プリント基板はどうするか：テクノテック工場の見学

今日は、私たち自身にとって少し変わった役割で話します。ガジェットについてではなく、その背後にあるテクノロジーについてお話します。 1か月前、私たちはカザンにいました。そこでは、 ナビゲーターキャンパスの人たちと会いました。 同時に、近くの（まあ、比較的近い）PCB工場-Technotechを訪問しました。 この投稿は、同じプリント回路基板がどのように製造されるかを理解しようとする試みです。



それでは、PCBはお気に入りのガジェットに対してどのように機能しますか？





工場は、最初から最後までボードを作成する方法を知っています-技術仕様に従ってボードを設計し、グラスファイバーを製造し、片面および両面のプリント回路基板を製造し、多層プリント回路基板を製造し、マーキング、チェック、手動および自動アセンブリおよびはんだ付けを行います。

手始めに、両面ボードの機能を紹介します。 それらの製造プロセスは、OPPの製造において2番目の面で操作を行わないことを除いて、片面プリント基板の製造と変わりません。

回路基板の製造方法について

一般に、プリント回路基板のすべての製造方法は、加算（ラテン語additioから-加算）と減算（ラテン語subtraatioから-減算）の2つの広いカテゴリに分類できます。 サブトラクティブテクノロジーの例は、よく知られているLUT（レーザーアイロンテクノロジー）とそのバリエーションです。 この技術を使用してプリント回路基板を作成するプロセスでは、ファイバーグラスシート上の将来のトラックをレーザープリンターからのトナーで保護し、塩素鉄に含まれる不要なものをすべて除去します。

付加的な方法では、反対に、導電性経路が何らかの方法で誘電体の表面に適用されます。

準加法（組み合わせとも呼ばれることもあります）-古典的な加法と減法の交差。 この方法によるPPの製造中、導電性コーティングの一部はエッチングされることがあります（塗布後ほとんどの場合）が、原則としてこれはサブトラクティブ法よりも速く/簡単/安価に行われます。 ほとんどの場合、これはトラックの厚さのほとんどが電気めっきまたは化学的方法によって成長し、エッチングを受ける層が薄く、電気めっきの導電性コーティングとしてのみ機能するという事実の結果です。

組み合わせた方法を正確に示します。

複合ポジ法（セミアディティブ法）による2層プリント回路基板の製造

ガラス繊維製造

このプロセスは、フォイルグラスファイバーの製造から始まります。 グラスファイバーは、グラスファイバーの薄いシート（高密度の光沢のある生地のように見える）で構成され、エポキシ樹脂を含浸させ、スタックでシートにプレスする材料です。

グラスファイバーのキャンバス自体もあまり単純ではありません-これらは（シャツの普通の生地のように）普通のガラスの細いフィラメントで織られています。 それらは非常に薄いため、どの方向にも簡単に曲がることができます。 次のようになります。



Wikipediaの辛抱強い写真で繊維の方向を確認できます。



ボードの中央では、明るい領域-これらの繊維はカットに対して垂直になり、セクションはわずかに暗くなります-平行になります。

または、 この記事から思い出すように、たとえばtiberiusの顕微鏡写真では：





それでは始めましょう。

ガラス繊維布は、これらのリールで生産されます。



部分的に硬化したエポキシ樹脂がすでに含浸されています。このような材料は、英語のpre-pregnated-pre-impregnatedから、 プリプレグと呼ばれています。 樹脂はすでに部分的に硬化しているため、液体の状態ほど粘着性はありません。シートは樹脂で汚れる心配なく、手で取ることができます。 樹脂は、箔が加熱されたときにのみ液体になり、その後数分間だけ最終的に硬化します。

銅箔と一緒に必要な層の数は、このデバイスでここに収集されます。



そして、これがホイルの巻そのものです。



次に、キャンバスを細かく切断し、2人の人間の成長の高さで印刷機に入ります。



写真はプロダクションマネージャーのウラジミール・ポタペンコです。

プレス中の加熱技術は興味深いことに実装されています。プレスの部品ではなく、箔自体が加熱されます。 シートの両側に電流が供給され、フォイルの抵抗により、将来のグラスファイバーのシートが加熱されます。 プレスは非常に低い圧力で行われ、PCB内の気泡の出現を排除します。



加圧中、加熱と圧力により、樹脂が軟化して空隙を満たし、重合後に単一のシートが得られます。

以下がその1つです。



特別な機械でボードのブランクにカットされます：



テクノテックでは、305x450-小グループのブランク、457x610-大ブランクの2種類のブランクを使用しています

その後、空白のセットごとにルートマップが印刷され、旅が始まります...



ルートマップは、操作のリスト、ボードに関する情報、およびバーコードが記載された紙です。 作業の実行を制御するために、1C 8が使用されます。そこには、注文、技術プロセスなどに関するすべての情報が入力されます。 次の生産段階が完了すると、ルートシートのバーコードがスキャンされ、データベースに入力されます。

ワーク穴あけ

単層および二層のプリント回路基板の生産における最初の段階は、穴あけです。 多層ボードでは、すべてがより複雑になります。これについては後で説明します。 ルートシート付きのビレットが掘削現場に到着します：



穴あけ用のパッケージは、ブランクから組み立てられます。 これは、基板（合板などの素材）、1〜3個の同一のプリント回路基板のブランク、およびアルミ箔で構成されています。 ドリルがワークピースの表面に接触しているかどうかを判断するには、フォイルが必要です。これが、マシンがドリルの破損を判断する方法です。 ドリルをキャプチャするたびに、レーザーでその長さとシャープネスを制御します。



パッケージを組み立てた後、このマシンに配置されます。



とても長いので、この写真をいくつかのフレームからステッチしなければなりませんでした。 これは、正確なモデルであるPosaluxのスイスのマシンですが、残念ながらわかりません。 特性によると、彼はこれに近い。 彼は、400Vの電圧で3倍の3相電源を食べ、動作中に20 kWを消費します。 機械の重量は約8トンです。 異なるプログラムの4つのパッケージを同時に処理できます。これにより、サイクルごとに合計12の料金がかかります（当然、1つのパッケージのすべてのブランクは同じ方法でドリルされます）。 掘削サイクルは、複雑さと穴の数に応じて、5分から数時間です。 平均時間は約20分です。 合計で、テクノテックにはこれらのマシンが3台あります。



プログラムは個別に開発され、ネットワーク経由でダウンロードされます。 オペレータが行う必要があるのは、バッチバーコードをスキャンし、内部の空白からパッケージを置くことだけです。 工具マガジン容量：6000ドリルまたはミル。



近くにはドリルのある大きなキャビネットがありますが、オペレーターは各ドリルの研ぎを制御して変更する必要はありません-マシンは常にドリルの摩耗の程度を知っています-各ドリルでドリルされた穴の数をメモリに記録します。 リソースが使い果たされると、彼自身がドリルを新しいものに変更します。コンテナから古いドリルをアンロードして、再研磨のために送信します。



マシンの内部は次のとおりです。



穴あけ後、ルートシートとベースにマークが作成され、ボードはステージから次のステージに送られます。

洗浄、ワークピースの活性化、化学銅めっき。

マシンは、ドリル中およびドリル後に「真空クリーナー」を使用しますが、ボードの表面と穴の汚れを取り除き、次のプロセス操作に備える必要があります。 まず、ボードは機械研磨剤を含む洗浄液で簡単に洗浄されます



碑文、左から右：「ブラシ上部/下部の洗浄室」、「洗浄室」、「ニュートラルゾーン」。

ボードはきれいで光沢があります。



その後、同様のインストールで、表面活性化のプロセスが実行されます。 表面活性化とは、穴の内面に銅を堆積させて、ボードの層間にビアを作成する準備です。 銅は準備されていない表面に定着することができないため、ボードは特別なパラジウムベースの触媒で処理されています。 パラジウムは、銅とは異なり、あらゆる表面に容易に堆積され、その後、銅の結晶化の中心として機能します。 アクティベーション設定：





その後、さらに別の同様の設備で複数の槽を連続して通過させると、ワークピースは穴に薄い（ミクロン未満）銅の層を取得します。



さらに、この電気めっき層は3〜5ミクロンまで成長します。これにより、酸化および損傷に対する層の耐性が向上します。

フォトレジストの塗布と露光、点灯していない領域の除去。

次に、ボードはフォトレジスト堆積サイトに移動します。 閉鎖されているため、そこへ行くことはできませんでした。一般に、クリーンルームがあるため、ガラス越しの写真に制限します。 Half-Lifeで似たようなものを見ました（私は天井から降りてくるパイプについて話している）：



実際には、ここにドラム上の緑色のフィルムがあります-これはフォトレジストです。



さらに、左から右へ（最初の写真）：2つのフォトレジスト堆積ユニット、次に事前に準備されたフォトマスクを使用した照明用の自動および手動フレーム。 自動フレームには、基準点と穴との組み合わせの許容値を考慮したコントロールがあります。 手動フレームでは、マスクとボードは手で結合されます。 同じフレームにシルクスクリーン印刷とはんだマスクが展示されています。 次は、ボードの開発と洗浄のインストールですが、そこに着かなかったため、この部分の写真はありません。 しかし、興味深いことは何もありません-ワークピースが異なるソリューションを備えた複数のバスを連続して通過する「アクティベーション」と同じコンベヤーについて。

そして手前には、これらの非常にマスクを印刷する巨大なプリンターがあります：



これは、適用、露出、開発されたボードです。



フォトレジストは、将来銅がなくなる場所に適用されることに注意してください。マスクは、LUTまたはホームフォトレジストのように、ポジティブではなくネガティブです。 これは、将来、将来のトラックの場所でビルドアップが発生するためです。



これも肯定的なマスクです。



これらの操作はすべて非化学線照明で行われ、そのスペクトルはフォトレジストに影響を与えず、この部屋で作業する人に最大の照明を与えるように選択されます。

私はアナウンスが大好きですが、その意味はわかりません。

電気めっき

今では、彼女のMa下-電気めっきを通して来ました。 実際、化学銅の薄い層が形成された最後の段階ですでに実行されていました。 しかし、今、層はさらに拡張されます-3ミクロンから25。これは、ビアの主電流を伝導する層です。 これはそのような浴槽で行われます：



電解質の複雑な組成が循環する場所：



そして、特別なロボットが、敷設されたプログラムに従って、あるバスから別のバスにボードをドラッグします。



1回の銅めっきサイクルには1時間40分かかります。 1つのパレットで4つのワークピースを処理できますが、浴槽にはそのようなパレットがいくつかある場合があります。

メタルレジスト沈殿

次の操作は別のガルバニックメタライゼーションです。堆積した材料は銅ではなく、PIC-鉛-スズはんだです。 そして、コーティング自体は、フォトレジストと同様に、金属レジストと呼ばれます。 ボードはフレームに取り付けられます。



このフレームは、すでにわかっているいくつかのガルバニックバスタブを通過します。



そして、POS-aの白い層で覆われています。 バックグラウンドには、まだ処理されていない別のボードがあります。

フォトレジスト除去、銅エッチング、金属レジスト除去

フォトレジストはボードから洗い落とされ、その機能を果たしました。 今、まだ銅のボード上に、金属レジストで覆われたトラックがあります。 この設置では、銅を汚染するが金属レジストには触れないトリッキーな溶液でエッチングが行われます。 私の記憶では、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム、水酸化アンモニウムで構成されています。 エッチング後、ボードは次のようになります。



ボード上のトラックは、銅の下層とガルバニックPOS-aの上層の「サンドイッチ」です。 さて、さらにトリッキーなソリューションは別の操作です-銅層に影響を与えることなくPIC層が除去されます。



確かに、PICは時々洗浄されず、特殊な炉で溶かされます。 または、ボードが熱いはんだ付け（HASLプロセス）を経て、大きなはんだ槽に下げられます。 まず、ロジンフラックスでコーティングされています：



そして、それはそのような自動機械にここにインストールされます：



彼は回路基板をはんだ槽に降ろし、すぐに引き出します。 空気の流れが過剰なはんだを吹き飛ばし、基板上に薄い層のみが残ります。 ボードは次のようになります。



しかし、実際には、この方法は少し「野”」で、ボード、特に多層ボードには実際には影響しません-はんだメルトに浸漬すると、ボードは温度ショックを受け、多層ボードと薄い単層および二重層トラックの内部要素にはあまり機能しません。

浸漬金または銀で覆う方がはるかに良い。 誰かが興味を持っている場合、ここに浸漬コーティングに関する非常に良い情報があります。

ありふれた理由で、私たちは液浸コーティングのサイトを訪問しませんでした-それは閉じられ、怠inessが鍵の後ろにありました。 なんて残念。

電気試験

その後、ほぼ完成したボードが目視検査と電気テストのために送られます。 電気的テストとは、断線がある場合、すべての接触パッドの相互接続をチェックすることです。 それは非常に面白いように見えます-マシンはボードを保持し、すぐにプローブで突きます。 私のインスタグラムでこのプロセスのビデオを見ることができます（ちなみに、そこで購読することもできます）。 そして、写真の形では次のようになります。



左の大きな車は電気テストです。 そして、ここではプローブ自体がより近くにあります：



しかし、ビデオでは、4つのプローブを備えた別のマシンがあり、16があります。4つのプローブを組み合わせた3つの古い車すべてよりもはるかに高速であると言われています。

はんだマスクとコーティングパッドの適用

次のプロセスは、はんだマスクの適用です。 その同じ緑（まあ、ほとんどの場合は緑。しかし、一般的には非常に異なる色になります）コーティングは、ボードの表面に見られます。 準備されたボード：



彼らはこのマシンに置かれています：



薄いメッシュを通して、ボードの表面に半液体マスクを塗ります：



ちなみに、アプリケーションのビデオは、 Instagramで見ることもできます（そしてサブスクライブも:)

その後、マスクがくっつかなくなるまでボードを乾燥させ、上で見たのと同じ黄色の部屋に展示します。 その後、未露光のマスクを洗い流し、コンタクトスポットを露光します。



次に、トップコートでコーティングします-ホット錫メッキまたは浸漬塗布：



そして、彼らはマーキングを入れます-シルクスクリーン印刷。 これらは、ほとんどの場合、どのコネクタとどの要素がここにあるかを示す白い文字です。

2つのテクノロジーを使用して適用できます。 最初のケースでは、すべてがはんだマスクの場合と同じように起こり、組成物の色のみが異なります。 ボードの表面全体を覆ってから露出し、紫外線で硬化していない部分を洗い流します。 2番目のケースでは、cなエポキシ組成で印刷する特別なプリンターによって適用されます。



安くてずっと速いです。 ところで、軍隊はこのプリンターを支持せず、ボードの要件で常にマーキングがフォトポリマーのみで適用されていることを示していますが、これはチーフテクノロジストにとって非常に動揺します。

スルーホールを金属化する方法による多層プリント回路基板の製造：

上記で説明したことはすべて、片面および両面プリント回路基板にのみ適用されます（ちなみに、工場では誰も電話していません。誰もがOPPとDPPと言います）。 多層基板（MPP）は同じ機器で作られていますが、技術は少し異なります。

コア生産

コアは、銅導体を備えた薄いPCBの内層です。 ボードには1コア（プラス2面-3層ボード）から20まであります。コアの1つは金と呼ばれます-これは、参照層として使用されることを意味します-他のすべてが露出する層です。 カーネルは次のようになります。



それらは通常のボードと同じ方法で作られています。グラスファイバーの厚さは非常に薄く、通常は0.5 mmです。 シートはとても薄いので、厚い紙のように曲げることができます。 銅箔がその表面に適用され、その後、適用、フォトレジストの露出、エッチングなど、通常のすべての段階が実行されます。 これの結果はこれらのシートです：



製造後、マシンの整合性についてトラックのチェックが行われ、クリアランス内のボードパターンと写真テンプレートが比較されます。 さらに、視覚的なコントロールもあります。 そして本当に視覚的-人々は座って空白を見ます：



制御の段階の1つが、ブランク（黒十字）の1つの品質の低さについて評決を下すことがあります。



欠陥が発生したこのボードのシートは完全に製造されますが、切断後、欠陥のあるボードはゴミ箱に移動します。 すべての層を作成してテストした後、次の技術プロセスが始まります。

コアのパッキングとプレス

これは、「プレスエリア」と呼ばれる部屋で行われます。



ボードのコアは、このようなスタックに配置されます。



そして次はレイヤーの位置の地図です：



その後、半自動のボードプレス機が登場します。 その半自動の性質は、オペレーターが自分のコマンドで特定の順序でカーネルを提供する必要があるという事実にあります。



絶縁のためにそれらをシフトし、プリプレグシートで接着する：



そして、魔法が始まります。 マシンは、シートをキャプチャして作業フィールドに転送します。



そして、金層に関連する基準穴に沿ってそれらを結合します。



さらに、ワークピースはホットプレスに入り、層の加熱と重合の後-低温で。 その後、同じグラスファイバーのシートが得られます。これは、2層プリント回路基板のブランクと変わりません。 しかし、内部には、形成されたパスを持ついくつかの核を持つ優しい心がありますが、まだどのような方法でも接続されておらず、重合プリプレグの絶縁層によって分離されています。 その後、プロセスは、すでに説明したのと同じ段階を経ます。 確かに、わずかな違いがあります。

ワーク穴あけ

OPPおよびDPPパッケージを組み立てる場合、穴あけのために中心に合わせる必要はなく、ある程度の公差で組み立てることができます-これはまだ最初の技術的操作であり、残りはすべてそれに焦点を合わせます。 しかし、多層プリント回路基板のパッケージを組み立てるときは、内側の層に取り付けることが非常に重要です-穴あけ中、穴はコアのすべての内部接点を通過し、メタライゼーション中にエクスタシーで接続する必要があります。 したがって、パッケージはそのようなマシンで組み立てられます。



これは、テキソライトの内部金属参照マークを透視し、その位置に基づいて、ファスナーを挿入するためのベースホールをドリルしてパッケージをドリルマシンに取り付けるX線ドリルマシンです。

メタライゼーション

その後、すべてがシンプルになります-ワークピースの穴あけ、洗浄、活性化、金属化が行われます。 穴のメタ​​ライゼーションは、回路基板内のすべての銅のかかとを接続します。



したがって、プリント回路基板の内部の電子回路が完成します。

検査と薄片

さらに、すべての穴が正常であることを確認するために、各ボードからピースを切り取り、それを研削して顕微鏡で検査します。



これらの部品は薄片と呼ばれます-プリント回路基板の横方向に切断された部分です。これにより、基板全体の品質と、中央層とビアの銅層の厚さを評価できます。 この場合、彼らは薄いセクションの下に別のボードを走らせるのではなく、特別にボードの端から作られた順序で使用されるビアのセット全体を走らせます。 透明なプラスチックで満たされたセクションは次のようになります。

ミリングまたはスクライビング

次に、グループブランクにあるボードをいくつかの部分に分割する必要があります。 これは、フライス盤で行われます。



どのカッターが目的の輪郭をカットします。もう1つのオプションはスクライビングです。これは、回路基板を切断するのではなく、丸いナイフで切断する場合です。より高速で安価ですが、複雑な輪郭や内部カットアウトなしで、長方形のボードのみを作成できます。スクライブされたボードは次のとおりです。



しかし、粉砕されたボード：ボード



の製造のみを注文した場合、すべてが終わります。ボードは積み重ねられます。



同じルートシートで向きを変えます。



そして、出発を待っています。

そして、組み立てとシーリングが必要な場合、まだ興味深いことがあります。

組立

さらに、必要に応じて、ボードはアセンブリ領域に入り、そこで必要なコンポーネントがはんだ付けされます。手動組み立てについて話している場合、すべてが明確であり、人々は座っています（ところで、ほとんどの女性は、私が彼らに行ったとき、私の耳はテープレコーダー「神、なんて男」からの歌から巻き上げられました）：



彼らは収集し、収集します：



しかし、自動アセンブリについて話すと、すべてがより興味深いものになります。これは、温度プロファイルに従ってはんだペーストの塗布からはんだ付けまですべてを行う、このような長い10メートルの設置で発生します。



ところで、すべてが深刻です。ラグもそこに接地されています。



私が言ったように、それはすべて、マシンの開始時に金属製のテンプレートと一緒にインストールされたプリント回路基板を持つカットされていないシートにあるという事実から始まります。はんだペーストがテンプレートに厚く塗り付けられ、上から通過するドクターブレードによって、テンプレートのくぼみに正確に測定された量のペーストが残ります。



テンプレートが上がり、はんだペーストがボード上の正しい場所にあります。コンポーネントを備えた



カセットはコンパートメントに取り付けられます：各コンポーネントはそれに対応するカセットに挿入されます：



マシンを制御するコンピューターは、どのコンポーネントが配置さ



れているかを通知します：そして、ボード上のコンポーネントの配置を開始します。



このように見えます（ビデオは私のものではありません）。あなたは永遠に見ることができます：



コンポーネントインストールデバイスはYamaha YS100と呼ばれ、1時間あたり25,000個のコンポーネントをインストールできます（1つに0.14秒かかります）。

その後、ボードはストーブのホットゾーンとコールドゾーンを通過します（コールドは、ホットパーツの300°Cと比較して、140°Cのみを意味します）。厳密に定義された温度で各ゾーンの厳密に定義された時間を訪問すると、はんだペーストが溶けて、要素の脚とプリント回路基板で全体を形成します。



はんだ付けされた回路基板シートは次のようになります。



それだけです 必要に応じて料金が削減され、すぐに顧客に向けて出荷されるようにパッケージ化されます。

例

最後に、テクノテックができることの例。たとえば、BGAコンポーネントおよびHDIボード用のボードを含む多層ボード（最大20層）の設計と製造：



すべての「番号付き」軍事領収書付きのC（はい、各ボードには手動で番号と製造日が割り当てられます-これは軍が必要です）：



設計、独自のまたは顧客のコンポーネントから、ほぼすべての複雑なボードの製造と組み立て：



HF、電子レンジ、金属化された端部と金属ベースのボード（残念ながら私はこの写真を撮りませんでした）。

もちろん、彼らは高速プロトタイピングボードの点で競合他社ではありませんが、5つ以上ある場合は、生産コストを求めることをお勧めします。彼らは本当に民間の注文を処理したいと考えています。



それにもかかわらず、ロシアにはまだ生産があります。彼らが言うことは何でも。



最後に、息を吸って、天井に目を向け、パイプの複雑さを理解しようとすることができます。

何を読む？

減法は自宅で正の方法を組み合わせて

絵にDPP

いくつかの異なるDPP製造技術やMPP

写真の生産（説明なしが）