Hur tillverkas mönsterkort?

Val av material

Mönsterkort är vanligtvis tillverkade av material som FR-4, glasfiber-epoxilaminat, som är belagda med kopparfolie. Valet av material beror på mönsterkortets avsedda användning och elektriska egenskaper.

Design och layout

Ingenjörerna skapar mönsterkortslayouten med hjälp av specialiserad programvara och exporterar Gerber- och borrfiler till tillverkaren. En Gerber-fil är ett standardfilformat som används inom tillverkningsindustrin för mönsterkort (PCB). Det har fått sitt namn efter Gerber Scientific Instrument Company, som ursprungligen utvecklade formatet. Dessa filer används för att kommunicera designspecifikationerna till tillverkningsanläggningar för mönsterkort, så att de kan producera de fysiska kretskorten på ett korrekt sätt.

Gerber-filer är i grunden en uppsättning 2D-vektorbilder som beskriver de olika lagren i mönsterkortsdesignen. Varje lager, t.ex. det översta kopparlagret, det undre kopparlagret, lödmasken och silkscreen, representeras som en separat Gerber-fil. Dessa filer innehåller koordinater, former och attribut som definierar kretskortets layout och egenskaper.

Programvara för mönsterkortsdesign genererar vanligtvis Gerber-filer som en del av designens exportprocess. Dessa filer kan skickas till en mönsterkortstillverkare för tillverkning. Tillverkaren använder Gerber-filerna för att skapa de fotomasker och andra verktyg som behövs för att tillverka mönsterkortet enligt konstruktörens specifikationer.

Layouten innefattar placering av komponenter, ledningsbanor och eventuella inre lager som krävs. Konstruktionsreglerna måste följas för att undvika problem under tillverkningsprocessen eller tillförlitlighetsproblem i den slutliga produkten.

Trycka kretsen

Gerber-filerna används för att skapa fotomasker, som i praktiken är mallar som används i exponeringssteget. Varje fotomask motsvarar ett specifikt lager i mönsterkortets konstruktion, t.ex. kopparledningar, lödmask och silkscreen.

PCB-layouten trycks på ett kopparpläterat kort och bildar kretsens mönster. Ett lager av ljuskänsligt material, så kallat fotoresist, appliceras på det kopparpläterade kortet. Kortet förvärms sedan för att säkerställa att fotoresisten fäster ordentligt.

Därefter sänks kortet ned i en kemisk framkallningslösning som tvättar bort den oexponerade (ohärdade) fotoresisten och lämnar kvar de önskade mönstren av härdad fotoresist.

Etsning

Kemiska processer avlägsnar överflödig koppar och lämnar kvar ledningsbanorna. Kortet placeras i en etslösning som avlägsnar den exponerade (oskyddade) kopparn. Den härdade fotoresisten fungerar som en mask som skyddar kopparledningarna och de funktioner som definierades under exponeringen. Denna process lämnar endast de önskade kopparledningarna och komponentpads på kortet. Den återstående fotoresisten avlägsnas och lämnar de rena kopparledningarna exponerade.

Lägga till lager

Processen med att lägga till lager innebär att flera tunna skikt av koppar och isolerande substrat lamineras ihop och skapar en kompositstruktur. Detta gör det möjligt för konstruktörer att uppnå ökad ledningstäthet och rymma ett större antal komponenter, vilket gör det till ett viktigt steg i utvecklingen av moderna mönsterkort.

Inpassningsutmaningar: Men med fördelarna med ytterligare lager kommer också utmaningar med inpassning. Att uppnå exakt inpassning, eller justering, av varje lager under tillverkningsprocessen är avgörande för att säkerställa att ledande banor och komponenter är korrekt inriktade över lagren. Felaktig inpassning kan leda till kortslutning, impedansvariationer och försämrad signalintegritet.

Minska inpassningsutmaningarna: Avancerad tillverkningsteknik, såsom automatiserade optiska inriktningssystem, spelar en avgörande roll när det gäller att minska inpassningsutmaningarna. Dessa system använder högupplösta kameror för att exakt rikta in och registrera varje lager, vilket minimerar risken för felriktning. Dessutom använder tillverkarna stränga kvalitetskontroller, inklusive automatiserade inspektionsprocesser, för att upptäcka och åtgärda problem med inpassning innan den slutliga produkten monteras.

Teknologiska framsteg: Innovationer inom utrustning och teknik för tillverkning fortsätter att lösa utmaningarna med inpassning. Laserborrning och bildteknik bidrar till exempel till finare funktionsstorlekar och förbättrad noggrannhet vid inpassning av lager till lager, vilket möjliggör produktion av tillförlitliga mönsterkort med hög densitet.

Slutlig inspektion

Testning och kvalitetskontroll spelar en central roll i tillverkningsprocessen av mönsterkort (PCB) och säkerställer den elektriska anslutningen samt mönsterkortets tillförlitlighet och funktionalitet. Här följer en översikt över de viktigaste aspekterna av testning och kvalitetskontroll vid tillverkning av mönsterkort:

Visuell inspektion: Visuell inspektion är det första steget, där utbildad personal undersöker mönsterkortet för att upptäcka eventuella synliga defekter. Automatiserade optiska inspektionssystem (AOI) används ofta för exakta och effektiva visuella utvärderingar.

Elektrisk testning: Elektriska tester verifierar kretskortets funktion genom att kontrollera kontinuitet och korrekta elektriska anslutningar. Två vanliga metoder är in-circuit testing (ICT), som bedömer enskilda komponenter och anslutningar, och funktionstestning, som utvärderar den övergripande funktionaliteten hos det ihopsatta mönsterkortet.

Flying probe-testning: Flying probe-testning innebär att man använder automatiserad utrustning med rörliga sonder för att testa mönsterkort utan att behöva särskilda testfixturer. Denna metod är särskilt användbar för prototyper och lågvolymsproduktion, vilket möjliggör snabb och flexibel testning.

Röntgenbesiktning: Röntgenbesiktning används för att undersöka mönsterkortets inre struktur och identifiera potentiella defekter, t.ex. dolda problem med kretsar, hålrum eller felinriktningar. Denna icke-invasiva testmetod är särskilt värdefull för att inspektera komplexa och tätt befolkade mönsterkort.

Termisk stresstestning: Termisk stresstestning utvärderar mönsterkortets prestanda under varierande temperaturförhållanden. Detta säkerställer att mönsterkortet kan motstå temperaturvariationer utan att dess strukturella integritet eller elektriska funktionalitet äventyras.

Dokumentation för kvalitetskontroll: Robust dokumentation av kvalitetskontrollen är avgörande för spårbarhet och ansvarsskyldighet. Detta innefattar att föra register över inspektionsresultat, testresultat och eventuella korrigerande åtgärder som vidtagits under tillverkningsprocessen.

Genom att införa rigorösa test- och kvalitetskontrollåtgärder kan mönsterkortstillverkare identifiera och åtgärda problem tidigt i produktionsprocessen, vilket säkerställer att slutprodukterna uppfyller industristandarder och kundernas förväntningar vad gäller tillförlitlighet och prestanda.