Procesflow for fremstilling af printkort

I dagens verden, hvor elektroniske enheder er allestedsnærværende, fungerer PCB'er (Printed Circuit Boards) som “skelet” og “nervesystem” for elektroniske produkter, hvor deres fremstillingsprocesser har direkte indflydelse på produktets ydeevne og pålidelighed. Uanset om du er elektronikingeniør, indkøbsspecialist eller blot interesseret i printkortfremstilling, er det vigtigt at forstå den komplette arbejdsgang for printkortfremstilling. Denne artikel tager dig gennem hvert kritisk trin i printkortproduktionen fra råmaterialer til færdigt produkt, samtidig med at den tager fat på de mest almindelige produktionsudfordringer.

Detaljeret opdeling af kernen PCB-fremstilling Processer

1. Udskæring af paneler (CUT): Præcisionsudgangspunktet

Panelskæring er det første trin i printkortproduktionen og danner grundlag for de efterfølgende processer. Selvom det ser enkelt ud, involverer det flere tekniske overvejelser:

• Valg af materiale:Almindelige kobberbeklædte laminatmaterialer omfatter FR-4 (glasfiber-epoxy), aluminiumssubstrater og højfrekvente materialer (f.eks. Rogers), som hver især kræver forskellige skæreparametre.
• Dimensionel kontrol: Præcis skæring i henhold til designspecifikationer for UNIT (individuelt kredsløb), SET (panelopstilling) og PANEL (produktionspanel) dimensioner
• Krav til nøjagtighed: Moderne PCB-produktion kræver typisk skæretolerancer inden for ±0,10 mm
• Behandling af kanter: Skårne kanter kræver afgratning for at forhindre, at ru kanter påvirker efterfølgende processer

Vigtige overvejelser:

• Kontrollér materialetype, tykkelse og kobbervægt før skæring
• Tag højde for materialeudvidelse/-sammentrækning i efterfølgende processer, når du bestemmer panelstørrelse
• Oprethold et rent arbejdsmiljø for at forhindre overfladeforurening
• Opbevar forskellige materialer hver for sig for at undgå sammenblanding

2.Tørfilmbilleder af det indre lag:Skabelse af præcise kredsløbsmønstre

Det indre lags tørfilmproces er afgørende for nøjagtig overførsel af designmønstre til PCB-substrater og består af flere delprocesser:

Overfladeforberedelse (skrubning af paneler)

• Kombinerer kemisk rengøring med mekanisk slibning
• Fjerner oxidering og skaber mikroruhed for bedre vedhæftning af tør film
• Typiske parametre: 5-10 mm skrubbemærker, Ra 0,3-0,5 μm ruhed

Tørfilm-laminering

• Binder termisk fotosensitiv tørfilm til kobberoverfladen
• Temperaturkontrol: Typisk 100-120°C
• Kontrol af tryk:Cirka 0,4-0,6MPa
• Hastighedskontrol: 1,0-1,5 m/min

Eksponering

• Bruger UV-lys (365 nm bølgelængde) til selektivt at hærde tør film gennem fotoværktøjet
• Energikontrol: 5-10mJ/cm²
• Registreringsnøjagtighed: Inden for ±25 μm

Udvikling

• Bruger 1 % natriumkarbonatopløsning til at opløse uhærdet tørfilm
• Temperaturkontrol: 28-32°C
• Sprøjtetryk: 1,5- 2,5 bar

Ætsning

• Bruger sur kobberkloridopløsning (CuCl2+HCl) til at opløse eksponeret kobber
• Ætsningsfaktor (sideætsningskontrol) >3,0
• Ensartet kobbertykkelse inden for ±10%.

Strip

• Bruger 3-5 % natriumhydroxidopløsning til at fjerne den beskyttende, tørre film
• Temperaturkontrol: 45-55°C
• Tidskontrol: 60-90 sekunder

Anbefalinger til design:

• Minimum indre lagspor/rum ≥ 3 mil (0,075 mm)
• Undgå isolerede kobberelementer for at forhindre overætsning
• Fordel kobberet jævnt for at forhindre skævheder i lamineringen
• Tilføj designmargin til kritiske signalspor

3. Behandling med brun oxid: Forbedring af bindingen mellem lagene

Behandling med brun oxid er afgørende for fremstilling af printkort i flere lag, primært for at forbedre vedhæftningen mellem det indre kobberlag og prepreg (PP):

• Kemisk reaktion: Danner et mikro-groft organisk-metallisk komplekst lag på kobberoverfladen
• Processtyring:
• Temperatur: 30-40°C
• Tid: 1,5-3 minutter
• Forøgelse af kobbertykkelse: 0,3-0,8 μm
• Verifikation af kvalitet:
• Ensartethed i farven
• Test af vandkontaktvinkel (bør være ≥30°)
• Test af afskalningsstyrke (≥1,0N/mm)

Almindelige problemer:

• Utilstrækkelig behandling kan forårsage delaminering efter laminering
• Overbehandling skaber overdreven ruhed, der påvirker signalintegriteten
• Forarbejdede paneler skal lamineres inden for 8 timer

4.Laminering:Dannelse af flerlagsstrukturer

Laminering binder flere indre lags kerner sammen med prepreg (PP) under varme og tryk for at skabe flerlagsstrukturer:

• Forberedelse af materiale:
• Kobberfolie (typisk 1/3 oz eller 1/2 oz)
• Prepreg (f.eks. 1080, 2116, 7628-kvaliteter)
• Rustfrie stålplader, kraftpapir og andre hjælpematerialer
• Procesparametre:
• Temperatur: 170-190°C
• Tryk: 15-25 kg/cm²
• Tid: 90-180 minutter (afhængigt af pladens tykkelse og struktur)
• Kritiske kontroller:
• Opvarmningshastighed: 2-3°C/min
• Kølehastighed: 1-2°C/min
• Vakuumniveau: ≤100mbar

Overvejelser om design:

• Oprethold symmetrisk stabling (f.eks. 8-lagsplade: 1-2-3-4-4-3-2-1)
• Orienter tilstødende lagspor vinkelret (f.eks. vandret på et lag, lodret på det tilstødende)
• Brug PP med højt harpiksindhold til tunge kobberplader
• Overvej materialeflowet under laminering ved design med blinde/nedgravede huller

5.Boring:Skabelse af præcisionsforbindelser

Boring skaber lodrette forbindelser mellem printkortlagene, og med moderne teknologi opnås en enestående nøjagtighed:

• Typer af bor:
• Mekanisk boring (til huller ≥0,15 mm)
• Laserboring (til mikrovias og blinde vias)
• Typiske parametre:
• Spindelhastighed: 80.000-150.000 RPM
• Fremføringshastighed: 1,5-4,0 m/min
• Tilbagetrækningshastighed:10-20 m/min
• Kvalitetsstandarder:
• Hullets vægruhed ≤25μm
• Hulpositionens nøjagtighed ±0,05 mm
• Ingen sømhoved eller grater

Fejlfinding af almindelige problemer:

• Grove hulvægge: Optimer boreparametre, brug korrekt indgangs-/backupmateriale
• Tilstoppede huller: Forbedre spånevakuering, juster boresekvensen
• Ødelagte boremaskiner: Kontrollér borekvaliteten, optimer fremføringshastigheden

6.Elektroløs kobberaflejring (PTH):Metallisering af kritiske huller

Elektroløs kobberaflejring skaber ledende lag på ikke-ledende hulvægge, hvilket er afgørende for printkortets pålidelighed:

PTH's procesflow

1. Afsmitning: Fjerner harpiksrester fra boring
2. Elektroløs kobber:

• En alkalisk opløsning med formaldehyd som reduktionsmiddel
• Temperatur: 25-32°C
• Tid: 15-25 minutter
• Kobbertykkelse: 0,3-0,8 μm

1. Panelbelægning:

• Sur kobbersulfatopløsning
• Strømtæthed: 1,5- 2,5ASD
• Tid: 30-45 minutter
• Kobbertykkelse: 5-8 μm

Kvalitetskrav:

• Baggrundsbelysningstest ≥9 niveau (≥90% dækning af hulvæg)
• Termisk stresstest (288 °C, 10 sekunder) uden delaminering eller blæredannelse
• Hulmodstand ≤300μΩ/cm

7. Overførsel af mønster i det yderste lag

Svarer til billeddannelse af det indre lag, men med yderligere pletteringstrin:

1. Forberedelse af overflade: Rengøring, mikroætsning (fjerner 0,5-1 μm kobber)
2. Tørfilm-lamineringBruger pladebestandig tørfilm
3. EksponeringBruger LDI (Laser Direct Imaging) eller traditionelt fotoværktøj
4. UdviklingSkaber et belægningsmønster
5. Mønsterbelægning:

• Kobbertykkelse: 20-25 μm (i alt)
• Tintykkelse: 3-5 μm (som ætsemodstand)

1. Strip:Fjerner belægningsresistens
2. ÆtsningFjerner uønsket kobber

Tekniske højdepunkter:

• Kompensation for sporbredde: Juster designbredden baseret på kobbertykkelse (tilføj typisk 10-20 %)
• Ensartethed i belægningen:Brug en opløsning med høj kasteevne og en korrekt anodekonfiguration
• Kontrol af sideætsning:Optimer ætsningsparametre for at bevare sporbreddens nøjagtighed

8.Loddemaske: Lag til beskyttelse af kredsløb

Loddemasken beskytter kredsløbene og påvirker loddets kvalitet og udseende:

• Anvendelsesmetoder:
• Serigrafi: Til krav om lav præcision
• Sprøjtelakering:Til uregelmæssige pladeformer
• Gardinbelægning:Høj effektivitet, fremragende ensartethed
• Procesflow:

1. Overfladeforberedelse (rengøring, ruhed)
2. Påføring af loddemaske
3. Forbagning (75°C, 20-30 minutter)
4. Eksponering (300-500mJ/cm²)
5. Udvikling (1 % natriumkarbonatopløsning)
6. Endelig hærdning (150°C, 30-60 minutter)

• Kvalitetsstandarder:
• Hårdhed ≥6H (blyantshårdhed)
• Vedhæftning: 100% bestået med 3M-tape-test
• Loddemodstand: 288 °C, 10 sekunder, 3 cyklusser uden fejl

Retningslinjer for design:

• Minimum loddemaskebro ≥0,1 mm
• Åbninger i BGA-området: 0,05 mm større end pads pr. side
• Guldfingre kræver dækning af loddemaske

9.Overfladefinish: Balancering af loddeevne og holdbarhed

Forskellige overflader passer til forskellige anvendelser:

Guide til udvælgelse:

• Standard forbrugerelektronik: HASL eller OSP
• Produkter med høj pålidelighed:ENIG
• Højhastighedskredsløb:Imm Ag eller OSP
• Kantstik:Hård guldbelægning (1-3 μm)

10.Ruteføring: Præcisionsfremstilling af konturer

PCB-konturbehandling bruger primært tre metoder:

• CNC-fræsning:

• Nøjagtighed: ±0,10 mm
• Mindste spaltebredde: 1,0 mm
• Hjørneradius: ≥0,5 mm

• V-scoring:

• Vinkel: 30° eller 45°.
• Resterende tykkelse: 1/3 af pladetykkelsen (typisk 0,3-0,5 mm)
• Positionsnøjagtighed: ±0,10 mm

• Laserskæring:

• Nøjagtighed: ±0,05 mm
• Mindste snit: 0,2 mm
• Ingen mekanisk belastning

Regler for design:

• Oprethold ≥0,3 mm afstand mellem printkanten og kredsløbene.
• Medtag afrivningsflige eller musebid til design med paneler
• Giv præcise DXF-filer til uregelmæssige konturer
• Skrå kanter (typisk 20-45°) til guldfingerplader

11.Elektrisk afprøvning:Endelig kvalitetskontrol

PCB-test sikrer funktionel pålidelighed:

• Testmetoder:
• Flyvende probe: Velegnet til produktion med lav volumen og høj blanding
• Test af inventar:Til produktion af store mængder
• AOI (automatiseret optisk inspektion):Supplerende inspektion
• Testdækning:
• 100% nettokontinuitet
• Isolationstest (typisk 500V DC)
• Impedanstest (for kort med kontrolleret impedans)

Fælles problemløsning:

• Åbner: Bekræft falske åbninger (dårlig kontakt med testproben)
• Shorts:Analyser kortets placering, tjek designproblemer
• Impedansafvigelse:Bekræft materialeparametre og kontrol af sporbredde

12.Endelig inspektion & Emballage

Det sidste kvalitetsverifikationstrin:

• Inspektionsartikler:
• Visuelt: Ridser, pletter, defekter i loddemasken
• Dimensioner: Tykkelse, omrids, hulstørrelser
• Mærkning:Tydelig tegnforklaring og positionsnøjagtighed
• Funktionel:Guldfingerpletteringens kvalitet, impedanstests
• Pakkemetoder:
• Vakuumpakning (anti-oxidation)
• Antistatisk emballage (til følsomme komponenter)
• Interleaved papir (forhindrer ridser i overfladen)
• Tilpassede bakker (til højpræcisionskort)

Standarder for forsendelse:

• IPC-A-600G klasse 2 (kommerciel)
• IPC-A-600G klasse 3 (høj pålidelighed)
• Kundespecifikke krav

Ofte stillede spørgsmål om PCB-fremstilling (Q&A)

Q1: Hvorfor oplever jeg kobberafskalning på mit printkort efter lodning?

Grundlæggende årsager:

1. Dårlig vedhæftning mellem kobber og substrat (materialeproblem)
2. For høj loddetemperatur eller -varighed
3. Dårligt design (f.eks. stort kobberareal forbundet via tynde spor)
4. Utilstrækkelig behandling af brun oxid

Løsninger:

• Vælg laminatmaterialer af høj kvalitet
• Optimer loddeparametre (260 °C, 5 sekunder)
• Brug termiske aflastningsforbindelser i design
• Bekræft procesparametre for brun oxid med producenten
• Udfør termisk stresstest, når det er nødvendigt (288 °C, 10 sekunder, 3 cyklusser)

Spørgsmål 2: Hvordan håndterer man lag-til-lag-fejlregistreringer i flerlags-PCB'er?

Kilder til fejlregistreringer:

• Uoverensstemmelser mellem materialeudvidelse og sammentrækning
• Lagforskydning under laminering
• Utilstrækkelig nøjagtighed i eksponeringsregistreringen
• Afvigelser i borepositionen

Forbedringstiltag:

• Designfasen:

• Tilføj registreringsmål (minimum 3)
• Oprethold en jævn kobberfordeling
• Tag højde for materialeegenskaber (særlig håndtering af højfrekvente materialer)

• Produktion:

• Brug LDI-eksponeringsudstyr med høj præcision
• Implementer justering af røntgenboring
• Anvend algoritmer til kompensation for materialekrympning
• Overvej sekventiel laminering til boards med højt billedformat

• Valg af materiale:

• Brug materialer med lav CTE
• Vælg dimensionsstabilt prepreg

Spørgsmål 3: Hvordan løser man grove hulvægge i små huller (0,2 mm)?

Tekniske løsninger:

• Valg af bor:
• Specialøvelser (f.eks. UC-type)
• Punktets vinkel 130-140°.
• Helix-vinkel 35-40°.
• Optimering af parametre:
• Øg omdrejningstallet til 120.000-150.000
• Reducer tilførselshastigheden til 1,0-1,5 m/min.
• Skift øvelse for hver 500 hits
• Hjælpematerialer:
• Indgangsmateriale i aluminium med høj densitet
• Specielle backup-plader (f.eks. fenol)
• Efterbehandling:
• Forbedret afsmitning (plasmabehandling valgfri)
• Optimer etchback før elektroløs kobber

Q4: Hvordan skal loddemaskeåbninger designes til BGA-områder?

Designspecifikationer:

• Standard BGA:

• Loddemaskeåbninger 0,05 mm større end pads pr. side
• Minimum loddemaskebro 0,1 mm
• NSMD-design (Non-Solder Mask Defined)

• BGA med fin pitch (≤0,5 mm pitch):

• Loddemaskeåbninger lig med eller lidt mindre (0,02-0,03 mm) end pads
• SMD (Solder Mask Defined)-design
• Overvej LDI-processen (Laser Direct Imaging)

• Særlige behandlinger:

• Forhindrer loddemaske i at klatre op ad BGA-kugler
• Kontroller loddemaskens tykkelse til 10-15 μm
• Implementer loddemaskedæmninger, når det er nødvendigt

Fælles problemløsning:

• Tyk loddemaske giver problemer med lodning: Brug tynd loddemaskeblæk
• Ødelagte loddemaskebroer:Optimer eksponeringsenergi og udvikling
• Forkert justerede åbninger:Bekræft fotoværktøj eller LDI-data

Q5: Hvorfor resulterer ENIG-belægning nogle gange i “Black Pad”? Hvordan kan man forhindre det?

Sort pude forårsager:
Black Pad henviser til sprøde grænseflader mellem nikkel og loddemetal i ENIG-finish, primært forårsaget af:

• Overætsning af nikkel under guldaflejring
• Unormalt indhold af nikkelfosfor (bør være 7-9%)
• Overdreven guldtykkelse (>0,15 μm) forårsager nikkelpassivering
• Forkert efterbehandling (utilstrækkelig rengøring)

Forebyggelsesmetoder:

• Proceskontrol:

• Oprethold badets pH-værdi på 4,5-5,5
• Kontrol af guldtykkelse 0,05-0,10 μm
• Tilføj behandling efter dykning (f.eks. mild syrevask)

• Overvågning af kvalitet:

• Regelmæssig test af nikkelfosforindhold
• Tværsnitsanalyse af nikkel-guld-grænsefladen
• Forskydningstest af loddekugler (>5 kg/mm²)

• Alternative løsninger:

• Overvej ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold)
• Brug elektrolytisk nikkel/guld til applikationer med høj pålidelighed

Q6: Hvordan håndterer man problemer med signalintegritet i højhastigheds-PCB'er?

Co-optimering mellem design og produktion:

• Valg af materiale:

• Materialer med lav Dk (dielektrisk konstant) og lav Df (dissipationsfaktor)
• Glatte kobberfolier (f.eks. HVLP)

• Optimering af design:

• Stram impedansstyring (±10%)
• Minimér via stubbe (bagboring)
• Brug mikrostrip- eller stripline-strukturer

• Kontrol af produktion:

• Ætsningspræcision (±15 μm sporbredde)
• Kontrol af dielektrisk tykkelse (±10%)
• Valg af overfladefinish (foretrækker Imm Ag eller OSP)

• Test af verifikation:

• TDR-test (tidsdomænereflektometri)
• Målinger af indskydnings-/returtab
• Test af øjendiagram (for højhastighedssignaler)

Typiske parametre:

• 10 Gbps-signaler: Materialer med Df<0,010
• 28 Gbps+:Overvej Megtron6 eller Rogers-materialer
• Impedans:50Ω single-ended, 100Ω differential (juster pr. protokol)

Konklusion

PCB-fremstilling er en tværfaglig teknologi, der kombinerer materialevidenskab, kemiske processer og præcisionsmekanik.I takt med at elektronikken udvikler sig mod højere frekvenser, hastigheder og tætheder, udvikler PCB-fremstillingsprocesserne sig tilsvarende. Forståelse af disse arbejdsgange gør det ikke kun lettere at designe mere producerbare printkort, men muliggør også hurtig fejlfinding og effektiv kommunikation med producenterne.

Uanset om man arbejder med konventionelle FR-4-materialer til forbrugerelektronik, specialiserede højfrekvente materialer til 5G-udstyr eller bilelektronik med høj pålidelighed, er det afgørende at vælge de rette printkortproducenter og grundigt forstå deres evner.Vi håber, at denne vejledning giver værdifuld indsigt, så du kan træffe kvalificerede beslutninger om printkortproduktion.