Processflöde för tillverkning av kretskort

I dagens värld, där elektroniska enheter är allestädes närvarande, fungerar PCB (Printed Circuit Boards) som “skelett” och “nervsystem” för elektroniska produkter, och deras tillverkningsprocesser har en direkt inverkan på produktens prestanda och tillförlitlighet.Oavsett om du är elektronikingenjör, inköpsspecialist eller helt enkelt intresserad av mönsterkortstillverkning är det viktigt att förstå det kompletta arbetsflödet för mönsterkortstillverkning.Den här artikeln tar dig igenom varje kritiskt steg i mönsterkortsproduktionen från råmaterial till färdig produkt, samtidigt som du tar upp de vanligaste tillverkningsutmaningarna.

Detaljerad uppdelning av kärnan Tillverkning av kretskort Processer

1. Panelskärning (CUT): Utgångspunkten för precision

Panelskärning är det första steget i mönsterkortstillverkningen och utgör grunden för efterföljande processer. Även om det verkar enkelt innebär det flera tekniska överväganden:

• Val av material:Vanliga kopparklädda laminatmaterial är FR-4 (glasfiberepoxi), aluminiumsubstrat och högfrekvensmaterial (t.ex. Rogers), som alla kräver olika skärparametrar
• Dimensionell kontroll: Exakt kapning enligt konstruktionsspecifikationer för dimensionerna UNIT (individuell krets), SET (paneliserad array) och PANEL (produktionspanel)
• Krav på noggrannhet: Modern mönsterkortstillverkning kräver normalt skärningstoleranser inom ±0,10 mm
• Kantbehandling: Skurna kanter kräver avgradning för att förhindra att grova kanter påverkar efterföljande processer

Viktiga överväganden:

• Kontrollera materialtyp, tjocklek och kopparvikt före kapning
• Ta hänsyn till materialets expansion/kontraktion i efterföljande processer när du bestämmer panelstorleken
• Hålla arbetsmiljön ren för att förhindra ytkontaminering
• Förvara olika material separat för att förhindra sammanblandning

2.Avbildning av torrfilm i inre skikt:Skapa exakta kretsmönster

Processen med torrfilm i det inre lagret är avgörande för att korrekt överföra designmönster till kretskortssubstrat och består av flera delprocesser:

Ytförberedelse (skrubbning av paneler)

• Kombinerar kemisk rengöring med mekanisk nötning
• Avlägsnar oxidation och skapar mikroruglighet för bättre vidhäftning i torr film
• Typiska parametrar: 5-10 mm skrubbmärken, Ra 0,3-0,5 μm grovhet

Torrfilmslaminering

• Termisk bindning av ljuskänslig torrfilm till kopparytan
• Temperaturkontroll: Vanligtvis 100-120°C
• Tryckkontroll:Cirka 0,4-0,6MPa
• Hastighetsreglering: 1,0-1,5 m/min

Exponering

• Använder UV-ljus (365 nm våglängd) för att selektivt härda torr film genom fototool
• Energikontroll: 5-10mJ/cm²
• Registreringsnoggrannhet: Inom ±25 μm

Utveckling

• Använder 1% natriumkarbonatlösning för att lösa upp ohärdad torr film
• Temperaturreglering: 28-32°C
• Spruttryck: 1,5- 2,5 bar

Etsning

• Använder sur kopparkloridlösning (CuCl2+HCl) för att lösa upp exponerad koppar
• Etsningsfaktor (kontroll av sidoetsning) >3,0
• Koppartjocklekens jämnhet inom ±10%.

Strip

• Använder 3-5% natriumhydroxidlösning för att avlägsna skyddande torrfilm
• Temperaturreglering: 45-55°C
• Tidskontroll: 60-90 sekunder

Rekommendationer för design:

• Minsta spår/utrymme i det inre lagret ≥ 3 mil (0,075 mm)
• Undvik isolerade koppardetaljer för att förhindra överetsning
• Fördela kopparn jämnt för att förhindra laminering av skevheter
• Lägg till designmarginal för kritiska signalspår

3. Behandling med brun oxid: Förbättrad bindning mellan skikten

Brunoxidbehandling är avgörande för tillverkning av flerskiktskretskort, främst för att förbättra vidhäftningen mellan koppar i innerskiktet och prepreg (PP):

• Kemisk reaktion: Bildar ett mikroskopiskt organiskt-metalliskt komplexskikt på kopparytan
• Processtyrning:
• Temperatur: 30-40°C
• Tid: 1,5-3 minuter
• Ökning av koppartjocklek: 0,3-0,8 μm
• Verifiering av kvalitet:
• Enhetlig färg
• Test av kontaktvinkel med vatten (bör vara ≥30°)
• Test av avskalningsstyrka (≥1,0N/mm)

Vanliga frågor:

• Otillräcklig behandling kan orsaka delaminering efter laminering
• Överbehandling skapar överdriven grovhet, vilket påverkar signalintegriteten
• Bearbetade paneler bör lamineras inom 8 timmar

4.Laminering:Formning av flerskiktsstrukturer

Laminering sammanfogar flera inre lager med prepreg (PP) under värme och tryck för att skapa flerskiktsstrukturer:

• Förberedelse av material:
• Kopparfolie (typiskt 1/3 oz eller 1/2 oz)
• Prepreg (t.ex. kvaliteterna 1080, 2116, 7628)
• Plåtar av rostfritt stål, kraftpapper och andra hjälpmaterial
• Processparametrar:
• Temperatur: 170-190°C
• Tryck: 15-25 kg/cm²
• Tid: 90-180 minuter (beroende på skivans tjocklek och struktur)
• Kritiska kontroller:
• Uppvärmningshastighet: 2-3°C/min
• Kylningshastighet: 1-2°C/min
• Vakuumnivå: ≤100mbar

Överväganden om design:

• Bibehålla symmetrisk stapling (t.ex. 8-lagers kort: 1-2-3-4-4-3-2-1)
• Orientera spåren i intilliggande lager vinkelrätt (t.ex. horisontellt på ett lager, vertikalt på det intilliggande)
• Använd PP med hög resinhalt för tunga kopparkort
• Tänk på materialflödet under lamineringen för blinda/begravda via-design

5.Borrning:Skapa precisionsinterkonnektorer

Borrning skapar vertikala kopplingar mellan kretskortsskikten, och modern teknik ger exceptionell noggrannhet:

• Borrtyper:
• Mekanisk borrning (för hål ≥0,15 mm)
• Laserborrning (för mikrovias och blindvias)
• Typiska parametrar:
• Spindelhastighet: 80.000-150.000 varv/min
• Matningshastighet: 1,5-4,0 m/min
• Indragningshastighet:10-20m/min
• Kvalitetsstandarder:
• Grovhet i hålets vägg ≤25μm
• Hålpositionens noggrannhet ±0,05 mm
• Inga nageltrång eller grader

Felsökning av vanliga problem:

• Väggar med grova hål: Optimera borrparametrar, använd rätt inmatnings-/backupmaterial
• Tilltäppta hål: Förbättra spånevakueringen, justera borrningssekvensen
• Trasiga borrar: Verifiera borrkvaliteten, optimera matningshastigheterna

6.Elektrolös kopparbeläggning (PTH):Metallisering av kritiska hål

Elektrolös koppardeponering skapar ledande lager på icke-ledande hålväggar, vilket är avgörande för kretskortets tillförlitlighet:

Processflöde för PTH

1. Avsmältning: Avlägsnar hartsrester från borrning
2. Elektrolös koppar:

• En alkalisk lösning med formaldehyd som reduktionsmedel
• Temperatur: 25-32°C
• Tid: 15-25 minuter
• Koppartjocklek: 0,3-0,8 μm

1. Panelplätering:

• Lösning av surt kopparsulfat
• Aktuell densitet: 1,5- 2,5ASD
• Tid: 30-45 minuter
• Koppartjocklek: 5-8 μm

Kvalitetskrav för att minimera termisk chock:

• Test av bakgrundsbelysning ≥9 nivå (≥90% täckning av hålvägg)
• Termiskt belastningstest (288°C, 10 sekunder) utan delaminering eller blåsbildning
• Hålmotstånd ≤300μΩ/cm

7. Överföring av mönster för yttre lager

Liknar bildbehandling av innerskiktet men med ytterligare pläteringssteg:

1. Förberedelse av ytan: Rengöring, mikroetsning (avlägsnar 0,5-1 μm koppar)
2. TorrfilmslamineringAnvänder pläteringsresistent torrfilm
3. ExponeringAnvänder LDI (Laser Direct Imaging) eller traditionellt fototool
4. UtvecklingSkapar ett pläteringsmönster
5. Mönsterplätering:

• Koppartjocklek: 20-25 μm (totalt)
• Tenntjocklek: 3-5 μm (som etsresist)

1. Strip:Avlägsnar pläteringsresist
2. EtsningTar bort oönskad koppar

Tekniska höjdpunkter:

• Kompensation för spårbredd: Justera designbredden baserat på koppartjockleken (lägg vanligtvis till 10-20%)
• Enhetlig plätering:Använd en lösning med hög kastkraft och en korrekt anodkonfiguration
• Kontroll av sidoetsning:Optimera etsningsparametrarna för att bibehålla spårbreddens noggrannhet

8.Lödmask: Skyddsskikt för kretsar

Lödmasken skyddar kretsarna och påverkar lödningens kvalitet och utseende:

• Tillämpningsmetoder:
• Screentryck: För krav på låg precision
• Spraybeläggning:För oregelbundna skivformer
• Beläggning av gardiner:Hög effektivitet, utmärkt jämnhet
• Processflöde:

1. Förberedelse av ytan (rengöring, uppruggning)
2. Applicering av lödmask
3. Förgräddning (75°C, 20-30 minuter)
4. Exponering (300-500mJ/cm²)
5. Utveckling (1% natriumkarbonatlösning)
6. Slutlig härdning (150°C, 30-60 minuter)

• Kvalitetsstandarder:
• Hårdhet ≥6H (blyertspennans hårdhet)
• Vidhäftning: 100% godkänt med 3M tejptest
• Lödmotstånd: 288°C, 10 sekunder, 3 cykler utan defekter

Riktlinjer för design:

• Minsta lödmaskbrygga ≥0,1 mm
• Öppningar i BGA-området: 0,05 mm större än pads per sida
• Guldfingrar kräver täckning av lödmask

9.Ytfinish: Balans mellan lödbarhet och hållbarhet

Olika ytbehandlingar passar olika applikationer:

Urvalsguide:

• Standard för konsumentelektronik: HASL eller OSP
• Produkter med hög tillförlitlighet:ENIG
• Höghastighetskretsar:Imm Ag eller OSP
• Kantanslutningar:Hård guldplätering (1-3 μm)

10.Rutning: Precisionstillverkning av konturer

PCB-konturbearbetning använder främst tre metoder:

• CNC-fräsning:

• Noggrannhet: ±0,10 mm
• Minsta spårbredd: 1,0 mm
• Hörnradie: ≥0,5 mm

• V-Scoring:

• Vinkel: 30° eller 45°
• Återstående tjocklek: 1/3 av skivans tjocklek (typiskt 0,3-0,5 mm)
• Positioneringsnoggrannhet: ±0,10 mm

• Laserskärning:

• Noggrannhet: ±0,05 mm
• Minsta kantlinje: 0,2 mm
• Ingen mekanisk påfrestning

Designregler:

• Håll ett avstånd på ≥0,3 mm mellan kortets kant och kretsarna
• Inkludera avbrytbara flikar eller musbitar för paneliserade mönster
• Tillhandahålla exakta DXF-filer för oregelbundna konturer
• Fasade kanter (normalt 20-45°) för fingerskivor av guld

11.Elektrisk provning:Slutlig kvalitetsgranskning

PCB-testning säkerställer funktionell tillförlitlighet:

• Testmetoder:
• Flygande sond: Lämplig för produktion med låg volym och hög mix
• Testning av fixturer:För produktion av stora volymer
• AOI (automatiserad optisk inspektion):Kompletterande inspektion
• Testtäckning:
• 100% nettokontinuitet
• Isolationsprovning (typiskt 500 V DC)
• Impedansprovning (för kort med kontrollerad impedans)

Lösning av gemensamma problem:

• Öppnar: Verifiera falska öppningar (dålig kontakt med testproben)
• Shorts:Analysera kortets placering, kontrollera designproblem
• Avvikelse i impedans:Verifiera materialparametrar och spårbreddskontroll

12.Slutbesiktning & Förpackning

Det sista steget i kvalitetsverifieringen:

• Inspektionsobjekt:
• Visuellt: Repor, fläckar, defekter i lödmasken
• Dimensionella mått: Tjocklek, kontur, hålstorlekar
• Märkning:Tydlig teckenförklaring och positionsnoggrannhet
• Funktionell:Guldfingerpläteringskvalitet, impedansprov
• Förpackningsmetoder:
• Vakuumförpackning (antioxidation)
• Antistatisk förpackning (för känsliga komponenter)
• Interfolierat papper (förhindrar repor på ytan)
• Anpassade brickor (för högprecisionskort)

Standarder för sjöfart:

• IPC-A-600G Klass 2 (kommersiell)
• IPC-A-600G Klass 3 (hög tillförlitlighet)
• Kundspecifika krav

Vanliga frågor om PCB-tillverkning (Q&A)

F1: Varför flagnar kopparn på mitt mönsterkort efter lödning?

Rotorsaker/in²)4. Hög kabeldensitet (>117 kablar/in²):

1. Dålig vidhäftning mellan koppar och substrat (materialproblem)
2. För hög lödningstemperatur eller för lång lödningstid
3. Dålig design (t.ex. stor kopparyta ansluten via tunna spår)
4. Otillräcklig brunoxidbehandling

Lösningar:

• Välj laminatmaterial av hög kvalitet
• Optimera lödningsparametrarna (260°C, 5 sekunder)
• Använd termiska avlastningsanslutningar i konstruktioner
• Verifiera processparametrarna för brunoxid med tillverkaren
• Utför termisk belastningstestning vid behov (288°C, 10 sekunder, 3 cykler)

Q2: Hur hanterar man felregistrering mellan lager i flerlagerskretskort?

Felregistrering Källor:

• Inkonsekvenser vid materialutvidgning/kontraktion
• Skiktförskjutning under laminering
• Otillräcklig noggrannhet vid registrering av exponering
• Avvikelser i borrningsposition

Förbättringsmått/in²)4. Hög ledningsdensitet (>117 ledningar/in²):

• Designfasen:

• Lägg till registreringsmål (minst 3)
• Bibehåller jämn kopparfördelning
• Ta hänsyn till materialegenskaper (särskild hantering för högfrekventa material)

• Tillverkning:

• Använd LDI-exponeringsutrustning med hög precision
• Implementera inriktning för röntgenborrning
• Tillämpa algoritmer för kompensation av materialkrympning
• Överväg sekventiell laminering för kort med högt bildförhållande

• Materialval:

• Använda material med låg CTE-grad
• Välj dimensionellt stabil prepreg

F3: Hur löser man grova hålväggar i små hål (< 0,2 mm)?

Tekniska lösningar:

• Val av borr:
• Specialborrmaskiner (t.ex. av UC-typ)
• Spetsvinkel 130-140°.
• Helixvinkel 35-40°.
• Optimering av parametrar:
• Öka varvtalet till 120.000-150.000
• Minska matningshastigheten till 1,0-1,5 m/min
• Byt övning var 500:e träff
• Hjälpmaterial:
• Ingångsmaterial av aluminium med hög densitet
• Specialskivor för säkerhetskopiering (t.ex. fenol)
• Efterbearbetning:
• Förbättrad desmear (plasmabehandling tillval)
• Optimera etsningen före elektrolösning av koppar

Q4: Hur ska lödmasköppningar utformas för BGA-områden?

Designspecifikationer:

• Standard BGA:

• Lödmasköppningar 0,05 mm större än pads per sida
• Minsta lödmaskbrygga 0,1 mm
• NSMD-design (Non-Solder Mask Defined)

• BGA med fin pitch (≤0,5 mm pitch):

• Lödmasköppningar lika med eller något mindre (0,02-0,03 mm) än pads
• SMD (Solder Mask Defined)-design
• Överväg LDI-processen (Laser Direct Imaging)

• Särskilda behandlingar:

• Förhindra att lödmasken klättrar upp på BGA-sfärerna
• Kontrollera lödmaskens tjocklek till 10-15 μm
• Implementera lödmaskdammar vid behov

Lösning av gemensamma problem:

• Tjock lödmask orsakar problem med lödningen: Använd tunna lödmaskfärger
• Trasiga lödmaskbryggor:Optimera exponeringsenergi och utveckling
• Feljusterade öppningar:Verifiera fotoverktyg eller LDI-data

Q5: Varför resulterar ENIG-plätering ibland i “Black Pad”? Hur kan man förhindra det?

Svart Pad Orsaker:
Black Pad avser spröda gränsytor mellan nickel och lod i ENIG-ytbehandlingar, främst orsakade av:

• Överetsning av nickel under gulddeponering
• Onormal fosforhalt i nickel (bör vara 7-9%)
• Överdriven guldtjocklek (>0,15 μm) orsakar nickelpassivering
• Felaktig efterbehandling (otillräcklig rengöring)

Förebyggande metoder:

• Processtyrning:

• Bibehåll badets pH-värde 4,5-5,5
• Tjocklek på kontrollguld 0,05-0,10 μm
• Lägg till behandling efter doppning (t.ex. mild syratvätt)

• Kvalitetsövervakning:

• Regelbunden kontroll av nickelfosforhalten
• Tvärsnittsanalys av nickel-guld-gränssnittet
• Skjuvprovning av lödkulor (>5 kg/mm²)

• Alternativa lösningar:

• Tänk på ENEPIG (Elektrolös nickel Elektrolös palladium Immersion Gold)
• Använd elektrolytisk nickel/guld för applikationer med hög tillförlitlighet

Q6: Hur hanterar man signalintegritetsproblem i höghastighetskretskort?

Co-optimering mellan konstruktion och tillverkning:

• Val av material:

• Material med låg Dk (dielektricitetskonstant) och låg Df (dissipationsfaktor)
• Släta kopparfolier (t.ex. HVLP)

• Optimering av design:

• Tät impedansreglering (±10%)
• Minimera via stubbar (bakborrning)
• Använd mikrostrip- eller stripline-strukturer

• Kontroll av tillverkning:

• Etsningsprecision (±15 μm spårvidd)
• Kontroll av dielektrisk tjocklek (±10%)
• Val av ytbehandling (helst Imm Ag eller OSP)

• Testning Verifiering:

• TDR-provning (tidsdomänreflektometri)
• Mätning av insättnings-/returförlust
• Ögondiagramtest (för höghastighetssignaler)

Typiska parametrar:

• 10 Gbps-signaler: Material med Df<0,010
• 28 Gbps+:Överväg Megtron6- eller Rogers-material
• Impedans:50Ω single-ended, 100Ω differential (justeras enligt protokoll)

Slutsats

Kretskortstillverkning är en tvärvetenskaplig teknik som kombinerar materialvetenskap, kemiska processer och mekanisk precisionsteknik.I takt med att elektroniken utvecklas mot högre frekvenser, hastigheter och densiteter fortsätter tillverkningsprocesserna för mönsterkort att utvecklas i motsvarande grad. Förståelse för dessa tillverkningsflöden underlättar inte bara utformningen av mer tillverkningsbara mönsterkort utan möjliggör också snabb felsökning och effektiv kommunikation med tillverkarna.

Oavsett om man arbetar med konventionella FR-4-material för konsumentelektronik, specialiserade högfrekvensmaterial för 5G-utrustning eller fordonselektronik med hög tillförlitlighet, är det avgörande att välja lämpliga mönsterkortstillverkare och noggrant förstå deras kapacitet.Vi hoppas att den här guiden ger värdefulla insikter som stöd för ditt informerade beslutsfattande inom mönsterkortstillverkning.