لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هي اللوحة الأساسية لمعظم الأجهزة الإلكترونية الحديثة التي تحتوي على خطوط ووسادات تربط النقاط المختلفة معًا. حتى لو كانت لوحة صغيرة، فإن عملية إنتاجها معقدة ودقيقة للغاية. هنا سيتم تقديم عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة خطوة بخطوة مع الصور ومقاطع الفيديو.
الخطوة 1. ملف CAD الخاص بلوحة الدوائر المطبوعة
الخطوة الأولى في إنتاج لوحة الدوائر المطبوعة هي تنظيم والتحقق من تخطيط اللوحة. يأخذ المصنعون ملفات CAD من شركات تصميم لوحات الدوائر المطبوعة ويحولونها إلى تنسيق موحد - Extended Gerber RS-274X أو Gerber X2، لأن كل برنامج CAD له تنسيق ملف فريد خاص به. ثم يتحقق المهندس الإلكتروني مما إذا كان تخطيط اللوحة يتوافق مع عملية التصنيع، وما إذا كانت هناك عيوب، وما إلى ذلك.
عند تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة في المنزل، يمكن طباعة تخطيط اللوحة على الورق باستخدام طابعة ليزر ثم نقله إلى صفح مغلف بالنحاس. أثناء عملية الطباعة، نظرًا لأن الطابعة عرضة لنقص الحبر ونقاط الانقطاع، فمن الضروري إعادة ملء الحبر يدويًا بقلم زيتي.
ومع ذلك، تستخدم المصانع عادةً التصوير الفوتوغرافي لطباعة تخطيط اللوحة على فيلم. إذا كانت لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات، فسيتم ترتيب أفلام تخطيط كل طبقة المطبوعة بالترتيب.
سيتم بعد ذلك ثقب فتحات المحاذاة في الفيلم. محاذاة الفتحات مهمة جدًا، ومن الضروري محاذاة طبقات مادة لوحة الدوائر المطبوعة.
الخطوة 2. صناعة اللوحة
نظف لوحة النحاس. إذا كان هناك غبار، فقد يتسبب في حدوث دائرة قصيرة أو دائرة مفتوحة في الدائرة النهائية.
الصورة أدناه هي مثال على لوحة دوائر مطبوعة من 8 طبقات، وهي في الواقع مكونة من 3 صفائح مغلفة بالنحاس بالإضافة إلى فيلمين نحاسيين، ثم يتم ربطها معًا باستخدام مادة ما قبل التشريب. يبدأ تسلسل الإنتاج باللوحات الوسيطة (دوائر الطبقة 4 و 5)، ويتم تكديسها معًا على التوالي، ثم تثبيتها. إنتاج لوحة الدوائر المطبوعة من 4 طبقات مشابه، بما في ذلك لوحة أساسية وفيلمين نحاسيين.
الخطوة 3. الطبقات الداخلية للوحة الدوائر المطبوعة
أولاً، قم بعمل دائرة الطبقتين للوحة الأساسية الوسطى. بعد تنظيف الصفائح المغطاة بالنحاس، سيتم تغطية السطح بفيلم حساس للضوء. يتم معالجة الفيلم بالضوء لتشكيل طبقة واقية على رقاقة النحاس.
أدخل فيلم تتبع لوحة الدوائر المطبوعة ثنائي الطبقة والصفائح المغطاة بالنحاس ثنائية الطبقة في فيلم تتبع لوحة الدوائر المطبوعة العلوي لضمان تكديس دقيق لأفلام تتبع لوحة الدوائر المطبوعة العلوية والسفلية.
تقوم الآلة بإشعاع الفيلم الحساس للضوء على رقاقة النحاس بمصباح الأشعة فوق البنفسجية. يتم معالجة الفيلم الشفاف في الضوء ولا يزال هناك فيلم حساس للضوء غير معالج. رقاقة النحاس المغطاة تحت الفيلم المعالج مطلوبة لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة، وهو ما يعادل دور حبر طابعة الليزر للوحة الدوائر المطبوعة اليدوية. بالإضافة إلى ذلك، سيتم تآكل رقاقة النحاس المغطاة بالفيلم الأسود، وسيتم الحفاظ على الفيلم الشفاف المعالج.
اشطف الفيلم الحساس للضوء غير المعالج بمحلول قلوي، وسيغطي الفيلم المعالج دائرة رقاقة النحاس المطلوبة.
ثم استخدم قاعدة قوية، مثل هيدروكسيد الصوديوم، لحفر رقاقة النحاس غير المرغوب فيها.
انزع الفيلم الحساس للضوء المعالج لكشف رقاقة النحاس لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة المطلوب.
الخطوة 4. اللوحة والفحص
تم إنتاج اللوحة الأساسية بنجاح. ثم قم بثقب فتحات المحاذاة فيها لسهولة الوصول إلى المواد الأخرى.
بمجرد تصفيح اللوحة الأساسية مع الآخرين، لا يمكن تعديلها. لذا فإن فحص لوحة الدوائر المطبوعة مهم جدًا. ستقارن الآلة تلقائيًا مع تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة للعثور على الأخطاء.
تم تصنيع أول طبقتين من لوحات الدوائر المطبوعة.
الخطوة 5. التصفيح
يتم تقديم مادة خام جديدة تسمى Prepreg هنا، وهي مادة لاصقة بين اللوحة الأساسية (طبقات لوحة الدوائر المطبوعة > 4) وبين اللوحة الأساسية ورقاقة النحاس الخارجية، وتعمل أيضًا كعزل.
تم تثبيت رقاقة النحاس السفلية وطبقتين من مادة ما قبل التشريب مسبقًا من خلال فتحة الأسلاك واللوحة الحديدية السفلية، ثم يتم وضع اللوحة الأساسية النهائية أيضًا في فتحة الأسلاك، وأخيرًا طبقتين من مادة ما قبل التشريب، وطبقة واحدة من رقاقة النحاس وطبقة واحدة من لوحة الألمنيوم المضغوطة تغطي اللوحة الأساسية.
لتحسين كفاءة العمل، يقوم المصنع بتكديس ثلاث لوحات دوائر مطبوعة مختلفة معًا قبل تثبيتها. يتم جذب اللوحة الحديدية العلوية مغناطيسيًا لسهولة المحاذاة مع اللوحة الحديدية السفلية. بعد محاذاة طبقتين من اللوحات الحديدية بنجاح عن طريق إدخال دبابيس التموضع، تقوم الآلة بضغط المسافة بين اللوحات الحديدية قدر الإمكان، ثم تثبيتها بالمسامير.
يتم وضع لوحة الدوائر المطبوعة المثبتة باللوحة الحديدية على الحامل، ثم يتم إرسالها إلى مكبس الحرارة الفراغي للتصفيح. تعمل درجة الحرارة المرتفعة على إذابة الإيبوكسي في مادة ما قبل التشريب وتمسك اللوحة الأساسية ورقاقة النحاس معًا تحت الضغط.
بعد الترابط، قم بإزالة اللوحة الحديدية العلوية التي تضغط على لوحة الدوائر المطبوعة. ثم قم بإزالة لوحة الألمنيوم المضغوطة. تلعب لوحة الألمنيوم أيضًا دور عزل لوحات الدوائر المطبوعة المختلفة لضمان استواء رقاقة النحاس على الطبقة الخارجية للوحة الدوائر المطبوعة. أخيرًا، سيتم تغطية لوحة الدوائر المطبوعة المأخوذة في هذا الوقت برقاقة نحاس ناعمة.
الخطوة 6. حفر الثقوب
إذن كيف يتم توصيل طبقات النحاس الأربع في لوحة الدوائر المطبوعة التي لا تتلامس مع بعضها البعض؟ أولاً، يتم عمل ثقوب عبر اللوحة، ثم يتم معالجة جدران الثقوب معدنيًا لتوصيل الكهرباء.
ضع طبقة من الألمنيوم على آلة الثقب وضع لوحة الدوائر المطبوعة عليها. نظرًا لأن الحفر عملية بطيئة نسبيًا، لتحسين الكفاءة، يتم تكديس من 1 إلى 3 لوحات متطابقة فوق بعضها البعض لحفر الثقوب، اعتمادًا على عدد طبقات لوحة الدوائر المطبوعة. أخيرًا، قم بتغطية لوحة الدوائر المطبوعة العلوية بطبقة من الألمنيوم. تُستخدم لوحات الألمنيوم العلوية والسفلية لمنع تمزق رقاقة النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة أثناء الحفر.
بعد ذلك، تحتاج فقط إلى تحديد برنامج الحفر الصحيح على الكمبيوتر، ويتم الباقي تلقائيًا بواسطة آلة الحفر. يتم تشغيل لقمة الحفر بالهواء المضغوط، ويمكن أن تصل السرعة القصوى إلى 150,000 دورة في الدقيقة. لأن هذه السرعة العالية كافية لضمان استواء جدار الثقب.
يتم أيضًا استبدال لقمة الحفر تلقائيًا بواسطة الآلة وفقًا للبرنامج. يمكن أن يصل قطر أصغر لقم الحفر إلى 100 ميكرون، بينما يبلغ قطر شعرة الإنسان 150 ميكرون.
في العملية السابقة، تم بثق الإيبوكسي المنصهر خارج لوحة الدوائر المطبوعة، لذلك كان بحاجة إلى قطعه. هنا، تقوم آلة النسخ بالطحن بقص محيط لوحة الدوائر المطبوعة وفقًا لإحداثيات XY الصحيحة.
الخطوة 7. الترسيب الكيميائي للنحاس على الثقوب
نظرًا لأن جميع تصميمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تقريبًا تستخدم فتحات التوصيل لربط الخطوط على طبقات مختلفة، فإن التوصيل الجيد يتطلب طبقة نحاسية بسمك 25 ميكرون على جدران الفتحات. يجب تحقيق سمك طبقة النحاس عن طريق الطلاء الكهربائي، لكن جدران الفتحات تتكون من راتنج الإيبوكسي غير الموصل والألياف الزجاجية. لذا فإن الخطوة الأولى هي ترسيب طبقة من مادة موصلة على جدار الفتحة لتكوين طبقة نحاسية بسمك 1 ميكرون على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالكامل عن طريق الترسيب الكيميائي. يتم التحكم في عملية المعالجة الكيميائية والتنظيف وما إلى ذلك بالكامل بواسطة الآلة.
بعد ذلك، انقل الطبقة الخارجية لثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى رقاقة النحاس. تشبه العملية مبدأ نقل الطبقة الداخلية السابقة للوحة الأساسية لثنائي الفينيل متعدد الكلور. يتم نقل تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى رقاقة النحاس بواسطة فيلم الطباعة الضوئية والفيلم الحساس للضوء. الفرق الوحيد هو أن الصور الموجبة ستُستخدم كألواح.
يستخدم نقل التخطيط الداخلي لثنائي الفينيل متعدد الكلور الموصوف أعلاه الطرح، مع استخدام الصورة السالبة كاللوحة. يُغطى ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالفيلم الحساس للضوء المتصلب كدائرة، ويُزال الفيلم غير المتصلب. بعد حفر رقاقة النحاس المكشوفة، تُحمى دائرة تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالفيلم المتصلب. يعتمد نقل تخطيط الطبقة الخارجية لثنائي الفينيل متعدد الكلور الطريقة العادية، والفيلم الموجب هو اللوحة. تُغطى المنطقة غير الدائرية بفيلم حساس للضوء متصلب على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. بعد تنظيف الفيلم غير المتصلب، يتم إجراء الطلاء الكهربائي. لا يمكن طلاء الأماكن التي تحتوي على فيلم كهربائيًا، بينما تُطلى الأماكن الخالية من الفيلم بالنحاس ثم بالقصدير. بعد إزالة الفيلم، يتم إجراء حفر قلوي ويُزال القصدير أخيرًا.
ضع ثنائي الفينيل متعدد الكلور المنظف على جانبي رقاقة النحاس في آلة التصفيح، واضغط القالب الحساس للضوء على رقاقة النحاس.
تُثبت أفلام تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور العلوية والسفلية المطبوعة من خلال الفتحات، ويوضع لوح ثنائي الفينيل متعدد الكلور في المنتصف. ثم يُعالج الفيلم الحساس للضوء تحت الفيلم الشفاف للضوء بإشعاع مصباح الأشعة فوق البنفسجية، وهو الدائرة التي يجب الاحتفاظ بها.
بعد تنظيف الفيلم الحساس للضوء غير المرغوب فيه وغير المتصلب، افحص لوح ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
يُثبت ثنائي الفينيل متعدد الكلور بمشابك ويُطلى بالنحاس. كما ذكرنا سابقًا، لضمان التوصيلية الكافية للفتحة، يجب أن يكون سمك طبقة النحاس المطلية على جدار الفتحة 25 ميكرون، لذا سيتحكم الكمبيوتر في النظام بأكمله تلقائيًا لضمان دقته.
بعد طلاء طبقة النحاس كهربائيًا، يعطي الكمبيوتر تعليمات لطلاء طبقة رقيقة من القصدير كهربائيًا. ثم تحقق للتأكد من أن طلاء النحاس والقصدير بالسمك الصحيح.
بعد ذلك، يكمل خط تجميع آلي كامل عملية الحفر. ثم نظف الفيلم الحساس للضوء المتصلب على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
ثم استخدم قلويًا قويًا لتنظيف رقاقة النحاس غير المرغوب فيها التي يغطيها.
أخيرًا، انزع طبقة القصدير المطلية على رقاقة النحاس لتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور بسائل إزالة القصدير. بعد التنظيف، يكتمل تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذو الطبقات الأربع.
