα έχουν παρόμοιο μοτίβο με τα εσωτερικά στρώματα, αλλά με πρόσθετα βήματα για τη μάσκα συγκόλλησης και το μεταξοειδές.
α.Εικόνα: Η φωτοαντίσταση εφαρμόζεται, εκτίθεται και αναπτύσσεται για τον προσδιορισμό των εξωτερικών ίχνη.
β.Εκτύπωση: αφαιρείται το μη προστατευμένο χαλκό, αφήνοντας εξωτερικά ίχνη και πακέτα.
Εφαρμογή μάσκας συγκόλλησης: Ένα πράσινο (πιο κοινό) ή χρωματιστό πολυμερές εφαρμόζεται για να καλύψει τα ίχνη, αφήνοντας τα pads εκτεθειμένα για συγκόλληση.
δ.Εκτύπωση με μεταξοειδή οθόνη: το μελάνι εκτυπώνεται στην μάσκα συγκόλλησης για την επισήμανση των εξαρτημάτων (π.χ. "R1", "+5V"), διευκολύνοντας τη συναρμολόγηση και την αντιμετώπιση προβλημάτων.
Τάση: Οι διαφανείς μάσκες συγκόλλησης και το λευκό μεταξοειδές οθόνο αυξάνουν τη δημοτικότητα των LED PCB, βελτιώνοντας τη διάχυση του φωτός.

Βήμα 9: Εφαρμογή της επιφανειακής τελικής επεξεργασίας
Οι επιφανειακές επιφάνειες προστατεύουν τα εκτεθειμένα πλακάκια χαλκού από την οξείδωση και εξασφαλίζουν αξιόπιστη συγκόλληση.

Βήμα 10: Τελική δοκιμή και επιθεώρηση
Το τελικό πάνελ υποβάλλεται σε αυστηρές δοκιμές για να εξασφαλιστεί η ποιότητα.
α.Ηλεκτρική δοκιμή: Ένας δοκιμαστής με ιπτάμενο ανιχνευτή ελέγχει αν υπάρχουν σύντομοι, ανοίγματα και αντίσταση σε όλα τα δίχτυα, επαληθεύοντας τη σύνδεση.
β.AOI: Καμερές υψηλής ανάλυσης επιθεωρούν για ελαττώματα (π.χ. λανθασμένη μάσκα συγκόλλησης, έλλειψη μεταξοειδούς οθόνης).
γ. Ελέγχος με ακτίνες Χ: Χρησιμοποιείται για τα PCB BGA και HDI για τον έλεγχο των κρυφών αρθρώσεων συγκόλλησης και της ποιότητας.
Δοκιμασία αντίστασης: Για τα PCB υψηλών ταχυτήτων, ένα TDR (Time Domain Reflectometer) επαληθεύει την ελεγχόμενη αντίσταση (π.χ. 50Ω, 100Ω) για να εξασφαλιστεί η ακεραιότητα του σήματος.
Ε. Αποπεριορισμός: Το πάνελ κόβεται σε μεμονωμένα PCB χρησιμοποιώντας διαδρομή, βαθμολόγηση ή κοπή με λέιζερ, ανάλογα με το σχέδιο.

Τυπική έναντι προηγμένης κατασκευής: Κύριες διαφορές

Ενημερωτικά ερωτήματα
Ε: Πόσος χρόνος απαιτείται για την κατασκευή PCB;
Α: 5 7 ημέρες για τα τυποποιημένα 2 στρώματα PCB, 10 14 ημέρες για τα 16 στρώματα HDI. Οι υπηρεσίες rush μειώνουν το χρόνο προετοιμασίας κατά 30% αλλά προσθέτουν 50% στο κόστος.

Ε: Τι προκαλεί ελαττώματα κατασκευής PCB;
Α: Τα κοινά προβλήματα περιλαμβάνουν λανθασμένη καταχώριση στρώματος (κακή επικάλυψη), υπο-/υπερ-εκτύπωση, και λανθασμένη ευθυγράμμιση τρυπών.

Ε: Μπορώ να αλλάξω το σχέδιο μου μετά την έναρξη της κατασκευής;
Α: Οι αλλαγές μετά την επικάλυψη των στρωμάτων είναι δαπανηρές (50~100% του αρχικού κόστους).

Ε: Πόσο κοστίζει η κατασκευή PCB;
Α: (5 ′′) 15 για τα τυποποιημένα PCB 2 στρωμάτων (1000 μονάδες) · (20 ′′) 50 για τις προηγμένες πλακέτες HDI 16 στρωμάτων.

Ε: Ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός στρωμάτων για τα PCB;
Α: Τα εμπορικά PCB φτάνουν τα 40+ στρώματα (π.χ. σούπερ υπολογιστές), αλλά οι περισσότερες εφαρμογές χρησιμοποιούν 2 ̇ 16 στρώματα.

Συμπεράσματα
Η κατασκευή PCB είναι μια ακριβής διαδικασία που εξισορροπεί την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού, την επιστήμη των υλικών και την τεχνολογία παραγωγής.Κάθε βήμα παίζει ένα κρίσιμο ρόλο στην εξασφάλιση της επιφάνειας ανταποκρίνεται ηλεκτρική, μηχανικές και αξιόπιστες απαιτήσεις.
Η κατανόηση αυτών των βημάτων βοηθά τους μηχανικούς να βελτιστοποιήσουν τα σχέδια για το κόστος και την απόδοση, είτε επιλέγοντας ENIG έναντι HASL για ιατρική συσκευή είτε καθορίζοντας την τρύπα με λέιζερ για ένα HDI PCB smartphone.Καθώς εξελίσσεται η ηλεκτρονική, οι διαδικασίες κατασκευής θα συνεχίσουν να προχωρούν, επιτρέποντας μικρότερα, ταχύτερα και πιο αξιόπιστα PCB για τις τεχνολογίες του αύριο.

Με τη συνεργασία με έναν κατασκευαστή που δίνει προτεραιότητα στους ελέγχους ποιότητας και χρησιμοποιεί προηγμένο εξοπλισμό, μπορείτε να βεβαιωθείτε ότι τα PCB σας ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις ακόμη και των πιο απαιτητικών εφαρμογών.