فهم عملية تصنيع وتجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) أمر مهم - ليس فقط للمصنعين، بل للمهندسين ومديري المنتجات وفرق المشتريات على حد سواء. حتى عندما يتم الاستعانة بمصادر خارجية لإنتاج لوحات الدوائر المطبوعة لشركة تصنيع تعاقدية، فإن فهمك للعملية يؤثر بشكل مباشر على خيارات التصميم الخاصة بك، ومعدلات الإنتاج، والموثوقية طويلة الأجل للمنتج النهائي الخاص بك.
هذا الدليل يأخذك عبر عملية تصنيع وتجميع لوحات الدوائر المطبوعة الكاملة، خطوة بخطوة. بينما تُستخدم لوحات الدوائر المطبوعة FR4 كمرجع أساسي، فإننا نسلط الضوء أيضًا على الاختلافات الرئيسية للوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم، ولوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد، ولوحات الدوائر المطبوعة المرنة، ولوحات الدوائر المطبوعة السيراميكية حيثما كان ذلك مناسبًا. قبل بدء الإنتاج، يُنصح بشدة بمراجعة DFM (التصميم للتصنيع) ومرحلة النمذجة الأولية للوحة الدوائر المطبوعة للتحقق من صحة تصميمك.
تبدأ عملية التصنيع بإعداد المواد. يتم تنظيف رقائق لوحات الدوائر المطبوعة (ألواح مغلفة بالنحاس) لإزالة الأكسدة وتلوث السطح، ثم يتم قطعها إلى حجم اللوحة المطلوب. يتم إجراء تشذيب الحواف وتقريب الزوايا في هذه المرحلة لإزالة النتوءات التي يمكن أن تؤثر على المعالجة اللاحقة.
ملاحظة للوحات الدوائر المطبوعة السيراميكية: تختلف نقطة البداية - يتم خلط مسحوق السيراميك مع مادة رابطة عضوية لتشكيل عجينة سائلة، والتي يتم بعد ذلك كشطها إلى صفائح قبل المعالجة الإضافية.
يشكل تشكيل الدائرة الداخلية للطبقة خطوة أساسية مشتركة بين جميع أنواع لوحات الدوائر المطبوعة. المبدأ الأساسي هو نقل الصورة: يتم إعادة إنتاج نمط الدائرة من ملفات Gerber الخاصة بك على سطح النحاس من خلال سلسلة من عمليات التصفيح والتعريض والتطوير.
تبدأ العملية بمعالجة السطح المسبقة - تنظيف الرقاقة وزيادة خشونة السطح لتحسين الالتصاق. ثم يتم تصفيح طبقة جافة حساسة للضوء حرارياً على سطح النحاس. يتم وضع فيلم لوحة الدوائر المطبوعة (العمل الفني) فوق الطبقة الجافة وتعريضها لضوء الأشعة فوق البنفسجية: تسمح المناطق الشفافة في الفيلم للأشعة فوق البنفسجية بمعالجة الطبقة الجافة الموجودة أسفلها، بينما تمنعها المناطق المعتمة.
بعد التعريض، يتم استخدام محلول كربونات الصوديوم (Na₂CO₃) لغسل الطبقة الجافة غير المعالجة - هذه هي مرحلة التطوير. يصبح النحاس الموجود أسفل المناطق غير المعالجة مكشوفًا الآن. ثم تقوم محلول حفر بإزالة هذا النحاس غير المرغوب فيه. أخيرًا، يقوم هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) بإزالة الطبقة الجافة المعالجة المتبقية، مما يكشف عن دوائر الطبقة الداخلية النهائية.
تفصيل رئيسي: يستخدم العمل الفني للطبقة الداخلية فيلمًا سالبًا؛ يستخدم العمل الفني للطبقة الخارجية فيلمًا موجبًا - المنطق معكوس. يتم إجراء فحص AOI (الفحص البصري الآلي) بعد إنشاء دائرة كل طبقة. بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات بأربع طبقات نحاسية أو أكثر، يتم معالجة كل طبقة داخلية بشكل منفصل باستخدام نفس الطريقة.
في هذه الخطوة، يتم تكديس الطبقات النحاسية الداخلية المكتملة و PP (prepreg - مركب من الراتنج ونسيج ألياف زجاجية) بالتناوب ولصقها معًا تحت حرارة وضغط عاليين، لتشكيل هيكل لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات.
تتضمن عملية التصفيح خمس خطوات فرعية: التسمير (خشونة كيميائية لأسطح النحاس الداخلية لتحسين الترابط مع PP)، التثبيت (التكديس المسبق وتثبيت الطبقات معًا)، تكديس الطبقات، التصفيح بالضغط الساخن، والمعالجة اللاحقة (حفر ثقوب التسجيل وتقليم اللوحة بالحجم).
ملاحظة: لا تتطلب لوحات الدوائر المطبوعة رباعية الطبقات خطوة التثبيت الفرعية. بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد، يكون العازل هو PTFE بدلاً من PP. تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة المرنة فيلم PI (بولي إيميد) أو PET كطبقة عازلة.
بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة ذات الثقوب المطلية (PTH)، يعد الحفر خطوة أساسية. يتم حفر لوحات الدوائر المطبوعة FR4 وعالية التردد والمعدنية ميكانيكيًا. تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة المرنة ولوحات الدوائر المطبوعة الصلبة والمرنة ولوحات الدوائر المطبوعة السيراميكية الحفر بالليزر لتحقيق أقطار ثقوب أدق.
لوحات الدوائر المطبوعة HDI: يتم حفر الثقوب العمياء، والثقوب المدفونة، والثقوب المتخطية، والثقوب المكدسة بشكل منفصل بالليزر على طبقات فردية. تتطلب لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد بالإضافة إلى ذلك معالجة بالبلازما بعد الحفر لتنظيف لطخة الحفر من جدران الثقوب.
بعد الحفر، تكون جدران الثقوب غير موصلة (راتنج وألياف زجاجية). لتمكين الاتصال الكهربائي بين الطبقات، يجب تعدين الثقوب.
يتم تحقيق ذلك على مرحلتين. أولاً، طلاء النحاس غير الكهربائي: يقوم المنشط بترسيب جزيئات البلاديوم على جدران الثقوب، والتي تعمل كبذور محفزة لتفاعل اختزال النحاس الكيميائي. يتم ترسيب طبقة نحاس رقيقة تقريبًا 0.5-1 ميكرومتر. ثانيًا، طلاء النحاس الكهربائي: يتم طلاء نحاس الثقوب كهربائيًا لزيادة السماكة إلى 5-10 ميكرومتر، مما يشكل قناة موصلة متينة بين الطبقات.
تعكس العملية تشكيل الدائرة الداخلية للطبقة، ولكن مع اختلاف رئيسي واحد: يتم استخدام فيلم موجب. تحت التعريض للأشعة فوق البنفسجية، يتم معالجة الطبقة الجافة فوق مناطق غير الدائرة. أثناء التطوير، يتم غسل الطبقة الجافة فوق مناطق الدائرة، تاركة نحاس الدائرة مكشوفًا وجاهزًا للطلاء.
يتم طلاء نحاس الدائرة المكشوفة كهربائيًا مرة ثانية - يشار إليها باسم "طلاء النحاس الثانوي" - لبناء سماكة النحاس إلى المواصفات المحددة في تصميمك. ثم يتم طلاء طبقة من القصدير فوق نحاس الدائرة لتعمل كمقاوم للحفر، وحماية مسارات الدائرة أثناء خطوة الحفر اللاحقة.
تقوم محلول كيميائي بإزالة الطبقة الجافة المعالجة، مما يكشف عن مناطق النحاس غير المرغوب فيها. ثم تقوم محلول حفر بإزالة هذا النحاس الزائد. أخيرًا، تقوم محلول كيميائي آخر بإزالة طبقة القصدير من نحاس الدائرة، تاركة دوائر الطبقة الخارجية نظيفة ومحددة بالكامل. في هذه المرحلة، يكتمل الهيكل النحاسي الأساسي للوحة الدوائر المطبوعة.
قناع اللحام هو الطلاء الواقي المطبق فوق سطح لوحة الدوائر المطبوعة - الطبقة الملونة (الأخضر هو الأكثر شيوعًا، على الرغم من أن الأسود والأحمر والأزرق والأبيض هي خيارات قياسية) التي تراها على لوحة مكتملة. إنه يحمي مسارات النحاس من الأكسدة ويمنع جسر اللحام أثناء التجميع.
يتم تطبيق حبر قناع اللحام عن طريق الطباعة بالشاشة الحريرية أو الطلاء بالرش وفقًا بدقة لطبقة قناع اللحام في ملفات Gerber الخاصة بك، ثم يتم معالجته بالتعريض والخبز.
ملاحظة: تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة المرنة فيلم غطاء (PI أو PET) بدلاً من قناع اللحام السائل. تتطلب لوحات الدوائر المطبوعة ذات النحاس السميك (≥ 3 أونصة) تطبيق الرش الكهروستاتيكي لتحقيق تغطية متساوية فوق درجات النحاس البارزة. يتم إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة العارية / غير المغطاة - والتي تستخدم عادةً للتحقق من التصميم - بدون قناع لحام.
يتم طباعة معرفات المكونات المرجعية، وعلامات القطبية، وشعارات الشركة، وعلامات الشهادات بالشاشة الحريرية على قناع اللحام باستخدام الحبر ويتم معالجتها بالخبز. هذه الأساطير دائمة وتعمل كأدلة أساسية أثناء تجميع لوحات الدوائر المطبوعة واختبارها وصيانتها في الميدان.
تتطلب وسادات النحاس المكشوفة - المناطق التي سيتم لحام المكونات عليها - تشطيبًا سطحيًا لمنع الأكسدة وضمان قابلية لحام جيدة. يؤثر اختيار التشطيب السطحي المناسب لتطبيقك بشكل مباشر على معدل إنتاج التجميع وطول عمر المنتج.
إذا كنت غير متأكد من التشطيب السطحي الذي يجب تحديده، فإن ENIG هو خيار افتراضي موثوق لمعظم تصميمات لوحات الدوائر المطبوعة.
يتم توجيه لوحة الدوائر المطبوعة أو قطعها إلى مخطط اللوحة النهائي. يعتبر التقطيع على شكل V والتوجيه CNC (يسمى أيضًا التوجيه اللوحي أو فتحات الفصل) هما الطريقتان الأكثر شيوعًا للوحات الدوائر المطبوعة FR4 والألومنيوم وعالية التردد. تتوفر أيضًا نصف الثقوب (الثقوب المصبوبة) للوحات الدوائر المطبوعة FR4 التي سيتم تركيبها كوحدات.
يتم تشكيل لوحات الدوائر المطبوعة المرنة ولوحات الدوائر المطبوعة السيراميكية باستخدام القطع بالليزر لتحقيق تفاوتات حافة دقيقة تتطلبها تطبيقاتها.
على الرغم من فحص AOI في كل طبقة، فإن الاختبار الكهربائي النهائي للوحة المكتملة ضروري للتحقق من أن جميع الدوائر متصلة بشكل صحيح ولا توجد دوائر مفتوحة أو قصيرة غير مقصودة.
اختبار المسبار الطائر يستخدم مجسات متحركة لفحص كل شبكة على لوحة الدوائر المطبوعة بحثًا عن الدوائر المفتوحة والقصيرة - لا يتطلب تركيبًا مخصصًا، مما يجعله مثاليًا للنماذج الأولية والطلبات ذات الحجم المنخفض.
اختبار التركيب (سرير المسامير) يستخدم جهاز اختبار مخصص وهو مناسب للإنتاج بكميات كبيرة للتحقق الكهربائي السريع والشامل.
في DuxPCB، نقدم أيضًااختبار مقاومة كيفن بأربع أسلاك للتطبيقات السيارات والطبية والدفاعية والفضائية - طريقة دقيقة لقياس قيم المقاومة الدقيقة التي لا تستطيع الاختبارات الكهربائية القياسية اكتشافها.
قبل الشحن، تخضع كل لوحة دوائر مطبوعة لفحص نهائي شامل يغطي ثلاثة مجالات:
الفحوصات البعدية: مخطط اللوحة، تفاوت الثقب إلى الحافة، السماكة الإجمالية، قطر الثقب، عرض المسار والتباعد، عرض الحلقة السنوية، الانحناء والالتواء، وسماكة طلاء نحاس الثقوب.
فحوصات السطح: الفراغات، الثقوب المسدودة، تعرض النحاس، الجسيمات الغريبة، الثقوب الإضافية أو المفقودة، عيوب أصابع الذهب، وجودة الأسطورة.
التحقق من الموثوقية: قابلية اللحام، قوة التقشير، التصاق قناع اللحام، التصاق الذهب، مقاومة الصدمات الحرارية، المعاوقة (لتصميمات المعاوقة المتحكم بها)، ومستويات التلوث الأيوني.
تجميع تقنية التركيب السطحي (SMT) هي الطريقة السائدة للإلكترونيات الحديثة. تتبع العملية هذه المراحل:
طباعة معجون اللحام - يتم تطبيق معجون اللحام على وسادات لوحة الدوائر المطبوعة من خلال استنسل مقطوع بالليزر. SPI (فحص معجون اللحام) - يفحص نظام الفحص ثلاثي الأبعاد حجم المعجون وموضعه. وضع المكونات - تقوم آلات الالتقاط والوضع بتركيب مكونات SMD بسرعة ودقة عالية. فحص الأشعة السينية - يستخدم لفحص وصلات اللحام المخفية، خاصة تحت حزم BGA. لحام إعادة التدفق - تمر اللوحة عبر ملف تعريف درجة حرارة يتم التحكم فيه بدقة لصهر وصلات اللحام وتثبيتها. AOI (الفحص البصري الآلي) - يتم فحص اللوحة المكتملة بحثًا عن عيوب اللحام.
بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة التي تتضمن مكونات عبر الثقوب - الموصلات، المحولات، المكثفات الكبيرة، والأجزاء المماثلة - يتبع تجميع الثقوب SMT. يتم إدخال أسلاك المكونات عبر ثقوب PTH، ثم لحامها عن طريق لحام الموجة. يتم قص الأسلاك وفحص اللوحة بصريًا قبل المتابعة.
بعد التجميع، تقدم DuxPCB مجموعة من الخدمات ذات القيمة المضافة لدعم مسارك من النموذج الأولي إلى المنتج النهائي:
يتم شحن جميع المنتجات النهائية فقط بعد اجتياز التحقق الوظيفي النهائي.
سواء كنت تقوم بتطوير نموذج أولي أو التوسع إلى إنتاج بكميات كبيرة، فإن فهم عملية تصنيع وتجميع لوحات الدوائر المطبوعة يساعدك على اتخاذ قرارات تصميم أفضل، والتواصل بشكل أكثر فعالية مع الشركة المصنعة الخاصة بك، وتقليل المراجعات المكلفة لاحقًا.
في DuxPCB، ندعم العملاء في كل مرحلة - من مراجعة DFM والنمذجة الأولية إلى تسليم PCBA الكامل بنظام المفتاح في اليد وتسليم الصندوق. إذا كان لديك مشروع في ذهنك أو أسئلة حول تصميمك، فاتصل بفريقنا للحصول على مراجعة فنية مجانية وعرض أسعار.
© DuxPCB. محتوى أصلي. يرجى ذكر DuxPCB عند إعادة إنتاج هذه المقالة أو الإشارة إليها.
