Hiểu rõ quy trình sản xuất và lắp ráp PCB là rất quan trọng — không chỉ đối với các nhà sản xuất, mà còn đối với các kỹ sư, quản lý sản phẩm và đội ngũ mua hàng. Ngay cả khi việc sản xuất PCB được thuê ngoài cho một nhà sản xuất hợp đồng, sự hiểu biết của bạn về quy trình sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các lựa chọn thiết kế, tỷ lệ thu hồi và độ tin cậy lâu dài của sản phẩm cuối cùng của bạn.
Hướng dẫn này sẽ đưa bạn qua toàn bộ quy trình sản xuất và lắp ráp PCB, từng bước một. Mặc dù PCB FR4 được sử dụng làm tài liệu tham khảo chính, chúng tôi cũng sẽ nêu bật những điểm khác biệt chính đối với PCB nhôm, PCB tần số cao, PCB linh hoạt và PCB gốm khi có liên quan. Trước khi bắt đầu sản xuất, việc xem xét DFM (Thiết kế để sản xuất) và giai đoạn tạo mẫu PCB được khuyến nghị mạnh mẽ để xác nhận thiết kế của bạn.
Quy trình sản xuất bắt đầu bằng việc chuẩn bị vật liệu. Các lớp phủ PCB (bảng có lớp đồng) được làm sạch để loại bỏ quá trình oxy hóa và nhiễm bẩn bề mặt, sau đó được cắt theo kích thước bảng yêu cầu. Việc cắt cạnh và làm tròn góc được thực hiện ở giai đoạn này để loại bỏ các gờ có thể ảnh hưởng đến quá trình xử lý tiếp theo.
Lưu ý đối với PCB gốm: Điểm bắt đầu khác nhau — bột gốm được trộn với chất kết dính hữu cơ để tạo thành hỗn hợp sệt, sau đó được cạo thành các tấm trước khi xử lý thêm.
Hình thành mạch lớp trong là một bước cốt lõi được chia sẻ bởi tất cả các loại PCB. Nguyên tắc cơ bản là truyền ảnh: mẫu mạch từ tệp Gerber của bạn được tái tạo trên bề mặt đồng thông qua một chuỗi cán, phơi sáng và phát triển.
Quá trình bắt đầu bằng việc tiền xử lý bề mặt — làm sạch lớp phủ và tăng độ nhám bề mặt để cải thiện độ bám dính. Sau đó, một lớp màng khô nhạy sáng được cán nhiệt lên bề mặt đồng. Một phim PCB (bản vẽ) được đặt lên trên màng khô và phơi sáng với ánh sáng UV: các vùng trong suốt của phim cho phép UV làm cứng màng khô bên dưới, trong khi các vùng mờ chặn nó.
Sau khi phơi sáng, dung dịch natri cacbonat (Na₂CO₃) được sử dụng để rửa sạch màng khô chưa được làm cứng — đây là giai đoạn phát triển. Đồng bên dưới các vùng chưa được làm cứng giờ đây đã lộ ra. Sau đó, một dung dịch ăn mòn sẽ loại bỏ đồng không mong muốn này. Cuối cùng, natri hydroxit (NaOH) sẽ loại bỏ lớp màng khô đã được làm cứng còn lại, để lộ ra các mạch lớp trong đã hoàn thành.
Chi tiết quan trọng: Bản vẽ lớp trong sử dụng phim âm bản; bản vẽ lớp ngoài sử dụng phim dương bản — logic bị đảo ngược. Một lần quét AOI (Kiểm tra quang học tự động) được thực hiện sau khi mạch của mỗi lớp được tạo ra. Đối với PCB nhiều lớp có bốn lớp đồng trở lên, mỗi lớp trong được xử lý riêng bằng phương pháp tương tự.
Ở bước này, các lớp đồng bên trong đã hoàn thành và PP (prepreg — vật liệu composite gồm nhựa và vải sợi thủy tinh) được xếp chồng xen kẽ và liên kết với nhau dưới nhiệt độ và áp suất cao, tạo thành cấu trúc PCB nhiều lớp.
Quy trình cán lớp bao gồm năm bước phụ: làm nâu (làm nhám hóa học bề mặt đồng bên trong để cải thiện liên kết với PP), tán đinh (xếp chồng sơ bộ và ghim các lớp lại với nhau), xếp lớp, cán nóng và xử lý sau (khoan lỗ đăng ký và cắt bảng theo kích thước).
Lưu ý: PCB bốn lớp không yêu cầu bước phụ tán đinh. Đối với PCB tần số cao, vật liệu cách điện là PTFE thay vì PP. PCB linh hoạt sử dụng màng PI (polyimide) hoặc PET làm lớp điện môi.
Đối với PCB có lỗ xuyên mạ (PTH), việc khoan là một bước thiết yếu. PCB FR4, tần số cao và lõi kim loại được khoan bằng cơ học. PCB linh hoạt, PCB cứng-mềm và PCB gốm sử dụng khoan laser để đạt được đường kính lỗ nhỏ hơn.
PCB HDI: Các lỗ mù, lỗ chôn, lỗ bỏ qua và lỗ xếp chồng được khoan riêng bằng laser trên từng lớp. PCB tần số cao bổ sung yêu cầu xử lý plasma sau khi khoan để làm sạch vết bẩn do khoan trên thành lỗ.
Sau khi khoan, thành lỗ không dẫn điện (nhựa và sợi thủy tinh). Để cho phép kết nối điện giữa các lớp, các lỗ phải được kim loại hóa.
Điều này được thực hiện trong hai giai đoạn. Đầu tiên, mạ đồng không điện phân: một chất kích hoạt lắng đọng các hạt palladium trên thành lỗ, đóng vai trò là mầm xúc tác cho phản ứng khử đồng hóa học. Một lớp đồng mỏng khoảng 0,5–1 μm được lắng đọng. Thứ hai, mạ đồng điện phân: đồng trong lỗ được mạ điện để tăng độ dày lên 5–10 μm, tạo thành kênh dẫn điện bền giữa các lớp.
Quy trình này tương tự như hình thành mạch lớp trong, nhưng có một điểm khác biệt chính: sử dụng phim dương bản. Dưới tác động của ánh sáng UV, màng khô trên các vùng không phải mạch sẽ được làm cứng. Trong quá trình phát triển, màng khô trên các vùng mạch sẽ bị rửa trôi, để lộ đồng mạch và sẵn sàng để mạ.
Đồng mạch lộ ra được mạ điện lần thứ hai — được gọi là "mạ đồng thứ cấp" — để tăng độ dày đồng lên mức quy định trong thiết kế của bạn. Sau đó, một lớp thiếc được mạ lên trên đồng mạch để hoạt động như một lớp chống ăn mòn, bảo vệ các đường mạch trong bước ăn mòn tiếp theo.
Một dung dịch hóa học sẽ loại bỏ lớp màng khô đã được làm cứng, để lộ các vùng đồng không mong muốn. Sau đó, một dung dịch ăn mòn sẽ loại bỏ lượng đồng dư thừa này. Cuối cùng, một dung dịch hóa học khác sẽ loại bỏ lớp thiếc khỏi đồng mạch, để lại các mạch lớp ngoài sạch sẽ, được xác định đầy đủ. Tại thời điểm này, cấu trúc đồng cơ bản của PCB đã hoàn thành.
Mặt nạ hàn là lớp phủ bảo vệ được áp dụng lên bề mặt PCB — lớp có màu (màu xanh lá cây là phổ biến nhất, mặc dù màu đen, đỏ, xanh lam và trắng là các tùy chọn tiêu chuẩn) mà bạn thấy trên bảng đã hoàn thành. Nó bảo vệ các đường đồng khỏi quá trình oxy hóa và ngăn ngừa hiện tượng cầu hàn trong quá trình lắp ráp.
Mực mặt nạ hàn được áp dụng bằng phương pháp in lụa hoặc phun phủ theo đúng lớp mặt nạ hàn trong tệp Gerber của bạn, sau đó được làm cứng bằng cách phơi sáng và sấy.
Lưu ý: PCB linh hoạt sử dụng màng phủ (PI hoặc PET) thay vì mặt nạ hàn lỏng. PCB đồng dày (≥ 3 oz) yêu cầu ứng dụng phun tĩnh điện để đạt được độ phủ đồng đều trên các bước đồng nổi bật. PCB trần/nguyên bản — thường được sử dụng để xác minh thiết kế — được sản xuất mà không có mặt nạ hàn.
Các ký hiệu tham chiếu linh kiện, dấu hiệu phân cực, logo công ty và dấu chứng nhận được in lụa lên mặt nạ hàn bằng mực và được làm cứng bằng cách sấy. Các chú thích này là vĩnh viễn và đóng vai trò là hướng dẫn thiết yếu trong quá trình lắp ráp, kiểm tra và bảo trì tại hiện trường của PCB.
Các miếng đệm đồng lộ ra — các khu vực nơi linh kiện sẽ được hàn — yêu cầu lớp hoàn thiện bề mặt để ngăn ngừa quá trình oxy hóa và đảm bảo khả năng hàn tốt. Việc lựa chọn lớp hoàn thiện bề mặt phù hợp cho ứng dụng của bạn có tác động trực tiếp đến tỷ lệ thu hồi lắp ráp và tuổi thọ sản phẩm.
Nếu bạn không chắc chắn nên chỉ định lớp hoàn thiện bề mặt nào, ENIG là một lựa chọn mặc định đáng tin cậy cho hầu hết các thiết kế PCB.
Bảng PCB được định tuyến hoặc cắt theo đường viền bảng cuối cùng. Phương pháp cắt rãnh V và định tuyến CNC (còn gọi là định tuyến tab hoặc rãnh tách) là các phương pháp phổ biến nhất cho PCB FR4, nhôm và tần số cao. Các lỗ nửa (lỗ đúc) cũng có sẵn cho các bảng FR4 sẽ được lắp ráp dưới dạng mô-đun.
PCB linh hoạt và PCB gốm được định hình bằng cắt laser để đạt được dung sai cạnh chính xác mà ứng dụng của chúng yêu cầu.
Mặc dù có kiểm tra AOI ở mỗi lớp, việc kiểm tra điện cuối cùng của toàn bộ bảng là cần thiết để xác minh rằng tất cả các mạch được kết nối chính xác và không có hiện tượng ngắn mạch hoặc hở mạch không mong muốn.
Kiểm tra đầu dò bay sử dụng các đầu dò di động để kiểm tra mọi đường nối trên PCB xem có bị hở hoặc ngắn mạch không — không yêu cầu bộ cố định tùy chỉnh, làm cho nó lý tưởng cho các nguyên mẫu và đơn hàng số lượng nhỏ.
Kiểm tra bằng bộ cố định (giường kim) sử dụng bộ kiểm tra được chế tạo tùy chỉnh và phù hợp với sản xuất số lượng lớn để xác minh điện nhanh chóng, toàn diện.
Tại DuxPCB, chúng tôi cũng cung cấpkiểm tra điện trở Kelvin bốn dây cho các ứng dụng ô tô, y tế, quốc phòng và hàng không vũ trụ — một phương pháp chính xác để đo các giá trị điện trở vi mô mà các bài kiểm tra điện tiêu chuẩn không thể phát hiện.
Trước khi giao hàng, mọi PCB đều trải qua quá trình kiểm tra cuối cùng toàn diện bao gồm ba lĩnh vực:
Kiểm tra kích thước: Đường viền bảng, dung sai lỗ-cạnh, độ dày tổng thể, đường kính lỗ, chiều rộng và khoảng cách đường dẫn, chiều rộng vòng tròn, độ cong và xoắn, và độ dày mạ đồng lỗ xuyên.
Kiểm tra bề mặt: Lỗ rỗng, lỗ bịt kín, đồng lộ ra, hạt lạ, lỗ thừa hoặc thiếu, lỗi ngón tay vàng và chất lượng chú thích.
Xác minh độ tin cậy: Khả năng hàn, độ bền bóc tách, độ bám dính mặt nạ hàn, độ bám dính vàng, khả năng chống sốc nhiệt, trở kháng (đối với thiết kế trở kháng được kiểm soát) và mức độ nhiễm bẩn ion.
Lắp ráp Công nghệ Gắn Bề Mặt (SMT) là phương pháp chiếm ưu thế trong điện tử hiện đại. Quy trình tuân theo các giai đoạn sau:
In bột hàn — Bột hàn được áp dụng lên các miếng đệm PCB thông qua một stencil cắt bằng laser. SPI (Kiểm tra Bột Hàn) — Hệ thống kiểm tra 3D kiểm tra thể tích và vị trí bột hàn. Đặt linh kiện — Máy chọn và đặt lắp ráp các linh kiện SMD với tốc độ và độ chính xác cao. Kiểm tra X-quang — Được sử dụng để kiểm tra các mối hàn ẩn, đặc biệt là dưới các gói BGA. Hàn lại — Bảng đi qua một cấu hình nhiệt độ được kiểm soát chính xác để làm tan chảy và cố định các mối hàn. AOI (Kiểm tra Quang học Tự động) — Bảng đã hoàn thành được quét các lỗi hàn.
Đối với các PCB có linh kiện xuyên lỗ — đầu nối, biến áp, tụ điện lớn và các bộ phận tương tự — việc lắp ráp xuyên lỗ theo sau SMT. Các chân linh kiện được đưa qua các lỗ PTH, sau đó được hàn bằng phương pháp hàn sóng. Các chân được cắt và bảng được kiểm tra bằng mắt trước khi tiếp tục.
Sau khi lắp ráp, DuxPCB cung cấp một loạt các dịch vụ giá trị gia tăng để hỗ trợ bạn từ nguyên mẫu đến sản phẩm hoàn chỉnh:
Tất cả các sản phẩm hoàn chỉnh chỉ được vận chuyển sau khi vượt qua quá trình xác minh chức năng cuối cùng.
Cho dù bạn đang phát triển một nguyên mẫu hay mở rộng quy mô sản xuất số lượng lớn, việc hiểu rõ quy trình sản xuất và lắp ráp PCB sẽ giúp bạn đưa ra các quyết định thiết kế tốt hơn, giao tiếp hiệu quả hơn với nhà sản xuất của bạn và giảm thiểu các lần sửa đổi tốn kém sau này.
Tại DuxPCB, chúng tôi hỗ trợ khách hàng qua từng giai đoạn — từ xem xét DFM và tạo mẫu đến lắp ráp PCBA hoàn chỉnh và giao hàng theo hộp. Nếu bạn có một dự án trong tâm trí hoặc có câu hỏi về thiết kế của mình, hãy liên hệ với nhóm của chúng tôi để được xem xét kỹ thuật miễn phí và báo giá.
© DuxPCB. Nội dung gốc. Vui lòng ghi công DuxPCB nếu sao chép hoặc tham chiếu bài viết này.
