Produkcja elektroniki – jak powstają płytki PCB?

Elektronika towarzyszy nam na każdym kroku, a sercem elektroniki oraz centrum dowodzenia sprzętu są płytki PCB, na których zamontowane komponenty odpowiadają za różne funkcjonalności. Jak jednak powstaje taka płytka PCB?

Produkcja elektroniki – przygotowanie PCB

Firmy, które zajmują się produkcją elektroniki nazywane są firmami EMS. Są one wyposażone w nowoczesne parki maszynowe, a zaawansowane technologicznie urządzenia pomagają wyprodukować elektronikę w jak najwyższej jakości i dokładności. Produkcja elektroniki najpopularniejszych płytek PCB 2-warstwowych odbywa się w następujący sposób:

1. Sprawdzenie plików projektowych – to pliki nazywane gerberami. Jest to zbiór formatów opisujących projekt w sposób zrozumiały dla maszyn. Sprawdzenie takich plików pozwala na wskazanie ewentualnych problemów, jakie mogą wystąpić podczas produkcji elektroniki. Weryfikacja odbywa się zarówno w sposób automatyczny, ale także sprawdza je inżynier, który specjalizuje się w tej dziedzinie. W razie konieczności inżynier proponuje poprawki w projekcie (w przypadku małych problemów).
2. Przygotowanie laminatu – dobry producent elektroniki posiada w swoim magazynie laminaty o różnych wymiarach i parametrach, dzięki czemu są zawsze na miejscu. Laminaty różnić się mogą grubością miedzi, grubością warstwy izolacyjnej czy materiałem wykonania warstwy izolacyjnej. Po wybraniu odpowiedniego arkusza laminatu docina się go i oczyszcza, a brzegi oszlifowuje się i zabezpiecza.
3. Nawiercanie – przygotowany wcześniej arkusz nawierca się, wykonując otwory: montażowe, pod przelotki, ułatwiające pozycjonowanie elementów na późniejszych etapach produkcji. Otwory mają różną średnicę i wykonywane są za pomocą automatycznej wiertarki – maszyny zmieniającej wiertła w zależności od potrzeb projektu.
4. Metalizacja – polega na stworzeniu cienkiej powłoki miedzi w nawierconych otworach. Wykorzystuje się do tego specjalnie przygotowaną kąpiel chemiczną. W ten sposób łączy się warstwy miedzi poprzez tzw. przelotki.
5. Nanoszenie warstwy światłoczułej – stanowi ją specjalna folia nanoszona na laminat. Na folię nakładana jest specjalna maska, tzw. klisza, gdzie nadrukowane są ścieżki projektu mające zabezpieczyć ścieżki przed utwardzeniem. Następnie laminat z folią światłoczułą i kliszą umieszczana jest w lampie UV, gdzie dochodzi do utwardzenia niezabezpieczonych miejsc. Następnie nieutwardzona warstwa folii zostaje oczyszczona, a laminat ląduje w piecu dla lepszego mechanicznego zabezpieczenia.
6. Nanoszenie powłoki z cyny – laminat pokrywa się cyną, która ląduje w miejscach niezabezpieczonych przez utwardzoną warstwę światłoczułą. Wykonuje się to poprzez zanurzenie laminatu w roztworze SnPb. Kolejnym krokiem jest kąpiel chemiczna, która roztapia i usuwa powłokę światłoczułą, odsłaniając miedź.
7. Trawienie miedzi – to tutaj dochodzi do formowania ścieżek i padów płytki PCB. Ten proces chemiczny jest kluczowy w przypadku produkcji elektroniki – miedź niezabezpieczona we wcześniejszych etapach zostaje usunięta z laminatu. Następnie dochodzi do usunięcia powłoki z cyny w kąpieli chemicznej. Uzyskujemy laminat ze ścieżkami i padami wykonanymi z miedzi.
8. Kontrola jakości – wykonane płytki są sprawdzane pod względem zgodności z projektem.
9. Nakładanie soldermaski – proces ten jest zbliżony do sitodruku. Nakłada się na laminat specjalną, polimerową farbę przy użyciu szablonu, który zasłania pola lutownicze. To tutaj płytka PCB zyskuje swój najpowszechniejszy kolor – zielony, chociaż produkcja elektroniki przewiduje także możliwość korzystania z innych kolorów, np. czerwony, czarny.
10. Drukowanie opisów – podobnie jak w poprzednim kroku, specjalny szablon zostaje nałożony na laminat, a następnie metodą zbliżoną do sitodruku nanosi się opisy elementów, jakie zostaną umieszczone na płytce.
11. Powlekanie niezabezpieczonej miedzi – miedź szybko się utlenia, dlatego należy ją zabezpieczyć. Do tego celu służy metalizowana powłoka, np. ze złota technicznego lub cyny.
12. Cięcie i frezowanie – ogromny arkusz laminatu zostaje tutaj nacięty, dzięki czemu można następnie samemu oddzielić poszczególne PCB z wielkiego arkusza.
13. Testy – ostatnim krokiem produkcji PCB jest testowanie elektryczne i zgodności z projektem.

W przypadku wielowarstwowych płytek ten proces wydłuża się i nieco zmienia w stosunku do kolejności przez konieczność wykonywania kilkukrotnie niektórych kroków ze względu na większą ilość warstw.

Producent elektroniki

W Polsce firmy zajmujące się produkcją elektroniki specjalizują się głównie w montażach z dostarczonych przez zleceniodawcę komponentów. Istnieją jednak firmy oferujące kompleksową ofertę, takich jak https://printor.pl, ten producent elektroniki wykonuje zamówienie klienta od A do Z, czyli od produkcji PCB, poprzez montaże SMT i THT, a kończąc na testowaniu i dodatkowych usługach, które zaspokoją potrzeby klienta. Dobry producent elektroniki podchodzi do każdego zlecenia w sposób indywidualny, mając na uwadze potrzeby klienta i specyfikę danego zlecenia.