Buscamos un proceso completo de fabricación de PCB.
En primer lugar: ¿Cuáles son las materias primas de las PCB? Como todos sabemos, existe algo llamado "fibra de vidrio". Podemos ver el origen de esta sustancia en nuestra vida diaria. Por ejemplo, el núcleo de la tela ignífuga y del fieltro ignífugo es fibra de vidrio, que se puede combinar fácilmente con resina. Sumergimos tela de fibra de vidrio con estructura apretada y alta resistencia en resina, y después del endurecimiento, obtenemos un sustrato de PCB que está aislado y no es fácil de doblar. Si la placa de PCB está rota y los bordes son blancos y en capas, es suficiente para demostrarlo. que el material es resina fibra de vidrio.
Bueno, no podemos transmitir señales eléctricas simplemente a través de un tablero aislante, por lo que necesitamos cubrir la superficie con cobre. Por eso también llamamos PCB a un sustrato revestido de cobre. En fábrica, el código de sustrato revestido de cobre común es FR-4. Generalmente es el mismo entre los fabricantes de tarjetas. Se puede considerar que todos están en la misma línea de partida. Por supuesto, si se trata de una tarjeta de alta frecuencia, es mejor utilizar el laminado de tela de vidrio PTFE revestido de cobre, de mayor costo. El proceso de recubrimiento de cobre es muy sencillo y generalmente puede fabricarse mediante laminación y electrólisis. El llamado calandrado consiste en laminar cobre de alta pureza (>: 99,98 %) sobre el sustrato de PCB; debido a la excelente adhesión entre la resina epoxi y la lámina de cobre, la lámina de cobre tiene una alta fuerza de adhesión y temperatura de trabajo, y puede sumergirse. a 260 ℃ No hay burbujas en el estaño fundido. Este proceso es bastante parecido a extender envoltorios de bola de masa, pero los envoltorios de bola de masa son muy delgados, ¡el más delgado puede tener menos de 1 mil (unidad industrial: mil, una milésima de pulgada, equivalente a 0,0254 mm)! ¡La piel de la bola de masa es tan fina que el relleno definitivamente se escapará! El llamado cobre electrolítico se aprendió en química en la escuela secundaria. El electrolito CuSo4 puede producir continuamente capas de "lámina de cobre", lo que facilita el control del espesor. ¡Cuanto más tiempo, más gruesa será la lámina de cobre! Por lo general, las fábricas tienen requisitos estrictos sobre el espesor de la lámina de cobre, generalmente entre 0,3 mil y 3 mil. Hay medidores de espesor de lámina de cobre especiales para verificar su calidad. Por ejemplo, los PCB utilizados por radioaficionados y radioaficionados antiguos tenían cobre extremadamente grueso y eran de calidad muy inferior a los producidos por los fabricantes de placas de computadora.
¿Por qué la lámina de cobre es tan fina? Hay dos razones principales: en primer lugar, la lámina de cobre uniforme puede tener un coeficiente de resistencia a la temperatura muy uniforme y una constante dieléctrica baja, lo que puede reducir la pérdida de transmisión de la señal, lo cual es diferente de los requisitos de los condensadores, que requieren propiedades dieléctricas más altas. constante eléctrica para acomodar una mayor capacidad dentro de un volumen limitado. ¿Por qué los condensadores son más pequeños que los de aluminio? ¡El análisis final es que la constante dieléctrica es alta! En segundo lugar, la fina lámina de cobre tiene un pequeño aumento de temperatura en condiciones de alta corriente, lo que es beneficioso para la disipación del calor y la vida útil de los componentes. También es cierto que el ancho de los cables de cobre en los circuitos integrados digitales debe ser inferior a 0,3 cm. Un producto acabado de PCB bien hecho es muy uniforme y suave (porque la superficie está cepillada con una capa resistente a la soldadura), lo que se puede ver. a simple vista, pero para ser honesto, con solo mirar el sustrato revestido de cobre, no mucha gente puede determinar la calidad, a menos que sea un inspector de calidad experimentado en la fábrica. Un amigo preguntó, para un sustrato de PCB revestido con lámina de cobre, ¿cómo colocar componentes en él para lograr la conducción de señales entre componentes en lugar de toda la placa? Entonces tengo que preguntar: ¿alguna vez has visto una placa base cuya superficie sea completamente de cobre? La respuesta es, por supuesto: ¡no! ! Todas las placas están envueltas con alambre de cobre y las señales eléctricas se transmiten a través del alambre de cobre. Entonces la respuesta es simple. ¿Por qué no eliminamos las partes no utilizadas de la lámina de cobre y dejamos los cables de cobre?
Bien, entonces, ¿cómo se completa este paso? Bien, necesitamos conectarnos con un concepto: es decir, "película de circuito" o "película de circuito". Utilizamos una máquina de fotolitografía para imprimir el diseño del circuito de la placa de circuito en una película delgada y luego cubrimos el sustrato con una capa de película seca fotosensible, cuyo componente principal es sensible a un espectro específico y sufre una reacción química. Existen dos tipos de películas secas, fotopolimerizables y fotodegradables. El tipo fotopolimerizable se endurecerá cuando se exponga a la luz de un espectro específico y las sustancias solubles en agua se volverán insolubles en agua, mientras que el tipo fotodegradable hará lo contrario. Bien, aquí primero cubrimos el sustrato con una película seca fotosensible fotopolimerizada y luego lo cubrimos con una capa de película de circuito para exposición. Las partes expuestas son negras y opacas, en caso contrario son transparentes (parte del circuito). La luz atraviesa la película y llega a la película seca fotosensible: ¿qué está pasando? Cuando la película es transparente y clara, la película seca se vuelve más oscura y dura, envolviendo firmemente la lámina de cobre sobre la superficie del sustrato, como si se imprimiera el diagrama del circuito en el sustrato. A continuación, exponemos la lámina de cobre que no necesita protección de película seca a través de un paso de revelado (lavado de la película seca no endurecida con una solución de carbonato de sodio), que es el llamado proceso de decapado.
A continuación, utilizamos una solución de grabado de cobre (un químico que corroe el cobre) para grabar el sustrato. El cobre sin protección de película seca se limpia completamente, por lo que el sustrato aparece debajo del diagrama del circuito de película seca endurecida. Todo este proceso se denomina "transferencia de imágenes" y juega un papel muy importante en el proceso de fabricación de PCB. ¡El siguiente paso natural es hacer tableros multicapa! De acuerdo con los pasos anteriores, es solo un panel simple. Incluso si es de doble cara, es solo un panel doble. Pero muchas veces podemos encontrarnos con que las cartas que tenemos en la mano son cuatro o seis (o incluso ocho). ¿Cómo sucedió esto? Con la base anterior, entendemos que no es difícil, ¡basta con hacer dos paneles de doble cara y "pegarlos" entre sí! Por ejemplo, si hacemos una placa típica de cuatro capas (dividida en 1 ~ 4 capas en secuencia, 1/4 es la capa exterior, la capa de señal, 2/3 es la capa interior, la capa de tierra y la capa de energía), primero haga 1/2 y 3/4 (mismo sustrato) y luego pegar los dos sustratos? Sin embargo, este pegamento no es un pegamento común, sino un material de resina en estado ablandado. Uno es aislante y el otro es muy fino y tiene buena adherencia al sustrato. Lo llamamos material PP y las especificaciones son el espesor y el contenido de pegamento (resina). Por supuesto, generalmente no podemos ver tableros de cuatro capas y tableros de seis capas, porque el espesor del sustrato de los tableros de seis capas es relativamente delgado.
Incluso si se utilizan dos capas de PP y tres paneles de doble cara, el espesor no aumenta mucho en comparación con un tablero de cuatro capas con una capa de PP y dos paneles de doble cara; el grosor del tablero está especificado, de lo contrario no se puede insertar en varias ranuras para tarjetas. En este punto, los lectores pueden tener preguntas: ¿no es necesario realizar las señales entre placas multicapa? Ahora que el PP es un material aislante, ¿cómo conseguir la interconexión entre capas? ¡No se preocupe, debe perforar agujeros antes de colocar las tablas multicapa! Después de perforar los orificios, puede alinear los cables de cobre correspondientes en las posiciones superior e inferior de la placa de circuito y luego cubrir las paredes de los orificios con cobre. ¿No es eso equivalente a conectar circuitos en serie con cables? A este tipo de agujero lo llamamos agujero chapado (agujero PT para abreviar, a mí me gusta llamarlo agujero desplegable, jaja). Estos agujeros deben perforarse con un taladro. Las perforadoras modernas pueden perforar agujeros muy pequeños y poco profundos. Hay cientos de agujeros de diferentes tamaños y profundidades en una placa base. Perforarlos con un taladro de alta velocidad nos habría llevado al menos más de una hora. Después de perforar, revestimos los orificios (una técnica llamada tecnología de orificio pasante (PTH)) para que los orificios sean conductores.
Se han perforado los agujeros, se han conectado las capas interior y exterior y se han pegado los tableros multicapa. ¿Finalizado? Nuestra respuesta es no, porque la producción de placas base requiere mucha soldadura. Si se suelda directamente, habrá dos consecuencias graves: primero, los cables de cobre en la superficie de la placa se oxidarán y no se podrán soldar; segundo, el fenómeno de soldadura superpuesta; será serio, debido al interlineado ¡Demasiado pequeño! Por lo tanto, debemos cubrir otra capa de armadura en todo el sustrato de la PCB: esta es la máscara de soldadura, también conocida comúnmente como máscara de soldadura. No tiene afinidad por la soldadura líquida y cambiará y se endurecerá bajo un espectro de luz específico. Esta propiedad es similar a la película seca. El color de la placa que vemos es en realidad el color de la máscara de soldadura. Si la máscara de soldadura es verde, entonces la placa de circuito es verde. ¿Todos saben de dónde vienen los colores correspondientes? Por último, no olvide la serigrafía, el chapado en oro (para tarjetas gráficas o tarjetas PCI) y la inspección de calidad para comprobar si la PCB tiene cortocircuitos o circuitos abiertos, todo lo cual se puede comprobar por medios ópticos o electrónicos. El escaneo óptico se utiliza para encontrar defectos en cada capa, mientras que las pruebas electrónicas suelen utilizar sondas voladoras para inspeccionar todas las conexiones. Las pruebas electrónicas son más precisas para encontrar cortocircuitos o aberturas, pero las pruebas ópticas pueden detectar más fácilmente problemas con espacios incorrectos entre conductores. En resumen, el proceso de producción de una fábrica de PCB típica es: corte → producción de capa interna → prensado → perforación → revestimiento de cobre → producción de capa externa → impresión de máscara de soldadura → impresión de texto → tratamiento de superficie → procesamiento de apariencia. En este punto, se ha introducido todo el proceso de fabricación de PCB. Tomemos fotografías para visitar la fábrica Elite Xinhua Baoxun, una de las bases de fabricación de PCB más grandes de China hasta el momento.
Esta es una inspección intermedia del PCB. Si no está calificado, ¡reelabore! Al observar la meticulosidad de los trabajadores, todavía tienen que pasar por una inspección visual y una inspección de herramientas, y luego combinarlas con una sonda para verificar la continuidad de la placa de circuito. La temperatura interior debe mantenerse a 24 ± 2 ℃ y la humedad relativa entre 40 % y 65 %. Esto es para garantizar la estabilidad dimensional del sustrato de PCB y la película negativa. Debido a que las placas y los negativos están hechos de materiales poliméricos orgánicos, son muy sensibles a la temperatura y la humedad. Sólo cuando todo el proceso de producción se realiza a la misma temperatura y humedad, las placas y los negativos no se encogerán, por lo que las áreas de producción de las fábricas de PCB están equipadas con aires acondicionados centrales para controlar la temperatura y la humedad. Si la temperatura excede el límite, esto duplicará la alarma.
Este instrumento se llama AOI (inspección óptica automática), que es relativamente avanzado. Además del gran aumento, AOI puede probar la calidad de la apariencia de las tablas desnudas. AOI es un producto de alta tecnología que integra óptica, reconocimiento de gráficos por computadora y control automático. Hay cientos de características de patrones de defectos de placa en AOI. Cuando trabaja, el operador primero fija la placa a inspeccionar en la mesa de la máquina, y el AOI utilizará un posicionador láser para colocar con precisión la lente CCD para escanear toda la placa. Resuma los gráficos obtenidos y compárelos con los gráficos de defectos para determinar si hay problemas con el cableado de la PCB. Espacios de línea comunes, roturas de cortocircuito, grabado incompleto, etc. Puede ser encontrado por AOI. AOI puede indicar el tipo de problema y su ubicación en el tablero. Su núcleo es su software de análisis. El líder mundial en tecnología AOI es israelí. Se dice que esto se debe a que Israel está rodeado de países árabes y está muy atento, por lo que su tecnología de reconocimiento de imágenes de radar es insuperable (por temor a ser atacado por otros). Durante el período de gran desarrollo de la tecnología microelectrónica en las décadas de 1970 y 1980, la industria electrónica necesitaba cada vez más equipos de inspección de apariencia de alta precisión. Israel aprovechó esta oportunidad y convirtió productos militares en productos civiles, haciendo una fortuna. Este equipo, que cuesta más de 300.000 dólares por unidad, se consideraba en los primeros días un símbolo de estricto control de calidad en las fábricas de PCB. Debido a que AOI puede mejorar eficazmente la tasa de rendimiento y evitar el desguace del producto, es muy rentable para la producción de placas multicapa, por lo que ahora el equipo AOI también es un equipo imprescindible para las fábricas de PCB.
Esta foto no queda clara. El interior está expuesto a los rayos UV. Se trata de una sala limpia de clase 10.000 especialmente diseñada para exposición. La máquina de exposición completa el trabajo de transferencia de imágenes. ¿Por qué hacerlo en una sala limpia? La razón es que el polvo refracta la luz, lo que inevitablemente provocará una distorsión del diagrama del circuito transferido a la película seca. Lo que es más grave es que las partículas de polvo se adherirán a la superficie de la placa y bloquearán la luz, provocando que las impurezas se abran o se produzca un cortocircuito. Entonces la luz de la sala limpia es amarilla. ¿Para qué es esto? Resulta que la película seca fotosensible no es sensible a la luz amarilla y no quedará expuesta. Esta es la misma razón por la que la película fotográfica está bien cuando no puede exponerse a la luz solar bajo una pequeña luz verde en un cuarto oscuro. Esta es la segunda inspección. Se debe limpiar la superficie para ver si la película se ha caído y si el circuito es demasiado delgado. Si la PCB sale de fábrica, será demasiado tarde.
Esta es una máquina perforadora CNC de precisión con múltiples bits. Las ordenadas filas de soldados son muy impresionantes.
La precisión del avión es tan alta como alrededor de 3 millones. ¡El precio interno de este Dongdong vale un millón de yuanes! La solidez o no de una fábrica de PCB depende principalmente de cuántas máquinas perforadoras tenga. Generalmente hay al menos un centenar de ellas que se pueden llamar grandes fábricas. Este "pequeño" taller exprimió 46 unidades, ¡pero esto es solo una pequeña parte de Baoxun! Cada placa base se perfora según el número de agujeros. Cuanto más fino sea el agujero, más tiempo llevará. ¡Por lo general, una placa base con cientos de agujeros necesita ser procesada durante una hora! ¡Así que todas las aperturas son difíciles!
Observa la precisión del procesamiento en el monitor. Las coordenadas tridimensionales tienen una precisión de tres decimales (unidad: mm). Las máquinas herramienta CNC son muy precisas. Los trabajadores utilizan la sujeción manual, por lo que, naturalmente, se producen algunos errores. Pero la máquina herramienta es completamente CNC y el error depende de la precisión de la propia máquina herramienta. Esto debe tenerse en cuenta al diseñar el diseño de la PCB.
Las brocas deben inspeccionarse poco después de su uso (necesito saberlo unas cuantas veces más), porque las brocas desgastadas afectan seriamente su vida útil y precisión de perforación, y el grado de uso se indica con diferentes colores. Muy científico y razonable.