Fabrykacja PCB to wytworzenie samej płytki (gołej): laminatu z wzorem miedzi, otworami, maską i wykończeniem pól. Nie obejmuje lutowania elementów; to osobny etap, montaż PCBA. Fabrykacja kończy się płytką sprawdzoną elektrycznie i wymiarowo. Poniżej: kolejność operacji dla płytki wielowarstwowej, kontrole procesu z przykładami obliczeń, rekord pierwszego wyrobu oraz tabela, która oddziela fabrykację od montażu.
Przebieg fabrykacji płytki wielowarstwowej
- Przygotowanie danych (CAM): kontrola plików Gerber/ODB++ i wierceń, kompensacja trawienia, układ na panelu produkcyjnym.
- Warstwy wewnętrzne: czyszczenie laminatu z miedzią, nałożenie fotorezystu, naświetlenie, wywołanie, trawienie, usunięcie rezystu.
- Kontrola AOI warstw wewnętrznych: wykrywanie przerw, zwarć i zwężeń przed zamknięciem warstw w laminacie.
- Przygotowanie powierzchni miedzi i laminacja: obróbka poprawiająca przyczepność, układanie rdzeni i prepregów, prasowanie pod ciśnieniem i w podwyższonej temperaturze.
- Wiercenie: otwory przelotowe i, w konstrukcjach HDI, mikrootwory laserowe; usunięcie smaru żywicy (desmear) ze ścianek.
- Metalizacja otworów: warstwa bezprądowa lub bezpośrednia, następnie miedź galwaniczna.
- Warstwy zewnętrzne: obrazowanie, dogalwanizowanie ścieżek i otworów (technologia wzorcowa) lub trawienie całopłaszczyznowe, trawienie, kontrola AOI.
- Maska lutownicza i opis: nałożenie, naświetlenie, wywołanie i utwardzenie; opis legendy.
- Wykończenie pól: HASL, ENIG, OSP lub inne, zależnie od specyfikacji.
- Obróbka zewnętrzna: frezowanie obrysu lub nacinanie (V-cut), panelizacja.
- Test elektryczny i kontrola końcowa: test ciągłości i izolacji, pomiar wymiarów, kontrola wizualna, pakowanie.
Dla płytek z kontrolowaną impedancją dochodzi pomiar na kuponach, zob. płytki z kontrolowaną impedancją, a dla konstrukcji z mikrootworami HDI. Zakres możliwości wykonawcy znajdziesz na stronie możliwości produkcyjne. Ogólny opis płytek: Płytka drukowana.
Kluczowe kontrole procesu i co one oznaczają dla projektu
Trawienie i współczynnik trawienia
Wytrawianie działa też na boki ścieżki (podtrawienie), więc przekrój ścieżki jest trapezem. Współczynnik trawienia: EF = głębokość trawienia / podtrawienie z jednej strony. Przykład założeniowy: miedź końcowa 43 µm (18 µm folii + 25 µm miedzi galwanicznej), EF = 3. Podtrawienie z jednej strony: 43 / 3 ≈ 14,3 µm. Ścieżka o szerokości 100 µm pod rezystem ma u góry 100 − 2 · 14,3 ≈ 71,3 µm. Dlatego CAM dodaje kompensację do szerokości ścieżek, a cienkie linie projektuje się z uwzględnieniem grubości miedzi: gruba miedź ogranicza minimalną szerokość i odstęp, co wykonawca podaje w tabeli możliwości.
Wiercenie, stosunek wymiarów i miedź w otworze
Stosunek grubości płytki do średnicy otworu (aspect ratio) opisuje, jak trudno wprowadzić roztwór do otworu przy metalizacji. Przykład założeniowy: płytka 1,6 mm i otwór wykończony 0,3 mm dają 1,6 / 0,3 ≈ 5,3 : 1. Wartość graniczną dla konkretnego procesu podaje wykonawca; jej przekroczenie zwiększa ryzyko zbyt cienkiej miedzi w środku otworu. Grubość miedzi w otworze sprawdza się na mikroszlifie; dla klasy 2 normy IPC-6012 przyjmuje się zwykle średnio ok. 20 µm, a dla klasy 3 ok. 25 µm (sprawdź aktualne wydanie normy i wymagania w zamówieniu).
Pierścień metalizacji i dokładność wiercenia
Przykład założeniowy: otwór wiercony 0,30 mm, pad zewnętrzny 0,55 mm. Nominalny pierścień: (0,55 − 0,30) / 2 = 0,125 mm. Jeżeli suma błędów wiercenia i rejestracji warstwy wynosi ±0,075 mm, to pozostały pierścień w najgorszym przypadku: 0,125 − 0,075 = 0,050 mm. To uzasadnia, dlaczego projektanci zostawiają zapas ponad minimum producenta, szczególnie przy dużej liczbie warstw, gdzie rejestracja jest trudniejsza.
Inne punkty kontrolne
- Rejestracja warstw: pomiar na znacznikach lub przez rentgen po laminacji.
- Maska lutownicza: grubość, przyleganie, otwarcia w stosunku do pól (tolerancja wyrównania).
- Wykończenie powierzchni: grubość warstw mierzona np. metodą XRF, lutowność.
- Wymiary i wygięcie płytki: pomiar zgodny z rysunkiem; wygięcie wpływa na późniejszy montaż.
- Test elektryczny: sprawdzenie zwarć i przerw metodą sondy latającej lub łoża igieł, wybór zależy od serii.
Rekord pierwszego wyrobu (First Article)
Dla nowej płytki lub zmiany procesu zapisuje się wyniki kontroli pierwszej sztuki, zanim ruszy seria. Przykładowy układ rekordu (pola do uzupełnienia, bez danych zmyślonych):
| Pozycja | Wymaganie z dokumentacji | Wynik pomiaru | Metoda | Decyzja |
|---|---|---|---|---|
| Rewizja plików i rysunku | Zgodna z zamówieniem | do wpisania | Porównanie CAM | Zgodne / niezgodne |
| Grubość płytki | wartość nominalna i tolerancja | do wpisania | Suwmiarka / mikrometr | Zgodne / niezgodne |
| Szerokość ścieżek i odstępy (próbki) | zgodnie z rysunkiem po kompensacji | do wpisania | Mikroskop / AOI | Zgodne / niezgodne |
| Średnice otworów | wartość wykończona z tolerancją | do wpisania | Sprawdziany trzpieniowe | Zgodne / niezgodne |
| Miedź w otworze, pierścień | zgodnie z klasą i zamówieniem | do wpisania | Mikroszlif | Zgodne / niezgodne |
| Wykończenie pól | rodzaj i grubość | do wpisania | XRF / oględziny | Zgodne / niezgodne |
| Test elektryczny | 100 % sieci | do wpisania | Sonda latająca lub łoże igieł | Zgodne / niezgodne |
| Impedancja (jeśli wymagana) | wartość i tolerancja | do wpisania | Pomiar na kuponie | Zgodne / niezgodne |
Rekord kończy się datą, nazwiskiem osoby zatwierdzającej i decyzją o zwolnieniu serii. Wypełniony rekord pierwszego wyrobu przechowuje się razem z numerem rewizji płytki.
Fabrykacja a montaż PCBA: gdzie jest granica
| Cecha | Fabrykacja PCB | Montaż PCBA |
|---|---|---|
| Wynik | Goła płytka | Płytka z zamontowanymi elementami |
| Materiały wejściowe | Laminat, folia miedziana, prepreg, chemia | Płytka, elementy, pasta lutownicza |
| Typowe operacje | Trawienie, laminacja, wiercenie, metalizacja, maska | Druk pasty, układanie elementów, przetop, lutowanie na fali, AOI |
| Dane wejściowe | Gerber/ODB++, wiercenia, rysunek, stos | BOM, współrzędne elementów, szablon, rysunek montażowy |
| Testy | Ciągłość i izolacja, mikroszlif, wymiary | AOI, ICT, test funkcjonalny |
Montaż opisuje strona montaż PCB, a testy po montażu artykuł ICT i FCT w PCBA. Plik dla fabrykacji i plik dla montażu to osobne zestawy danych: brak współrzędnych elementów nie wstrzymuje produkcji gołej płytki, a błąd w stosie warstw nie wynika z danych montażowych.
Co przekazać wykonawcy fabrykacji
- Pliki Gerber/ODB++ i wiercenia z numerem rewizji oraz rysunek obrysu z tolerancjami.
- Układ warstw: grubości, materiał, miedź, wymagania impedancji.
- Wykończenie powierzchni, kolor i rodzaj maski, opis, klasę akceptacji.
- Wymagania testowe i dokumenty, które mają towarzyszyć dostawie (np. raport z mikroszlifu).
Czego nie zweryfikowano: granic procesu konkretnego wykonawcy (współczynnika trawienia, stosunku wymiarów, rejestracji), aktualnych wartości klasy w IPC-6012 oraz czasów realizacji; przykłady liczbowe są założeniowe i pokazują sposób rachunku.
