Gia Công PCB: Các Bước Quan Trọng Trong Quy Trình Sản Xuất

Các Bước Trong Quy Trình Sản Xuất PCB

Bước 1: Thiết kế và Đầu ra

Các bo mạch phải tương thích chặt chẽ với bố cục PCB do nhà thiết kế tạo ra bằng phần mềm thiết kế PCB. Các phần mềm thiết kế PCB thường dùng bao gồm Altium Designer, OrCAD, Pads, KiCad, Eagle. LƯU Ý: Trước khi chế tạo PCB, các nhà thiết kế phải thông báo cho nhà sản xuất theo hợp đồng của họ về phiên bản phần mềm thiết kế PCB được sử dụng để thiết kế mạch vì điều này giúp tránh các sự cố do sự khác biệt gây ra.

Sau khi thiết kế PCB được chấp thuận để sản xuất, các nhà thiết kế sẽ xuất thiết kế sang định dạng mà nhà sản xuất của họ hỗ trợ. Chương trình được sử dụng thường xuyên nhất được gọi là Gerber mở rộng. Chiến dịch quảng cáo thực phẩm cho trẻ em những năm 1980 tìm kiếm những em bé xinh đẹp và phần mềm này tạo ra một số sản phẩm được thiết kế đẹp mắt. Gerber cũng có tên là IX274X.

Hình:Phần mềm được sử dụng thường xuyên được gọi GerBer

Ngành công nghiệp PCB đã tạo ra Gerber mở rộng như một định dạng đầu ra hoàn hảo. Các phần mềm thiết kế PCB khác nhau có thể yêu cầu các bước tạo tệp Gerber khác nhau, tất cả đều mã hóa thông tin quan trọng toàn diện bao gồm các lớp theo dõi đồng, bản vẽ khoan, khẩu độ, ký hiệu thành phần và các tùy chọn khác. Mọi khía cạnh của thiết kế PCB đều được kiểm tra tại thời điểm này. Phần mềm thực hiện các thuật toán giám sát trên thiết kế để đảm bảo không có lỗi nào bị phát hiện. Các nhà thiết kế cũng kiểm tra kế hoạch liên quan đến các yếu tố liên quan đến chiều rộng đường ray, khoảng cách cạnh bảng, khoảng cách theo dõi và lỗ và kích thước lỗ.

Sau khi kiểm tra kỹ lưỡng, các nhà thiết kế chuyển tiếp tệp PCB đến Cty Điện Tử Tương Lai để sản xuất. Để đảm bảo thiết kế đáp ứng các yêu cầu về dung sai tối thiểu trong quá trình sản xuất, hầu hết tất cả các cty gia công PCB (ví dụ: Cty Điện Tử Tương Lai)  đều chạy kiểm tra thiết kế để sản xuất trước khi chế tạo bảng mạch.

Hình:CTY ĐIỆN TỬ TƯƠNG LAI - VINAFE

Bước 2: Từ File đến Film

In PCB bắt đầu sau khi các nhà thiết kế xuất các file sơ đồ PCB và các nhà sản xuất tiến hành kiểm tra DFM. Các nhà sản xuất sử dụng một máy in đặc biệt gọi là máy vẽ, tạo ra các phim ảnh của PCB để in các bảng mạch. Các nhà sản xuất sẽ sử dụng các phim để tạo ảnh PCB. Mặc dù là máy in laser, nhưng nó không phải là máy in phun laser tiêu chuẩn. Máy vẽ sử dụng công nghệ in cực kỳ chính xác để cung cấp một bộ phim có độ chi tiết cao về thiết kế PCB.

Hình: Gia công PCB

Sản phẩm cuối cùng tạo ra một tấm nhựa có ảnh âm bản của PCB bằng mực đen. Đối với các lớp bên trong của PCB, mực đen biểu thị các phần đồng dẫn điện của PCB. Phần trong suốt còn lại của hình ảnh biểu thị các vùng vật liệu không dẫn điện. Các lớp bên ngoài theo mô hình ngược lại: trong suốt đối với đồng, nhưng màu đen chỉ vùng sẽ được khắc đi. Máy vẽ tự động tráng phim và phim được lưu trữ an toàn để tránh mọi tiếp xúc không mong muốn.

Mỗi lớp PCB và mặt nạ hàn đều có tấm phim trong suốt và đen riêng. Tổng cộng, một PCB hai lớp cần bốn tấm: hai tấm cho các lớp và hai tấm cho mặt nạ hàn. Điều quan trọng là tất cả các tấm phim phải tương ứng hoàn hảo với nhau. Khi được sử dụng hài hòa, chúng sẽ lập bản đồ căn chỉnh PCB.

Để đạt được sự căn chỉnh hoàn hảo của tất cả các tấm phim, cần đục lỗ đăng ký qua tất cả các tấm phim. Độ chính xác của lỗ xảy ra bằng cách điều chỉnh bàn mà tấm phim nằm trên đó. Khi các hiệu chuẩn nhỏ của bàn dẫn đến sự khớp tối ưu, lỗ sẽ được đục. Các lỗ này sẽ khớp với các chốt ghi ở bước tiếp theo của quá trình chụp ảnh.

Bước 3: In các lớp bên trong: Đồng sẽ đi đâu?

Việc tạo màng ở bước trước nhằm mục đích lập bản đồ hình dạng đường đi của đồng. Bây giờ là lúc in hình dạng trên màng lên lá đồng.

Bước này trong quá trình sản xuất PCB chuẩn bị để tạo ra PCB thực tế. Hình dạng cơ bản của PCB bao gồm một tấm ván ép có vật liệu lõi là nhựa epoxy và sợi thủy tinh, còn được gọi là vật liệu nền. Tấm ván ép đóng vai trò là vật liệu lý tưởng để tiếp nhận đồng tạo nên PCB. Vật liệu nền cung cấp điểm khởi đầu chắc chắn và chống bụi cho PCB. Đồng được liên kết trước ở cả hai mặt. Quá trình này bao gồm việc gọt bớt đồng để lộ thiết kế từ các màng.

Trong quá trình xây dựng PCB, độ sạch rất quan trọng. Tấm ván ép có mặt đồng được làm sạch và đưa vào môi trường đã khử nhiễm. Trong giai đoạn này, điều quan trọng là không có hạt bụi nào bám trên tấm ván ép. Nếu không, một hạt bụi nhỏ có thể khiến mạch bị đoản mạch hoặc vẫn hở.

Hình: Gia công PCB

Tiếp theo, tấm sạch sẽ được phủ một lớp phim nhạy sáng gọi là lớp cản quang. Lớp cản quang bao gồm một lớp hóa chất phản ứng với ánh sáng, lớp này sẽ cứng lại sau khi tiếp xúc với tia cực tím. Điều này đảm bảo lớp phim ảnh và lớp cản quang khớp chính xác với nhau. Các lớp phim này được gắn vào các chốt giữ cố định trên tấm gỗ ép.

Lớp phim và tấm ván thẳng hàng và được chiếu một luồng tia UV. Ánh sáng đi qua các phần trong suốt của tấm phim, làm cứng lớp cản quang trên lớp đồng bên dưới. Mực đen từ máy vẽ ngăn không cho ánh sáng chiếu tới các khu vực không cần làm cứng và chúng được lên lịch để loại bỏ.

Sau khi tấm ván được chuẩn bị xong, tấm ván được rửa bằng dung dịch kiềm để loại bỏ bất kỳ lớp cản quang nào còn sót lại. Một lần rửa áp suất cuối cùng sẽ loại bỏ mọi thứ còn sót lại trên bề mặt. Sau đó, tấm ván được sấy khô.

Sản phẩm xuất hiện với lớp cản quang phủ kín các khu vực đồng cần giữ nguyên hình dạng cuối cùng. Một kỹ thuật viên sẽ kiểm tra các tấm ván để đảm bảo không xảy ra lỗi nào trong giai đoạn này. Tất cả lớp cản quang có tại thời điểm này biểu thị đồng sẽ xuất hiện trong PCB hoàn thiện.

Bước này chỉ áp dụng cho các tấm ván có hơn hai lớp. Các tấm ván hai lớp đơn giản bỏ qua bước khoan. Các tấm ván nhiều lớp cần nhiều bước hơn.

Bước 4: Loại bỏ đồng không mong muốn

Sau khi loại bỏ lớp chống ảnh và lớp chống cứng phủ lên phần đồng mà chúng ta muốn giữ lại, bảng mạch sẽ chuyển sang giai đoạn tiếp theo: loại bỏ đồng không mong muốn. Cũng giống như dung dịch kiềm loại bỏ lớp chống, một chế phẩm hóa học mạnh hơn sẽ ăn mòn phần đồng dư thừa. Dung dịch dung môi đồng sẽ loại bỏ toàn bộ phần đồng lộ ra. Trong khi đó, phần đồng mong muốn vẫn được bảo vệ hoàn toàn bên dưới lớp chống ảnh đã cứng.

Không phải tất cả các bảng mạch đồng đều được tạo ra như nhau. Một số bảng mạch nặng hơn cần lượng dung môi đồng lớn hơn và thời gian phơi sáng khác nhau. Lưu ý, các bảng mạch đồng nặng hơn cần chú ý thêm đến khoảng cách giữa các rãnh. Hầu hết các PCB tiêu chuẩn đều dựa trên thông số kỹ thuật tương tự.

Bây giờ dung môi đã loại bỏ phần đồng không mong muốn, lớp chống cứng bảo vệ phần đồng mong muốn cần được rửa sạch. Một dung môi khác sẽ hoàn thành nhiệm vụ này. Bây giờ, bảng mạch chỉ lấp lánh với lớp nền đồng cần thiết cho PCB.

Bước 5: Căn chỉnh lớp và Kiểm tra quang học

Khi tất cả các lớp đã sạch và sẵn sàng, các lớp cần được đục lỗ căn chỉnh để đảm bảo tất cả chúng thẳng hàng. Các lỗ căn chỉnh sẽ căn chỉnh các lớp bên trong với các lớp bên ngoài. Kỹ thuật viên đặt các lớp vào một máy gọi là máy đục quang học, cho phép tạo sự tương ứng chính xác để các lỗ ghi được đục chính xác.

Sau khi các lớp được đặt lại với nhau, không thể sửa bất kỳ lỗi nào xảy ra ở các lớp bên trong. Một máy khác thực hiện kiểm tra quang học tự động các tấm để xác nhận không có lỗi hoàn toàn. Thiết kế ban đầu từ Gerber, mà nhà sản xuất nhận được, đóng vai trò là mô hình. Máy quét các lớp bằng cảm biến laser và tiến hành so sánh điện tử hình ảnh kỹ thuật số với tệp Gerber gốc.

Nếu máy phát hiện thấy sự không nhất quán, sự so sánh sẽ được hiển thị trên màn hình để kỹ thuật viên đánh giá. Sau khi lớp vượt qua quá trình kiểm tra, nó sẽ chuyển sang giai đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất PCB.

Bước 6: Xếp lớp và liên kết

Trong giai đoạn này, bảng mạch sẽ định hình. Tất cả các lớp riêng biệt đang chờ ghép lại với nhau. Khi các lớp đã sẵn sàng và được xác nhận, chúng chỉ cần được ghép lại với nhau. Các lớp bên ngoài phải ghép với chất nền. Quá trình này diễn ra theo hai bước: xếp lớp và liên kết.

Vật liệu lớp ngoài bao gồm các tấm sợi thủy tinh, được tẩm trước bằng nhựa epoxy. Viết tắt của quá trình này là prepreg. Một lá đồng mỏng cũng phủ lên trên và dưới của chất nền ban đầu, chứa các vết khắc đồng. Bây giờ, đã đến lúc kẹp chúng lại với nhau.

Quá trình liên kết diễn ra trên một chiếc bàn thép nặng với các kẹp kim loại. Các lớp được lắp chặt vào các chốt gắn vào bàn. Mọi thứ phải vừa khít để tránh bị dịch chuyển trong quá trình căn chỉnh.

Hình: Quy trình gia công PCB

Một kỹ thuật viên bắt đầu bằng cách đặt một lớp prepreg lên trên bồn căn chỉnh. Lớp nền sẽ vừa khít với lớp prepreg trước khi đặt tấm đồng vào. Các tấm prepreg tiếp theo nằm trên cùng của lớp đồng. Cuối cùng, một lá nhôm và tấm ép đồng sẽ hoàn thiện chồng. Bây giờ, nó đã được chuẩn bị để ép.

Toàn bộ hoạt động trải qua một quy trình tự động do máy tính ép liên kết thực hiện. Máy tính sẽ điều phối quá trình làm nóng chồng, thời điểm cần tạo áp lực và thời điểm để chồng nguội ở tốc độ được kiểm soát.

Tiếp theo, một lượng nhất định sẽ diễn ra quá trình tháo dỡ. Với tất cả các lớp được đúc lại với nhau trong một lớp PCB tuyệt đẹp, kỹ thuật viên chỉ cần tháo dỡ sản phẩm PCB nhiều lớp. Chỉ cần tháo các chốt giữ và loại bỏ tấm ép trên cùng. Sự tuyệt vời của PCB sẽ xuất hiện từ bên trong lớp vỏ tấm ép nhôm của nó. Lá đồng, được đưa vào quá trình này, vẫn tiếp tục tạo nên lớp ngoài của PCB.

Bước 7: Khoan

Cuối cùng, các lỗ được khoan vào tấm ván xếp chồng. Tất cả các thành phần được lên kế hoạch sau, chẳng hạn như liên kết đồng qua các lỗ và các khía cạnh có chì, đều phụ thuộc vào độ chính xác của các lỗ khoan chính xác. Các lỗ được khoan đến độ rộng của sợi tóc - mũi khoan đạt được đường kính 100 micron, trong khi sợi tóc trung bình là 150 micron.

Hình:Quy trình gia công PCB

Để tìm vị trí của mục tiêu khoan, một máy định vị tia X sẽ xác định các điểm mục tiêu khoan thích hợp. Sau đó, các lỗ đăng ký thích hợp được khoan để cố định chồng cho một loạt các lỗ cụ thể hơn.

Trước khi khoan, kỹ thuật viên đặt một tấm vật liệu đệm bên dưới mục tiêu khoan để đảm bảo lỗ khoan được tạo ra sạch sẽ. Vật liệu thoát ra ngăn ngừa bất kỳ vết rách không cần thiết nào khi thoát ra của máy khoan.

Một máy tính kiểm soát mọi chuyển động nhỏ của máy khoan - thật tự nhiên khi một sản phẩm xác định hành vi của máy móc sẽ dựa vào máy tính. Máy do máy tính điều khiển sử dụng tệp khoan từ thiết kế ban đầu để xác định các điểm khoan thích hợp.

Các mũi khoan sử dụng trục chính dẫn động bằng khí nén quay với tốc độ 150.000 vòng/phút. Ở tốc độ này, bạn có thể nghĩ rằng việc khoan diễn ra trong nháy mắt, nhưng có rất nhiều lỗ cần khoan. Một PCB trung bình chứa hơn một trăm điểm khoan còn nguyên vẹn. Trong quá trình khoan, mỗi điểm cần có thời điểm đặc biệt riêng với máy khoan, vì vậy cần có thời gian. Các lỗ sau đó chứa các lỗ thông và lỗ lắp cơ học cho PCB. Việc gắn chặt các bộ phận này được thực hiện sau khi mạ.

Hình: Một PCB trung bình chứa hơn một trăm điểm nguyên vẹn boron

Sau khi quá trình khoan hoàn tất, phần đồng bổ sung lót các cạnh của tấm sản xuất sẽ được loại bỏ bằng một công cụ định hình.

Bước 8: Mạ và lắng đọng đồng

Sau khi khoan, tấm chuyển sang mạ. Quá trình này kết hợp các lớp khác nhau lại với nhau bằng cách lắng đọng hóa học. Sau khi vệ sinh kỹ lưỡng, tấm trải qua một loạt các bể hóa chất. Trong quá trình ngâm, một quá trình lắng đọng hóa học sẽ lắng đọng một lớp đồng mỏng - dày khoảng một micron - trên bề mặt tấm. Đồng sẽ đi vào các lỗ vừa khoan.

Trước bước này, bề mặt bên trong của các lỗ chỉ để lộ vật liệu sợi thủy tinh tạo nên phần bên trong của tấm. Các bể đồng bao phủ hoàn toàn hoặc phủ một lớp đồng lên thành lỗ. Nhân tiện, toàn bộ tấm được phủ một lớp đồng mới. Quan trọng nhất là các lỗ mới được phủ. Máy tính kiểm soát toàn bộ quá trình nhúng, tháo và xử lý.

Bước 9: Chụp ảnh lớp ngoài

Ở Bước 3, chúng tôi đã áp dụng chất cản quang lên tấm. Ở bước này, chúng tôi thực hiện lại - ngoại trừ lần này, chúng tôi chụp ảnh các lớp ngoài của tấm bằng thiết kế PCB. Chúng tôi bắt đầu với các lớp trong phòng vô trùng để ngăn chặn bất kỳ chất gây ô nhiễm nào bám vào bề mặt lớp, sau đó phủ một lớp cản quang lên tấm. Tấm đã chuẩn bị được chuyển vào phòng màu vàng. Đèn UV ảnh hưởng đến cản quang. Bước sóng ánh sáng màu vàng không mang đủ mức UV để ảnh hưởng đến cản quang.

Các lớp mực đen trong suốt được cố định bằng chốt để tránh không thẳng hàng với tấm. Khi tấm và khuôn tiếp xúc, một máy phát sẽ chiếu tia UV mạnh vào chúng, giúp làm cứng lớp cản quang. Sau đó, tấm được chuyển vào máy để loại bỏ lớp cản quang chưa cứng, được bảo vệ bằng độ mờ của mực đen.

Quy trình này ngược lại với quy trình của các lớp bên trong. Cuối cùng, các tấm bên ngoài được kiểm tra để đảm bảo tất cả lớp cản quang không mong muốn đã được loại bỏ trong giai đoạn trước.

Bước 10: Mạ

Chúng tôi quay lại phòng mạ. Như đã làm ở Bước 8, chúng tôi mạ điện tấm bằng một lớp đồng mỏng. Các phần lộ ra của tấm từ giai đoạn cản quang lớp ngoài sẽ được mạ điện đồng. Sau khi mạ đồng ban đầu, tấm thường được mạ thiếc, cho phép loại bỏ toàn bộ đồng còn lại trên tấm được lên kế hoạch loại bỏ. Thiếc bảo vệ phần tấm được phủ đồng trong giai đoạn khắc tiếp theo. Khắc sẽ loại bỏ lớp đồng không mong muốn khỏi tấm.

Bước 11: Khắc cuối cùng

Thiếc bảo vệ đồng mong muốn trong giai đoạn này. Đồng không mong muốn lộ ra và đồng bên dưới lớp chống dính còn lại sẽ được loại bỏ. Một lần nữa, các dung dịch hóa học được áp dụng để loại bỏ lượng đồng dư thừa. Trong khi đó, thiếc bảo vệ đồng có giá trị trong giai đoạn này.

Các khu vực dẫn điện và kết nối hiện đã được thiết lập đúng cách.

Bước 12: Ứng dụng mặt nạ hàn

Trước khi mặt nạ hàn được áp dụng cho cả hai mặt của tấm, các tấm được làm sạch và phủ một lớp mực mặt nạ hàn epoxy. Các tấm được chiếu một luồng tia cực tím, đi qua một lớp phim ảnh mặt nạ hàn. Các phần được phủ vẫn không bị cứng và sẽ được loại bỏ.

Cuối cùng, tấm được đưa vào lò để làm cứng mặt nạ hàn.

Bước 13: Hoàn thiện bề mặt

Để tăng khả năng hàn cho PCB, chúng tôi mạ hóa chất bằng vàng hoặc bạc. Một số PCB cũng được phủ lớp đệm khí nóng trong giai đoạn này. Quá trình phủ khí nóng tạo ra các miếng đệm đồng nhất. Quá trình đó dẫn đến việc tạo ra lớp hoàn thiện bề mặt. PCBCart có thể xử lý nhiều loại lớp hoàn thiện bề mặt theo nhu cầu cụ thể của khách hàng.

Bước 14: In lụa

Bảng mạch gần hoàn thiện được in phun mực lên bề mặt, dùng để chỉ ra tất cả thông tin quan trọng liên quan đến PCB. Cuối cùng, PCB chuyển sang giai đoạn phủ và đóng rắn cuối cùng.

Bước 15: Kiểm tra điện

Như một biện pháp phòng ngừa cuối cùng, một kỹ thuật viên sẽ thực hiện các bài kiểm tra điện trên PCB. Quy trình tự động này xác nhận chức năng của PCB và sự phù hợp của PCB với thiết kế ban đầu. Tại PCBCart, chúng tôi cung cấp phiên bản kiểm tra điện nâng cao có tên là kiểm tra đầu dò bay, dựa trên việc di chuyển các đầu dò để kiểm tra hiệu suất điện của từng lưới trên một bảng mạch trần.

Bước 16: Định hình và V-Score

Bây giờ chúng ta đến bước cuối cùng cắt các bo mạch khác nhau được cắt từ tấm ban đầu. Phương pháp sử dụng tập trung vào việc sử dụng máy phay hoặc rãnh chữ V. Máy phay để lại các tab nhỏ dọc theo các cạnh của tấm trong khi rãnh chữ V cắt các rãnh chéo dọc theo cả hai mặt của tấm. Cả hai cách đều cho phép các tấm dễ dàng bật ra khỏi tấm.

Kết Luận