لیام الکترونیک
لیام الکترونیک
برد مدار چاپی (PCB) ستون فقرات کلیه وسایل الکترونیکی است. این اختراع معجزه‌آسا تقریباً در کلیه لوازم الکترونیکی و محاسباتی، از جمله دستگاه‌های ساده مانند ساعت‌های دیجیتال، ماشین‌حساب‌ها و غیره مشاهده می‌شود. یک PCB سیگنال‌های الکتریکی را از طریق علم الکترونیک هدایت می‌کند که نیازهای مدار الکتریکی و مکانیکی دستگاه را برآورده می‌سازد. به طور خلاصه، PCB به الکتریسیته می‌گوید که کجا باید برود و وسایل الکترونیکی شما را زنده می‌کند.
PCB جریان را در سطح خود از طریق شبکه‌ای از مس هدایت می‌کند. سیستم پیچیده مسیرهای مس نقش منحصربه‌فرد هر قطعه از مدار چاپی را تعیین می‌نماید.
در ادامه مراحل چاپ برد مدار چاپی به ترتیب آورده شده و شرح داده شده‌اند.
اولین مرحله قبل از شروع فرآیند چاپ برد مدار چاپی، داشتن یک طرح PCB است که توسط طراح با استفاده از نرم‌افزار طراحی PCB ایجاد شده است. معمولاً از نرم‌افزارهای طراحی PCB استفاده شده شامل Altium Designer، OrCAD، Pads، KiCad، Eagle و غیره است.
هنگامی که طراحی PCB برای تولید تائید شد، طراحان، طرح را به فرمت پشتیبانی تولیدکنندگان خود استخراج می‌کنند. بیشترین برنامه مورد استفاده، Gerber Extended نام دارد. Gerber همچنین با نام IX274X شناخته می‌شود.
صنعت PCB با استفاده از Gerber به‌عنوان فرمت خروجی عالی گسترش یافته است. نرم‌افزارهای مختلف طراحی PCB احتمالاً مراحل متفاوتی را برای تولید فایل Gerber فراخوانی می‌کنند. همه آن‌ها اطلاعات حیاتی جامع از جمله لایه‌های Track مس، نقشه سوراخ‌کاری، دیافراگم‌ها، نشان‌گذاری قطعه‌ها (چاپ راهنما) و گزینه‌های دیگر را کدگذاری می‌کنند. تمام جنبه‌های طراحی PCB در این مرحله تحت بررسی قرار می‌گیرند. نرم‌افزار، الگوریتم‌های نظارتی را بر روی طراحی انجام می‌دهد تا اطمینان حاصل شود که هیچ خطایی کشف نشده است. طراحان همچنین این طرح را با توجه به عناصر مربوط به عرض Track، فاصله لبه برد، فاصله سوراخ‌ها و اندازه سوراخ‌ها بررسی می‌کنند.
پس از بازرسی دقیق، طراحان فایل PCB را برای تولید به کارخانه‌های تولید PCB ارسال می‌کنند. برای اطمینان از این که طراحی نیازمندی‌های ساخت را در تمامی مراحل چاپ برد مدار چاپی تحمل می‌کند، تقریباً همه کارخانه‌های تولید PCB قبل از ساخت بردهای مدار، طراحی برای ساخت (DFM[3]) را بررسی می‌کنند.
ICPARS با همکاری با بهترین ارائه‌دهندگان خدمات چاپ مدار چاپی (PCB) در خارج از کشور آماده دریافت طرح‌های شماست. آسودگی خاطر از ارسال و دریافت، نقل و انتقال ارز و چاپ PCB با بهترین کیفیت و قیمت از مزایای ICPARS است.
چاپ برد مدار چاپی پس از دریافت خروجی فایل‌های شماتیک از طراحان PCB، آغاز می‌شود و تولیدکنندگان چک DFM را انجام می‌دهند. تولیدکنندگان برای چاپ بردهای مدار چاپی از چاپگر ویژه‌ای به نام Plotter استفاده می‌کنند که فیلم‌های PCB را تولید می‌کند. تولیدکنندگان از فیلم‌ها برای تصویر کردن PCB استفاده می‌کنند. اگرچه این چاپگر لیزری است، اما چاپگر جت لیزری استاندارد نیست. پلاترها از فناوری چاپ فوق‌العاده دقیق برای تهیه فیلمی کاملاً دقیق از طراحی PCB استفاده می‌کنند.
محصول نهایی بر ورقه پلاستیکی با عکس نگاتیو PCB و توسط جوهر سیاه ایجاد می‌شود. برای لایه‌های داخلی PCB، جوهر سیاه نمایانگر اجزای مس رسانای PCB است. قسمت واضح و روشن باقیمانده از تصویر، نواحی ماده غیر رسانا را نشان می‌دهد. لایه‌های بیرونی از الگوی معکوس پیروی می‌کنند: برای مس رنگ روشن است، اما رنگ سیاه مربوط به ناحیه‌ای است که برداشته خواهد شد. پلاتر به‌طور خودکار فیلم را توسعه می‌دهد و فیلم به طور ایمن ذخیره می‌شود تا از هرگونه تماس ناخواسته جلوگیری شود.
هر لایه از ماسک PCB و Solder Mask فیلم روشن و سیاه خود را دریافت می‌کند. در کل، یک PCB دولایه به چهار صفحه نیاز دارد: دو عدد برای لایه‌ها و دو عدد برای Solder Mask. نکته قابل توجه این است که همه فیلم‌ها باید کاملاً با یکدیگر مطابقت داشته باشند.
برای دستیابی به تراز کامل فیلم‌ها، سوراخ‌های تطابق باید در تمام فیلم‌ها پانچ شود. دقت سوراخ با تنظیم جدول که روی آن فیلم قرار دارد رخ می‌دهد. هنگامی که کالیبراسیون‌های کوچک جدول منجر به یک تطابق بهینه می‌شوند، سوراخ پانچ می‌شود. سوراخ‌ها در مرحله بعد از تصویربرداری در پین‌های تطابق قرار می‌گیرند.
ساخت فیلم‌ها در مرحله قبل با هدف ترسیم خط از مسیر مس صورت گرفته است. اکنون زمان آن رسیده است که شکل این فیلم را روی یک ورق مسی چاپ شود.
این مرحله در ساخت PCB آمادگی برای ساخت PCB واقعی است. فرم اصلی PCB شامل ورق چند لایهای (لمینیت) است که ماده اصلی آن رزین اپوکسی و فایبرگلاس است که به آن ماده زیر لایه نیز می‌گویند. لمینت به‌عنوان یک بدنه ایدهآل برای دریافت مس که سازنده PCB است، عمل می‌کند. مواد زیرلایه، یک نقطه شروع محکم و مقاوم در برابر گرد و غبار را برای PCB فراهم می‌کند. مس از هر دو طرف از قبل پیوند می‌خورد. این فرایند شامل تراشیدن مس برای آشکار ساختن طرح از روی فیلم است.
در ساخت PCB، پاکیزگی اهمیت فراوان دارد. ورقه مس تمیز می‌شود و به یک محیط غیر آلوده منتقل میگردد. در این مرحله، نباید ذرات گرد و غبار روی لمینیت قرار گیرند. ممکن است یک قطعه ناخوشایند از خاک باعث اتصال کوتاه یا مدارباز شدن شود.
در مرحله بعد، پنل تمیز لایهای از فیلم حساس به نور را به نام Photo Resist دریافت می‌کند. Photo Resist شامل لایهای از مواد شیمیایی واکنش‌پذیر به نور است که پس از قرار گرفتن در معرض نور ماوراءبنفش سخت می‌شوند. این تضمین می‌کند مطابقت دقیقی بین فیلم و Photo Resist وجود دارد. فیلم‌ها روی پین‌هایی قرار می‌گیرند که آن‌ها را روی صفحه لمینت نگه می‌دارد.
فیلم و برد به‌صف می‌شوند و انفجاری از نور UV را دریافت می‌کنند. نور از قسمت‌های واضح فیلم عبور می‌کند و Photo Resist را بر روی مس سخت می‌کند. جوهر سیاه از پلاتر مانع از رسیدن نور به مناطقی که برای سخت شدن نیستند می‌شود و برای خارج شدن از آن مهیا می‌شوند.
پس از آماده شدن برد، آن با محلول قلیایی شست‌وشو داده می‌شود و هرگونه Photo Resist سخت نشده باقیمانده است، از بین می‌برد. سپس با شستشوی با فشار هر چیز دیگری که روی سطح باقیمانده است را از بین می‌برند. سپس، برد خشک می‌شود.
محصول با Photo Resist بر روی مناطق مسی که به معنای باقی ماندن در فرم نهایی است ظاهر می‌شود. یک تکنسین بردها را بررسی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که در این مرحله خطایی رخ نداده است. تمام Photo Resist های موجود در این مرحله حاکی از مس است که در PCB تمام‌شده پدیدار می‌شود.
این مرحله فقط برای بردهایی با بیش از دولایه اعمال می‌شود. بردهای دولایه ساده مستقیماً برای سوراخ‌کاری می‌روند. بردهای چند لایه به مراحل بیشتری نیاز دارند.
ورق با برداشتن Photo Resist سخت نشده و Photo Resist سفت شده‌ای که مس را که می‌خواهیم زیر آن نگه داریم، پوشانده شده است، مرحله بعدی ادامه می‌یابد: برداشت مس ناخواسته. درست همان‌طور که محلول قلیایی Photo Resist را از بین برد، یک ماده شیمیایی قدرتمندتر مس اضافی را از بین می‌برد. حمام محلول حلال مس، همه مس در معرض را از بین می‌برد. در ضمن، مس مورد نظر در زیر لایه سخت شده Photo Resist کاملاً محافظت می‌شود.
همه ورق‌های مسی به‌صورت مشابه ایجاد نمی‌شوند. برخی از ورق‌های سنگین‌تر به مقادیر بیشتری از حلال مس و طول مدت قرار گرفتن در معرض آن نیاز دارند. به‌عنوان یک نکته جانبی، ورق‌های مسی سنگین‌تر برای فاصله بین Track ها نیاز به توجه بیشتری دارند. اکثر PCB های استاندارد به مشخصات مشابه متکی هستند.
اکنون که حلال، مس ناخواسته را از بین برد، Photo Resist سخت شده نیاز به شستشو دارد. یک حلال دیگر این کار را انجام می‌دهد. ورق در حال حاضر فقط با بستر مس لازم برای PCB می‌درخشد.
با تمام لایه‌های تمیز و آماده، لایه‌ها به سوراخ‌های تراز برای اطمینان از هم‌تراز بودن آن‌ها احتیاج دارند. سوراخ‌های تطابق، لایه‌های داخلی را با لایه‌های خارجی تراز می‌کنند. تکنسین لایه‌ها را درون ماشینی بنام پانچ نوری قرار می‌دهد که مطابقت دقیقی را امکان‌پذیر می‌کند؛ بنابراین سوراخ‌های تطابق با دقت پانچ می‌شوند.
پس از قرارگیری لایه‌ها بر روی هم تصحیح هرگونه خطایی که در لایه‌های داخلی اتفاق می‌افتد غیرممکن است. دستگاهی دیگر برای تائید عدم وجود نقص، یک بازرسی نوری خودکار از پنل ها را انجام می‌دهد. طرح اصلی از Gerber که تولیدکننده دریافت کرده است، به‌عنوان مدل استفاده می‌شود. دستگاه لایه‌ها را با استفاده از سنسور لیزر اسکن می‌کند و به مقایسه الکترونیکی تصویر دیجیتال با فایل اصلی Gerber می‌پردازد.
اگر دستگاه ناسازگاری پیدا کند، مقایسه روی یک مانیتور برای ارزیابی تکنسین نمایش داده می‌شود. پس از اینکه لایه مرحله بازرسی را پاس کند، به مراحل نهایی تولید PCB منتقل می‌شود.
در این مرحله، برد مدار شکل می‌گیرد. همه لایه‌های جداگانه، منتظر یکپارچه شدن هستند. با لایه‌های آماده و تائید شده، آن‌ها به‌سادگی نیاز به همجوشی دارند. لایه‌های بیرونی باید با بستر پیوند بخورند. این روند در دو مرحله انجام می‌شود: لایه‌بندی و پیوند زدن.
مواد لایه بیرونی از ورق‌های فایبرگلاس تشکیل شده است که از قبل با رزین اپوکسی آغشته شده‌اند. به این مرحله به‌اختصار Prereg گویند. یک فویل نازک مسی نیز قسمت بالا و پایین زیرلایه اصلی را شامل می‌شود که حاوی Track های مسی است. حالا وقت آن رسیده که آن‌ها با هم ساندویچ شوند.
اتصال در یک میز فلزی سنگین با بستهای فلزی اتفاق می‌افتد. لایه‌ها با اطمینان در پین‌های متصل به جدول قرار می‌گیرند. همه چیز باید کاملاً مناسب باشد تا از تغییر مسیر در هنگام تراز جلوگیری شود.
یک تکنسین با قرار دادن یک لایه Prereg در حوض تراز کار خود را شروع می‌کند. قبل از قرار دادن ورق مس، لایه بستر بیش از پیش آماده می‌شود. ورق‌های بیشتر Prereg در بالای لایه مس قرار دارند. سرانجام، یک فویل آلومینیومی و صفحه پرس مسی پشته را کامل می‌کند. اکنون آماده برای فشرده شدن است.
کل عملیات تحت یک روال خودکار توسط کامپیوتر پیوند انجام می‌شود. رایانه روندهای گرم کردن پشته، نقطه‌ای که در آن فشار وارد می‌شود و موقعی که پشته با سرعت کنترل شده خنک می‌شود را هماهنگ می‌نماید.
در مرحله بعد، مقدار مشخصی از باز کردن رخ می‌دهد. تکنسین با داشتن تمام لایه‌های ساخته شده در یک ساندویچ فوق‌العاده از PCB، به‌راحتی محصول چند لایه PCB را باز می‌کند. این یک کار ساده برای از بین بردن پین‌های مهارکننده و دور انداختن صفحه تحت فشار زیاد است. PCB از درون صفحات آلومینیوم خود پدیدار می‌شود. فویل مس در این فرآیند، لایه‌های بیرونی PCB را تشکیل می‌دهد.
سرانجام، سوراخ‌ها در صفحه پشته ایجاد می‌شوند. تمام اجزای ساخته شده بعدی مانند اتصال مس از طریق سوراخ‌های Via، به صحت سوراخ‌کاری تکیه دارند. سوراخ‌هایی به عرض مو ایجاد می‌شوند – دریل می‌تواند با دقت 100 میکرون کار کند، در حالی که میانگین قطر مو 150 میکرون است.
برای یافتن محل اهداف مته، یک مکان‌یاب اشعه ایکس نقاط مناسب هدف سوراخ‌کاری را مشخص می‌کند. سپس، حفره‌های تطابق مناسب ایجاد می‌شوند تا پشته را برای سوراخ‌های خاص‌تر را نگهداری کنند.
قبل از سوراخ‌کاری، تکنسین بردی از مواد بافر را در زیر هدف مته قرار می‌دهد تا اطمینان حاصل شود که از مته تمیز استفاده شده است. مواد خروجی مانع از پارگی غیرضروری بر روی خروجی مته می‌شود.
یک کامپیوتر هر حرکت میکرونی مته را کنترل می‌کند – طبیعی است که محصولی که رفتار ماشین‌ها را تعیین می‌کند، به کامپیوترها تکیه کند. دستگاه از فایل سوراخ‌کاری طرح اصلی برای شناسایی نقاط مناسب برای به وجود آوردن سوراخ استفاده می‌کند.
دریل‌ها از دوک‌های هدایت هوا استفاده می‌کنند که 150،000 دور در دقیقه می‌چرخند. با این سرعت، شما ممکن است فکر کنید که سوراخ‌کاری در یک لحظه اتفاق می‌افتد، اما سوراخ‌های بسیاری وجود دارد. یک PCB به طور متوسط حاوی بیش از صد نقطه دست نخورده است که باید سوراخ شوند. در حین سوراخ‌کاری، هرکدام با مته به زمان خاص خود نیاز دارند؛ بنابراین زمان می‌برد. سوراخ‌ها بعداً دارای Via های نصب شده و سوراخ‌های مکانیکی مخصوص PCB است. ضمیمه نهایی این قسمت‌ها بعد از آبکاری انجام می‌شود.
پس از سوراخ‌کاری، پنل به سمت آبکاری حرکت می‌کند. این فرآیند لایه‌های مختلف را با استفاده از رسوب شیمیایی به هم متصل می‌کند. پس از تمیز کردن کامل، پنل تحت یک سری حمام‌های شیمیایی قرار می‌گیرد. در طول حمام‌ها، یک فرآیند رسوب شیمیایی یک لایه نازک – تقریباً یک میکرون ضخامت – مس را روی سطح بردها قرار می‌دهد. مس به سوراخ‌های اخیراً حفر شده می‌رود (متالیزه کردن برد).
قبل از این مرحله، سطح داخلی سوراخ‌ها مواد فایبرگلاس را که شامل قسمت داخلی پنل است، در معرض دید قرار می‌دهند. حمام‌های مسی، دیوارهای سوراخ‌ها را کاملاً می‌پوشانند. همچنین، کل پنل یک لایه جدید مس دریافت می‌کند. از همه مهم‌تر سوراخ‌های جدید پوشانده شده‌اند. رایانه‌ها کل فرایند فرو بردن، حذف و پردازش را کنترل می‌کنند.
در مرحله 3، Photo Resist به پنل اعمال کردیم. در این مرحله، ما دوباره این کار را انجام می‌دهیم – با این تفاوت که لایه‌های بیرونی پنل را با طراحی PCB تصویر می‌کنیم. ما با لایه‌ها در یک اتاق استریل شروع می‌کنیم تا مانع از آلوده شدن سطح لایه شویم؛ سپس یک لایه از Photo Resist را به برابر پنل اعمال می‌کنیم. پنل آماده شده به اتاق زرد منتقل می‌شود. لامپ‌های ماوراءبنفش بر Photo Resist تأثیر می‌گذارند. طول موج نور زرد، سطح اشعه ماوراءبنفش به اندازه‌ای که بر Photo Resist اثر بگذارد، ندارد.
شفافیت‌های جوهر سیاه با استفاده از پین‌ها برای جلوگیری از عدم تطابق با پنل محافظت می‌شوند. با وجود پنل و استنسیل در تماس، یک ژنراتور آن‌ها را با نور UV زیاد منفجر می‌کند که Photo Resist را سخت می‌کند. سپس پنل به دستگاهی منتقل می‌شود که Photo Resist سخت نشده را حذف می‌نماید.
این روند نسبت به لایه‌های درونی برعکس است. سرانجام، صفحات بیرونی تحت بررسی قرار می‌گیرند تا Photo Resist ناخواسته در مرحله قبل برداشته شود.
به اتاق آبکاری برمی‌گردیم. همان‌طور که در مرحله 8 انجام دادیم، پنل را با یک لایه نازک مس آبکاری می‌کنیم. قسمت‌های در معرض پنل از مرحله Photo Resist در لایه بیرونی، آبکاری مس را دریافت می‌کنند. پس از حمام‌های اولیه آبکاری مس، پنل معمولاً آبکاری قلع را دریافت می‌کند که اجازه می‌دهد تمام مس باقیمانده روی صفحه را که برای جدا کردن تنظیم شده است، جدا کند. قلع قسمتی از پنل را که قرار است دارای مس باشد، در مرحله اچ بعدی محافظت می‌کند. اچ کردن مس ناخواسته را از پنل جدا می‌کند.
سرانجام، برد برای بهبود Solder Mask، درون فر قرار می‌گیرد.
برای افزودن توانایی لحیم‌کاری اضافی به PCB، از نظر شیمیایی آن‌ها را با طلا یا نقره آبکاری می‌کنند. برخی از PCB نیز در این مرحله پدهای سطح هوای گرم دریافت می‌کنند. تسطیح هوای گرم به پدهای یکنواخت منجر می‌شود. این روند منجر به تولید سطح نهایی می‌شود.
قلع در این مرحله از مس مورد نظر محافظت می‌کند. مس ناخواسته در معرض و نیز مس موجود در زیر لایه Photo Resist باقیمانده تحت حذف قرار می‌گیرند. مجدداً از محلول‌های شیمیایی برای از بین بردن مس اضافی استفاده می‌شود. در همین حال، قلع در این مرحله از مس ارزشمند محافظت می‌کند.
مناطق رسانا و اتصالات در حال حاضر به درستی برقرار شده‌اند.
برا محافظت از برد لایهای عایق به نام Solder Mask یا چاپ سبز اجرا می شود. قبل از اینکه Solder Mask در دو طرف برد اعمال شود، پنل ها با جوهر Solder Mask اپوکسی تمیز و پوشانده می‌شوند. پنل ها یک انفجار از نور ماوراءبنفش دریافت می‌کنند که از طریق فیلم Solder Mask عبور می‌کند. قسمت‌های تحت پوشش بدون کنترل باقیمانده و تحت حذف خواهند بود.
بردی تقریباً تکمیل شده، جت جوهر را روی سطح خود دریافت می‌کند که برای نشان دادن تمام اطلاعات حیاتی (راهنما) مربوط به PCB استفاده می‌شود. PCB سرانجام بر آخرین مرحله پوشش و پخت می‌گذرد.
به‌عنوان احتیاط نهایی، یک تکنسین تست‌های الکتریکی را بر روی PCB انجام می‌دهد. رویه خودکار عملکرد PCB و مطابقت آن با طرح اصلی را تائید می‌کند.
اکنون به مرحله آخر رسیده‌ایم: برش. بردهای مختلف از پنل اصلی برش داده می‌شود. روش استفاده از روتر یا شیار v است. روتر زبانه‌های کوچک را در امتداد لبه‌های صفحه قرار می‌دهد در حالی که شیار v کانال‌های مورب را در امتداد هر دو طرف برد می‌شکند. هر دو روش به بردها اجازه می‌دهد تا به‌راحتی از پنل خارج شوند.
