Công nghệ sản xuất PCB

Quá trình sản xuất PCB đa lớp bắt đầu với việc tạo hình các lớp bên trong. Quá trình tạo hình lớp bên trong của PCB nhiều lớp bao gồm các giai đoạn sau: Ở giai đoạn đầu tiên, các lớp bên trong đi qua dây chuyền chuẩn bị bằng hóa chất. Bề mặt làm bằng đồng sẽ có độ nhám cần thiết để chất cản quang bám dính tốt nhất. Ở công đoạn tiếp theo, các tấm này sẽ được chuyển qua dây chuyền cán màng tự động. Các lớp cản quang khô được áp dụng trên các tấm bằng cách sử dụng con lăn nóng.

Sau khi làm mát, các tấm này sẽ được chuyển sang chế độ chụp ảnh, đó là sự tiếp xúc photoresist chọn lọc diễn ra trên hệ thống hình ảnh laser trực tiếp mà không cần sử dụng những lớp phim. Các tấm tiếp xúc được lưu trữ trong 15 phút, và sau đó được chuyển đến khu vực cải thiện. Các phần chưa phơi sáng của chất cản quang được hòa tan trong dung dịch, làm lộ ra những phần chứa đồng phải được loại bỏ.

Giai đoạn cuối cùng của quá trình cải thiện là kiểm tra chất lượng và sau đó các lớp này sẽ được chuyển sang quá trình khắc các lớp bên trong. Quá trình này được thực hiện trong máy băng tải nằm ngang. Nghĩa là phần đồng không được bảo vệ bởi photoresist sẽ được khắc đi và nhờ đó xác định mẫu của lớp bên trong PCB nhiều lớp. Tất cả các lớp bên trong của bảng mạch in nhiều lớp đều đi qua máy Kiểm tra Quang học Tự động. Nó cho phép tránh các vấn đề với các lớp mẫu bên trong vì sau khi liên kết, bạn sẽ không thể thực hiện bất kỳ thay đổi nào.

Máy quét sẽ điều khiển và nhận hình ảnh kỹ thuật số của mẫu khắc và so sánh nó với mẫu tham chiếu được hình thành trong quá trình chuẩn bị sản xuất PCB. Bất kỳ sự khác biệt nào được tìm thấy đều được đưa cho nhà điều hành để đưa ra quyết định. Trước khi kết dính, một phức hợp hữu cơ được lắng đọng trên bề mặt đồng sẽ được làm sạch để phát triển bề mặt và cải thiện độ bám dính. Để định vị các lớp bên trong, một máy liên kết sẽ được sử dụng.

Sau khi lắp ráp, các lớp bên trong được liên kết với nhau bằng một lớp sơ chế sử dụng gia nhiệt cảm ứng. Một tấm màn riêng sẽ được đặt giữa hai tấm ngăn cách tạo thành một tổ hợp bao gồm: lá của lớp ngoài đầu tiên, lớp liên kết phương ngữ, các lớp bên trong được lắp ráp trên máy liên kết, lớp chuẩn bị và lá của lớp ngoài cùng thứ hai. Các hình thức ép được tập hợp lại với nhau và được đưa vào máy ép cán chân không nóng. Trong quá trình cán, các lớp này sẽ được liên kết thành một cấu trúc duy nhất.

Sau khi liên kết, các lớp này sẽ được chuyển đến máy ép lạnh để làm mát có kiểm soát. Sau đó, các mẫu được tách rời và các tấm nhiều lớp được chuyển sang công đoạn khoan lỗ. Thao tác này được sử dụng để định vị quá trình khoan lỗ, kiểm tra chất lượng liên kết và căn chỉnh các lớp bên trong. Điều này được thực hiện trên máy khoan được trang bị nguồn tia x và máy ảnh. Hệ thống sẽ phát hiện các nhãn hiệu trên các lớp bên trong, nằm ở 4 góc của mỗi bảng. Máy cũng kiểm tra các biến dạng của các tấm sau quá trình liên kết, cũng như chất lượng của sự liên kết các lớp bên trong.

Để khoan các lỗ, bảng PCB được lắp ráp thành một ngăn xếp. Nó bao gồm một vật liệu lót để tạo gờ ở mặt sau của thủy tinh sợi và các tấm che làm bằng nhôm để giảm thiểu độ lệch của dụng cụ trong quá trình khoan. Máy nhận dạng các lỗ bằng cách sử dụng camera quang học để căn chỉnh chính xác chương trình khoan với tâm của các miếng tiếp xúc trên các lớp bên trong. Quá trình khoan được điều khiển bởi một chương trình máy tính, có chứa tọa độ và đường kính lỗ. Máy chọn một dụng cụ từ ổ lưu trữ sẽ kiểm tra chiều dài, đường kính và nhịp của nó với sự hỗ trợ của trạm đo laze. Hệ thống khoan tiếp xúc đảm bảo khoan có kiểm soát độ sâu, điều này cần thiết để tạo lỗ mù trên PCB đa lớp HDI.

Các lớp này sẽ được chuyển sang hoạt động tiếp theo dựa vào việc lựa chọn được thực hiện theo lưu đồ của loại PCB cụ thể. Để tạo ra lớp dẫn điện ban đầu trên thành của các lỗ, sự kết hợp của ba quy trình được sử dụng: bước đầu tiên là quy trình khử muối pemanganat của các lỗ. Trong quá trình xử lý, một lớp nhựa epoxy mỏng được khắc cách mép của lớp trong và thành của các lỗ để đảm bảo độ bám dính. Sau đó, các tấm sau đó trải qua quá trình mạ trực tiếp. Trong quá trình xử lý bề mặt của tấm laminate sợi thủy tinh, một lớp paladium dẫn điện rất mỏng được tạo ra.

Quá trình mạ trực tiếp với việc sử dụng palladium cung cấp độ bám dính mạnh nhất của lớp phủ với sợi thủy tinh, so với các quy trình thay thế. Trên lớp palađi, một lớp đồng mạ dày 5 micron được lắng đọng. Chất lượng mạ đồng của mỗi bảng điều khiển được kiểm soát bởi người vận hành. Các tấm được chuyển đến khu vực chụp ảnh. Quá trình tạo ảnh lớp ngoài của PCB nhiều lớp bao gồm nhiều giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, thiết bị chuẩn bị bề mặt được sử dụng. Chuẩn bị bề mặt cơ học bằng cách sử dụng chổi mài mòn cho các tấm dày hơn 0,5 mm (nửa milimét) được sử dụng, trong khi các tấm mỏng hơn đi qua dây chuyền chuẩn bị hóa học. Các tấm được làm sạch chất bẩn và bề mặt đồng trở nên thô ráp, điều này cần thiết để chất cản quang bám dính tốt nhất. Ở giai đoạn tiếp theo, các tấm được chuyển sang dây chuyền cán màng.

Quá trình này được thực hiện tự động qua các bước: các tấm pin tuần tự trải qua các hoạt động làm sạch, gia nhiệt, cán mỏng và làm mát. Sau đó, chúng được tập hợp vào một băng cassette và chuyển đến khu vực chụp ảnh. Máy chụp ảnh laser trực tiếp xác định các lỗ khoan bằng camera quang học và xác minh vị trí và đường kính của chúng. Nếu bảng điều khiển tuân thủ các tiêu chí chất lượng, chất cản quang sẽ được chiếu một cách có chọn lọc bằng tia laser UV. Sự kết hợp của việc căn chỉnh bản in tự động và in độ phân giải cao cung cấp cho việc hình ảnh PCB lên đến 3 triệu không gian dòng.

Màng bảo vệ ngăn cản quang bị hư hỏng được tháo ra khỏi các tấm trước quá trình cải tiến. Quá trình này được thực hiện trong dung dịch natri và các phần của photoresist chưa tiếp xúc sẽ được hòa tan trong dung dịch, mở ra các lỗ và hình dạng để lắng đọng đồng galvanic. Sau khi kiểm tra chất lượng, các lớp này sẽ được chuyển sang khu vực mạ hoa văn. Sau khi tạo hình, các lớp này sẽ được chuyển sang công đoạn mạ hoa văn. Mạ hoa văn tạo ra một lớp kim loại có độ dày cần thiết trong các lỗ của PCB. Người vận hành lúc này sẽ chọn các tấm có cùng vùng phủ, và kẹp chúng vào các thanh điều khiển.

Sau đó, họ nhập thông tin về bảng điều khiển vào hệ thống. Người vận hành tự động lấy các lớp này và di chuyển nó tuần tự qua tất cả các bước chuẩn bị cần thiết bao gồm làm sạch bề mặt, khắc vi mô và tẩy. Hơn nữa, các thanh với các lớp này sẽ được nhúng vào bể mạ đồng trong 60 phút. Để đảm bảo độ dẫn điện tốt, khoảng 25 micron đồng được lắng vào thành của các lỗ. Đồng không chỉ lắng đọng trên thành của các lỗ, mà còn trên bề mặt của dây dẫn và miếng đệm tiếp xúc. Kết quả là, với độ dày ban đầu là 18 micron, tổng độ dày của đế và đồng lắng điện sẽ là 35-40 micron.

Trong các bước tiếp theo, 5 micron thiếc mạ điện được lắng đọng trên lớp đồng lắng đọng điện, để bảo vệ hoa văn trong quá trình khắc. Thiết kế của bể mạ điện kết hợp với các chất phụ gia hiện đại đảm bảo độ dày lớp phủ đồng sẽ được phủ đều cả trên thành lỗ và bề mặt bất chấp mật độ của các mẫu khác nhau. Quá trình mạ được điều khiển bằng máy tính để cung cấp các thông số cần thiết của lớp mạ. Sau khi phủ, độ dày của đồng lắng đọng được kiểm tra bằng phương pháp an toàn. Khi quá trình đã hoàn thành, các tấm được chuyển đến khu vực khắc. Sau khi mạ hoa văn và lắng đọng thêm một lớp thiếc bảo vệ, các lớp này sẽ được chuyển đến khu vực khắc.

Trước khi khắc, lớp cản quang được loại bỏ khỏi các tấm để lộ lớp đồng bên dưới phải được loại bỏ. Mẫu của Bảng mạch in và các lỗ mạ vẫn được bảo vệ bởi một lớp thiếc tích điện. Quá trình khắc được tiến hành trong máy băng tải nằm ngang và đồng không được bảo vệ bởi thiếc sẽ bị ăn mòn. Do đó, mô hình của các lớp bên ngoài của PCB được xác định. Sau khi khắc, lớp thiếc được loại bỏ trong máy tước. Sau đó, các tấm được chuyển đến khu vực Kiểm tra Quang học Tự động để kiểm tra chất lượng của quá trình khắc.

Sự gia tăng liên tục của mật độ mẫu do sự thu nhỏ của thành phần điện tử đã dẫn đến việc giảm hiệu quả của các phương pháp điều khiển cổ điển. Chẳng hạn như kiểm tra bằng mắt với việc sử dụng các thiết bị phóng đại. Do đó, ngoài điều khiển trực quan PCB, Kiểm tra quang học tự động cũng được sử dụng. Hệ thống quét bảng điều khiển, nhận hình ảnh kỹ thuật số của mẫu khắc và so sánh nó với mẫu tham chiếu được hình thành trong quá trình chuẩn bị sản xuất PCB. Trong trường hợp này, không chỉ chất lượng khắc được kiểm soát mà còn cả đường kính và dung sai định vị lỗ. Bất kỳ sự khác biệt nào được tìm thấy đều được dưa0 cho người vận hành máy để đưa ra quyết định.

Các tấm đã qua thử nghiệm được chuyển đến khu vực ứng dụng lớp phủ hàn. Trước khi được đắp lớp phủ, bề mặt đồng được làm sạch và sau đó tạo độ nhám cần thiết để lớp phủ hàn bám dính tốt. Lớp phủ hàn được áp dụng bằng phương pháp in lụa. Lớp phủ hàn lỏng được ép bằng chổi cao su qua màn hình trên toàn bộ bề mặt của bảng điều khiển. Lớp sơn được làm khô trong lò nung cho đến khi bề mặt được làm khô hoàn toàn. Đối với PCB có lớp phủ hàn ở hai mặt, quá trình này sẽ được lặp lại.

Các tấm khô được chuyển đến khu vực chụp ảnh và lớp phủ hàn được chiếu tia UV. Đối với PCB một mặt, hình ảnh phim sẽ được sử dụng. Tiếp theo, các vùng không tiếp xúc của lớp phủ hàn được rửa trôi trên dây chuyền xử lý. Người vận hành sẽ xác minh chất lượng của các lớp mặt nạ thu được. Sau khi kiểm tra, các lớp này sẽ được đặt trong lò để đóng rắn lần cuối. Để xác định các thành phần để lắp ráp thì hầu hết các PCB được sản xuất sẽ có in chú giải. Việc in chú giải được áp dụng sau bước cải tiến của mặt nạ hàn. Để căn chỉnh chính xác mẫu của PCB với chú giải, máy in sử dụng 4 chỗ đánh dấu được đặt ở các góc của bảng.

Tương tự như một máy in phun mực thông thường, hình ảnh được hình thành bởi các giọt mực được làm cứng bởi tia UV. Phương pháp phun mực là một cách in chú giải hiện đại và hiệu quả. Các bảng có in chú thích được chuyển tiếp đến một cuộc kiểm tra chất lượng. Để phủ các tấm lót bằng thuốc hàn chì thiếc, phương pháp hàn bằng khí nóng được áp dụng. Trước khi phủ, các tấm đi qua dây chuyền chuẩn bị, nơi chúng được làm sạch các tạp chất. Đồng được khắc để loại bỏ oxit và chất trợ dung được phủ lên bề mặt. Sau đó, bảng điều khiển đã chuẩn bị được dán vào kẹp của máy HASL.

Người điều hành sau đó sẽ chọn một chương trình theo các tham số của lệnh và bảng điều khiển được nhúng vào bể hàn nóng chảy trong vài giây. Sau đó, chất hàn thừa sẽ được thổi bay bằng không khí nóng và một lớp phủ mỏng, đều trên các miếng đệm. Sau khi làm nguội, cặn thông lượng được rửa trôi trên đường làm sạch. Các tấm được phủ bằng chất hàn đi qua kiểm tra chất lượng và được chuyển đến khu vực xử lý cơ khí. Việc phủ các miếng đệm bằng vàng ngâm được thực hiện trên dây chuyền được trang bị bộ điều khiển tự động. Dây chuyền tự động cho phép duy trì chính xác thời gian xử lý để đạt được lớp phủ chất lượng cao một cách nhất quán.

Các lớp này được thu thập trong băng cassette và vượt qua các giai đoạn chuẩn bị: làm sạch, tìm vi mạch và kích hoạt. Tiếp theo, cuộn băng được nhúng vào bể mạ niken điện trong 22 phút để lắng một lớp niken 5 micron. Trong quá trình phủ, chương trình sẽ giám sát các thông số của dung dịch và nếu cần thiết, sẽ tự động điều chỉnh chúng bằng cách sử dụng bộ phân phối. Sau khi niken đã được lắng đọng, các tấm được rửa sạch và chuyển sang bể mạ vàng ngâm. Ở đó, khoảng 0,06 micron (khoảng sáu phần trăm micrômet) vàng sẽ được lắng đọng trên bề mặt của lớp niken. Sau khi rửa và làm khô lần cuối, các tấm được kiểm tra chất lượng và được chuyển đến khu vực gia công cơ khí.

Một trong những công đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất PCB là kiểm tra điện. Đối với các nguyên mẫu nhanh và sản xuất loạt nhỏ, phương pháp kiểm tra điện hiệu quả nhất là phương pháp thăm dò Fly. Sử dụng chương trình được kết hợp với nhau ở giai đoạn chuẩn bị PCB, máy xác minh tính toàn vẹn của tất cả các lưới, liên tục chạm vào các miếng tiếp xúc. Ở giai đoạn thứ hai, các lưới liền kề được kiểm tra xem có tiếp xúc qua lại hay không. Thử nghiệm này đảm bảo rằng trong quá trình sản xuất, tất cả các lưới đều được tái tạo chính xác. Một trong những hoạt động cuối cùng trong quá trình sản xuất PCB là gia công cơ khí. Để thực hiện tính điểm V, hoặc ký hiệu, của nhiều tấm bảng mạch in, một máy hiệu suất cao có điều khiển số bằng máy tính được sử dụng.

Việc sử dụng máy cắt kim cương cho phép thực hiện quá trình với tốc độ cao và chất lượng cao. Một máy ảnh quang học được sử dụng để định vị chính xác vết cắt, với khoảng cách tối thiểu giữa các mẫu dẫn điện. Máy tính điều khiển số cũng được sử dụng để phay các đường viền của PCB. Sự hiện diện của một hệ thống đo lường bổ sung cho phép kiểm soát độ sâu của quá trình phay, cũng như thực hiện việc cắt các lỗ. Máy được trang bị một camera quang học để căn chỉnh chính xác chương trình phay với mẫu PCB, điều này đặc biệt quan trọng đối với việc sản xuất bảng mạch in HDI.

Sự hiện diện của hệ thống làm mát dụng cụ cho máy phay và ghi điểm chữ V cho phép xử lý PCB trên nền kim loại. PCB thành phẩm được cắt ra khỏi các tấm và chuyển sang khâu kiểm tra chất lượng cuối cùng. Trước khi kiểm tra lần cuối, PCB được rửa trong dây chuyền sản xuất để loại bỏ bụi bẩn trong quá trình gia công cơ khí. Các thanh tra viên kiểm tra cẩn thận mọi PCB để loại trừ khả năng có bất kỳ khiếm khuyết nào về công nghệ hoặc mỹ phẩm. PCB đã qua kiểm tra sẽ nhận được nhãn vận chuyển. Để tránh ẩm nhằm đảm bảo mối hàn bền lâu hơn, PCB được bọc trong bao bì chân không bằng vật liệu hút ẩm. Tiếp theo, PCB được chuyển đến kho thành phẩm để giao cho khách hàng.

Xem thêm: ReviewOS