PCB-tillverkningsprocess - En omfattande guide

Från den konsumentelektronik vi kommer i kontakt med dagligen till avancerade flyg- och rymdsystem, är kärnan i dessa elektroniska enheter kretskort. Att förstå kretskortstillverkningsprocessen är avgörande för ingenjörer, designers och företag som hoppas kunna få fram högpresterande elektroniska produkter. Tillverkningsprocessen för kretskort är inte bara relaterad till prestanda och tillförlitlighet, utan påverkar också direkt leveranscykeln och produktens kostnadseffektivitet. Att behärska hur man tillverkar ett kretskort är inte bara en del av det tekniska lärandet utan också ingångspunkten för en djupgående förståelse för vad kretskortstillverkning är.

Härnäst kommer vi att genomföra en djupgående analys av kretskortstillverkningsprocessen och systematiskt sortera igenom hela kretskortstillverkningsprocessen. Förhoppningsvis kan den här artikeln hjälpa dig att fullt ut förstå de viktigaste stegen och de tekniska kraven för olika kretskortstillverkningsprocesser.

Översikt över PCB-tillverkning

Låt oss först och främst få en allmän förståelse för kretskortstillverkning. Vad är kretskortstillverkning? Faktum är att kretskortstillverkning är en flerstegsprocess för att omvandla designdata till funktionella kretskort. Dessa processer inkluderar flera viktiga steg som avbildning av innerlager, borrning, elektroplätering, etsning och ytbehandling. Oavsett om det är styva kretskort, flexibla kretskort, styv-flexibla kombinationskort, HDI-högdensitets-sammankopplings-kretskort eller keramiska kretskort, kommer tillverkningsprecisionen direkt att påverka slutproduktens tillförlitlighet. Okej, nu ska vi lära oss hur kretskort tillverkas.

PCB-tillverkningsprocess – steg för steg förklarad

Vi kommer att presentera det för dig i 20 steg.

Steg 1 – Förproduktionsgranskning

Det första steget i tillverkningsprocessen för kretskort är att genomföra en detaljerad granskning av alla design- och produktionsdokument. Granskningen inkluderar generellt verifiering av Gerber-dokument och BOM (Bill of Materials), analys av tillverkningsbarhetsdesign (DFM), samt processplanering och materialförberedelse.

Granska först Gerber- och BOM-filerna. Granska dessa dokument för att bekräfta fullständigheten och tillgängligheten av designdata, för att säkerställa att alla viktiga lager, hål, plattor, lödmasker och annan designinformation för kretskortet är korrekta och felfria. Detta är en förutsättning för att uppnå högkvalitativ tillverkning av kretskort.

Sedan kommer analysen och utvärderingen av DFM (Defensive Foam Management). Analysera och utvärdera om den inlämnade designen är lämplig för den faktiska tillverkningskapaciteten, oavsett produktionsskala. En bra DFM kan effektivt minska andelen produktionsfel, öka avkastningsgraden och förkorta den totala leveranscykeln.

Sedan finns det aspekten av materialförberedelse. Kretskortstillverkare måste välja lämpliga basmaterial, kopparfolietjocklek, borrmetoder etc. baserat på typen av kretskort (såsom flexibla kort, styva flexkort eller kretskort av industriell kvalitet). Dessutom kommer detaljerade processflöden också att formuleras under förproduktionsstadiet, såsom lamineringsparametrar, galvaniseringsplaner och ytbehandlingstekniker, för att säkerställa att hela kretskortstillverkningsprocessen är baserad på solida bevis.

Genom dessa standardiserade granskningsprocesser för produktion kan kretskortstillverkningen göra fullständiga förberedelser för efterföljande produktion.

Steg 2 – Avbildning av det inre lagret

Avbildning av det inre lagret är ett viktigt steg i att överföra kretsmönstret från designfilen till ytan av kopparfolien. Detta steg är generellt involverat i produktion av typer som flerskiktade kretskort, HDI-kretskort och styva flexkretskort.

Först applicerades ljuskänsligt lim på det kopparbelagda substratet. Sedan, med hjälp av laserdirektritning (LDI) eller ultraviolett exponering, överförs kretsmönstret exakt till kortytan. Detta steg har extremt höga krav på upplösning och stabilitet hos kretskortstillverkningsutrustning, särskilt i tillverkningsprocesserna för flexibla kretskort och keramiska kretskort, där exakt kontroll är ännu viktigare. Efter utvecklingsprocessen kommer den behållna grafiken att gå in i etsningsprocessen. Detta steg kommer att ha en direkt inverkan på kretskortets kretskvalitet och är en viktig länk för varje kretskortstillverkare för att säkerställa den färdiga produktens noggrannhet.

Steg 3 – Etsning av inre lager

Efter att grafiken har framkallats går den in i etsningssteget för det inre lagret. Detta steg är en viktig process för att omvandla designen till den faktiska rutten. Det går ut på att genom kemisk etsning avlägsna det överflödiga kopparskiktet som inte täcks av fotoresist, och därigenom bilda ett tydligt kretsmönster.

Kemisk etsning använder vanligtvis kopparklorid eller alkaliska etsningslösningar och utförs under strikt kontrollerad tid, temperatur och hastighet för att säkerställa kretsens integritet och rena kanter. Efter att etsningen är klar rengörs och torkas det inre lagret, och sedan går det in i laminerings- och justeringsprocessen för att fortsätta med den efterföljande flerskiktslamineringsprocessen. Etsning av det inre lagret är ett avgörande steg för att slutligen omvandla designritningarna till ledande fasta kretsar.

Denna process är inte bara tillämplig på prototyputveckling utan används även i stor utsträckning i massproduktionsfasen, där den fungerar som en viktig brygga mellan designnoggrannhet och elektrisk prestanda. Och denna process lägger grunden för högkvalitativ tillverkning och montering av kretskort.

Steg 4 – Avskalning av fotoresist

Efter att etsningen av det inre lagret är klar är kretskortets yta fortfarande täckt med ett lager exponerad fotoresist. Vid denna tidpunkt är det nödvändigt att noggrant avlägsna detta lager av kvarvarande fotoresist genom skalningsprocessen för att återställa en ren kopparyta. Den rengjorda kopparytan måste vara fri från kvarvarande lim och oxidation, eftersom den fungerar som bas för grafisk galvanisering och etsning i den efterföljande kretskortstillverkningsprocessen. Detta steg använder vanligtvis kemiska eller fysikaliska metoder för att avlägsna överskottet av fotoresist. Även om detta steg är kort är det mycket viktigt för den färdiga produktens konduktivitet och bindningsstyrka mellan lagren.

Steg 5 – AOI och registreringsstämpel

Efter att grafiken för det inre lagret är klar måste AOI-teknik användas för att upptäcka om det finns några defekter i grafiken för det inre lagret på kretskortet. AOI är en högautomatiserad maskin som snabbt kan upptäcka defekter i kretsdesignen, såsom kortslutningar, öppna kretsar och avvikelser, vilket säkerställer att varje kretskort uppfyller kvalitetsstandarder.

Omedelbart därefter, för att uppnå exakt uppriktning av flerskiktskorten i den efterföljande lamineringen, utförs registreringsstansningen. Detta steg säkerställer strikt lageruppriktning under lamineringsprocessen genom att borra exakta uppriktningshål i varje lager. Det är särskilt lämpligt för tillverkningsprocessen för styva flexibla kretskort och tillverkning av andra högskiktskort. AOI-inspektion och positioneringsborrning utförs vanligtvis i kombination. Å ena sidan säkerställer detta grafikens noggrannhet; å andra sidan garanterar det strukturens uppriktning.

Steg 6 – Oxidbehandling

I tillverkningsprocessen för flerskiktade kretskort utförs vanligtvis oxidationsbehandling för att förbättra bindningskraften mellan det inre lagret och prepregen (PP). Oxidationsbehandling är ett valfritt steg. Detta steg används huvudsakligen för att förbättra bindningsstyrkan mellan lagren av flerskiktade kretskort och förhindra delaminering eller hålrum under lamineringsprocessen. I tillverkningsprocessen för flerskiktade kretskort är god mellanlagerbindning avgörande för att säkerställa tillförlitlig överföring av elektriska signaler och kretskortens mekaniska hållfasthet.

Även om inte alla produkter måste genomgå oxidationsbehandling, är det i avancerade eller industriella kretskortstillverkningsprocesser en viktig garanti för att uppnå hög lagerspänningskvalitet.

Steg 7 – Lamineringsprocess

Laminering avser processen att stapla flera inre kopparfolier och prepregs i en designad sekvens och sedan pressa ihop dem till en enda enhet under hög temperatur och högt tryck. Denna process gör det möjligt att sammanfoga de inre kretskorten ordentligt genom isolerande material och bilda en enhetlig flerskiktad PCB-struktur.

Lamineringsprocessen används ofta i olika avancerade kretskortstyper, inklusive HDI-kretskort, styva flexkretskort och industriella kretskortstillverkningsprocesser som kräver värmebeständighet och hög tillförlitlighet. Laminering avgör inte bara den elektriska prestandan och strukturella hållfastheten, utan har också en direkt inverkan på kvaliteten i efterföljande steg som borrning och galvanisering. Det är en viktig nod för professionella kretskortstillverkare att demonstrera sin processnivå.

Steg 8 – Borrning

Borrning utförs huvudsakligen med CNC-borrmaskiner eller laserborrmaskiner. Syftet med borrningen är att skapa exakta hål för genomgående hål och bottenhål för att etablera elektriska anslutningar mellan kortlagren.

I standardtillverkningsprocessen för kretskort används CNC-borrning i stor utsträckning för att producera genomgående hål. I HDI-kretskortstillverkningsprocessen används ofta laserborrningsteknik för att bearbeta högprecisionsmikroblindhål och nedgrävda hål. Noggrannheten i borrningen påverkar direkt den efterföljande ledningsgalvaniseringskvaliteten och är grunden för att uppnå flerskiktssammankoppling i hela kretskortstillverkningsprocessen.

Steg 9 – Hålmetallisering och PTH-plätering

Efter att borrningen är klar går kretskortet in i metalliserings- och hålpläteringssteget. Detta steg är ett viktigt steg för att uppnå flerskiktsledningsförbindelser.

Först måste resterna på porväggarna avlägsnas genom kemisk rengöring och aktiveringsbehandling. Därefter utförs sensibilisering och katalys på de icke-ledande porväggarna för att förbereda den efterföljande elektropläteringen. Därefter användes elektrolös kopparplätering och elektroplätering av koppar för att jämnt avsätta ett lager koppar i varje hål och bilda en pålitlig ledande bana.

Detta steg används ofta vid tillverkning av flerskiktade kretskort, flex-kretskort och keramiska kretskort. Högkvalitativ elektropläterad koppar förbättrar inte bara arkets elektriska ledningsförmåga utan säkerställer även anslutningens tillförlitlighet.

Steg 10 – Avbildning av det yttre lagret

Överföringen av grafik i det yttre lagret är ett av de viktigaste stegen i kretskortstillverkning. I detta skede beläggs kretsmönstret med fotoresist och exponeras för att bilda kretsens initiala struktur.

Applicera först ett lager fotoresist på den yttre kopparytan och exponera den sedan med laserdirektspårning (LDI) eller ultraviolett exponeringsteknik. Den exponerade resisten kommer att bilda ett korrosionsskyddande lager på kretskortet för att skydda de områden som inte behöver etsas. Denna process måste utföras under strikta ljusförhållanden för att säkerställa kretsens tydlighet och noggrannhet och för att överföra kretsmönstret exakt till resisten.

Efter exponering och framkallning kommer endast det område som täcks av kretsmönstret att finnas kvar på kortets yta. Noggrannheten i det yttre lagermönstret är direkt relaterad till kvaliteten på den slutliga plattan och komponentens lödbarhet, och det är en viktig länk för att säkerställa funktionell tillförlitlighet i kretskortstillverkningsprocessen.

Steg 11 – Kopparplätering och tennplätering

Efter att överföringen av grafiken i det yttre lagret är klar och framkallad, går kretskortstillverkningsprocessen in i steget för kopparförtjockning och tennskydd. Detta steg involverar elektroplätering i kretsmönstret för att förtjocka kopparskiktet och förbättra den elektriska ledningsförmågan och den mekaniska hållfastheten. Syftet med kopparbeläggningen är att ytterligare förtjocka den exponerade kopparytan för att förbättra kretsens ledningsförmåga och korrosionsbeständighet.

Därefter elektropläteras ett lager av tennskyddande skikt på den förtjockade kopparytan. Tennpläteringsskiktet skyddar kopparskiktet från påverkan av den efterföljande etsningsprocessen och förhindrar att kopparskiktet oxiderar eller korroderar. Tennskiktet täcker endast kretsområdet. Det icke-kretsiga området som inte täcks av fotoresisten kommer att tas bort vid nästa etsning.

Beläggningskvaliteten hos koppar och tenn är direkt relaterad till den färdiga kretskortets elektriska prestanda och grafiska integritet, och det är ett oumbärligt steg i kretskortstillverkningsprocessen.

Steg 12 – Borttagning av det yttre lagrets motståndskraft

Efter att kopparförtjockningen och tennskyddet är avslutade går kretskortstillverkningsprocessen in i steget att skala bort det yttre resistskiktet. Skalning använder vanligtvis kemiska lösningar för att noggrant avlägsna fotoresist utan att skada kopparytan och tennskiktet, vilket förbereder nästa etsningsprocess. Syftet med detta steg är att ta bort den kvarvarande fotoresisten på det yttre skiktet och endast behålla det kretsområde som har tennpläterats för skydd. Efter att detta steg har slutförts kan grafiken på kretskortet börja etsas, vilket tar bort det oskyddade kopparskiktet och slutligen bildar ett fint kretsmönster.

Även om detta steg är kort, är det avgörande för att säkerställa linjens integritet och den yttre grafikens kvalitet. Det kan återspegla kretskortstillverkarens strikta kontroll över detaljer och stabilitet.

Steg 13 – Slutlig etsning

Efter att det yttre lagret av resisten har skalats av går kretskortstillverkningsprocessen in i det slutliga etsningssteget. Den slutliga etsningsprocessen är ett avgörande steg i kretskortstillverkningen för att ta bort oskyddade överskott av kopparlager, vilket hjälper till att forma kretskortets slutliga kretsmönstret. Denna process kräver vanligtvis användning av kemiska etsningslösningar (såsom järnklorid eller fluorvätesyra) för att ta bort det exponerade kopparlagret. Efter att etsningen är klar skalas det skyddande tennlagret av för att göra det slutliga kretsmönstret helt synligt. Denna process används i stor utsträckning i tillverkningsprocesser för flerskiktade kretskort, HDI-kretskort och styva flexibla kretskort. Dessa typer av kretskort har extremt höga krav på etsningsnoggrannhet och grafisk kantkvalitet.

Den slutliga etsningen är det sista steget i kretsens bildande. Denna process avgör direkt kretsens klarhet och ledningsförmåga.

Steg 14 – Applicering av lödmask

Efter att kretsschemat är klart kommer det till steget att belägga lödmasklagret. Detta steg innebär att applicera ett lager av grön, svart eller annan färgad lödmaskfärg på kretskortets yta, följt av härdningsbehandling genom UV-härdning eller termisk härdning. Endast fönster är reserverade på de positioner som behöver lödas, såsom plattor och vias.

Lödmasken används för att skydda kopparkretsar från kortslutning eller oxidation under lödningsprocessen. Högkvalitativa lödmasklager förbättrar inte bara kretskortens hållbarhet och föroreningsskydd, utan utgör också grunden för att uppnå högdensitetstillverkning och montering av kretskort.

Steg 15 – Ytbehandling

Efter att lödmaskhärdningen är klar går kretskortet in i ytbehandlingsfasen. Ytbehandling av kretskort är en viktig process i kretskortstillverkningsprocessen för att säkerställa lödbarhet och långsiktig tillförlitlighet. Vanliga ytbehandlingsprocesser inkluderar: ENIG, HASL, OSP, silverplätering/guldplätering. Huvudfunktionen för dessa behandlingsmetoder är att förbättra lödbarheten på plattans yta och förhindra oxidation av kopparskiktet.

Valet av ytbehandling påverkar komponenternas lödkvalitet, lagringstid och elektriska prestanda, och det är en oumbärlig del av den högkvalitativa tillverkningsprocessen för kretskort.

Steg 16 – Silkscreentryck

Screentryck är en process som används för att trycka nödvändiga markeringar på ytan av kretskort, såsom komponentnummer, logotyper, monteringsmarkeringar etc. I vissa industriella kretskortstillverkningsprocesser involverar screentryck inte bara monteringsmarkeringar utan kan även innehålla information som streckkoder eller QR-koder, vilket underlättar spårning och kvalitetskontroll.

Silkscreenlagret trycks vanligtvis med speciella tryckfärger, vilket kan säkerställa att logotypen är tydlig och hållbar. Tryckfärgen som används är vanligtvis vit eller gul och trycks på ytan av lödmasklagret utan att påverka den elektriska prestandan. Detta steg säkerställer identifiering och funktionalitet hos kretskortet under montering och senare användning, och är ett nödvändigt steg för att förbättra effektiviteten och läsbarheten vid tillverkning och montering av kretskort.

Steg 17 – Elektrisk testning

Elektrisk testning är den sista viktiga kvalitetsinspektionsprocessen i kretskortstillverkningsprocessen och används för att detektera konduktiviteten och isoleringen hos alla kretsar på kretskortet för att säkerställa att det inte finns några defekter som kortslutningar och öppna kretsar.

En av de vanliga metoderna är flygande sondtestning. Flygande sondtestning utförs med hjälp av en höghastighetsprob för att kontrollera en i taget mellan testpunkterna. Denna typ av test kräver inte produktion av testfixturer och är särskilt lämplig för provtagning i små partier eller produktion av flera varianter. Den har fördelarna med flexibilitet, hög effektivitet och låg kostnad.

Steg 18 – Profilering, fräsning och V-poängsättning

Efter att ha klarat det elektriska testet går kretskortet in i formnings- och skärningsfasen, vilket är processen att skära stora kretskort till enskilda eller monterade färdiga produkter. Under denna process används vanligtvis CNC-utrustning för att utföra högprecisionsformning på kretskortet för att säkerställa att dimensionstoleranserna uppfyller designkraven.

För produkter med panelstruktur är V-profilering av avgörande betydelse. Genom att utföra V-profilering på de monterade panelerna är det bekvämt att utföra efterföljande panelseparationsoperationer och undvika att skada de enskilda panelerna i de efterföljande stegen. Denna process är mycket vanlig vid tillverkning och montering av kretskort och kan avsevärt förbättra monteringseffektiviteten och minska monteringskostnaden.

Steg 19 – Slutlig kvalitetskontroll

I det sista steget av kretskortstillverkningsprocessen måste alla färdiga produkter genomgå strikta slutliga kvalitetskontroller för att säkerställa att elektrisk prestanda, mekanisk struktur och utseende helt uppfyller specifikationerna. De viktigaste punkterna som kontrolleras inkluderar:

Utseendekontroll (repor, bubblor, kontaminering etc.)

Automatisk optisk inspektion (AOI) för att bekräfta grafikens integritet

Måttmätning och bekräftelse av hålposition

Kvalitetsklassen utvärderas i enlighet med IPC klass II/klass III-standarden

Denna inspektionsprocess säkerställer att produkterna uppfyller design- och branschstandardkraven innan de lämnar fabriken. Det är den sista försvarslinjen för att garantera konsekvens och tillförlitlighet vid tillverkning och montering av kretskort.

Steg 20 – Förpackning och leverans

När alla tester är slutförda kan kretskorten packas och skickas.

Först och främst måste kretskortstillverkare baka kretskorten för att avlägsna kvarvarande fukt och förhindra att fukt påverkar lödkvaliteten. Därefter användes vakuumförpackning och antistatisk förpackning för att effektivt skydda kopparlagret på kretskortsytan och komponentplattorna, särskilt för miljökänsliga produkter som flexibla kretskort och HDI-kretskort.

PCBasic - En ledande tillverkare av kretskort

PCBasic är en ledande tillverkare av kretskort. Med sina omfattande certifieringar, starka tillverkningskapacitet och enastående leveranshastighet är de många kunders föredragna partner. Nedan kommer vi att utveckla fördelarna med PCBasic inom kretskortstillverkning:

• Komplett certifieringar: PCBasic har internationella kvalitetssystemcertifieringar som ISO 9001, IATF 16949 och ISO 13485, vilket säkerställer att vi uppfyller kraven från högklassiga industrier som bilindustrin och sjukvården.

• Starkt PCB-tillverkning Kapacitet: Stöder olika komplexa strukturer som flerskiktskort, HDI-kort, flexibla kretskort och styv-flexibla kombinationskort, vilket uppfyller alla typer av applikationskrav.

• Advanced Open water Utrustning: AOI, röntgen, flygande sondtestare, funktionell testare och så vidare.

• Snabb leverans: Vi erbjuder den snabbaste 24-timmars provtagningstjänsten för att påskynda produktvalideringen och marknadslanseringen.

• One-stop-tjänst: Från designgranskning, DFM-analys, kretskortstillverkning till montering, testning och leverans, erbjuder PCBasic komplett processsupport.

Oavsett om du behöver tunna, flexibla och böjbara kretskort, industriella kretskort med hög strömkapacitet eller medicinskt klassade HDI-kort med exakt sammankoppling och hög tillförlitlighet, kan PCBasic erbjuda högkvalitativa, spårbara och massproducerbara kretskortstillverknings- och monteringslösningar med sin rika erfarenhet och avancerade utrustning.

Slutsats

Från konsumentelektronik till kritiska flyg- och rymdsystem är tillverkningsprocessen för kretskort avgörande för moderna elektroniska produkter. Att behärska varje viktigt steg hjälper ingenjörer och inköpare att fatta välgrundade beslut. PCBasic är utrustad med avancerade kretskortstillverkningsanläggningar, ett erfaret ingenjörsteam och en komplett kvalitetskontrollprocess. Oavsett hur kretskort tillverkas eller de specifika operationerna i kretskortstillverkningsprocessen kan PCBasic erbjuda kunder professionella lösningar för att säkerställa att varje steg i produkten, från design till produktion, är felfritt.

Efter att ha läst den här artikeln måste du ha fått en djupare förståelse för tillverkningsprocessen för kretskort, eller hur? Och om du utvärderar hur man tillverkar ett kretskort eller letar efter en pålitlig kretskortstillverkare är PCBasic utan tvekan din pålitliga partner.

Om PCBasic

Tid är pengar i dina projekt – och PCBasic får det. PCGrundläggande är en PCB monteringsföretag som ger snabba, felfria resultat varje gång. Vår omfattande PCB monteringstjänster inkludera expertkunskapsstöd i varje steg, vilket säkerställer högsta kvalitet på varje kretskort. Som en ledande Tillverkare av PCB-montage, Vi erbjuder en komplett lösning som effektiviserar din leveranskedja. Samarbeta med våra avancerade PCB-prototypfabrik för snabba leveranser och överlägsna resultat du kan lita på.