خط تولید PCB چند لایه

مرحله اول: حک کردن مسیر ها

در مرحله اول طرح PCB که توسط شما طراحی شده بر روی فیبر چاپ می شود. این فرآیند به کمک لامینت های حساس به نور و شست و شوی اسیدی صورت می گیرد. لایه های PCB به صورت مجزا ساخته می شود و نهایتا بر روی هم قرار می گیرد.

بخش اول: بازبینی طرح PCB

وقتی طرحی را برای تولید فیبر مدار چاپی می فرستید، ابتدا مهندسین ما آن را بررسی می کنند و مغایرت های طرح شما را با نیاز های تولید می سنجند. در این بررسی مواردی همچون عرض مسیرها، فاصله ی بین مسیرها، ، کوچکترین اندازه سوراخ و … اندازه گیری می شود و در صورتی که با استاندارد های تولید هم خوانی نداشتند، طرح جهت اصلاح به شما مرجوع می گردد. اگر این مرحله با دقت انجام نشود می تواند منجر به خسارات بزرگ و از بین رفتن تمام محصول شود.

بخش دوم: ساخت فیلم نگاتیو از طرح PCB

طرح PCB به ازای هر لایه یک تصویر خواهد داشت. این تصویر به صورت نگاتیو (محل نوارهای مسی و خطوط خالی و بقیه جاهای مدار سیاه باشد ) بر روی فیلمی سیاه رنگ چاپ می شود. تولید فیلم به وسیله دستگاه فتوپلاتر و در دما و رطوبت کنترل شده در اتاق تاریک صورت می گیرد و برای تک تک لایه های PCB این فیلم آماده می شود.

نکته مهم در تولید فیلم PCB های چند لایه این است که فیلم لایه های مختلف کاملا بر هم منطبق باشد چرا که کوچکترین اختلافی در راستای چاپ فیلم ها منجر به خراب شدن کل کار خواهد شد. ما به ازای هر لایه pcb یک فیلم ایجاد می کنیم. اپراتور فیلم را را روی میز پانچ قرار می دهد و سپس جدول موجود در برنامه را تنظیم می کنیم تا زمانی که اهداف در این فیلم دقیقا با اهداف در فیلم یکسان شوند سپس پانچ می کند.

بخش سوم: چاپ تصویر لایه های درونی

برای تولید PCB چند لایه ابتدا فیبر خام به اندازه برد شما برش نمی خورد، بلکه از پانل های بزرگ مسی استفاده می شود. در تولید انبوه، تصویر یک مدار چندین بار در کنار هم تکرار می شود تا روی هر فیبر چاپ گردد. در تولید تعداد کم، تصویر مدار مشتریان مختلف را در کنار هم می چینیم تا برروی یک پانل مسی چاپ کنیم. مغز این فیبر ها از جنس های فایبرگلاس، استخوانی، آلومینیومی و … درست شده و روی آن لایه نازکی از مس پوشانده شده است.

تمیز کردن سطح برد:
برای چاپ طرح روی فیبر، اولین قدم تمییز کردن سطح مس است. ما پنل ها (صفحات مسی) را در یک اتاق تمیز که مطمئن هستیم هیچ گرد و غبار بر روی سطح آن نمی نشیند قرار می دهیم تا چاپ کنیم زیرا گرد وغبار می تواند باعث یک اتصال کوتاه یا اتصال باز در pcb شود.

لامینت کردن لایه حساس به نور:
در مرحله بعد پنل تمیز را کاملا با یک لایه لمینت می پوشانیم. ( لامینت ماده ای ژلاتینی و حساس به نور است) . این عملیات باید در اتاق تاریک صورت گیرد. سپس بر روی لایه لمینت، تصویر نگاتیو را که در مرحله قبل درست کرده بودیم قرار می دهیم.به کمک تصویر نگاتیو فقط به بخش های خاصی از صفحه حساس به نور (لامینت) نور خواهد رسید.

برای چاپ الگوی تصویر بر روی برد ، از لامپ یو وی قوی استفاده میکنیم. این لامپ با تابش به سطح تصویر نگاتیو، از نقاط خالی عبور کرده و به سطح لامینت میرسد. نقاطی از لامینت که در اثر تابش نور قرار میگیرد به سطح مسی کاملا می چسبد.

بخش چهارم: حک کردن مسیرهای مسی

حال باید آن قسمت از فیبر مسی که طرح PCB (به کمک لامینت) بر آن چاپ شده باقی مانده و مس اضافی از بین برود. ما مس ناخواسته را با استفاده محلول کلرید آهن حل وحذف می کنیم. خاصیت اسیدی این محصول مس مازاد را در خود حل می کند اما آن قسمت از مس که لامینت آن را پوشانده، در اسید حل نخواهد شد.
حال ما الگوی دقیقی از طرحی که خواسته بودیم روی برد بدست آوردیم. حال با پاک کردن لامینت از سطح مس یک لایه از برد ما آماده است! برای تولید PCB یک رو ، همین مراحل کافی است. برای تولید PCB چند لایه همین مراحل برای تک تک لایه ها تکرار می شود.

پانچ کردن و بازرسی اتوماتیک نوری
لایه داخلی PCB ما در حال حاضر کامل است. همان طور که اول اشاره شد یکی از مسائل بسیار مهم و حساس در تولید PCB چند لایه، هم راستا بودن لایه های مختلف با یکدیگر است. برای تنظیم کردن لایه های درونی با لایه های بیرونی، بر روی همه لایه ها سوراخ های کوچک متناظری ایجاد می کنیم. هر لایه را داخل دستگاه پانچ قرار می دهیم تا با ایجاد نقاط متناظر لایه های مختلف، آن را پانچ کند.
از طرفی لایه های داخلی دیگر قابل دسترس نیستند و در همین مرحله به کمک دستگاه AOI (سیستم بازرسی نوری خودکار) برد را اسکن کرده و آن رابا تصویر دیجیتال تولید شده از داده های طراحی اولیه مقایسه می کنند. هر گونه خطا در تولید PCB به کمک این دستگاه نمایش داده می شود.

جمع کردن لایه ها وچسباندن آنها
لایه های بیرونی PCB چند لایه ما، از ورقه های فایبرگلاس با روکش نازکی از فویل مس تشکیل شده است. ما از دو طرف بر روی لایه داخلی (که در مرحله قبل تولید کردیم) لایه های جدید را قرار می دهیم. با استفاده از سوراخ های همراستایی که میان صفحات ایجاد کردیم لایه های مختلف را با یکدیگر تطبیق می دهیم و صفحات را به کمک اتصالاتی به یکدیگر محکم می کنیم.
سپس PCB چند لایه را به دستگاه پرس گرم منتقل می کنیم. از گرما و فشار بوجود آمده میان صفحات برای متصل کردن لایه های pcb استفاده می شود. در حالی که اتصالات مدار چاپی تحت فشار هستند گرما رزین های اپوکسی در این لایه ها را ذوب و سفت میکند. برای اطمینان از صحت عملیات، کامپیوتر گرما و فشار را کنترل می کند و سپس برای خنک کردن فشار را پایین می آورد. گرم و سرد کردن فیبر مدار چاپی باید طی روند کنترل شده ای صورت گیرد. این کار طول عمر pcb را افزایش می دهد. برد ما دارای ۴لایه است و اکنون تمام ۴ لایه در کنار هم تثبیت شده اند اما pcbهای پیچیده نظامی که در هواپیما و در ارتباطات از راه دور کاربرد دارد میتواند بیش از ۵۰ لایه داشته باشد. هنگامی که چرخه کامل شد اپراتور فشار را تخلیه میکند و در نهایت بست های بین صفحات را باز می کند.

مرحله دوم: دریل کاری سوراخ ها

سوراخ کاری برای دو منظور است:
۱. برای فرو رفتن پایه قطعات DIP
۲. برای اتصال لایه های مختلف PCB به یکدیگر
سوراخکاری برد های چند لایه فرآیندی حساس است. سوراخ تمام لایه ها باید با هم تراز باشند و پس از سوراخکاری اتصال لایه های مختلف با یکدیگر باید برقرار شود. دریل کردن به وسیله دستگاه CNC انجام میگیرد.

دریل کردن حفره های PCB
از طریق سوراخ ها است که لایه های مس بهم پیوند دارند. ما با استفاده از مته زدن به کمک دریل اتوماتیک سوراخ ها را ایجاد می کنیم. دریل کاری فرایندی آهسته است وهر سوراخ باید به صورت جداگانه دریل شود. بنابراین بسته به اندازه مته و سوراخی که میخواهیم انجام دهیم یک تا سه پانل PCB را با هم دریل میکنیم. همچنین کف آخرین پنل PCB را روی تخته ای قرار می دهیم تا هنگام خروج مته از لایه آخر فویل مس توسط دریل پاره نشود.

دریل کردن سوراخها به کمک CNC
دستگاه حفاری توسط کامپیوتر کنترل میشود. اپراتور برنامه صحیح دریل را انتخاب می کند. این برنامه به ماشین دریل کاری مختصات X و Y سوراخ ها را ارسال می کند. دریل با نیروی هوا کار می کند که می تواند تا ۱۵۰۰۰۰ دور در دقیقه چرخش کند. دریل کاری با سرعت بالا تضمین می کند که دیواره داخلی سوراخ ، تمیز دریل می شود. ما می توانیم به کمک مته های متنوع در اندازه های مختلفی حتی به اندازه ی تار یک موی انسان یعنی ۱۵۰ میکرون دریل کنیم. تغییر مته کاملا اتوماتیک است. مته قابل استفاده برای دریل را دستگاه انتخاب می کند و بررسی می کند که اندازه آن درست است یا نه، سپس آن را بر سر دریل قرار می دهد. هنگامی که تمام سوراخ ها دریل شد اپراتور پنل ها را از ماشین آلات حفاری خارج می کند.

رسانا کردن سوراخ های PCB به روش الکترولیز
همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید پس از سوراخکاری لایه های مختلف به یکدیگر متصل نیستند. اولین گام در فرآیند آبکاری ، رسوب شیمیایی یک لایه بسیار نازک از مس بر سطح داخلی دیواره سوراخ ها است. بدین ترتیب لایه های مختلف از طریق این لایه آبکاری مس به یکدیگر متصل می شوند. برای آبکاری، اپراتور پنل های تولید شده را مطابق با راهنما بست می زند. خط تولید از طریق کامپیوتر کنترل می شود و پنل ها را توسط جرثقیل از میان مواد شیمیایی و حمام شستشو عبور می دهد. آبکاری خوب به حدود ۲۵ میکرون ضخامت مس بر روی دیواره سوراخ ها نیاز دارد. ما برای آبکاری مس از روش الکترولیز استفاده میکنیم که از ته نشین شدن شیمیایی لایه ای از مس باضخامت حدود ۱ میکرون بر روی دیواره ی سوراخ (و در سراسر پنل ها) بدست می آیند.

مرحله سوم: آبکاری و چاپ سیلک

سطح PCB و دیواره سوراخ ها بوسیله قلع، نقره یا طلا آبکاری می شود. آبکاری مانع از اکسید شدن سطح مس شده و لحیم کاری را ساده تر می کند. همچنین در برخی مصارف آبکاری با افزایش رسانایی موجب کاهش تلفات و افزایش سرعت انتقال اطلاعات در خط می شود

آبکاری
سومین مرحله از تولید PCB ، آبکاری است. در برد های چند لایه حتما باید یک مرتبه آبکاری صورت گیرد. سوراخ لایه های مختلف برد باید با یکدیگر در ارتباط باشند، این در حالی است که جداره داخلی این نقاط سوراخکاری شده از جنس فیبر است و رسانا نیست. آبکاری باعث می شود جداره داخلی این سوراخ ها از لایه نازکی مس پوشیده شود و ارتباط میان لایه ها را شکل دهد.

در این مرحله از تولید PCB ما بردها را بامس آبکاری می کنیم. اپراتور پنل های PCB را به گیره های آبکاری متصل می کند. پنل ها به عنوان کاتد در آبکاری عمل می کنند و ما می توانیم دیواره سوراخ های صفحه را با لایه کربن رسانا که ته نشین شده آغشته کنیم. کل فرآیند توسط کامپیوتر کنترل می شود تا اطمینان حاصل کنیم که پنل ها دقیقا میزان مناسبی در حمام قرار گرفته اند. هرچه زمان بیشتر باشد ضخامت آبکاری بیشتر می شود و زیاد شدن آن می تواند به کوچک شدن قطر سوراخ ها منجر شود ضخامت مناسب لایه آبکاری به طور متوسط ۲۵ میکرون مس بر روی دیوار سوراخ است.

چاپ لایه های مس بیرونی
همانطور که در بخش قبل لایه های داخلی PCB را درست کردیم، این بار فویل مس ناخواسته از سطح لایه خارجی را حذف می کنیم. این کار را با شستشوی مس ناخواسته در یک محلول قلیایی قوی انجام می شود.

چاپ لایه محافظ:
به منظور محافظت از سطح مس و جلوگیری از اتصال کوتاه بین قطعات در طول مونتاژ یک لایه محافظ از ترکیب اپوکسی و رنگ روی سطح PCB قرار می گیرد. پانل ها اول تمیز و براق می شوند تا هر گونه لکه بر روی سطح آن حذف شود سپس به اتاق زرد حمل می شوند و سپس درداخل دستگاه روکش دهنده عمودی قرار می گیرد.
به طور همزمان هر دو طرف پانل با لایه اپوکسی پوشیده می شود. لایه محافظ به طور کامل برد را محاط می کند در این مرحله سطح جوهر به طور معمول ۳۵ – ۴۰ میکرون بالاتر از سطح پنل است.
لایه محافظ باید از سطح بخش هایی که لحیم کاری می شوند (پد ها) پاک شود، برای این کار تصویر نگاتیو که در مرحله اول ایجاد کردیم را بر روی برد قرار می دهیم. سپس پنل ها وارد یک خشک کن متحرک که سختی را بالا می برند می شوند. تمام سطح لایه محافظ به جز قسمت هایی که تصویر نگاتیو قرار دارد و محل لحیم کاری است خشک و محکم می شود. در نهایت ی کند که که هیچ اثری از جوهر روی پد یا سوراخ ها وجود نداشته باشد.حتی آثار کمی از لایه محافظ ،لحیم کاری PCB را به خطر می اندازد.

پوشش نهایی آبکاری سرب یا طلا
مس در اثر تماس با هوا، به خصوص در شرایط با رطوبت بالا اکسید می شود. برای محافظت از مس سطح آن را آبکاری می کنیم. سطح اکسید شده نمی تواند به خوبی لحیم شود و مونتاژ قطعات روی برد مشکل خواهد بود. می توان آبکاری یک لایه قلع، سرب، طلا یا ترکیبی از آنها را انجام داد. اگر تولید PCB شما طبق استاندارد های RoHs باشد نمی توانید از سرب استفاده کنید.در این روش ما نیکل را بر روی مس می ریزیم و پس از آن یک پوشش نازک از طلا را روی نیکل می ریزیم. حرکت پنل ها از درون یک سری مخازن تمیز است که در آن ها در حدود ۵ میکرون از نیکل و یک دهم میکرون طلا روی پنل ها انباشته می شود.

چاپ سیلک در تولید PCB
بیشتر بردها نشان هایی از اجزای بکاررفته در آن را نشان می دهد(اسامی قطعات که بر روی برد چاپ می شود). در گذشته برای چاپ اسامی قطعات از روش چاپ سیلک استفاده می شد اما تهیه شابلون آن زمان بر و چاپ آن کیفیت مطلوبی نداشت. امروزه ما از چاپگرهای جوهر افشان استفاده می کنیم تا فهرست مستقیمی از داده های دیجیتال را به تصویر بکشیم. چاپگر جوهرافشان قطرات جوهر را روی پنل اسپری می کند.