Wat is de PCB-fabricage: een stapsgewijze handleiding voor het PCB-productieproces

PCB-fabricage is het proces van het maken van kale platen die als basis dienen voor de assemblage van printplaten. Het is essentieel om uw PCB-fabricage aannemer zorgvuldig te kiezen, omdat zelfs kleine fouten de hele plaat onbruikbaar kunnen maken. Effectieve communicatie tussen het ontwerpteam en de fabrikanten is cruciaal, vooral nu de productie steeds meer naar het buitenland is verplaatst.

In dit bericht gaan we dieper in op alles wat u moet weten over het PCB-fabricageproces. We behandelen het pre-proces, het volledige PCB-fabricageproces en belangrijke overwegingen waarmee u rekening moet houden bij het selecteren van een PCB-fabricagebedrijf.

Wat is PCB-fabricage

PCB-fabricage is het proces waarbij een printplaatontwerp wordt omgezet in een fysieke structuur op basis van de specificaties in het PCB-ontwerppakket. Het omvat een reeks stappen en technieken om een functionele PCB te produceren.

PCB-fabricage is een cruciale stap in het PCB-ontwikkelingsproces. Het vertaalt het ontwerp naar een fysieke plaat die kan worden geassembleerd met elektronische componenten om een functioneel elektronisch apparaat te creëren. De kwaliteit van het fabricageproces heeft een directe invloed op de betrouwbaarheid van de PCB. Het zorgt ervoor dat de PCB voldoet aan de vereiste specificaties en zorgt voor optimale elektrische prestaties, signaaloverdracht en duurzaamheid.

PCB-fabricage is slechts een onderdeel van het algehele PCB-productieproces. PCB-assemblage is een afzonderlijke stap die volgt op PCB-fabricage, waarbij componenten op de plaat worden geplaatst om deze functioneel te maken. Terwijl PCB-fabricage zich richt op het creëren van de fysieke structuur van de plaat.

Wat is het verschil tussen PCB-fabricage en PCB-assemblageproces

PCB-fabricage en PCB-assemblage zijn twee cruciale stappen in het PCB-productieproces.

PCB Fabricage

PCB-fabricage omvat het vertalen van een printplaatontwerp naar een fysieke plaatstructuur. Het is alsof je de blauwdruk voor een stad maakt, met paden, straten en zonering. In dit proces wordt het ontwerp overgebracht op de plaat met behulp van verschillende technieken, zoals etsen of printen. Het doel is om een robuuste en betrouwbare basis te creëren waarop de elektronische componenten kunnen worden geplaatst.

PCB Assemblage

PCB-assemblage is het proces waarbij daadwerkelijk componenten op de gefabriceerde plaat worden geplaatst om deze functioneel te maken. Het is alsof je gebouwen in een stad bouwt. Tijdens dit proces worden elektronische componenten zoals weerstanden, condensatoren en microchips op de plaat gesoldeerd. Deze componenten werken samen om het gewenste elektronische circuit te creëren. PCB-assemblage brengt de plaat tot leven en stelt deze in staat om de beoogde functie uit te voeren.

PCB-assemblage is een delicaat proces dat precisie en expertise vereist. De componenten moeten nauwkeurig worden geplaatst en correct worden gesoldeerd om een betrouwbare en hoogwaardige PCB te garanderen.

Het verschil

PCB-fabricage richt zich op het creëren van de fysieke structuur van de plaat, terwijl PCB-assemblage het toevoegen van de elektronische componenten omvat om de plaat operationeel te maken. Beide processen zijn essentieel en gaan hand in hand om een functionele en betrouwbare printplaat te creëren.

Voor het PCB-fabricageproces

Het fabriceren van een printplaat vereist zorgvuldige aandacht voor detail. Voordat u met het proces begint, is het essentieel om een aantal belangrijke stappen te voltooien om een succesvolle plaat te bouwen. Laten we deze stappen eens nader bekijken:

Voer een uitgebreide technische beoordeling uit voor circuits

Voordat u met het PCB-fabricageproces begint, is het cruciaal om een grondige technische beoordeling van de circuits uit te voeren. Deze beoordeling omvat het zorgvuldig onderzoeken van het ontwerp om mogelijke problemen of verbeterpunten te identificeren. Door deze beoordeling uit te voeren, kunt u eventuele fouten of inconsistenties vroegtijdig opsporen, waardoor u op de lange termijn tijd en middelen bespaart.

Synchroniseer schematische en lay-outdatabases

Om discrepanties of verkeerde uitlijningen te voorkomen, is het van vitaal belang om de schematische en lay-outdatabases te synchroniseren. Deze stap zorgt ervoor dat het ontwerp nauwkeurig wordt weergegeven in zowel het schema als de fysieke lay-out van de PCB. Door deze databases te synchroniseren, kunt u inconsistenties voorkomen die tijdens het fabricageproces kunnen ontstaan.

Voer een volledige circuitsimulatie, signaalintegriteit en vermogensintegriteitsanalyse uit

Om de functionaliteit en betrouwbaarheid van de PCB te garanderen, is het essentieel om een uitgebreide circuitsimulatie, signaalintegriteit en vermogensintegriteitsanalyse uit te voeren. Deze analyses helpen bij het identificeren van mogelijke problemen met het circuitontwerp, zoals signaalinterferentie of problemen met de stroomverdeling. Door deze problemen vóór de fabricage aan te pakken, kunt u dure nabewerkingen of probleemoplossing later voorkomen.

Verifieer PCB-ontwerpregels en -beperkingen

Voordat u verdergaat met het fabricageproces, is het van cruciaal belang om te verifiëren of het PCB-ontwerp voldoet aan de gespecificeerde ontwerpregels en -beperkingen. Deze stap zorgt ervoor dat het ontwerp voldoet aan de vereiste fabricagestandaarden en -richtlijnen. Door deze regels en beperkingen te verifiëren, kunt u fabricageproblemen of kwaliteitszorgen voorkomen die tijdens de fabricage kunnen ontstaan.

Bekijk de stuklijst en het ontwerp voor fabricageregels

Ten slotte is het essentieel om de stuklijst (BOM) en het ontwerp voor fabricageregels (DFM) te bekijken. De BOM bevat een lijst van alle componenten en materialen die nodig zijn voor de PCB-assemblage, terwijl de DFM-regels de fabricagerichtlijnen en -specificaties schetsen. Door deze documenten te bekijken, kunt u ervoor zorgen dat de BOM nauwkeurig en volledig is en dat het ontwerp voldoet aan de DFM-regels.

Hoe wordt de PCB vervaardigd

PCB-fabricage omvat verschillende stappen die zorgen voor de creatie van een hoogwaardige en functionele PCB. Het is een complexe en ingewikkelde procedure die expertise en aandacht voor detail vereist. Elke stap speelt een cruciale rol bij het waarborgen van de kwaliteit en betrouwbaarheid van de uiteindelijke PCB. Door te begrijpen hoe PCB-fabricage werkt, kunnen ingenieurs en ontwerpers weloverwogen beslissingen nemen tijdens het ontwerp- en fabricageproces, wat leidt tot beter presterende elektronische apparaten.

Het PCB-fabricageproces kan worden onderverdeeld in de volgende stappen:

Het gewenste lay-out afbeelden

De eerste stap is het afbeelden van de gewenste lay-out op koper beklede laminaten. Dit wordt gedaan door gespecialiseerde software te gebruiken om een ontwerplay-out te maken en vervolgens beeldvormingstechnieken te gebruiken om de lay-out over te brengen op het koperen oppervlak door middel van een lichtgevoelig materiaal dat fotoresist wordt genoemd. Het PCB-ontwerp wordt op een film geprint, die vervolgens wordt gebruikt om de fotoresist bloot te stellen aan ultraviolet (UV) licht. De gebieden die aan licht worden blootgesteld, harden uit, terwijl de onbelichte gebieden zacht blijven.

Etsen of verwijderen van overtollig koper

Nadat de gewenste lay-out op het koperoppervlak is afgebeeld, is de volgende stap het verwijderen van het overtollige koper om de sporen en pads bloot te leggen, dit wordt etsen genoemd. Bij het etsen wordt het overtollige koper van de binnenste en buitenste lagen van de printplaat verwijderd om de gewenste sporen en pads bloot te leggen. De gebieden die worden beschermd door de uitgeharde fotoresist blijven intact, terwijl het blootgestelde koper wordt opgelost door een etsmiddel.

De PCB-lagenopbouw maken

Zodra het overtollige koper is verwijderd, maken we de PCB-lagenopbouw door de plaatmateriaal te lamineren (verhitten en persen) bij hoge temperaturen. Dit omvat het samenpersen en verwarmen van de plaatmateriaal om een solide structuur te vormen met het gewenste aantal lagen. Het zorgt voor de juiste uitlijning en hechting van de verschillende lagen van de PCB.

Gaten boren

Na de lagenopbouw worden er gaten in de PCB geboord voor montagegaten, doorlopende pinnen en vias. Deze gaten maken de plaatsing van componenten en verbindingen tussen lagen mogelijk. De geboorde gaten zijn meestal bekleed met een geleidend materiaal om elektrische continuïteit te garanderen.

Plateren

De volgende stap is plateren. De PCB wordt in een galvaniseerbad geplaatst, waar een dunne laag metaal, meestal koper, wordt aangebracht op de blootgestelde koperoppervlakken en geboorde gaten. Dit plateringsproces verbetert de geleidbaarheid en zorgt voor betrouwbare verbindingen. Koperplateren kan ook de dikte van de koperen sporen vergroten of doorgemetalliseerde gaten creëren. 

Soldeermasker

Er wordt een soldeermasker op de PCB aangebracht om de koperen sporen te beschermen en soldeerbruggen tijdens het assemblageproces te voorkomen. Het soldeermasker is meestal groen van kleur, maar het kan ook in andere kleuren zijn, zoals rood, blauw of zwart.

Zeefdruk

Zeefdruk is het proces van het toevoegen van componentlabels, logo's en andere markeringen aan het PCB-oppervlak. Deze stap helpt bij de plaatsing en identificatie van componenten tijdens de assemblage en probleemoplossing.

Oppervlakteafwerking

De laatste stap in de PCB-fabricage is het aanbrengen van een oppervlakteafwerking op de blootgestelde koperen gebieden van de PCB. De oppervlakteafwerking beschermt de koperen gebieden en vergemakkelijkt het solderen tijdens de assemblage om oxidatie te voorkomen en de duurzaamheid van de printplaat te verbeteren. 

Veel voorkomende oppervlakteafwerkingen zijn HASL (Hot Air Solder Leveling), ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) en OSP (Organic Solderability Preservative).

Zodra het PCB-fabricageproces is voltooid, worden de afgewerkte printplaten geïnspecteerd en getest om hun functionaliteit te garanderen vóór assemblage of verzending. Geautomatiseerde testapparatuur wordt gebruikt om eventuele kortsluitingen of defecten te identificeren die de prestaties van de PCB in gevaar kunnen brengen.

Hoe een effectief PCB-productieproces te implementeren

Als het gaat om PCB-productie, worden de ontwerp- en fabricageprocessen vaak door verschillende entiteiten afgehandeld. In de meeste gevallen fabriceert de contractfabrikant (CM) de printplaat op basis van het ontwerp dat is gemaakt door de originele fabrikant van de apparatuur (OEM). Om een soepel en effectief proces te garanderen, is samenwerking tussen deze groepen essentieel. Deze samenwerking omvat discussies over componenten, ontwerpoverwegingen, bestandsindelingen en plaatmateriaal.

Componenten

Om het productieproces te stroomlijnen, moet de ontwerper de fabrikant raadplegen over de beschikbaarheid van componenten. Idealiter heeft de fabrikant alle componenten die het ontwerp vereist direct beschikbaar. Als er echter iets ontbreekt, moeten de ontwerper en de fabrikant samenwerken om een compromis te vinden dat een snellere productie mogelijk maakt zonder de minimale ontwerpspecificaties in gevaar te brengen.

Overwegingen voor Design for Manufacturing (DFM)

Design for manufacturing (DFM) is een cruciaal aspect om te overwegen. DFM richt zich op hoe goed het ontwerp de verschillende fasen van het fabricageproces kan doorlopen. Doorgaans levert de fabrikant, vaak de CM, een reeks DFM-richtlijnen voor hun faciliteit. Deze richtlijnen kunnen door de OEM worden geraadpleegd tijdens de ontwerpfase. Door deze richtlijnen in het PCB-ontwerp op te nemen, kan de ontwerper ervoor zorgen dat het ontwerp compatibel is met het productieproces van de fabrikant.

Bestandsformaten

Effectieve communicatie tussen de OEM en CM is essentieel om de nauwkeurige fabricage van de PCB volgens de ontwerpspecificaties van de OEM te garanderen. Het is essentieel dat beide partijen dezelfde bestandsindelingen voor het ontwerp gebruiken. Deze praktijk helpt fouten of verloren informatie te voorkomen die kunnen optreden wanneer bestanden moeten worden geconverteerd tussen verschillende indelingen.

Plaatmateriaal

OEM's kunnen printplaten ontwerpen met duurdere materialen dan wat de CM verwacht. Daarom is het cruciaal dat beide partijen overeenstemming bereiken over de te gebruiken materialen. De gekozen materialen moeten niet alleen voldoen aan de eisen van het PCB-ontwerp, maar ook kosteneffectief blijven voor de uiteindelijke koper.

Door deze richtlijnen te volgen en de samenwerking tussen de OEM en CM te bevorderen, kan een effectief PCB-productieproces worden geïmplementeerd. Deze samenwerking zorgt ervoor dat het ontwerp compatibel is met het fabricageproces, componenten direct beschikbaar zijn en het eindproduct voldoet aan de gewenste specificaties terwijl het kosteneffectief blijft.

Waarom is het PCB-fabricageproces belangrijk

PCB-fabricage is belangrijk omdat het een directe invloed heeft op de produceerbaarheid, de opbrengst, de betrouwbaarheid van printplaten (PCB's) en de algehele prestaties van de PCB. De ontwerpkeuzes die tijdens het fabricageproces worden gemaakt, kunnen een aanzienlijke invloed hebben op de algehele prestaties en functionaliteit van het PCB-eindproduct.

Produceerbaarheid

Een cruciaal aspect van PCB-fabricage is de produceerbaarheid. Ontwerpbeslissingen zoals afstanden tussen oppervlakte-elementen, selectie van materialen met geschikte thermische uitzettingscoëfficiënten (CTE) en de juiste panelisatie van ontwerpen zijn essentieel om ervoor te zorgen dat de printplaat kan worden gebouwd zonder dat er een herontwerp nodig is. 

Het niet nemen van passende fabricagespecificatiebeslissingen tijdens de ontwerpfase kan leiden tot problemen tijdens het fabricageproces.

Opbrengst

De opbrengst van PCB's is een andere belangrijke factor die wordt beïnvloed door het fabricageproces. Het specificeren van parameters die de tolerantiegrenzen van de apparatuur van de contractfabrikant verleggen, kan leiden tot een groter aantal onbruikbare printplaten. 

Door het fabricageproces te begrijpen en weloverwogen ontwerpkeuzes te maken, kan de opbrengst worden geoptimaliseerd, waardoor afval wordt verminderd en de algehele efficiëntie wordt verhoogd.

Betrouwbaarheid

Betrouwbaarheid is ook een cruciale overweging. Afhankelijk van het beoogde gebruik worden PCB's ingedeeld volgens specifieke parameters die zijn beschreven in IPC-6011, omdat dit cruciaal is voor het bereiken van het gewenste niveau van prestatiebetrouwbaarheid. Het niet halen van het vereiste classificatieniveau kan leiden tot inconsistente werking of voortijdig falen van de printplaat.

Algemene prestaties

PCB-fabricage speelt ook een cruciale rol in de algehele duurzaamheid en efficiëntie van elektronische apparaten. Het fabricageproces omvat de selectie van geschikte materialen en fabricagetechnieken die bestand zijn tegen verschillende omgevingsomstandigheden, waardoor wordt gegarandeerd dat het elektronische apparaat betrouwbaar kan werken in verschillende omgevingen zonder voortijdige storingen of defecten.

Het begrijpen van het PCB-fabricageproces is essentieel omdat de ontwerpkeuzes die tijdens deze fase worden gemaakt een aanzienlijke impact kunnen hebben op de gehele PCB-ontwikkeling, productie en operationele levenscyclus. Het integreren van kennis van fabricage in ontwerpbeslissingen kan onnodige vertragingen, extra fabricagekosten en prestatieproblemen helpen voorkomen. Design for manufacturing (DFM)-regels en -richtlijnen, gebaseerd op de mogelijkheden van de contractfabrikant, kunnen worden gebruikt om optimale resultaten te garanderen.