Quy trình sản xuất bảng mạch PCB/FPCB

Quy trình sản xuất bảng mạch PCB đòi hỏi một quá trình phức tạp để đảm bảo hiệu suất của thành phẩm. Bảng mạch in có thể là bảng mạch một lớp, hai lớp hay nhiều lớp, quy trình chế tạo được sử dụng chỉ khác nhau sau khi sản xuất lớp đầu tiên. Số lượng các bước cần thiết để sản xuất bảng mạch in tương quan với độ phức tạp của chúng. Bỏ qua bước nào hoặc cắt bước quy trình có thể tác động tiêu cực đến hiệu suất của bảng mạch.

Nhìn chung thì quy trình sản xuất bảng mạch sẽ phải trải qua các bước như sau:

Bước 1: Thiết kế bảng mạch in.

Bước khởi đầu bất kỳ quy trình sản xuất bảng mạch PCB chính là thiết kế.

Bước 2: Đánh giá thiết kế bảng mạch

Một bước quan trọng khác của quá trình chế tạo bảng mạch in liên quan đến việc kiểm tra thiết kế để tìm các lỗi hoặc sai sót tiềm ẩn.

Một kỹ sư xem xét mọi phần của thiết kế PCB để đảm bảo không có thành phần nào bị thiếu hoặc cấu trúc không chính xác.

Sau khi kỹ sư xác nhận bảng mach không có lỗi sai gì sẽ được chuyển sang bộ phận in.

Bước 3: In thiết kế

Quy trình sản xuất bảng mạch PCB sẽ tiếp tục sau khi tất cả các kiểm tra hoàn tất, thiết kế PCB có thể được in.

Đọc thêm: Ứng dụng các loại bảng mạch in PCB

Bước 4: Giai đoạn hình thành bảng mạch cho các lớp bên trong

Làm sạch bề mặt sản phẩm qua thiết bị xử lý bề mặt (Soft ETching/Brush/Oxide,…) để làm sạch bề mặt và tạo độ bám dính để ép dán.

Tấm ép dán được bao phủ bởi một loại phim nhạy quang hay còn gọi là chất cảm quang- Dryfilm.

Chất cảm quang được làm bằng một lớp hóa chất phản ứng quang đông cứng lại sau khi chúng tiếp xúc với tia UV. Phần nhận được ánh sáng của tia UV sẽ đông cứng lại còn phần không nhận được ánh sáng chiếu đến những vùng không cần thiết cứng lại để sau này có thể loại bỏ chúng.

Sau khi bảng đã được chuẩn bị xong, nó được rửa bằng dung dịch kiềm để loại bỏ các chất cảm quang còn sót lại. Sau đó, tấm bảng mạch  được rửa bằng áp lực để loại bỏ bất cứ thứ gì còn sót lại trên bề mặt và để khô.

Sau khi làm khô, chất cảm quang còn lại trên bảng mạch PCb nằm trên phần đồng. Sau đó nếu không có vấn đề lỗi gì xảy ra sẽ được chuyển sang bước tiếp theo của quy trình sản xuất bảng mạch PCB.

Bước 5: Loại bỏ đồng ở lớp hoặc lõi bên trong

Lõi hoặc các lớp bên trong của bảng mạch in cần phải loại bỏ thêm đồng trước khi quá trình chế tạo PCB có thể tiếp tục, chỉ để lại lượng đồng cần thiết của bo mạch. Bước này có thể thay đổi theo thời gian hoặc lượng dung môi ăn mòn đồng được sử dụng. PCB lớn hoặc những loại có cấu trúc nặng hơn có thể sử dụng nhiều đồng hơn, dẫn đến nhiều đồng phải trải qua quá trình khắc để loại bỏ. Do đó, các bảng này sẽ cần thêm thời gian hoặc dung môi.

Bước 6: Căn chỉnh lớp

Sau khi từng lớp của PCB đã được làm sạch, chúng đã sẵn sàng để căn chỉnh lớp và kiểm tra quang học. Các lỗ trước đó được sử dụng để căn chỉnh các lớp bên trong và bên ngoài. Để căn chỉnh các lớp, cần đặt chúng vào một loại máy đột được gọi là máy đột quang. Đục quang truyền một chốt xuyên qua các lỗ để xếp các lớp của bảng mạch in.

Bước 7: Kiểm tra ngoại quan sản phẩm

Sau khi đục lỗ quang học, một máy khác thực hiện kiểm tra ngoại quan sản phẩm (AOI) để đảm bảo không có lỗi. Việc kiểm tra ngoại quan sản phẩm trong quy trình sản xuất bảng mạch PCB là cực kỳ quan trọng vì một khi các lớp được đặt lại với nhau, bất kỳ lỗi nào tồn tại đều không thể sửa được. Để xác nhận rằng không có lỗi xảy ra, máy AOI so sánh PCB với thiết kế, đóng vai trò là mô hình của nhà sản xuất.

Sau khi PCB được kiểm tra – nghĩa là cả kỹ thuật viên và máy AOI đều không tìm thấy bất kỳ lỗi nào – nó sẽ chuyển sang một vài bước cuối cùng của quá trình sản xuất và chế tạo PCB.

Bước AOI rất quan trọng đối với hoạt động của bảng mạch in. Nếu không có nó, các bảng mạch có thể bị đoản mạch, không đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế hoặc có thêm đồng không được tháo ra trong quá trình ăn mòn đồng có thể đi qua phần còn lại của quá trình. AOI ngăn chặn các bo mạch bị lỗi tiếp tục bằng cách đóng vai trò như một điểm kiểm tra chất lượng giữa quá trình sản xuất. Sau đó, quá trình này lặp lại đối với các lớp bên ngoài sau khi các kỹ sư hoàn thành việc tạo hình và khắc chúng.

Bước 8: Xếp lớp các lớp PCB

Khi các lớp đã được xác nhận là không có lỗi xảy ra, các lớp PCB sẽ được ghép tầng với nhau.

Quá trình ghép tầng PCB được thực hiện theo 2 bước: bước xếp lớp và bước ép Hot Press(ép nhiệt)

Cấu trúc layup khi tiến hành xếp lớp

Đọc thêm: Sự khác biệt của giấy Nomex và Giấy Kraft trong ứng dụng xếp tầng ép HotPress

Bước 9: Khoan

Trước khi khoan, một máy X-quang được sử dụng để xác định vị trí các điểm khoan. Sau đó, các lỗ đăng ký / hướng dẫn được khoan để ngăn xếp PCB có thể được bảo vệ trước khi khoan các lỗ cụ thể hơn. Khi đến thời điểm để khoan những lỗ này, một máy khoan dẫn hướng bằng máy tính sẽ được sử dụng để tự tạo các lỗ khoan, sử dụng tệp từ thiết kế.

Khi quá trình khoan được hoàn tất, sẽ được xử lý bề mặt đồng còn sót lại trong quá trình khoan bằng cách mài burr để tránh lỗi xảy ra cho công đoạn sau.

Bước 10: Mạ bảng mạch PCB

Trước đó trong quy trình sản xuất bảng mạch PCB (Bước 4), một chất cản quang đã được áp dụng cho bảng điều khiển PCB. Trong Bước 11, đã đến lúc áp dụng một lớp chất cản quang khác. Tuy nhiên, lần này chất cản quang chỉ được áp dụng cho lớp bên ngoài, vì nó vẫn cần được chụp ảnh. Sau khi các lớp bên ngoài đã được phủ bằng chất cản quang và chụp ảnh, chúng sẽ được mạ giống hệt như cách các lớp bên trong của PCB được mạ ở bước trước.

Bước 12: Ăn mòn lớp ngoài PCB

Khi đến lúc ăn mòn lớp bên ngoài, bộ phận bảo vệ bằng dryfilm (chất cảm quang)được sử dụng để giúp bảo vệ đồng trong quá trình ăn mòn. Bất kỳ phần đồng không mong muốn nào được loại bỏ bằng cách sử dụng một dung môi đồng trước đó, với Dryfilm (chất cảm quang) bảo vệ đồng có giá trị của khu vực ăn mòn.

Sau khi loại bỏ được đồng không cần thiết và loại bỏ Dryfilm (chất cảm quang) thì sản phẩm sẽ lại được đi kiểm tra AOI- kiểm tra lỗi của bảng mạch trong quá trình hình thành tạo mạch.

Bước 13: Kiểm tra ngoại quan sản phẩm lớp ngoài

Cũng như lớp bên trong, lớp bên ngoài cũng được kiểm tra ngoại quan sản phẩm. Việc kiểm tra ngoại quan sản phẩm này đảm bảo lớp đáp ứng các yêu cầu chính xác của thiết kế. Nó cũng xác minh rằng bước trước đã loại bỏ tất cả đồng thừa ra khỏi lớp để tạo ra một bảng mạch in hoạt động đúng cách sẽ không tạo ra các kết nối điện không đúng cách.

Nguồn: Internet

Bước 14: Ứng dụng Skillscreen.

Bởi vì PCB cần có thông tin trực tiếp trên bảng, các nhà chế tạo phải in dữ liệu quan trọng bên trên bề mặt của bảng trong một quy trình được gọi là ứng dụng Skillscreen hay còn được gọi là in chú giải. Thông tin này bao gồm những điều sau:

• Số ID công ty
• Nhãn cảnh báo
• Các nhãn hiệu hoặc logo của nhà sản xuất
• Số bộ phận
• Bộ định vị ghim và các dấu tương tự.

Sau khi in các thông tin trên lên các bảng mạch in, thường bằng máy in phun, các PCB sẽ được hoàn thiện bề mặt.

Bước 15: Hoàn thiện bảng mạch PCB

Việc hoàn thiện PCB yêu cầu mạ bằng các vật liệu dẫn điện là bước tiếp theo của quy trình sản xuất bảng mạch PCB chẳng hạn như sau :

• Bạc ngâm: Suy hao tín hiệu thấp, không chứa chì, tuân thủ RoHS, lớp sơn hoàn thiện có thể bị oxy hóa và xỉn màu
• Vàng cứng: Bền, thời hạn sử dụng lâu dài, tuân thủ RoHS, không chứa chì, đắt tiền
• Vàng ngâm niken không điện (ENIG): Một trong những lớp hoàn thiện phổ biến nhất, thời hạn sử dụng lâu dài, tuân thủ RoHS, đắt hơn so với các tùy chọn khác
• Máy hàn bằng khí nóng (HASL): Tiết kiệm chi phí, bền lâu, có thể làm lại, chứa chì, không tuân thủ RoHS
• HASL không chì: Tiết kiệm chi phí, không chứa chì, tuân thủ RoHS, có thể làm lại
• Thiếc ngâm (ISn): Phổ biến cho các ứng dụng vừa vặn với máy ép, dung sai chặt chẽ cho các lỗ, tuân thủ RoHS, việc xử lý PCB có thể gây ra các vấn đề về hàn, râu thiếc
• Chất bảo quản khả năng hàn hữu cơ (OSP): Tuân thủ RoHS, tiết kiệm chi phí, thời hạn sử dụng ngắn
• Vàng ngâm không niken không điện (ENEPIG ): Độ bền hàn cao, giảm ăn mòn, yêu cầu xử lý cẩn thận để có hiệu suất phù hợp, ít tiết kiệm chi phí hơn so với các lựa chọn không sử dụng vàng.

Nguồn: Internet

Bước 16: Kiểm tra độ tin cậy

Sau khi PCB đã được phủ và bảo dưỡng (nếu cần), kỹ thuật viên sẽ tiến hành kiểm tra pin trên các khu vực khác nhau của PCB để đảm bảo chức năng.

Các thử nghiệm chính được thực hiện là thử nghiệm tính liên tục của mạch và thử nghiệm cách ly.

• Kiểm tra tính liên tục của mạch sẽ kiểm tra bất kỳ sự ngắt kết nối nào trong PCB, được gọi là “open”.
• Mặt khác, kiểm tra cách ly mạch sẽ kiểm tra các giá trị cách ly của các bộ phận khác nhau của PCB để kiểm tra xem có bất kỳ lỗi nào không.
• Trong khi các bài kiểm tra điện chủ yếu tồn tại để đảm bảo chức năng, chúng cũng hoạt động như một bài kiểm tra xem thiết kế PCB ban đầu đã đứng vững như thế nào đối với quy trình sản xuất bảng mạch PCB.

Đọc thêm: Quá trình hình thành và chế tạo bảng mạch PCB

Bước 17: Dập cắt PCB

Xác định hình dạng và kích thước của các bảng mạch riêng lẻ được cắt ra từ bảng mạch to chứa nhiều bảng mạch riêng lẻ.

Bước 18: Kiểm tra chất lượng

Sau khi chấm điểm và tách các bảng ra, PCB phải trải qua một lần kiểm tra cuối cùng trước khi đóng gói và vận chuyển. Lần kiểm tra cuối cùng này xác minh một số khía cạnh của việc xây dựng bảng:

• Kích thước lỗ phải phù hợp trên tất cả các lớp và đáp ứng các yêu cầu thiết kế.
• Kích thước bảng phải phù hợp với kích thước trong thông số kỹ thuật thiết kế.
• Đảm bảo sự sạch sẽ để các bảng không có bụi trên chúng.
• Bảng thành phẩm không được có gờ hoặc cạnh sắc.
• Tất cả các bảng không đạt yêu cầu kiểm tra độ tin cậy điện phải được sửa chữa và kiểm tra lại.

Bước 19: Đóng gói và giao hàng

Công đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất PCB là đóng gói và giao hàng. Bao bì thường bao gồm vật liệu bịt kín xung quanh bảng mạch in để tránh bụi và các vật liệu lạ khác. Các tấm ván kín sau đó đi vào các thùng chứa để bảo vệ chúng khỏi bị hư hại trong quá trình vận chuyển. Cuối cùng, họ đi giao hàng cho khách.

Achilles là nhà phân phối các sản phẩm của Dupont như Phim khô cảm quang-Dryfilm, Phim cách điện Kapton, Giấy cách điện Nomex,… 

Để được tìm hiểu thêm và chi tiết về các sản phẩm của Achilles truy cập website của chúng tôi, hoặc liên hệ với chúng tôi theo số Hotline:098 469 4884 hoặc email : info@achilles.com.vn.