Что такое производство печатных плат: Пошаговое руководство по процессу производства печатных плат

Изготовление печатных плат - это процесс создания голых плат, которые будут служить основой для сборки печатной платы. Очень важно тщательно выбирать подрядчика по изготовлению печатных плат, поскольку даже небольшие ошибки могут сделать всю плату бесполезной. Эффективная коммуникация между командой разработчиков и производителями имеет решающее значение, особенно с учетом того, что производство все чаще перемещается за границу.

В этой статье мы расскажем обо всем, что вам нужно знать о процессе изготовления печатных плат. Мы расскажем о предварительной обработке, полном процессе изготовления печатной платы и важных моментах, которые следует учитывать при выборе компании, занимающейся изготовлением печатных плат.

Что такое изготовление печатных плат

Изготовление печатной платы - это процесс преобразования проекта печатной платы в физическую структуру на основе спецификаций, представленных в пакете для проектирования печатной платы. Он включает в себя ряд этапов и методов для создания функциональной печатной платы.

Изготовление печатной платы - важнейший этап в процессе разработки печатной платы. На нем дизайн преобразуется в физическую плату, на которой можно собрать электронные компоненты для создания функционального электронного устройства. Качество процесса изготовления напрямую влияет на надежность печатной платы. Оно гарантирует, что печатная плата соответствует требуемым спецификациям и обеспечивает оптимальные электрические характеристики, передачу сигнала и долговечность.

Изготовление печатных плат - это лишь одна часть общего процесса производства печатных плат. Сборка печатной платы - это отдельный этап, который следует за изготовлением печатной платы и включает в себя размещение компонентов на плате, чтобы сделать ее функциональной. В то время как производство печатных плат сосредоточено на создании физической структуры платы.

В чем разница между изготовлением печатных плат и процессом сборки печатных плат

Изготовление и сборка печатных плат - два важнейших этапа в процессе производства печатных плат.

Изготовление печатных плат

Изготовление печатных плат подразумевает перевод проекта печатной платы в физическую структуру. Это похоже на создание чертежа города с дорожками, улицами и зонированием. В этом процессе дизайн переносится на плату с помощью различных техник, таких как травление или печать. Цель - создать прочную и надежную основу для размещения электронных компонентов.

Сборка печатной платы

Сборка печатной платы - это процесс размещения компонентов на изготовленной плате для придания ей функциональности. Это похоже на строительство зданий в городе. В ходе этого процесса на плату припаиваются электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и микросхемы. Эти компоненты работают вместе, создавая нужную электронную схему. Сборка печатной платы оживляет плату и позволяет ей выполнять свои функции.

Сборка печатной платы - это тонкий процесс, требующий точности и опыта. Компоненты должны быть точно размещены и правильно припаяны, чтобы обеспечить надежность и высокую производительность печатной платы.

Разница

Изготовление печатной платы направлено на создание физической структуры платы, в то время как сборка печатной платы включает в себя добавление электронных компонентов для приведения платы в рабочее состояние. Оба процесса необходимы и идут рука об руку для создания функциональной и надежной печатной платы.

Перед процессом изготовления печатной платы

Изготовление печатной платы требует внимательного отношения к деталям. Прежде чем приступить к процессу, необходимо выполнить несколько важных шагов, чтобы обеспечить успешную сборку платы. Давайте рассмотрим эти шаги подробнее:

Проведение комплексного инженерного анализа схемотехники

Прежде чем приступить к изготовлению печатной платы, необходимо провести тщательный инженерный анализ схемы. Этот обзор включает в себя тщательное изучение конструкции для выявления любых потенциальных проблем или областей, требующих улучшения. Проведение такого анализа позволяет выявить любые ошибки или несоответствия на ранней стадии, что в конечном итоге сэкономит время и ресурсы.

Синхронизация баз данных схем и макетов

Чтобы избежать любых несоответствий или перекосов, очень важно синхронизировать базы данных схем и макетов. Этот шаг гарантирует, что проект будет точно представлен как в схеме, так и в физическом макете печатной платы. Синхронизация этих баз данных позволяет предотвратить любые несоответствия, которые могут возникнуть в процессе изготовления.

Выполните полное моделирование схемы, анализ целостности сигнала и целостности питания

Чтобы обеспечить функциональность и надежность печатной платы, необходимо провести комплексное моделирование схемы, анализ целостности сигнала и целостности питания. Эти анализы помогают выявить любые потенциальные проблемы в конструкции схемы, такие как помехи сигналам или проблемы с распределением питания. Устранение этих проблем до начала производства позволяет избежать дорогостоящих переделок или устранения неисправностей в дальнейшем.

Проверка правил и ограничений проектирования печатных плат

Прежде чем приступить к процессу изготовления, необходимо убедиться, что дизайн печатной платы соответствует заданным правилам и ограничениям. Этот шаг гарантирует, что конструкция соответствует требуемым производственным стандартам и рекомендациям. Проверка этих правил и ограничений позволит вам предотвратить любые производственные проблемы или проблемы с качеством, которые могут возникнуть в процессе изготовления.

Обзор спецификаций материалов и правил проектирования для производства

Наконец, необходимо просмотреть спецификацию материалов (BOM) и правила проектирования для производства (DFM). BOM включает в себя список всех компонентов и материалов, необходимых для сборки печатной платы, а правила DFM описывают производственные рекомендации и спецификации. Изучив эти документы, вы сможете убедиться, что спецификация является точной и полной, а дизайн соответствует правилам DFM.

Как изготавливается печатная плата

Изготовление печатных плат включает в себя несколько этапов, которые обеспечивают создание высококачественной и функциональной печатной платы. Это сложная и запутанная процедура, требующая опыта и внимания к деталям. Каждый этап играет решающую роль в обеспечении качества и надежности конечной печатной платы. Понимая, как происходит изготовление печатных плат, инженеры и дизайнеры могут принимать обоснованные решения в процессе проектирования и производства, что приведет к созданию электронных устройств с лучшими характеристиками.

Процесс изготовления печатной платы можно разбить на следующие этапы:

Изображение желаемого макета

Первым шагом является нанесение изображения желаемого макета на ламинат с медным покрытием. Для этого используется специализированное программное обеспечение для создания макета, а затем с помощью методов визуализации макет переносится на медную поверхность с помощью светочувствительного материала, называемого фоторезистом. Дизайн печатной платы печатается на пленке, которая затем используется для облучения фоторезиста ультрафиолетовым (УФ) светом. Участки, подвергшиеся воздействию света, затвердевают, а неэкспонированные участки остаются мягкими.

Травление или удаление излишков меди

После того как желаемая схема нанесена на медную поверхность, следующим шагом будет удаление излишков меди для выявления трасс и площадок, называемое травлением. Травление удаляет излишки меди с внутренних и поверхностных слоев платы, чтобы обнажить нужные трассы и площадки. Области, защищенные затвердевшим фоторезистом, остаются нетронутыми, а обнаженная медь растворяется раствором травителя.

Создание стека слоев печатной платы

После удаления лишней меди мы создаем слои печатной платы путем ламинирования (нагревания и прессования) материалов платы при высоких температурах. Это включает в себя прессование и нагрев материалов платы для формирования прочной структуры с необходимым количеством слоев. Это обеспечивает правильное выравнивание и скрепление различных слоев печатной платы.

Сверление отверстий

После укладки слоев в печатной плате сверлятся отверстия для размещения монтажных отверстий, сквозных штырьков и каналов. Эти отверстия позволяют размещать компоненты и соединять слои между собой. На просверленные отверстия обычно наносится проводящий материал для обеспечения электрической целостности.

Покрытие

Следующий этап - нанесение покрытия. Печатная плата помещается в гальваническую ванну, где тонкий слой металла, обычно меди, наносится на открытые медные поверхности и просверленные отверстия. Этот процесс нанесения покрытия улучшает проводимость и обеспечивает надежность соединений. Медное покрытие также позволяет увеличить толщину медных дорожек или создать сквозные отверстия. 

Паяльная маска

Паяльная маска наносится на печатную плату для защиты медных дорожек и предотвращения образования мостиков припоя в процессе сборки. Обычно паяльная маска имеет зеленый цвет, но может быть и другого цвета, например красной, синей или черной.

Шелкография

Шелкография - это процесс нанесения на поверхность печатной платы этикеток, логотипов и других маркировок компонентов. Этот шаг помогает размещать и идентифицировать компоненты во время сборки и поиска неисправностей.

Отделка поверхности

Последним этапом изготовления печатной платы является нанесение финишного покрытия на открытые медные участки платы. Финишное покрытие защищает медные участки и облегчает пайку во время сборки, предотвращая окисление и повышая долговечность платы. 

Распространенные виды отделки поверхности включают HASL (выравнивание горячим воздушным припоем), ENIG (золото, погруженное в никель) и OSP (органический консервант паяемости).

После завершения процесса изготовления печатных плат готовые платы проходят проверку и тестирование, чтобы убедиться в их функциональности перед сборкой или отправкой. Автоматизированное тестовое оборудование используется для выявления любых замыканий или дефектов, которые могут нарушить работоспособность печатной платы.

Как внедрить эффективный процесс производства печатных плат

Когда речь идет о производстве печатных плат, процессы проектирования и изготовления часто выполняются разными организациями. В большинстве случаев контрактный производитель (CM) изготавливает печатную плату на основе дизайна, созданного производителем оригинального оборудования (OEM). Для обеспечения плавного и эффективного процесса необходимо сотрудничество между этими группами. Это сотрудничество включает в себя обсуждение компонентов, конструктивных особенностей, форматов файлов и материалов платы.

Компоненты

Чтобы упростить процесс производства, дизайнер должен проконсультироваться с изготовителем по поводу наличия компонентов. В идеале у изготовителя должны быть в наличии все компоненты, требуемые проектом. Однако если чего-то не хватает, конструктор и изготовитель должны работать вместе, чтобы найти компромисс, который позволит ускорить производство без ущерба для минимальных технических характеристик конструкции.

Проектирование для производства (DFM)

Проектирование для производства (DFM) - важнейший аспект, который необходимо учитывать. DFM фокусируется на том, насколько хорошо дизайн может пройти через различные стадии процесса изготовления. Как правило, изготовитель, часто КМ, предоставляет набор рекомендаций по DFM для своего предприятия. С этими рекомендациями OEM-производитель может ознакомиться на этапе проектирования. Включив эти рекомендации в конструкцию печатной платы, разработчик может гарантировать, что конструкция будет совместима с производственным процессом изготовителя.

Форматы файлов

Эффективная коммуникация между OEM и CM жизненно важна для обеспечения точного изготовления печатной платы в соответствии со спецификациями OEM. Важно, чтобы обе стороны использовали одинаковые форматы файлов для проектирования. Такая практика помогает предотвратить ошибки или потерю информации, которые могут возникнуть при конвертации файлов в разные форматы.

Материалы для доски

OEM-производители могут разрабатывать печатные платы с использованием более дорогих материалов, чем предполагает КМ. Поэтому обеим сторонам крайне важно договориться об используемых материалах. Выбранные материалы должны не только соответствовать требованиям дизайна печатной платы, но и оставаться экономически выгодными для конечного покупателя.

Следуя этим рекомендациям и развивая сотрудничество между OEM и CM, можно реализовать эффективный процесс производства печатных плат. Такое сотрудничество гарантирует, что дизайн будет совместим с процессом производства, компоненты будут легко доступны, а конечный продукт будет соответствовать желаемым характеристикам, оставаясь при этом экономически эффективным.

Почему процесс изготовления печатных плат важен

Изготовление печатных плат имеет большое значение, поскольку оно напрямую влияет на технологичность, выход продукции, надежность печатных плат (ПП) и общую производительность ПП. Выбор конструкции, сделанный в процессе изготовления, может оказать значительное влияние на общую производительность и функциональность конечного продукта печатной платы.

Изготавливаемость

Одним из важнейших аспектов изготовления печатных плат является технологичность. Такие проектные решения, как зазоры между элементами поверхности, выбор материалов с подходящими коэффициентами теплового расширения (CTE) и правильное размещение панелей в конструкции, имеют решающее значение для обеспечения возможности сборки платы без необходимости ее переделки. 

Если на этапе проектирования не принять соответствующие решения по спецификации изготовления, это может привести к проблемам в процессе производства.

Ставка доходности

Выход печатных плат - еще один важный фактор, на который влияет процесс производства. Задание параметров, выходящих за границы допусков оборудования контрактного производителя, может привести к увеличению числа непригодных плат. 

Понимание процесса изготовления и обоснованный выбор конструкции позволяют оптимизировать выход продукции, сократить количество отходов и повысить общую эффективность.

Надежность

Надежность также является критически важным фактором. В зависимости от предполагаемого использования печатные платы классифицируются по определенным параметрам, указанным в стандарте IPC-6011, поскольку это имеет решающее значение для достижения требуемого уровня надежности работы. Несоблюдение необходимого уровня классификации может привести к нестабильной работе или преждевременному выходу платы из строя.

Общая производительность

Изготовление печатных плат также играет важную роль в общей долговечности и эффективности электронных устройств. Процесс изготовления включает в себя выбор соответствующих материалов и технологий производства, которые могут выдерживать различные условия окружающей среды, обеспечивая надежную работу электронного устройства в различных условиях без преждевременных отказов или неисправностей.

Понимание процесса изготовления печатных плат очень важно, поскольку выбор конструкции, сделанный на этом этапе, может оказать значительное влияние на весь жизненный цикл разработки, производства и эксплуатации печатных плат. Учет знаний о производстве при принятии проектных решений может помочь избежать ненужных задержек, дополнительных затрат на производство и проблем с производительностью. Для обеспечения оптимальных результатов можно использовать правила и рекомендации по проектированию для производства (DFM), основанные на возможностях контрактного производителя.