Výrobné metódy PCB: výrobná technológia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

V prístrojoch a elektronike vo všeobecnosti zohrávajú dosky plošných spojov kľúčovú úlohu ako nosiče elektrických prepojení. Od tejto funkcie závisí kvalita zariadenia a jeho základný výkon. Moderné metódy výroby dosiek plošných spojov sa riadia možnosťou spoľahlivej integrácie základne prvkov s vysokou hustotou rozloženia, čo zvyšuje výkon vyrábaného zariadenia.

Prehľad PCB

Hovoríme o produktoch na báze plochej izolačnej základne, ktorej dizajn má drážky, otvory, výrezy a vodivé obvody. Tieto slúžia na spínanie elektrických zariadení, z ktorých niektoré nie sú súčasťou samotného zariadenia dosky a druhá časť je na ňom umiestnená ako lokálne funkčné uzly. Je dôležité zdôrazniť, že umiestneniez vyššie uvedených konštrukčných prvkov sú vodiče a pracovné časti na začiatku prezentované v dizajne produktu ako dobre premyslený elektrický obvod. Pre možnosť budúceho spájkovania nových prvkov sú poskytnuté metalizované povlaky. Predtým sa na vytváranie takýchto povlakov používala technológia nanášania medi. Toto je chemická operácia, ktorú dnes mnohí výrobcovia opustili kvôli použitiu škodlivých chemikálií, ako je formaldehyd. Nahradili ho ekologickejšie spôsoby výroby dosiek plošných spojov s priamou metalizáciou. Medzi výhody tohto prístupu patrí možnosť kvalitného spracovania hrubých a obojstranných dosiek.

Materiály na výrobu

Medzi hlavné spotrebné materiály patria dielektrika (fóliované alebo nefóliované), kovové a keramické prírezy pre základ dosky, sklolaminátové izolačné tesnenia atď. Kľúčovú úlohu pri zabezpečení potrebných úžitkových vlastností produktu zohrávajú nielen podľa základných konštrukčných materiálov pre základy, koľko vonkajších náterov. Najmä aplikovaný spôsob výroby dosiek plošných spojov určuje požiadavky na lepiace materiály pre tesnenia a lepiace nátery na zlepšenie priľnavosti povrchov. Epoxidové impregnácie sa teda široko používajú na lepenie a polymérne lakové kompozície a filmy sa používajú na ochranu pred vonkajšími vplyvmi. Papier, sklolaminát a sklolaminát sa používajú ako plnivá do dielektrík. V tomto prípade epoxyfenolové, fenolové aepoxidové živice.

Technológia jednostranných dosiek plošných spojov

Táto výrobná technika je jednou z najbežnejších, pretože si vyžaduje minimálne investície do zdrojov a vyznačuje sa relatívne nízkou úrovňou zložitosti. Z tohto dôvodu je široko používaný v rôznych priemyselných odvetviach, kde je v zásade možné organizovať prácu automatizovaných dopravníkových liniek na tlač a leptanie. Typické operácie výroby jednostranných dosiek plošných spojov zahŕňajú nasledujúce:

• Príprava základne. Čistý hárok je narezaný na požadovaný formát mechanickým rezaním alebo dierovaním.
• Vytvarovaný balík s prírezmi sa privádza na vstup výrobnej linky dopravníka.
• Čistenie polotovarov. Zvyčajne sa vykonáva mechanickou deoxidáciou.
• Farby na tlač. Šablónová technológia sa používa na nanášanie technologických a značkovacích symbolov, ktoré sú odolné voči leptaniu a vytvrdzované pod vplyvom ultrafialového žiarenia.
• Leptanie medenou fóliou.
• Odstránenie ochrannej vrstvy z laku.

Takýmto spôsobom sa získajú málo funkčné, ale lacné dosky. Ako spotrebná surovina sa zvyčajne používa papierový základ - getinaky. Ak sa kladie dôraz na mechanickú pevnosť produktu, potom možno použiť aj kombináciu papiera a skla vo forme vylepšeného getinaxu triedy CEM-1.

Subtraktívny spôsob výroby

Kontúry vodičovpodľa tejto techniky vznikajú ako výsledok leptania medenej fólie na báze ochranného obrazu v kovovom reziste alebo fotoreziste. Existujú rôzne možnosti implementácie subtraktívnej technológie, z ktorých najbežnejšia zahŕňa použitie suchého filmového fotorezistu. Preto sa tento prístup nazýva aj fotoodporová metóda výroby dosiek plošných spojov, ktorá má svoje pre a proti. Metóda je pomerne jednoduchá a v mnohých ohľadoch univerzálna, ale na výstupe dopravníka sa získajú aj dosky s nízkou funkčnosťou. Technologický postup je nasledovný:

• Fóliové dielektrikum sa pripravuje.
• V dôsledku vrstvenia, expozície a vyvolávacích operácií sa vo fotorezise vytvorí ochranný vzor.
• Proces leptania medenou fóliou.
• Odstránenie ochranného vzoru z fotorezistu.

Pomocou fotolitografie a fotorezistu sa na fólii vytvorí ochranná maska vo forme vzoru vodičov. Potom sa na exponovaných miestach medeného povrchu vykoná leptanie a filmový fotorezist sa odstráni.

V alternatívnej verzii subtraktívnej metódy výroby dosiek plošných spojov je fotorezist navrstvený na fóliové dielektrikum, ktoré bolo predtým opracované na vytvorenie otvorov a predmetalizované s hrúbkou až 6-7 mikrónov. Leptanie sa vykonáva postupne v oblastiach, ktoré nie sú chránené fotorezistom.

Aditívne tvarovanie PCB

ProstredníctvomTáto metóda môže vytvárať vzory s vodičmi a medzerami v rozsahu 50 až 100 µm na šírku a 30 až 50 µm na hrúbku. Uplatňuje sa elektrochemický prístup s galvanickým selektívnym nanášaním a bodovým lisovaním izolačných prvkov. Zásadný rozdiel medzi touto metódou a subtraktívnou metódou je v tom, že sa aplikujú kovové vodiče, nie leptané. Ale metódy aditívnej výroby dosiek s plošnými spojmi majú svoje vlastné rozdiely. Predovšetkým sa delia na čisto chemické a galvanické metódy. Najčastejšie používaná chemická metóda. V tomto prípade tvorba vodivých obvodov v aktívnych oblastiach zabezpečuje chemickú redukciu kovových iónov. Rýchlosť tohto procesu je približne 3 µm/h.

Pozitívna kombinovaná výrobná metóda

Táto metóda sa nazýva aj semiaditívna. V práci sa používajú fóliové dielektriká, ale menšej hrúbky. Môžu sa použiť napríklad fólie od 5 do 18 mikrónov. Ďalej sa vytváranie vzoru vodičov uskutočňuje podľa rovnakých modelov, ale hlavne s galvanickým nanášaním medi. Kľúčový rozdiel medzi metódou možno nazvať použitím fotomasiek. Používajú sa pri kombinovanom pozitívnom spôsobe výroby dosiek plošných spojov v štádiu predmetalizácie s hrúbkou do 6 mikrónov. Ide o takzvaný postup galvanického uťahovania, pri ktorom sa fotoodporový prvok aplikuje a exponuje cez fotomasku.

Výhody kombinovanej metódyVýroba PCB

Táto technológia vám umožňuje vytvárať prvky obrazu so zvýšenou presnosťou. Napríklad pri pozitívnom spôsobe výroby dosiek plošných spojov na fólii spotrebnej s hrúbkou do 10 mikrónov je možné získať rozlíšenie vodičov až do 75 mikrónov. Spolu s vysokou kvalitou dielektrických obvodov je zabezpečená aj efektívnejšia povrchová izolácia s dobrou priľnavosťou potlačeného substrátu.

Metóda párového lisovania

Technológia je založená na metóde vytvárania medzivrstvových kontaktov pomocou metalizovaných otvorov. V procese vytvárania vzoru vodičov sa používa postupná príprava segmentov budúcej základne. V tomto štádiu sa na výrobu dosiek plošných spojov používa semiaditívna metóda, po ktorej sa z pripravených jadier zostaví viacvrstvový balík. Medzi segmentmi je špeciálna podšívka zo sklolaminátu ošetreného epoxidovými živicami. Toto zloženie po stlačení môže vytiecť, vyplní pokovené otvory a ochráni galvanizovaný povlak pred chemickým napadnutím počas ďalších technologických operácií.

metóda vrstvenia PCB

Ďalší spôsob, ktorý je založený na použití niekoľkých segmentov tlačených substrátov na vytvorenie komplexnej funkčnej štruktúry. Podstata metódy spočíva v postupnom ukladaní vrstiev izolácie s vodičmi. Zároveň je potrebné zabezpečiť spoľahlivé kontakty medzi susednými vrstvami, čo je zabezpečenégalvanické medené nánosy v oblastiach s izolačnými otvormi. Medzi výhody tohto spôsobu výroby viacvrstvových dosiek plošných spojov patrí vysoká hustota rozmiestnenia funkčných prvkov s možnosťou kompaktnej montáže v budúcnosti. Navyše sú tieto vlastnosti zachované na všetkých vrstvách konštrukcie. Ale existujú aj nevýhody tejto metódy, z ktorých hlavnou je mechanický tlak na predchádzajúce vrstvy pri nanášaní ďalšej. Z tohto dôvodu je technológia obmedzená v maximálnom povolenom počte nanesených vrstiev - do 12.

Záver

S rastúcimi požiadavkami na technické a prevádzkové vlastnosti modernej elektroniky sa nevyhnutne zvyšuje technologický potenciál v nástrojoch samotných výrobcov. Platformou na realizáciu nových nápadov je často len doska plošných spojov. Kombinovaný spôsob výroby tohto prvku ukazuje úroveň moderných výrobných možností, vďaka ktorým môžu vývojári vyrábať ultrakomplexné rádiové komponenty s jedinečnou konfiguráciou. Ďalšou vecou je, že koncept rastu vrstvy po vrstve sa nie vždy v praxi ospravedlňuje v aplikáciách v najjednoduchšej rádiotechnike, takže zatiaľ len niekoľko spoločností prešlo na sériovú výrobu takýchto dosiek. Navyše dopyt po jednoduchých obvodoch s jednostranným dizajnom a používaním lacného spotrebného materiálu zostáva.