PCB productieproces stroom

In de wereld van vandaag, waar elektronische apparaten alomtegenwoordig zijn, dienen PCB's (Printed Circuit Boards) als het “skelet” en “zenuwstelsel” van elektronische producten, waarbij hun fabricageprocessen een directe invloed hebben op de prestaties en betrouwbaarheid van het product. Of u nu een elektronica-ingenieur, inkoopspecialist of gewoon geïnteresseerd in PCB fabricage bent, het begrijpen van de volledige PCB fabricage workflow is essentieel. Dit artikel neemt u mee door elke kritische stap van de PCB-productie van grondstoffen tot eindproduct, terwijl de meest voorkomende uitdagingen bij de productie aan bod komen.ant ~4.3-4.8)

Gedetailleerde onderverdeling van Coreant ~4.3-4.8) PCB Productie Processant ~4.3-4.8)

1. Paneel snijden (CUT): De precieze startpositie ~4.3-4.8)

Het snijden van printplaten is de eerste stap in de productie van PCB's en vormt de basis voor de daaropvolgende processen. Hoewel het eenvoudig lijkt, zijn er verschillende technische overwegingen bij betrokken:ant ~4.3-4.8)

• Materiaalkeuze:Gangbare met koper beklede laminaatmaterialen zijn FR-4 (glasvezelepoxy), aluminiumsubstraten en hoogfrequent materialen (bijv. Rogers), die elk verschillende snijparameters vereisen (~4,3-4,8).
• Afmeting Controlant ~4.3-4.8): Nauwkeurig snijden volgens ontwerpspecificaties voor UNIT (individueel circuit), SET (gepaneelde array) en PANEL (productiepaneel) afmetingen ~4.3-4.8)
• Nauwkeurigheid Requirementsant ~4.3-4.8): Moderne PCB-productie vereist gewoonlijk snijtoleranties binnen ±0,10 mm (~4,3-4,8)
• Rand Behandeling ~4.3-4.8): Snijkanten moeten worden afgebraamd om te voorkomen dat ruwe randen latere bewerkingen beïnvloeden ~4,3-4,8)

Belangrijke overwegingen ~4.3-4.8):

• Controleer materiaalsoort, dikte en kopergewicht voor het snijden ~4,3-4,8)
• Houd bij het bepalen van de paneelgrootte rekening met uitzetting/krimp van materiaal in volgende processen ~4,3-4,8)
• Zorg voor een schone werkomgeving om besmetting van het oppervlak te voorkomen ~4.3-4.8)
• Sla verschillende materialen apart op om vermenging te voorkomen ~4.3-4.8)

2.Beeldvorming met droge binnenlaag:Precieze circuitpatronen maken ~4.3-4.8)

Het binnenlaag droogfilmproces is cruciaal voor het nauwkeurig overbrengen van ontwerppatronen op PCB-substraten en bestaat uit verschillende subprocessen:ant ~4.3-4.8)

Oppervlaktevoorbereiding (Paneel schrobben)ant ~4.3-4.8)

• Combineert chemische reiniging met mechanisch schuren ~4.3-4.8)
• Verwijdert oxidatie en creëert micro-ruwheid voor betere hechting op droge film ~4,3-4,8)
• Typische parameters: 5-10mm schrobsporen, Ra 0,3-0,5μm ruwheidsant ~4,3-4,8)

Droge film lamineren

• Thermisch hecht fotogevoelige droge film aan het koperoppervlak ~4,3-4,8)
• Temperatuurregeling: Typisch 100-120°Cant ~4,3-4,8)
• Drukregeling:Ongeveer 0,4-0,6MPaant ~4.3-4.8)
• Snelheidsregeling: 1,0-1,5m/minant ~4,3-4,8)

Blootstelling ~4.3-4.8)

• Gebruikt UV-licht (golflengte 365nm) om droge film selectief uit te harden via fototoolant ~4.3-4.8)
• Energieregeling: 5-10mJ/cm²ant ~4,3-4,8)
• Nauwkeurigheid registratie: Binnen ±25μmant ~4.3-4.8)

Ontwikkelingsant ~4,3-4,8)

• Gebruikt 1% natriumcarbonaatoplossing om niet-uitgeharde droge film op te lossen ~4,3-4,8)
• Temperatuurregeling: 28-32°Cant ~4.3-4.8)
• Spuitdruk: 1,5- 2,5 barant ~4,3-4,8)

Ets

• Gebruikt zure koperchlorideoplossing (CuCl2+HCl) om blootgesteld koper op te lossen ~4,3-4,8)
• Etsfactor (controle op zijkant etsen) >3,0ant ~4,3-4,8)
• Koperdikte uniformiteit binnen ±10%ant ~4,3-4,8)

Stripant ~4.3-4.8)

• Gebruikt 3-5% natriumhydroxideoplossing om beschermende droge film te verwijderen ~4,3-4,8)
• Temperatuurregeling: 45-55°Cant ~4.3-4.8)
• Tijdscontrole: 60-90 seconden ~4,3-4,8)

Ontwerpaanbevelingen ~4,3-4,8):

• Minimale binnenste laag spoor/ruimte ≥ 3 mil (0,075 mm)ant ~4,3-4,8)
• Vermijd geïsoleerde koperen elementen om overmatig etsen te voorkomen ~4,3-4,8)
• Verdeel koper gelijkmatig om laminaatvervorming te voorkomen ~4,3-4,8)
• Ontwerpmarge toevoegen voor kritieke signaalsporen ~4,3-4,8)

3. Behandeling met bruin oxide: Verbetering van de verbinding tussen de lagen ~4.3-4.8)

Behandeling met bruin oxide is essentieel voor de productie van meerlagige PCB's, voornamelijk om de hechting tussen de binnenste laag koper en prepreg (PP) te verbeteren:ant ~4.3-4.8)

• Chemische reactiemiddel ~4.3-4.8): Vormt een micro-ruwe organisch-metallische complexe laag op het koperoppervlak ~4.3-4.8)
• Procesregelaar ~4.3-4.8):
• Temperatuur: 30-40°Cant ~4.3-4.8)
• Tijd: 1,5-3 minuten ~4,3-4,8)
• Toename koperdikte: 0,3-0,8μmant ~4,3-4,8)
• Kwaliteit Verificatieant ~4.3-4.8):
• Kleuruniformiteit ~4,3-4,8)
• Contacthoektest met water (moet ≥30° zijn) ~4.3-4.8)
• Schilsterkte test (≥1,0N/mm)ant ~4,3-4,8)

Gewoon Issuesant ~4.3-4.8):

• Onvoldoende behandeling kan delaminatie veroorzaken na lamineren ~4.3-4.8)
• Overbehandeling zorgt voor overmatige ruwheid, wat de signaalintegriteit aantast ~4,3-4,8)
• Verwerkte panelen moeten binnen 8 uur gelamineerd worden ~4,3-4,8)

4.Lamineren:Het vormen van meerlaagse structuren ~4.3-4.8)

Lamineren verbindt meerdere kernen van binnenlagen met prepreg (PP) onder hitte en druk om meerlaagse structuren te creëren:ant ~4.3-4.8)

• Materiaalvoorbereiding:
• Koperfolie (meestal 1/3oz of 1/2oz)ant ~4,3-4,8)
• Prepreg (bijv. kwaliteiten 1080, 2116, 7628)ant ~4,3-4,8)
• Roestvrijstalen platen, kraftpapier en andere hulpmaterialen ~4.3-4.8)
• Proces Parametersant ~4.3-4.8):
• Temperatuur: 170-190°Cant ~4.3-4.8)
• Druk: 15-25kg/cm²ant ~4.3-4.8)
• Tijd: 90-180 minuten (afhankelijk van plaatdikte en structuur)ant ~4.3-4.8)
• Kritische controles:
• Verwarmingssnelheid: 2-3°C/minant ~4,3-4,8)
• Koelsnelheid: 1-2°C/minant ~4,3-4,8)
• Vacuümniveau: ≤100mbarant ~4,3-4,8)

Ontwerpoverwegingen:

• Handhaaf symmetrische stapeling (bijv. 8-lagen bord: 1-2-3-4-3-2-1)ant ~4.3-4.8)
• Oriënteer aangrenzende laagsporen loodrecht (bijv. horizontaal op de ene laag, verticaal op de volgende) ~4.3-4.8)
• Gebruik PP met hoog harsgehalte voor zware koperplaten (~4,3-4,8)
• Houd rekening met materiaalstroom tijdens lamineren voor blinde/ingegraven viaontwerpen ~4,3-4,8)

5.Boren:Precisie-interconnecties maken ~4.3-4.8)

Boren creëert verticale verbindingen tussen PCB-lagen, waarbij moderne technologie een uitzonderlijke nauwkeurigheid bereikt: ant ~4,3-4,8)

• Boortype ~4.3-4.8):
• Mechanisch boren (voor gaten ≥0,15mm)ant ~4,3-4,8)
• Laserboren (voor microvia's en blinde via's)ant ~4,3-4,8)
• Typische Parametersant ~4,3-4,8):
• Spiltoerental: 80.000-150.000 tpmant ~4,3-4,8)
• Toevoersnelheid: 1,5-4,0m/minant ~4,3-4,8)
• Terugtreksnelheid:10-20m/minant ~4.3-4.8)
• Kwaliteitsnormant ~4.3-4.8):
• Gatenwandruwheid ≤25μmant ~4,3-4,8)
• Positienauwkeurigheid gaten ±0,05mmant ~4,3-4,8)
• Geen kopspijkers of bramen ~4.3-4.8)

Veelvoorkomende problemen oplossen ~4.3-4.8):

• Ruwe gatwanden ~4,3-4,8): Optimaliseer de boorparameters, gebruik de juiste ingangs-/achtermaterialenant ~4.3-4.8)
• Verstopte gaatjesant ~4,3-4,8): Spaanafvoer verbeteren, boorvolgorde aanpassen ~4.3-4.8)
• Gebroken boren ~4.3-4.8): Boorkwaliteit controleren, voedingssnelheid optimaliseren ~4,3-4,8)

6.Afzetting van elektrolytisch koper (PTH):Kritisch gat metallisatiemiddel ~4.3-4.8)

Afzetting van koper zonder elektrode creëert geleidende lagen op niet-geleidende gaatjeswanden, cruciaal voor de betrouwbaarheid van PCB's:ant ~4.3-4.8)

PTH Processtroom ~4,3-4,8)

1. Ontsmeermiddel ~4,3-4,8): Verwijdert harsresten uit boormiddel ~4.3-4.8)
2. Elektrolytisch koper ~4.3-4.8):

• Een alkalische oplossing met formaldehyde als reductiemiddel ~4.3-4.8)
• Temperatuur: 25-32°Cant ~4.3-4.8)
• Tijd: 15-25 minuten ~4.3-4.8)
• Koperdikte: 0,3-0,8μmant ~4,3-4,8)

1. Paneelplateermiddel ~4.3-4.8):

• Zure kopersulfaatoplossing
• Huidige dichtheid: 1,5- 2,5ASD
• Tijd: 30-45 minuten
• Koperdikte: 5-8 μm

Kwaliteitseisen:

• Achtergrondverlichtingstest ≥9 niveau (≥90% dekking gatenwand)
• Thermische belastingstest (288°C, 10 seconden) zonder delaminatie of blaasvorming
• Gatenweerstand ≤300μΩ/cm

7. Buitenste laag patroonoverdracht ~4.3-4.8)

Vergelijkbaar met imaging van de binnenste laag, maar met extra plateerstappen:

1. Oppervlaktevoorbereiding: Reinigen, micro-etsen (verwijdert 0,5-1μm koper)
2. Droge film laminerenGebruikt platingbestendige droge film
3. Blootstelling ~4.3-4.8)Gebruikt LDI (Laser Direct Imaging) of traditionele fototool
4. Ontwikkelingsant ~4,3-4,8)Creëert een platingpatroon
5. Patroonplateren:

• Koperdikte: 20-25 μm (totaal)
• Tin dikte: 3-5 µm (als etsweerstand)

1. Stripant ~4.3-4.8):Verwijdert plateringsweerstand
2. EtsVerwijdert ongewenst koper

Technische hoogtepunten:

• Compensatie spoorbreedte: Ontwerpbreedte aanpassen op basis van koperdikte (gewoonlijk 10-20% toevoegen)
• Gelijkmatigheid van het plateren:Gebruik een oplossing met een hoog werpvermogen en een juiste anodeconfiguratie
• Zijwaartse etscontrole:Optimaliseer etsparameters om de spoorbreedte nauwkeurig te houden

8.Soldeermasker: Circuitbeschermingslaag ~4.3-4.8)

Soldeermasker beschermt circuits en beïnvloedt de kwaliteit en het uiterlijk van soldeer:

• Toepassingsmethodes:
• Zeefdruk: Voor vereisten met lage precisie
• Spuitcoating:Voor onregelmatige plaatvormen
• Gordijncoating:Hoog rendement, uitstekende uniformiteit
• Processtroom:

1. Oppervlaktevoorbereiding (reinigen, opruwen)
2. Soldeermasker aanbrengen
3. Voorbakken (75°C, 20-30 minuten)
4. Blootstelling (300-500mJ/cm²)
5. Ontwikkeling (1% natriumcarbonaatoplossing)
6. Definitieve uitharding (150°C, 30-60 minuten)

• Kwaliteitsnormant ~4.3-4.8):
• Hardheid ≥6H (potloodhardheid)
• Hechting: 100% geslaagd met 3M plakbandtest
• Soldeerweerstand: 288°C, 10 seconden, 3 cycli zonder defecten

Ontwerprichtlijnen:

• Minimale soldeermaskerbrug ≥0,1 mm
• BGA-oppervlak openingen: 0,05 mm groter dan pads per kant
• Gouden vingers vereisen soldeermaskerdekking

9.Oppervlakteafwerking: Soldeerbaarheid en duurzaamheid in evenwicht brengen ~4.3-4.8)

Verschillende afwerkingen passen bij verschillende toepassingen:

Selectiegids:

• Standaard consumentenelektronica: HASL of OSP
• Betrouwbare producten:ENIG
• Snelle circuits:Imm Ag of OSP
• Randconnectoren:Hard verguld (1-3μm)

10.Frezen: Precisie contourfrees ~4.3-4.8)

Voor de verwerking van PCB-contouren worden voornamelijk drie methoden gebruikt:

• CNC Frezen:

• Nauwkeurigheid: ±0,10mm
• Minimale sleufbreedte: 1,0 mm
• Hoekradius: ≥0,5mm

• V-Score:

• Hoek: 30° of 45°
• Restdikte: 1/3 van de plaatdikte (meestal 0,3-0,5mm)
• Positienauwkeurigheid: ±0,10mm

• Lasersnijden:

• Nauwkeurigheid: ±0,05mm
• Minimale kerf: 0,2 mm
• Geen mechanische spanning

Ontwerpregels:

• Zorg voor ≥0,3 mm ruimte tussen de rand van de printplaat en de circuits
• Inclusief verwijderbare tabs of mousebites voor ontwerpen met panelen
• Zorg voor nauwkeurige DXF-bestanden voor onregelmatige contouren
• Afgeschuinde randen (meestal 20-45°) voor platen met gouden vingers

11.Elektrisch testen:Eindkwaliteit Gateant ~4.3-4.8)

PCB-testen zorgen voor functionele betrouwbaarheid:

• Testmethoden:
• Vliegende taster: Geschikt voor productie van kleine volumes en grote mengsels
• Testen van opspanningen:Voor massaproductie
• AOI (geautomatiseerde optische inspectie):Aanvullende inspectie
• Testdekking:
• 100% netto continuïteit
• Isolatietesten (meestal 500V DC)
• Impedantietesten (voor borden met geregelde impedantie)

Oplossing van gemeenschappelijke problemen:

• Openingen: Controleer valse openingen (slecht testsondecontact).
• Korte broeken:Locatie van kortsluiting analyseren, ontwerpproblemen controleren
• Impedantieafwijking:Materiaalparameters en spoorbreedtecontrole controleren

12.Eindinspectie & verpakkingsant ~4.3-4.8)

De laatste stap van kwaliteitscontrole:

• Inspectie-items:
• Visueel: krassen, vlekken, soldeermaskerfouten
• Afmetingen: Dikte, omtrek, gatafmetingen
• Markering:Duidelijke legenda en nauwkeurige positie
• Functioneel:Kwaliteit vergulden vingers, impedantietests
• Verpakkingsmethoden:
• Vacuümverpakking (anti-oxidatie)
• Antistatische verpakking (voor gevoelige onderdelen)
• Interleaved papier (voorkomt krassen op het oppervlak)
• Aangepaste trays (voor printplaten met hoge precisie)

Verzendnormen:

• IPC-A-600G klasse 2 (commercieel)
• IPC-A-600G klasse 3 (hoge betrouwbaarheid)
• Klantspecifieke eisen

PCB productie FAQ (Q&A)ant ~4.3-4.8)

V1: Waarom heeft mijn PCB last van afschilfering van koper na het solderen? ant ~4.3-4.8)

Onderliggende oorzaken:

1. Slechte koper-substraat hechting (materiaalkwestie)
2. Te hoge soldeertemperatuur of te lange duur
3. Slecht ontwerp (bijv. groot koperoppervlak verbonden via dunne sporen)
4. Onvoldoende behandeling van bruine oxide

Oplossingen:

• Kies laminaatmaterialen van hoge kwaliteit
• Optimaliseer soldeerparameters (<260°C, <5 seconden)
• Gebruik thermische ontlastingsaansluitingen in ontwerpen
• Verifieer de procesparameters van bruine oxide bij de fabrikant
• Voer indien nodig thermische stresstests uit (288°C, 10 seconden, 3 cycli)

V2: Hoe laag-tot-laag foute registratie in meerlagige PCB's aan te pakken? ant ~4.3-4.8)

Foute registratiebronnen:

• Tegenstrijdigheden in materiaaluitzetting/krimp
• Laagverschuiving tijdens lamineren
• Onvoldoende nauwkeurigheid belichtingsregistratie
• Afwijkingen boorpositie

Verbeteringsmaatregelen:

• Ontwerpfase:

• Registratiedoelen toevoegen (minimaal 3)
• Gelijkmatige koperdistributie handhaven
• Rekening houden met materiaaleigenschappen (speciale behandeling voor hoogfrequente materialen)

• Productie:

• Gebruik zeer nauwkeurige LDI-belichtingsapparatuur
• Röntgenbooruitlijning implementeren
• Compensatiealgoritmen voor materiaalkrimp toepassen
• Overweeg sequentieel lamineren voor platen met een hoge hoogte-breedteverhouding

• Materiaalkeuze:

• Gebruik materialen met een laag CTE-gehalte
• Selecteer dimensioneel stabiele prepreg

V3: Hoe los je ruwe gatenwanden op in kleine gaten (<0,2 mm)? ant ~4,3-4,8)

Technische oplossingen:

• Boorselectie:
• Speciale boren (bijv. UC-type)
• Punthoek 130-140°
• Spiraalhoek 35-40°
• Parameteroptimalisatie:
• Verhoog toerental tot 120.000-150.000
• Verlaag de voedingssnelheid naar 1,0-1,5m/min
• Wissel boren om de 500 hits
• Hulpmaterialen:
• Instapmateriaal van aluminium met hoge dichtheid
• Speciale back-upplanken (bijv. fenol)
• Nabewerking:
• Verbeterde ontsmetting (plasmabehandeling optioneel)
• Optimaliseren van terugetsen voor elektrolytisch koper

V4: Hoe moeten soldeermaskeropeningen ontworpen worden voor BGA-gebieden?ant ~4.3-4.8)

Ontwerpspecificaties:

• Standaard BGA:

• Soldeermaskeropeningen 0,05 mm groter dan pads per zijde
• Minimale soldeermaskerbrug 0,1 mm
• NSMD-ontwerp (Non-Solder Mask Defined)

• BGA met fijne steek (≤0,5mm steek):

• Soldeermaskeropeningen gelijk aan of iets kleiner (0,02-0,03 mm) dan de pads
• SMD-ontwerp (Solder Mask Defined)
• Overweeg het LDI-proces (Laser Direct Imaging)

• Speciale behandelingen:

• Voorkomt dat soldeermasker BGA-bollen beklimt
• Controleer de dikte van het soldeermasker tot 10-15 μm
• Waar nodig soldeermasker-dammen implementeren

Oplossing van gemeenschappelijke problemen:

• Dik soldeermasker veroorzaakt soldeerproblemen: Gebruik dunne soldeermaskerinkten
• Gebroken soldeermaskerbruggen:Blootstellingsenergie en ontwikkeling optimaliseren
• Verkeerd uitgelijnde openingen:Fototool of LDI-gegevens controleren

V5: Waarom resulteert ENIG-plating soms in “Black Pad”? Hoe kan ik dit voorkomen? ~4.3-4.8)

Zwarte Pad Oorzaken:
Black Pad verwijst naar brosse interfaces tussen nikkel en soldeer in ENIG-afwerkingen, voornamelijk veroorzaakt door:

• Over-etsen van nikkel tijdens gouddepositie
• Abnormaal fosforgehalte in nikkel (zou 7-9% moeten zijn)
• Overmatige gouddikte (>0,15μm) waardoor nikkel passivering ontstaat
• Onjuiste nabehandeling (onvoldoende reiniging)

Preventiemethoden:

• Procesbeheersing:

• Houd de pH van het bad op 4,5-5,5
• Controle gouddikte 0,05-0,10 μm
• Behandeling na onderdompeling toevoegen (bijv. mild wassen met zuur)

• Kwaliteitsbewaking:

• Regelmatig testen van het nikkel-fosforgehalte
• Doorsnede-analyse van het grensvlak tussen nikkel en goud
• Soldeerkogel afschuiftest (>5kg/mm²)

• Alternatieve oplossingen:

• Overweeg ENEPIG (Nikkel Elektrolytisch Palladium Onderdompelingsgoud)
• Gebruik elektrolytisch nikkel/goud voor zeer betrouwbare toepassingen

V6: Hoe problemen met signaalintegriteit aan te pakken in PCB's met hoge snelheid? ant ~4,3-4,8)

Co-optimalisatie ontwerp-fabricage:

• Materiaalkeuze:

• Lage Dk (diëlektrische constante), lage Df (dissipatiefactor) materialen
• Gladde koperfolies (bijv. HVLP)

• Ontwerpoptimalisatie:

• Strenge impedantieregeling (±10%)
• Minimaliseer via stubs (terugboren)
• Gebruik microstrip- of striplijnstructuren

• Productiecontrole:

• Etsprecisie (±15 μm spoorbreedte)
• Diëlektrische dikteregeling (±10%)
• Keuze oppervlakteafwerking (voorkeur voor Imm Ag of OSP)

• Testen Verificatie:

• TDR-testen (tijddomeinreflectometrie)
• Metingen van de insertie/return-verliezen
• Oogdiagramtest (voor hogesnelheidssignalen)

Typische Parametersant ~4,3-4,8):

• 10 Gbps signalen: Materialen met Df<0,010
• 28Gbps+:Overweeg Megtron6 of Rogers materialen
• Impedantie:50Ω enkelzijdig, 100Ω differentieel (aanpassen per protocol)

Conclusie

De productie van PCB's is een multidisciplinaire technologie die materiaalkunde, chemische processen en fijnmechanische techniek combineert.Naarmate elektronica zich ontwikkelt in de richting van hogere frequenties, snelheden en dichtheden, blijven PCB fabricageprocessen zich overeenkomstig ontwikkelen. Inzicht in deze productieprocessen vergemakkelijkt niet alleen het ontwerpen van beter produceerbare PCB's, maar maakt ook snelle probleemoplossing en effectieve communicatie met fabrikanten mogelijk.

Of u nu werkt met conventionele FR-4 materialen voor consumentenelektronica, gespecialiseerde hoogfrequente materialen voor 5G-apparatuur of zeer betrouwbare auto-elektronica, het selecteren van de juiste printplaatfabrikanten en het grondig begrijpen van hun mogelijkheden is van cruciaal belang.We hopen dat deze gids waardevolle inzichten biedt ter ondersteuning van uw weloverwogen besluitvorming bij de productie van PCB's.