Yleiskatsaus PCB-tuotantolaitteisiin
Painetut piirilevyt (PCB) ovat elektroniikkatuotteiden ydinkomponentteja, ja lähes kaikki elektroniset laitteet perustuvat niihin. Professional PCB-valmistus tehtaat käyttävät useita huipputarkkoja ja huipputeknisiä laitteita, joilla suunnitelmapiirustukset muutetaan todellisiksi piirilevytuotteiksi.Nämä koneet muodostavat elektroniikkateollisuuden infrastruktuurin, ja niiden tekninen taso vaikuttaa suoraan piirilevyjen laatuun, tarkkuuteen ja tuotannon tehokkuuteen.
Täydellinen PCB-tuotantolinja koostuu kymmenistä erikoistuneista koneista, jotka voidaan luokitella tuotantoprosessin mukaan seuraavasti: materiaalin valmistelulaitteet, sisäkerroksen piirin valmistuslaitteet, laminointilaitteet, porauslaitteet, pinnoituslaitteet, ulomman kerroksen piirilaitteet, juotosmaski- ja legendapainolaitteet sekä lopulliset muotoilu- ja testauslaitteet.Jokainen vaihe vaatii tarkkuuskäsittelyyn erityisiä koneita, ja ongelmat yksittäisessä vaiheessa voivat johtaa viallisiin tuotteisiin.
Kun elektroniset tuotteet suuntautuvat kohti miniatyrisointia ja suurempaa tiheyttä, piirilevyjen valmistuslaitteet kehittyvät edelleen.Nykyaikaiset piirilevytehtaat käyttävät yleisesti automatisoituja ja älykkäitä tuotantokoneita täyttääkseen korkean tarkkuuden ja johdonmukaisuuden vaatimukset. Näiden erikoiskoneiden ymmärtäminen ei ainoastaan auta elektroniikkainsinöörejä suunnittelemaan parempia piirilevyjä, vaan se auttaa myös hankintahenkilöstöä arvioimaan piirilevyjen toimittajien tuotantovalmiuksia.
Materiaalin valmistelu ja sisäkerroksen valmistus
PCB-valmistuksen ensimmäinen vaihe alkaa perusmateriaalista.Materiaalin valmistelutyöpajassa on joukko erikoiskoneita, joilla leikataan suurikokoisia kuparipäällysteisiä laminaatteja (CCL) tuotantoa varten tarvittaviin mittoihin.Giljotiinileikkurit ja levysahat leikkaavat suuret CCL-levyt työstettäviin paneelikokoihin ±0,1 mm:n tarkkuudella. Reunojen pyöristys- ja hiontakoneet tasoittavat paneelin reunat, jotta estetään purseet tai delaminaatio myöhemmissä prosesseissa. Puhdistuskoneet ja uunit poistavat pinnan epäpuhtaudet ja kosteuden ja varmistavat materiaalin tasaisen laadun.
Sisäkerroksen piirin valmistus on yksi PCB-tuotannon ydinvaiheista ja vaatii useita tarkkoja kuvantamissiirtolaitteita.Esikäsittelykoneet puhdistavat kuparin pinnan kemiallisilla ja fysikaalisilla menetelmillä, mikä parantaa fotoresistin tarttuvuutta.Päällystyskoneet levittävät nestemäisen fotoresistin tasaisesti kuparilevylle valoherkän kerroksen muodostamiseksi.Korkean tarkkuuden valotuskoneet (kuten LDI-suorakuvausjärjestelmät) siirtävät piirikuviot valoherkälle kerrokselle, ja nykyaikaisilla laitteilla saavutetaan alle 15 μm:n viivanleveydet.Kehitys-, syövytys- ja poistokoneet kiinnittävät sitten piirikuvion pysyvästi kuparifolioon kemiallisten prosessien avulla.
Sisäkerroksen valmistuksen jälkeen, automaattinen optinen tarkastus (AOI) -laitteisto suorittaa piirien täydellisen skannauksen havaitakseen viat, kuten avoimet piirit ja oikosulut. Kalvonmittaustyökalut varmistavat kuvion mittatarkkuuden, ja paneelien lataus- ja purkulaitteet sekä pölynpoistokoneet ylläpitävät tuotannon jatkuvuutta ja puhtautta. Laiteinvestoinnit tässä vaiheessa muodostavat usein yli 20 prosenttia piirilevytehtaan kokonaiskustannuksista, ja niiden teknologinen taso määrittää suoraan HDI-piirilevyjen (Highdensity Interconnect) tuotantokyvyn.
Monikerroslaminointi ja tarkkuusporaus
Monikerroksisia piirilevyjä varten laminointikorjaamo on varustettu erikoiskoneilla, joilla sisäkerroksen ytimet voidaan liittää prepreg-levyjen (PP) kanssa yhtenäiseksi rakenteeksi.PP-leikkaus-, trimmaus- ja porauskoneet esikäsittelevät prepreg-materiaalin varmistaakseen kerrosten kohdistamisen ja hartsin tasaisen virtauksen.Ruskean oksidin käsittelylinjat parantavat kuparin pinnan tarttuvuutta. Sulanapito- ja niittikoneet suorittavat alustavan kohdistuksen, kun taas suuret hydrauliset puristimet (tyypillisesti yli 200 tonnin paine) suorittavat lopullisen laminoinnin korkeassa lämpötilassa ja paineessa, ja lämpötilan säätötarkkuus on ±1,5 °C.
Laminoinnin jälkeinen käsittely on yhtä tärkeää.Röntgentarkastuslaitteilla tarkistetaan kerrosten välinen kohdistus ±25 μm:n tarkkuudella.Kohdejyrsintä- ja CCD-porauskoneilla luodaan vertailureikiä myöhempiä prosesseja varten.Jyrsinkoneet, reunahiomakoneet ja levyleikkurit suorittavat alustavan muotoilun, ja teräslevyn puhdistimet ja jäähdytystornit varmistavat tuotannon vakauden. Monikerroslaminointilaitteet vaativat huomattavia investointeja, mutta ne ovat välttämättömiä erittäin luotettavien ja tiheiden piirilevyjen valmistuksessa.
Poraaminen on yksi piirilevyjen valmistuksen tarkkuutta vaativimmista vaiheista.Nykyaikaiset piirilevytehtaat käyttävät CNC-porakoneita, jotka on varustettu 0,1 mm:n ja 6,5 mm:n poranterillä ja joiden paikannustarkkuus on ±25 μm.Automaattiset työkalunvaihtojärjestelmät mahdollistavat erikokoisten reikien jatkuvan käsittelyn.Poranterien teroittimet pidentävät työkalujen käyttöikää, ja kiinnitys- ja irrotuskoneet käsittelevät kohdistustappeja.Reikien tarkastuslaitteet tarkistavat reiän seinämän laadun. Tarkkuusporaus on olennaisen tärkeää myöhemmän pinnoituksen ja liitosten laadun varmistamiseksi erityisesti HDI-levyjen ja IC-substraattien osalta.
Pinnoitus ja ulkokerroksen virtapiirit
Galvanointityöpaja on yksi piirilevytehtaan “sydämenlyönneistä”, joka on vastuussa luotettavien johtavien reittien muodostamisesta.Pystysuora jatkuva pinnoitus (VCP) ja vaakasuora pinnoituslinja (HTP) ovat valtavirran laitteita, jotka laskevat kuparikerroksia reikien seinämiin ja pintoihin tarkalla virrantiheyden hallinnalla ja saavuttavat paksuuden tasaisuuden ±10 %:n sisällä.Kehittyneet järjestelmät, kuten suora metallointi (DMSE), aktivoivat ei-johtavat reikien seinämät myöhempää pinnoitusta varten.Automatisoidut levyjen käsittelyjärjestelmät parantavat tuotannon tehokkuutta.
Galvanoinnin jälkeen ulomman kerroksen piirivalmistus muodostaa ulkoiset piirikuviot.Pintahiomakoneet ja esikäsittelykoneet puhdistavat kuparin pinnan kuivakalvon tarttuvuuden parantamiseksi.Laminointikoneet levittävät valoherkän kuivakalvon, kun taas korkean tarkkuuden valotusjärjestelmät (kuten laser-suorakuvaus) siirtävät ulomman kerroksen kuviot jopa 20 μm:n tarkkuudella.Kehitys-, syövytys- ja poistolinjat poistavat ylimääräisen kuparifolion ja muodostavat tarkat piirikuviot. In-line AOI-järjestelmät suorittavat täydelliset tarkastukset, joilla varmistetaan, ettei avoimia piirejä, oikosulkuja tai muita vikoja esiinny.
Ulkokerroksen valmistuksen jälkeen suoritetaan alustava sähkötesti sähkötestausosastolla (ET).AOI-skannerit ja lentävät koettimet tarkistavat piirien liitettävyyden.Jälkityöstöasemat ja linjakorjauskoneet korjaavat pienet viat, kun taas reikäkoneet tekevät työkalujen reiät.Laitteisto vaatii tässä vaiheessa äärimmäistä vakautta ja johdonmukaisuutta, koska ulkokerroksen piirit liittyvät suoraan komponentteihin ja vaikuttavat lopputuotteen suorituskykyyn.
Pintakäsittely ja loppukäsittely
Juotosmaskin (resistin) käyttö suojaa piirejä ja estää juottamalla oikosulut.Esikäsittelyhiontalaitteet puhdistavat kuparipinnat ennen kuin nestemäinen valokuvattava juotosmaski (LPSM) levitetään silkkipainamalla tai ruiskuttamalla, ja paksuuden säätö on ±5 μm.Valotuskoneet määrittelevät aukkoalueet filmien tai LDI-tekniikan avulla, ja kehittäjät poistavat kovettumattoman vastuksen.Nykyaikaisissa tehtaissa käytetään automaattisia visuaalisia tarkastusjärjestelmiä (AVI) juotosmaskin laadun tarkistamiseen, ja ultraäänipuhdistimet varmistavat pinnan puhtauden. Konvektiouunit ja IR-tunnelit kovettavat vastuksen tarkan lämpötilaprofiilin avulla.
Legendapainatus lisää tunnistusmerkintöjä.Perinteinen silkkipainatus on edelleen yleistä, mutta digitaalinen mustesuihkutulostus on yleistymässä, ja sillä saadaan aikaan selkeitä alle 0,5 mm:n merkkejä.Näytön valmistelutiloihin kuuluvat emulsiopinnoitus, pesu ja valotuskoneet, joilla varmistetaan tulostuslaatu.IR-uunit ja kovettumistunnelit kovettavat legendamusteen, jotta se ei kuoriutuisi myöhemmissä prosesseissa.
Jyrsintäosasto jakaa paneelit yksittäisiksi levyiksi ja käsittelee reunat.CNC-jyrsimet leikkaavat monimutkaisia ääriviivoja ±0,05 mm:n tarkkuudella.V-pistekoneet käsittelevät katkaistavien kielekkeiden malleja, kun taas reikäkoneet sopivat suurille määrille yksinkertaisia muotoja.Puhdistuskoneet poistavat roskat, jotta lopputuotteet ovat tahrattomia.
Viimeinen testausosasto suorittaa sähköisen tarkastuksen.Lentävät koettimet sopivat pienen volyymin ja korkean monimutkaisuuden levyille, kun taas kynsitestauslaitteet soveltuvat massatuotantoon ja testaavat sekunneissa levyä kohti.Lopputarkastuksella varmistetaan, että kaikki asiakasvaatimukset täyttyvät.Paksuusmittareilla tarkistetaan tasalaatuisuus, litistyskoneet parantavat tasalaatuisuutta, ja manuaalinen/automaattinen silmämääräinen tarkastus mahdollistaa viime hetken vikojen seulonnan. Orgaaniset juotettavuuden säilöntäaineet (OSP-linjat) käsittelevät paljaita tyynyjä juotettavuuden parantamiseksi.
Pakkauksessa käytetään antistaattisia materiaaleja kuljetusvaurioiden estämiseksi.Koko piirilevytuotantolaitteiston kokoonpano vaatii valtavia investointeja, mutta on välttämätön korkealaatuisten piirilevyjen valmistuksen kannalta.