Metody výroby PCB: výrobní technologie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

V přístrojové technice a elektronice obecně hrají desky plošných spojů zásadní roli jako nosiče elektrických propojení. Na této funkci závisí kvalita zařízení a jeho základní výkon. Moderní metody výroby desek plošných spojů se řídí možností spolehlivé integrace základny prvků s vysokou hustotou rozložení, což zvyšuje výkon vyráběného zařízení.

Přehled PCB

Hovoříme o produktech založených na plochém izolačním podkladu, jehož konstrukce má drážky, otvory, výřezy a vodivé obvody. Ty slouží ke spínání elektrických zařízení, z nichž některá nejsou součástí deskového zařízení jako takového a druhá část je na něm umístěna jako lokální funkční uzly. Je důležité zdůraznit, že umístěníz výše uvedených konstrukčních prvků jsou vodiče a pracovní části v návrhu výrobku zpočátku prezentovány jako promyšlený elektrický obvod. Pro možnost budoucího pájení nových prvků jsou zajištěny metalizované povlaky. Dříve se k vytváření takových povlaků používala technologie nanášení mědi. Jedná se o chemickou operaci, kterou dnes mnoho výrobců opustilo kvůli použití škodlivých chemikálií, jako je formaldehyd. Byl nahrazen ekologičtějšími metodami výroby desek plošných spojů s přímou metalizací. Mezi výhody tohoto přístupu patří možnost kvalitního zpracování silných a oboustranných desek.

Materiály na výrobu

Mezi hlavní spotřební materiál patří dielektrika (fóliovaná nebo nefoliovaná), kovové a keramické přířezy pro základ desky, sklolaminátová izolační těsnění atd. Klíčovou roli v zajištění potřebných výkonnostních vlastností výrobku hraje nejen podle základních konstrukčních materiálů pro základy, kolik venkovních nátěrů. Zejména použitý způsob výroby desek plošných spojů určuje požadavky na lepicí materiály pro těsnění a adhezivní povlaky pro zlepšení adheze povrchů. Epoxidové impregnace se tedy široce používají pro lepení a polymerní lakové kompozice a filmy se používají k ochraně před vnějšími vlivy. Papír, sklolaminát a sklolaminát se používají jako plniva pro dielektrika. V tomto případě epoxyfenolové, fenolické aepoxidové pryskyřice.

Technologie jednostranných desek plošných spojů

Tato výrobní technika je jednou z nejběžnějších, protože vyžaduje minimální investice do zdrojů a vyznačuje se relativně nízkou úrovní složitosti. Z tohoto důvodu je široce používán v různých průmyslových odvětvích, kde je v zásadě možné organizovat práci automatizovaných dopravníkových linek pro tisk a leptání. Typické operace výroby jednostranných desek s plošnými spoji zahrnují následující:

• Příprava základny. Čistý list je nařezán na požadovaný formát mechanickým řezáním nebo děrováním.
• Vytvarovaný balík s přířezy je přiváděn na vstup výrobní linky dopravníku.
• Čištění polotovarů. Obvykle se provádí mechanickou deoxidací.
• Barvy pro tisk. Technologie šablon se používá k nanášení technologických a značkovacích symbolů, které jsou odolné proti leptání a vytvrzují se vlivem ultrafialového záření.
• Leptání měděnou fólií.
• Odstranění ochranné vrstvy z laku.

Tímto způsobem se získávají málo funkční, ale levné desky. Jako spotřební surovina se obvykle používá papírový základ - getinaky. Pokud je kladen důraz na mechanickou pevnost produktu, pak lze použít i kombinaci papíru a skla ve formě vylepšeného getinaxu třídy CEM-1.

Subtraktivní výrobní metoda

Kontury vodičůpodle této techniky vznikají jako výsledek leptání měděné fólie na bázi ochranného obrazu v kovovém rezistoru nebo fotorezistu. Existují různé možnosti implementace subtraktivní technologie, z nichž nejběžnější zahrnuje použití suchého filmového fotorezistu. Proto se tomuto přístupu říká také fotoodporová metoda výroby desek plošných spojů, která má své klady i zápory. Metoda je poměrně jednoduchá a v mnoha ohledech univerzální, ale na výstupu z dopravníku se získávají také desky s nízkou funkčností. Technologický postup je následující:

• Fóliové dielektrikum se připravuje.
• V důsledku vrstvení, expozice a vyvolávání se ve fotorezistu vytvoří ochranný vzor.
• Proces leptání měděné fólie.
• Odstranění ochranného vzoru z fotorezistu.

Pomocí fotolitografie a fotorezistu je na fólii vytvořena ochranná maska v podobě vzoru vodičů. Poté se na exponovaných místech měděného povrchu provede leptání a filmový fotorezist se odstraní.

V alternativní verzi subtraktivního způsobu výroby desek s plošnými spoji je fotorezist navrstven na fóliové dielektrikum, které bylo předtím opracováno tak, aby vytvořilo otvory a předem pokoveno o tloušťce až 6-7 mikronů. Leptání se provádí postupně na plochách nechráněných fotorezistem.

Aditivní tvarování PCB

ProstřednictvímTato metoda může vytvářet vzory s vodiči a mezerami v rozsahu 50 až 100 µm na šířku a 30 až 50 µm na tloušťku. Je aplikován elektrochemický přístup s galvanickým selektivním nanášením a bodovým lisováním izolačních prvků. Zásadní rozdíl mezi touto metodou a metodou subtraktivní je v tom, že jsou aplikovány kovové vodiče, nikoli leptané. Ale metody aditivní výroby desek s plošnými spoji mají své vlastní rozdíly. Zejména se dělí na čistě chemické a galvanické metody. Nejčastěji používaná chemická metoda. V tomto případě tvorba vodivých obvodů v aktivních oblastech zajišťuje chemickou redukci kovových iontů. Rychlost tohoto procesu je asi 3 µm/h.

Pozitivní kombinovaná výrobní metoda

Tato metoda se také nazývá semiaditivní. V práci jsou použita fóliová dielektrika, ale menší tloušťky. Například lze použít fólie od 5 do 18 mikronů. Dále se vytváření vzoru vodičů provádí podle stejných modelů, ale hlavně s galvanickým nanášením mědi. Klíčový rozdíl mezi metodou lze nazvat použití fotomasek. Používají se v kombinované pozitivní metodě výroby desek plošných spojů ve fázi předmetalizace o tloušťce až 6 mikronů. Jedná se o takzvaný postup galvanického utahování, při kterém je fotoodporový prvek aplikován a exponován přes fotomasku.

Výhody kombinované metodyVýroba PCB

Tato technologie umožňuje vytvářet prvky obrazu se zvýšenou přesností. Například pozitivní metodou výroby desek plošných spojů na fólii spotřební o tloušťce až 10 mikronů je možné získat rozlišení vodičů až 75 mikronů. Spolu s vysokou kvalitou dielektrických obvodů je zajištěna také efektivnější povrchová izolace s dobrou přilnavostí potištěného substrátu.

Metoda párového lisování

Technologie je založena na metodě vytváření mezivrstvových kontaktů pomocí metalizovaných otvorů. V procesu vytváření vzoru vodičů se používá sekvenční příprava segmentů budoucí základny. V této fázi se používá semiaditivní způsob výroby desek plošných spojů, po kterém se z připravených jader sestaví vícevrstvý obal. Mezi segmenty je speciální obložení ze skelného vlákna upraveného epoxidovými pryskyřicemi. Tato kompozice po zmáčknutí může vytéct, vyplnit pokovené otvory a chránit galvanizovaný povlak před chemickým napadením během dalších technologických operací.

Metoda vrstvení PCB

Další způsob, který je založen na použití několika segmentů potištěných substrátů k vytvoření komplexní funkční struktury. Podstata metody spočívá v postupném ukládání vrstev izolace s vodiči. Zároveň je nutné zajistit spolehlivé kontakty mezi sousedními vrstvami, což je zajištěnogalvanické měděné nánosy v oblastech s izolačními otvory. Mezi výhody tohoto způsobu výroby vícevrstvých desek plošných spojů lze zařadit vysokou hustotu rozložení funkčních prvků s možností kompaktní montáže v budoucnu. Tyto vlastnosti jsou navíc zachovány na všech vrstvách konstrukce. Tato metoda má ale i nevýhody, z nichž hlavní je mechanický tlak na předchozí vrstvy při nanášení další. Z tohoto důvodu je technologie omezena maximálním přípustným počtem nanášených vrstev - do 12.

Závěr

S rostoucími požadavky na technické a provozní vlastnosti moderní elektroniky se nevyhnutelně zvyšuje technologický potenciál v nástrojích samotných výrobců. Platformou pro realizaci nových nápadů je často právě plošný spoj. Kombinovaný způsob výroby tohoto prvku ukazuje úroveň moderních výrobních možností, díky nimž mohou vývojáři vyrábět ultrasložité rádiové komponenty s unikátní konfigurací. Další věcí je, že koncept růstu po vrstvách se ne vždy v praxi ospravedlňuje v aplikacích v nejjednodušší radiotechnice, takže zatím jen málo firem přešlo na sériovou výrobu takových desek. Navíc přetrvává poptávka po jednoduchých obvodech s jednostranným designem a používáním levného spotřebního materiálu.