JLCPCB – первый в Китае завод, специализирующийся на изготовлении прототипов и малых партий печатных плат, был создан в 2006 году. Сегодня JLCPCB имеет четыре производственных участка. Давайте вместе с нами пройдем по всем этапам производства двухсторонней печатной платы, чтобы узнать, как она изготавливается, и вы сможете увидеть, сколько заботы и внимания мы уделяем каждому шагу этого процесса – от производства до контроля качества и отправки посылки.
Этап 1. От файла до фотошаблона
После получения заказа онлайн ($2 за 10 плат) служба поддержки потребителей JLCPCB передает файлы Gerber инженерам для предварительной проверки. После прохождения контроля файл переносится на наши лазерные фотоплоттеры, установленные в темном помещении с контролируемыми параметрами температуры и влажности, где на них изготавливаются фотошаблоны (пленки). Используя данные описания печатной платы, фотоплоттер преобразует их в ее пиксельное изображение. Экспонированная фотопленка автоматически проявляется и выгружается оператору. Пленки готовы к использованию в процессе производства печатных плат.
Этап 2. Резка материала
Большой лист стеклотекстолита FR4 стандартного промышленного качества толщиной 0.4/0.6/0.8/1.0/1.2/1.6/2.0 мм с наклеенными на обе стороны слоями высококачественной меди (ламинатом) разрезается на куски нужного размера для изготовления групповых заготовок, называемых панелями.
Этап 3. Сверление
Отверстия в панели для выводов компонентов и межслойных переходов сверлятся на основании информации, содержащейся в файле сверловки (Drill File), автоматически генерируемом EasyEDA наряду с другими файлами Gerber. Дополнительные отверстия, которые сверлятся по углам панели, служат реперными точками для совмещения с фотошаблонами верхнего и нижнего слоя на Этапе 5. Это дает гарантию, что заранее просверленные отверстия затем окажутся точно в центрах контактных площадок.
Сверлильный станок управляется компьютером, а рабочий только выбирает нужную программу сверловки, которая сообщает автомату, как и чем делать отверстия в печатной плате. Многие сверлильные станки могут автоматически загружать и выгружать панели после окончания каждой сверловки на протяжении 24 часов в сутки. На одном из заводов JLCPCB имеется более 70 сверлильных станков.
Этап 4. Осаждение меди
После сверловки панели очищаются и помещаются в электролизные ванны, где на всю без исключения поверхность панели осаждается очень тонкий дополнительный слой меди, чтобы затем создать то, что называется металлизированными отверстиями. Переходные отверстия, соединяющие проводники разных слоев, имеются практически во всех печатных платах с числом слоев два и более. Весь процесс погружения, нанесения покрытия, мойки и сушки контролируется компьютером.
Этап 5. Перенос изображения внешних слоев
Сначала вся плата сначала покрывается тонким слоем фоточувствительного материала, называемого «сухой фоторезист». Слой фоторезиста освещается ультрафиолетовой лампой через маску фотошаблона, защищающего от воздействия света дорожки и контактные площадки, но пропускающего ультрафиолетовый свет на все остальные участки платы. Под воздействием ультрафиолетового света фоторезист полимеризуется и приобретает начальную прочность. Незатвердевший фоторезист удаляется «проявлением», обнажая медь, которая сформирует требуемый рисунок проводников и контактных площадок. Затем панель нагревается в печи, чтобы повысить прочность оставшегося фоторезиста для следующего процесса.
Этап 6. Нанесение защитного покрытия
На следующем этапе выполняется гальваническое осаждение меди для увеличения ее толщины на открытых участках и внутри металлизированных отверстий, после чего поверх наносится тонкий слой олова. В конце этого этапа весь оставшийся фоторезист удаляется, оставляя панель со сплошным слоем меди, с дорожками, контактными площадками и переходными отверстиями, покрытыми тонким слоем олова.
Этап 7. Травление
Участки панели, которые на этапе травления должны оставаться покрытыми медью, с помощью лужения защищены оловом. Травление удаляет с панели ненужную медную фольгу, оставляя нетронутыми области, покрытые оловом (не считая небольшого бокового подтравливания, которое компенсируется путем автоматического увеличения ширины дорожек и контактных площадок на начальном этапе подготовки фотошаблона).
Затем оловянное покрытие химически удаляется, в результате чего повторно открывается чистая медь, которая теперь остается только в тех местах, где находятся проводящие области – дорожки, контактные площадки и переходные отверстия.
Шаг 8. Автоматизированный оптический контроль
Автоматизированный оптический контроль (Automated optical inspection, AOI) – это процедура оптической проверки несмонтированных печатных плат. AOI позволяет выявить такие дефекты, как перетравленные дорожки, или области, где фоторезист, возможно, был поцарапан или отколот, из-за чего в дорожках образовались вырезы. Обнаружить подобные дефекты с помощью электротестирования очень трудно.
Системы AOI сканируют слои платы с помощью лазерного датчика. Зафиксированное изображение оцифровывается, улучшается и затем сравнивается с оригинальным Gerber файлом. Используя такое сравнение, система AOI может обнаруживать и выделять любые дефекты или подозрительные области намного быстрее и точнее, чем визуальный контроль.
Этап 9. Паяльная маска
Паяльная маска представляет собой эпоксидное покрытие, наносимое на несмонтированные печатные платы для предотвращения образования случайных перемычек припоя и защиты от воздействия окружающей среды. Чаще всего паяльная маска бывает зеленой, однако доступно и множество других цветов, таких как красный, черный, белый, желтый и синий.
После очередной чистки панели загружаются в машину для нанесения паяльной маски, которая полностью покрывает обе стороны панелей. Затем панели проходят через сушильный шкаф, в результате чего маска затвердевает и приобретает прочность, достаточную для использования в следующей операции. Далее панели экспонируются под ультрафиолетовым светом через набор фотошаблонов, которые предварительно точно совмещаются (лучше 50 мкм) с медными дорожками и контактными площадками панели. Фотошаблоны прозрачны там, где паяльная маска впоследствии должна затвердеть, и непрозрачны, где паяльная маска должна смыться на этапе «проявления», освободив на панели контактные площадки.
На этапе проявления удаляется назатвердевший и ненужный фоторезист. Чтобы гарантировать, что открывшаяся медь будет идеально паяемой, панели проверяются на предмет отсутствия остатков фоторезиста на контактных площадках или в отверстиях. Даже самые незначительные остатки ухудшили бы паяемость готовой печатной платы. Лишь после этого фоторезист окончательно закрепляется, или «полимеризуется», чтобы обеспечить постоянное устойчивое покрытие.
Этап 10. Шелкографическая маркировка
Шелкография помогает потребителям лучше представлять размещение компонентов на печатной плате.
Буквы, числа, логотипы, даты изготовления и контуры компонентов, взятые из слоя шелкографии файлов Gerber, автоматически печатаются на верхней поверхности панели устойчивой к травителю белой краской с помощью специального струйного принтера. Если шелкография требуется и на нижней поверхности, краска, нанесенная на верхнюю поверхность, высушивается, после чего панель переворачивается, и процесс печати повторяется с использованием файла шелкографии для нижней стороны.
Затем панель вновь высушивается, чтобы окончательно закрепить паяльную маску и шелкографическую краску.
Этап 11. Защита поверхности
На этом этапе платы покрываются иммерсионным золотом по подслою никеля, химическим серебром или подвергаются горячему облуживанию припоем. Основное назначение этой операции – защитить открытые области меди от коррозии и обеспечить паяемость поверхности при сборке печатной платы.
Этап 12. Обрезка по контуру и скрайбирование
После этапа защиты поверхности объединенные в панели платы должны быть вырезаны по контуру в соответствии с формой корпуса с помощью управляемого компьютером фрезерного станка с торцевой или дисковой фрезой. Фрезерная обрезка по контуру сразу же дает гладкие края печатных плат и не требует последующей обработки.
Скрайбирование используется для механического предразделения печатных плат. V-образные разделительные надрезы формируются на печатной плате с помощью высокоточных резцов. Разделительные надрезы позволяют легко выломать платы из общей панели.
Этап 13. Электротестирование
Все многослойные печатные платы проходят процедуру электрического тестирования на соответствие оригиналу. Используя тестер с летающими щупами, мы поверяем каждую цепь, чтобы убедиться, что ни одна из них не оборвана и не замкнута на другую.
Этап 14. Выходной контроль, упаковка и отгрузка
Перед отправкой заказчику все платы, изготовленные JLCPCB, проходят проверку целостности печатных проводников и заключительный визуальный контроль.
