แผงวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นรากฐานที่สำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทั้งหมด PCB ที่น่าทึ่งเหล่านี้สามารถพบได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงและพื้นฐานมากมาย รวมถึงโทรศัพท์ Android แล็ปท็อป คอมพิวเตอร์ เครื่องคิดเลข สมาร์ทวอทช์ และอื่นๆ ในภาษาพื้นฐานมาก PCB เป็นบอร์ดที่กำหนดเส้นทางสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ในอุปกรณ์ ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความต้องการของอุปกรณ์ถูกกำหนดโดยผู้ออกแบบ

PCB ประกอบด้วยพื้นผิวที่ทำจากวัสดุ FR-4 และเส้นทางทองแดงตลอดวงจรพร้อมสัญญาณทั่วทั้งบอร์ด

ก่อนการออกแบบ PCB ผู้ออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต้องไปที่เวิร์กช็อปการผลิต PCB เพื่อทำความเข้าใจความสามารถและข้อจำกัดของการผลิต PCB อย่างถ่องแท้ สิ่งอำนวยความสะดวก สิ่งนี้มีความสำคัญเนื่องจากผู้ออกแบบ PCB จำนวนมากไม่ทราบถึงข้อจำกัดของโรงงานผลิต PCB และเมื่อพวกเขาส่งเอกสารการออกแบบไปยังร้าน/โรงงานผลิต PCB พวกเขาจะส่งคืนและร้องขอการเปลี่ยนแปลงเพื่อให้เป็นไปตามความจุ/ขีดจำกัดของกระบวนการผลิต PCB อย่างไรก็ตาม หากผู้ออกแบบวงจรทำงานให้กับบริษัทที่ไม่มีร้านผลิต PCB ในบ้าน และบริษัทจ้างงานภายนอกไปยังโรงงานผลิต PCB ในต่างประเทศ ผู้ออกแบบจะต้องติดต่อผู้ผลิตทางออนไลน์เพื่อสอบถามข้อจำกัดหรือข้อกำหนดดังกล่าว เป็นความหนาของแผ่นทองแดงสูงสุดต่อนาที จำนวนชั้นสูงสุด รูรับแสงต่ำสุด และขนาดสูงสุดของแผง PCB

ในบทความนี้ เราจะเน้นที่กระบวนการผลิต PCB ดังนั้นบทความนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับนักออกแบบวงจรในการค่อยๆ ทำความเข้าใจกระบวนการผลิต PCB เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการออกแบบ

ขั้นตอนกระบวนการผลิต PCB

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบ PCB และไฟล์ GERBER

< p&gt; นักออกแบบวงจรจะวาดแผนผังในซอฟต์แวร์ CAD สำหรับการออกแบบเลย์เอาต์ PCB ผู้ออกแบบต้องประสานงานกับผู้ผลิต PCB เกี่ยวกับซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการจัดวางการออกแบบ PCB เพื่อไม่ให้เกิดปัญหาความเข้ากันได้ ซอฟต์แวร์ออกแบบ CAD PCB ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือ Altium Designer, Eagle, ORCAD และ Mentor PADS

หลังจากที่แบบ PCB ได้รับการยอมรับสำหรับการผลิตแล้ว ผู้ออกแบบจะสร้างไฟล์จากแบบที่ผู้ผลิต PCB ยอมรับ ไฟล์นี้เรียกว่าไฟล์ GERBER ไฟล์ Gerber เป็นไฟล์มาตรฐานที่ผู้ผลิต PCB ส่วนใหญ่ใช้เพื่อแสดงส่วนประกอบของโครงร่าง PCB เช่น เลเยอร์การติดตามทองแดงและมาสก์การเชื่อม ไฟล์ Gerber เป็นไฟล์ภาพเวกเตอร์ 2 มิติ Gerber แบบขยายให้ผลลัพธ์ที่สมบูรณ์แบบ

ซอฟต์แวร์มีอัลกอริธึมที่กำหนดโดยผู้ใช้/นักออกแบบพร้อมองค์ประกอบหลัก เช่น ความกว้างของแทร็ก ระยะห่างขอบจาน ระยะห่างระหว่างรอยและรู และขนาดรู อัลกอริทึมดำเนินการโดยผู้ออกแบบเพื่อตรวจสอบข้อผิดพลาดในการออกแบบ หลังจากตรวจสอบการออกแบบแล้ว จะถูกส่งไปยังผู้ผลิต PCB เพื่อทำการตรวจสอบ DFM การตรวจสอบ DFM (การออกแบบการผลิต) ถูกนำมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่าค่าความคลาดเคลื่อนขั้นต่ำสำหรับการออกแบบ PCB

< ข> ขั้นตอนที่ 2: GERBER เพื่อถ่ายภาพ

เครื่องพิมพ์พิเศษที่ใช้พิมพ์ภาพถ่าย PCB เรียกว่าพล็อตเตอร์ ล็อตเตอร์เหล่านี้จะพิมพ์แผงวงจรลงบนแผ่นฟิล์ม ฟิล์มเหล่านี้ใช้สำหรับสร้างภาพ PCBS พล็อตเตอร์นั้นแม่นยำมากในเทคนิคการพิมพ์และสามารถให้การออกแบบ PCB ที่มีรายละเอียดสูงได้

แผ่นพลาสติกที่นำออกจากพล็อตเตอร์เป็น PCB ที่พิมพ์ด้วยหมึกสีดำ ในกรณีของชั้นใน หมึกสีดำหมายถึงรางทองแดงที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ในขณะที่ส่วนที่ว่างเปล่าคือส่วนที่ไม่นำไฟฟ้า ในทางกลับกัน สำหรับชั้นนอก หมึกสีดำจะถูกกัดออก และใช้พื้นที่ว่างสำหรับทองแดง ควรจัดเก็บฟิล์มเหล่านี้อย่างเหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสหรือลายนิ้วมือที่ไม่จำเป็น

แต่ละชั้นมีฟิล์มของตัวเอง หน้ากากเชื่อมมีฟิล์มแยก ฟิล์มทั้งหมดเหล่านี้ต้องจัดชิดกันเพื่อวาดการจัดตำแหน่ง PCB การจัดตำแหน่ง PCB นี้ทำได้โดยการปรับโต๊ะทำงานให้พอดีกับฟิล์ม และการจัดตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดสามารถทำได้หลังจากการปรับเทียบเล็กน้อยของโต๊ะทำงาน ฟิล์มเหล่านี้ต้องมีรูจัดตำแหน่งเพื่อให้ยึดติดกันได้อย่างแม่นยำ หมุดระบุตำแหน่งจะพอดีกับรูระบุตำแหน่ง

ขั้นตอนที่ 3: การพิมพ์ด้านใน: photoresist และ copper

ตอนนี้ฟิล์มถ่ายภาพเหล่านี้พิมพ์บนฟอยล์ทองแดง โครงสร้างพื้นฐานของ PCB ทำจากลามิเนต วัสดุหลักคืออีพอกซีเรซินและใยแก้วที่เรียกว่าวัสดุฐาน ลามิเนตรับทองแดงที่ประกอบเป็น PCB วัสดุพิมพ์เป็นแพลตฟอร์มที่ทรงพลังสำหรับ PCBS ทั้งสองด้านเคลือบด้วยทองแดง กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการนำทองแดงออกเพื่อแสดงการออกแบบของฟิล์ม

การปนเปื้อนเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความสะอาด PCBS จากลามิเนตทองแดง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีฝุ่นละอองบน PCB มิฉะนั้นวงจรอาจสั้นหรือเปิดอยู่

ตอนนี้ใช้ฟิล์มกันแสง ตัวต้านทานแสงทำจากสารเคมีที่ไวต่อแสงซึ่งจะแข็งตัวเมื่อใช้รังสีอัลตราไวโอเลต ต้องแน่ใจว่าฟิล์มถ่ายภาพและฟิล์มต้านทานแสงตรงกันทุกประการ

ฟิล์มถ่ายภาพและโฟโตลิโทกราฟีเหล่านี้ติดอยู่กับลามิเนตโดยใช้หมุดยึด ตอนนี้มีการใช้รังสีอัลตราไวโอเลต หมึกสีดำบนฟิล์มถ่ายภาพจะปิดกั้นแสงอัลตราไวโอเลต จึงป้องกันทองแดงที่อยู่ด้านล่างและไม่แข็งตัวของสารต้านทานแสงภายใต้ร่องรอยหมึกสีดำ พื้นที่โปร่งใสจะต้องถูกแสงยูวี ซึ่งจะทำให้สารต้านทานแสงส่วนเกินที่จะถูกลบออกแข็งตัวขึ้น

จากนั้นทำความสะอาดเพลตด้วยสารละลายอัลคาไลน์เพื่อขจัดสารโฟโตรีซีสต์ส่วนเกิน แผงวงจรจะแห้ง

PCBS สามารถหุ้มสายทองแดงที่ใช้ทำรางวงจรด้วยสารป้องกันการกัดกร่อนได้ หากกระดานเป็นสองชั้นก็จะใช้สำหรับการเจาะมิฉะนั้นจะดำเนินการตามขั้นตอนเพิ่มเติม

ขั้นตอนที่ 4: นำทองแดงที่ไม่ต้องการออก

ใช้สารละลายทองแดงที่มีประสิทธิภาพในการขจัดทองแดงส่วนเกิน เช่นเดียวกับสารละลายอัลคาไลน์จะขจัดสารโฟโตรีซีสต์ส่วนเกิน ทองแดงที่อยู่ใต้โฟโตรีซีสต์ชุบแข็งจะไม่ถูกกำจัดออก

โฟโตรีซีสต์ที่ชุบแข็งแล้วจะถูกลบออกเพื่อป้องกันทองแดงที่ต้องการ ทำได้โดยการล้าง PCB ด้วยตัวทำละลายอื่น

ขั้นตอนที่ 5: การจัดตำแหน่งเลเยอร์และการตรวจสอบด้วยแสง

หลังจากเตรียมเลเยอร์ทั้งหมดแล้ว พวกมันจะเรียงชิดกัน ซึ่งสามารถทำได้โดยการประทับตราหลุมลงทะเบียนตามที่อธิบายไว้ในขั้นตอนก่อนหน้า ช่างเทคนิควางเลเยอร์ทั้งหมดไว้ในเครื่องที่เรียกว่า “หมัดแสง” เครื่องนี้จะเจาะรูได้อย่างแม่นยำ

จำนวนชั้นที่วางและข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นไม่สามารถย้อนกลับได้

เครื่องตรวจจับแสงอัตโนมัติจะใช้เลเซอร์เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องและเปรียบเทียบภาพดิจิทัลกับไฟล์ Gerber

ขั้นตอนที่ 6: เพิ่มเลเยอร์และการผูก

ในขั้นตอนนี้ ทุกชั้น รวมทั้งชั้นนอก จะติดกาวเข้าด้วยกัน ทุกชั้นจะวางซ้อนกันบนวัสดุพิมพ์

ชั้นนอกทำจากไฟเบอร์กลาส “พรีอิมพรีกเนท” ด้วยอีพอกซีเรซินที่เรียกว่าพรีอิมพรีกเนท ด้านบนและด้านล่างของวัสดุพิมพ์จะถูกปกคลุมด้วยชั้นทองแดงบาง ๆ ที่แกะสลักด้วยเส้นทองแดง

โต๊ะเหล็กหนาพร้อมแคลมป์โลหะสำหรับยึด/กดชั้น ชั้นเหล่านี้ถูกยึดอย่างแน่นหนากับโต๊ะเพื่อหลีกเลี่ยงการเคลื่อนไหวระหว่างการสอบเทียบ

ติดตั้งชั้นพรีเพกบนโต๊ะสอบเทียบ จากนั้นติดตั้งชั้นวัสดุพิมพ์ จากนั้นวางแผ่นทองแดง มีการวางแผ่นพรีเพกเพิ่มเติมในลักษณะเดียวกัน และในที่สุด อะลูมิเนียมฟอยล์ก็ทำให้ปึกเต็ม

คอมพิวเตอร์จะทำให้กระบวนการกดเป็นไปโดยอัตโนมัติ ให้ความร้อนแก่ปึกกระดาษและระบายความร้อนด้วยอัตราที่ควบคุมได้

ตอนนี้ช่างจะถอดหมุดและแผ่นดันออกเพื่อเปิดบรรจุภัณฑ์

ขั้นตอนที่ 7: เจาะรู

ตอนนี้ได้เวลาเจาะรูใน PCBS แบบเรียงซ้อนแล้ว ดอกสว่านที่มีความแม่นยำสูงสามารถเจาะรูขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 ไมครอนได้อย่างแม่นยำ บิตเป็นแบบนิวเมติกและมีความเร็วแกนหมุนประมาณ 300K RPM แต่ถึงแม้จะใช้ความเร็วขนาดนั้น กระบวนการเจาะก็ต้องใช้เวลา เพราะแต่ละรูต้องใช้เวลาเจาะอย่างสมบูรณ์แบบ การระบุตำแหน่งบิตที่แม่นยำด้วยตัวระบุที่ใช้เอ็กซ์เรย์

ไฟล์เจาะถูกสร้างขึ้นโดยผู้ออกแบบ PCB ในระยะเริ่มต้นสำหรับผู้ผลิต PCB ไฟล์สว่านนี้กำหนดการเคลื่อนไหวนาทีของบิตและกำหนดตำแหน่งของสว่านรูเหล่านี้จะถูกชุบผ่านรูและรู

ขั้นตอนที่ 8: การชุบและการสะสมทองแดง

หลังจากทำความสะอาดอย่างระมัดระวัง แผง PCB จะถูกสะสมทางเคมี ในช่วงเวลานี้ ชั้นบาง ๆ (หนา 1 ไมครอน) ของทองแดงจะสะสมอยู่บนพื้นผิวของแผง ทองแดงไหลลงสู่หลุมเจาะ ผนังของรูเป็นทองแดงทั้งตัว กระบวนการทั้งหมดของการจุ่มและการกำจัดถูกควบคุมโดยคอมพิวเตอร์

ขั้นตอนที่ 9: สร้างภาพชั้นนอก

เช่นเดียวกับชั้นใน โฟโตรีซีสต์ถูกนำไปใช้กับชั้นนอก ตอนนี้แผงพรีเพกและฟิล์มหมึกสีดำที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกันได้ระเบิดในห้องสีเหลืองด้วยแสงอัลตราไวโอเลต สารต้านทานแสงแข็งตัว ขณะนี้แผงถูกล้างด้วยเครื่องเพื่อขจัดความต้านทานการแข็งตัวที่ป้องกันด้วยความทึบของหมึกสีดำ

ขั้นตอนที่ 10: การชุบชั้นนอก:

แผ่นชุบด้วยไฟฟ้าที่มีชั้นทองแดงบางๆ หลังจากการชุบทองแดงเบื้องต้น แผงจะถูกชุบเพื่อขจัดทองแดงที่เหลืออยู่บนจาน ดีบุกในระหว่างขั้นตอนการแกะสลักจะป้องกันไม่ให้ส่วนที่ต้องการของแผงปิดด้วยทองแดง การแกะสลักจะขจัดทองแดงที่ไม่ต้องการออกจากแผง

ขั้นตอนที่ 11: จำหลัก

ทองแดงและทองแดงที่ไม่ต้องการจะถูกลบออกจากชั้นต้านทานที่เหลือ สารเคมีที่ใช้ในการทำความสะอาดทองแดงส่วนเกิน ในทางกลับกันดีบุกจะครอบคลุมทองแดงที่ต้องการ ในที่สุดก็นำไปสู่การเชื่อมต่อที่ถูกต้องและติดตาม

ขั้นตอนที่ 12: การใช้หน้ากากเชื่อม

ทำความสะอาดแผงและหมึกบล็อกประสานอีพ็อกซี่จะครอบคลุมแผง รังสี UV ถูกนำไปใช้กับแผ่นผ่านฟิล์มถ่ายภาพหน้ากากเชื่อม ส่วนที่วางซ้อนยังไม่แข็งและจะถูกลบออก ตอนนี้วางแผงวงจรในเตาอบเพื่อซ่อมแซมฟิล์มบัดกรี

ขั้นตอนที่ 13: การรักษาพื้นผิว

HASL (Hot Air Solder Leveling) ให้ความสามารถในการบัดกรีเพิ่มเติมสำหรับ PCBS RayPCB (https://raypcb.com/pcb-fabrication/) นำเสนอ HASL สำหรับการแช่ทองคำและเงิน HASL ให้แผ่นแม้ ส่งผลให้พื้นผิวสำเร็จ

ขั้นตอนที่ 14: การพิมพ์สกรีน

< p&gt;

PCBS อยู่ในขั้นตอนสุดท้ายและยอมรับการพิมพ์/เขียนแบบอิงค์เจ็ตบนพื้นผิว ใช้เพื่อแสดงข้อมูลสำคัญที่เกี่ยวข้องกับ PCB

ขั้นตอนที่ 15: การทดสอบไฟฟ้า

ขั้นตอนสุดท้ายคือการทดสอบไฟฟ้าของ PCB สุดท้าย กระบวนการอัตโนมัติจะตรวจสอบการทำงานของ PCB ให้ตรงกับการออกแบบดั้งเดิม ที่ RayPCB เรามีการทดสอบเข็มฉีดยาหรือการทดสอบเล็บ

ขั้นตอนที่ 16: วิเคราะห์

ขั้นตอนสุดท้ายคือการตัดแผ่นจากแผงเดิม เราเตอร์ใช้เพื่อจุดประสงค์นี้โดยการสร้างป้ายกำกับขนาดเล็กตามขอบของบอร์ดเพื่อให้สามารถนำบอร์ดออกจากแผงควบคุมได้ง่าย