Многослойные печатные платы (ПП) широко используются в современной сложной электронике. Эти платы состоят из нескольких слоев проводящих материалов, уложенных друг на друга, что позволяет создавать более сложные схемы с высокой функциональностью. Такие платы применяются в различных областях, включая промышленную автоматизацию, аэрокосмическую, военную и медицинскую технику, а также в компьютерах и смартфонах. В этом легко понимаемом и всестороннем руководстве мы рассмотрим каждый этап процесса производства многослойных ПП — от проектирования до травления, ламинирования и финального тестирования.
Что такое многослойная ПП?
Многослойная ПП — это печатная плата, состоящая из более чем двух слоев, как минимум трех или более проводящих слоев меди, разделенных изоляционным материалом (основой). Эти слои укладываются и соединяются с помощью via (переходных отверстий), что позволяет получить компактную и эффективную конструкцию ПП.
Этапы производства многослойных ПП и блок-схема
| Этап # | Описание процесса |
|---|---|
| 1. Проектирование и макет | Создание макета ПП с использованием CAD программного обеспечения. |
| 2. Выбор материалов | Выбор основы (например, FR4), prepreg и медных слоев. |
| 3. Изображение внутренних слоев | Нанесение фоторезиста и перенос схемы с помощью ультрафиолетового света. |
| 4. Травление | Удаление лишней меди с помощью химикатов. |
| 5. Ламинирование | Укладка и связывание медных слоев с изоляционным prepreg при высоком давлении и температуре. |
| 6. Сверление | Сверление отверстий для соединения различных слоев. |
| 7. Покрытие | Электропокрытие сверленных отверстий для создания проводящих путей между слоями. |
| 8. Изображение и травление внешних слоев | Повторное изображение и травление внешних медных слоев. |
| 9. Нанесение маски для пайки | Нанесение защитной маски для пайки, чтобы предотвратить короткие замыкания и коррозию. |
| 10. Трафаретная печать | Печать меток компонентов и других деталей для удобства идентификации. |
| 11. Обработка поверхности | Нанесение защитной поверхности на открытые медные площадки. |
| 12. Электрическое тестирование | Тестирование на открытые, короткие замыкания и другие дефекты. |
| 13. Контроль качества | Визуальная и автоматическая проверка на наличие дефектов и точность. |
Этапы процесса производства многослойных ПП
Этап 1. Проектирование и макет
Первым шагом является создание макета ПП с использованием CAD-программного обеспечения. Инженеры проектируют схемы и размещение слоев, обеспечивая правильность соединений между электронными компонентами и слоями. Для этой задачи часто используют инструменты проектирования, такие как Altium Designer или KiCAD.
Этап 2. Выбор материалов
Важно выбрать правильные материалы для основы ПП и ядерных материалов, prepreg (изоляционного материала) и медных слоев. Обычно в качестве основы используется FR4 (стеклотекстолит), который обеспечивает структурную стабильность и изоляцию, а медные листы служат проводящими слоями.
Этап 3. Изображение внутренних слоев
Процесс начинается с создания внутренних слоев. На медный слой наносится фоторезист (фоточувствительный материал). Затем с помощью ультрафиолетового света переносится требуемый узор схемы, оставляя участки, которые необходимо травить.
Этап 4. Травление
После процесса изображения с помощью химикатов, таких как хлорид железа или персульфат аммония, удаляется лишняя медь. Этот процесс удаляет ненужную медь, оставляя следы проводящей схемы. Затем фоторезист удаляется, и внутренние слои показывают окончательную медную схему.
Этап 5. Ламинирование
Ламинирование — это процесс склеивания нескольких слоев меди и изоляционного материала (prepreg) вместе. Внутренние слои укладываются друг на друга, а внешние слои размещаются сверху и снизу. Все это помещается в пресс с высоким давлением и температурой, чтобы спрессовать слои в единую ПП.
Этап 6. Сверление
На этом этапе в ПП сверлят точные отверстия (vias), которые соединяют разные слои платы. Для обеспечения точности используется высокоскоростное сверло с твердым сплавом (например, вольфрамовым карбидом).
Этап 7. Покрытие
После сверления отверстия покрываются медью с помощью химического процесса. Это позволяет создать электрическое соединение между слоями, обеспечивая проводимость.
Этап 8. Изображение и травление внешних слоев
Подобно внутренним слоям, внешние слои также подвергаются изображению и травлению для создания схемы. На внешнюю медь наносится слой фоторезиста, затем переносится схема с использованием ультрафиолетового света. Ненужная медь удаляется, а фоторезист удаляется.
Этап 9. Нанесение маски для пайки
На поверхность ПП наносится защитная маска для пайки. Этот слой изолирует плату и защищает медные дорожки от коррозии или повреждений. Только те участки, на которых будут паяться компоненты, остаются открытыми.
Этап 10. Шелкография
Шелкография используется для печати на поверхности ПП важной информации, такой как метки компонентов, логотипы или серийные номера. Этот этап облегчает сборку платы и идентификацию компонентов.
Этап 11. Обработка поверхности
Обработка поверхности необходима для защиты открытых медных площадок и обеспечения хорошей пайки во время сборки компонентов. Основные типы финишных покрытий: HASL (горячая воздушная пайка), ENIG (электролитическое золото на никеле) и OSP (органическая пайка).
Этап 12. Электрическое тестирование
Перед отправкой ПП на сборку проводятся электрические тесты, чтобы проверить на наличие открытых цепей, коротких замыканий и других дефектов. Этот этап гарантирует, что ПП функционирует правильно и не содержит производственных ошибок.
Этап 13. Контроль качества
Для обеспечения качества производится тщательная визуальная проверка с использованием системы AOI (автоматическая оптическая инспекция). Проверка включает в себя оценку правильности выравнивания слоев, расположения отверстий и качества обработки поверхности.
Процесс производства многослойных ПП — это сложная и высокоточная процедура, требующая опыта и внимательности на каждом этапе. Следуя описанным выше шагам, производители могут создавать высококачественные многослойные ПП для продвинутых и сложных электронных продуктов.
