Piirilevyjen valmistusmenetelmät: tuotantotekniikka

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Instrumenteissa ja elektroniikassa yleensä painetuilla piirilevyillä on keskeinen rooli sähköisten yhteenliitäntöjen kantajina. Laitteen laatu ja sen perussuorituskyky riippuvat tästä toiminnosta. Nykyaikaisia painettujen piirilevyjen valmistusmenetelmiä ohjaa mahdollisuus integroida elementtipohja luotettavasti korkealla layouttiheydellä, mikä lisää valmistetun laitteen suorituskykyä.

PCB-esittely

Puhumme litteään eristävään pohjaan perustuvista tuotteista, joiden suunnittelussa on uria, reikiä, aukkoja ja sähköä johtavia piirejä. Jälkimmäisiä käytetään sähkölaitteiden kytkemiseen, joista osa ei sisälly korttilaitteeseen sellaisenaan ja toinen osa on sijoitettu sille paikallisina toiminnallisina solmuina. On tärkeää korostaa, että sijoitusedellä mainituista rakenneosista, johtimista ja työosista esitetään tuotesuunnittelussa alun perin hyvin harkittuna sähköpiirinä. Uusien elementtien myöhempää juottamista varten tarjotaan metalloidut pinnoitteet. Aikaisemmin tällaisten pinnoitteiden muodostamiseen käytettiin kuparipinnoitustekniikkaa. Tämä on kemiallinen toimenpide, josta monet valmistajat ovat luopuneet tänään haitallisten kemikaalien, kuten formaldehydin, käytön vuoksi. Se on korvattu ympäristöystävällisemmillä menetelmillä valmistaa painettuja piirilevyjä, joissa on suora metallointi. Tämän lähestymistavan etuja ovat mahdollisuus paksujen ja kaksipuolisten levyjen korkealaatuiseen käsittelyyn.

Valmistusmateriaalit

Tärkeimpiä kulutusosia ovat dielektriset (folioimattomat tai folioimattomat), metalli- ja keraamiset aihiot levyn pohjaan, lasikuituiset eristystiivisteet jne. Avainrooli tuotteen tarvittavien suorituskykyominaisuuksien varmistamisessa on ei vain perusrakennemateriaalit perusasiat, kuinka monta ulkona pinnoitteita. Erityisesti piirilevyjen sovellettu valmistusmenetelmä määrittää vaatimukset tiivisteiden ja liimapinnoitteiden liimamateriaaleille pintojen tarttuvuuden parantamiseksi. Joten epoksikyllästystä käytetään laaj alti liimaamiseen, ja polymeerisiä lakkakoostumuksia ja kalvoja käytetään suojaamaan ulkoisilta vaikutuksilta. Eristeiden täyteaineina käytetään paperia, lasikuitua ja lasikuitua. Tässä tapauksessa epoksifenoli-, fenoli- jaepoksihartsit.

Yksipuolinen piirilevytekniikka

Tämä valmistustekniikka on yksi yleisimmistä, koska se vaatii vähäisiä resursseja ja sille on ominaista suhteellisen alhainen monimutkaisuus. Tästä syystä sitä käytetään laaj alti eri teollisuudenaloilla, joissa periaatteessa on mahdollista järjestää automaattisten kuljetuslinjojen työ painamista ja syövytystä varten. Yksipuolisen painetun piirilevyn valmistusmenetelmän tyypillisiä operaatioita ovat seuraavat:

• Pohjan valmistelu. Tyhjä arkki leikataan haluttuun muotoon mekaanisesti leikkaamalla tai lävistämällä.
• Muotoiltu pakkaus aihioineen syötetään kuljettimen tuotantolinjan syöttöön.
• Aihioiden puhdistus. Yleensä suoritetaan mekaanisella deoksidaatiolla.
• Painomaalit. Stencil-teknologiaa käytetään sellaisten teknisten ja merkintäsymbolien levittämiseen, jotka kestävät syövytystä ja kovettuvat ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta.
• Kuparifolioetsaus.
• Suojakerroksen poistaminen maalista.

Tällä tavalla saadaan huonokuntoisia, mutta halpoja levyjä. Kuluvana raaka-aineena käytetään yleensä paperipohjaa - getinaksia. Jos painopiste on tuotteen mekaanisessa lujuudessa, voidaan käyttää myös paperin ja lasin yhdistelmää parannetun CEM-1 getinaxin muodossa.

Vähennetty valmistusmenetelmä

Johtimien ääriviivatTämän tekniikan mukaisesti muodostuvat metalliresistissä tai fotoresistissä olevan suojakuvan pohjalle syövyttämällä kuparikalvoa. Subtraktiivisen tekniikan toteuttamiseen on useita vaihtoehtoja, joista yleisin on kuivakalvon fotoresistin käyttö. Siksi tätä lähestymistapaa kutsutaan myös valoresistiiviseksi painettujen piirilevyjen valmistusmenetelmäksi, jolla on hyvät ja huonot puolensa. Menetelmä on melko yksinkertainen ja monessa suhteessa universaali, mutta kuljettimen ulostulossa saadaan myös heikkolaatuisia levyjä. Tekninen prosessi on seuraava:

• Kolman eristettä valmistellaan.
• Kerrostuksen, valotuksen ja kehitysoperaatioiden seurauksena fotoresistiin muodostuu suojakuvio.
• Kuparifolion etsausprosessi.
• Suojakuvion poistaminen fotoresististä.

Fotolitografian ja fotoresistin avulla kalvoon luodaan suojanaamari johtimien kuvion muodossa. Tämän jälkeen kuparipinnan valotetut alueet syövytetään ja filmin fotoresisti poistetaan.

Vaihtoehtoisessa versiossa painettujen piirilevyjen subtraktiivisesta valmistusmenetelmästä fotoresisti kerrostetaan kalvoeristeelle, joka on aiemmin koneistettu reikien luomiseksi ja esimetallisoitu jopa 6-7 mikronin paksuudella. Etsaus suoritetaan peräkkäin alueilla, joita ei ole suojattu fotoresistillä.

Lisäainepiirilevyn muodostus

LäpiTällä menetelmällä voidaan muodostaa kuvioita johtimilla ja rakoilla, joiden leveys on 50-100 µm ja paksuus 30-50 µm. Sähkökemiallista lähestymistapaa sovelletaan galvaanisella selektiivisellä eristyselementtien pinnoituksella ja pistepuristamalla. Perimmäinen ero tämän menetelmän ja vähentävän menetelmän välillä on se, että metallijohtimia käytetään, ei syövytetä. Mutta painettujen piirilevyjen additiivisilla valmistusmenetelmillä on omat eronsa. Erityisesti ne on jaettu puhtaasti kemiallisiin ja galvaanisiin menetelmiin. Yleisimmin käytetty kemiallinen menetelmä. Tässä tapauksessa johtavien piirien muodostuminen aktiivisille alueille mahdollistaa metalli-ionien kemiallisen pelkistyksen. Tämän prosessin nopeus on noin 3 µm/h.

Positiivinen yhdistetty valmistusmenetelmä

Tätä menetelmää kutsutaan myös puoliadditiiviseksi. Työssä käytetään folioeristeitä, mutta paksuudeltaan pienempiä. Voidaan käyttää esimerkiksi 5-18 mikronin kalvoja. Lisäksi johdinkuvion muodostus suoritetaan samojen mallien mukaan, mutta pääasiassa galvaanisella kuparipinnoituksella. Keskeistä eroa menetelmän välillä voidaan kutsua valonaamien käytöksi. Niitä käytetään yhdistetyssä positiivisessa menetelmässä painettujen piirilevyjen valmistukseen esimetallointivaiheessa, jonka paksuus on enintään 6 mikronia. Tämä on niin sanottu galvaaninen kiristysmenettely, jossa valoresistiivinen elementti asetetaan ja valotetaan valokuvanaamion läpi.

Yhdistetty menetelmän edutPiirilevyjen valmistus

Tämän tekniikan avulla voit muodostaa kuvan osia suuremmalla tarkkuudella. Esimerkiksi positiivisella menetelmällä valmistamalla painettuja piirilevyjä kalvolle, jonka paksuus on enintään 10 mikronia, on mahdollista saavuttaa jopa 75 mikronin johtimien resoluutio. Dielektristen piirien korkean laadun lisäksi varmistetaan myös tehokkaampi pinnan eristys ja painetun alustan hyvä tarttuvuus.

Paripuristusmenetelmä

Teknologia perustuu menetelmään tehdä kerrosten väliset koskettimet metalloitujen reikien avulla. Johdinkuvion muodostusprosessissa käytetään tulevan pohjan segmenttien peräkkäistä valmistelua. Tässä vaiheessa painettujen piirilevyjen valmistukseen käytetään puoliadditiivista menetelmää, jonka jälkeen valmistetuista ytimistä kootaan monikerroksinen pakkaus. Segmenttien välissä on erityinen vuori, joka on valmistettu epoksihartseilla käsitellystä lasikuidusta. Tämä koostumus voi puristettaessa virrata ulos täyttäen metalloidut reiät ja suojaamalla galvanoitua pinnoitetta kemiallisilta vaikutuksilta myöhempien teknisten toimenpiteiden aikana.

PCB-kerrosmenetelmä

Toinen tapa, joka perustuu useiden painettujen alustojen segmenttien käyttöön monimutkaisen toiminnallisen rakenteen muodostamiseksi. Menetelmän ydin on eristyskerrosten peräkkäinen asettaminen johtimien kanssa. Samanaikaisesti on varmistettava luotettavat kontaktit vierekkäisten kerrosten välillä, mikä varmistetaangalvaanisen kuparin kerääntyminen alueilla, joissa on eristysreikiä. Tämän monikerroksisten painettujen piirilevyjen valmistusmenetelmän etujen joukossa voidaan huomata toiminnallisten elementtien asettelun suuri tiheys ja mahdollisuus kompaktiin kokoamiseen tulevaisuudessa. Lisäksi nämä ominaisuudet säilyvät kaikissa rakenteen kerroksissa. Mutta tällä menetelmällä on myös haittoja, joista tärkein on mekaaninen paine edellisiin kerroksiin levitettäessä seuraavaa. Tästä syystä tekniikkaa on rajoitettu levitettävien kerrosten enimmäismäärässä - jopa 12.

Johtopäätös

Kun nykyaikaisen elektroniikan teknisiä ja toiminnallisia ominaisuuksia koskevat vaatimukset lisääntyvät, valmistajien itsensä työkalujen tekninen potentiaali väistämättä kasvaa. Alustana uusien ideoiden toteuttamiselle on usein pelkkä piirilevy. Tämän elementin yhdistetty valmistusmenetelmä osoittaa nykyaikaisten valmistusominaisuuksien tason, jonka ansiosta kehittäjät voivat tuottaa erittäin monimutkaisia radiokomponentteja ainutlaatuisella kokoonpanolla. Toinen asia on, että kerros kerrokselta kasvun käsite ei aina oikeuta itseään käytännössä yksinkertaisimman radiotekniikan sovelluksissa, joten toistaiseksi vain muutama yritys on siirtynyt tällaisten levyjen sarjatuotantoon. Lisäksi kysyntä yksinkertaisille piireille, joissa on yksipuolinen rakenne ja halpoja kulutusosia, säilyy.