Hiểu rõ cách chế tạo bo mạch trần giải thích phần lớn các quy tắc thiết kế được đưa ra. Độ rộng đường mạch tối thiểu, kích thước lỗ tối thiểu và vành đồng tối thiểu quanh lỗ không phải là các quy định tùy ý: mỗi quy định đều xuất phát từ một bước dưới đây. Trình tự mô tả áp dụng cho bo mạch đa lớp thông thường có lỗ mạ; chi tiết quy trình khác nhau giữa các nhà máy.
1. Chuẩn bị kỹ thuật
Trước khi cắt bất kỳ vật liệu nào, kỹ sư của nhà máy đọc file, kiểm tra file theo quy trình và chuẩn bị dữ liệu sản xuất. Bo mạch được xếp lên panel sản xuất lớn hơn, coupon kiểm tra và fiducial được thêm ở cạnh panel, và các đặc điểm được điều chỉnh theo quy trình: ví dụ, lớp đồng được làm rộng hơn một chút để bù phần bị ăn mòn trong quá trình ăn mòn. Các câu hỏi nhận được ở giai đoạn này đều liên quan đến file.
Lỗi có thể xảy ra: thiếu một lớp, đường viền bo mạch sai, hoặc đặc điểm mà quy trình không thể sản xuất. Lỗi phát hiện ở đây không phát sinh chi phí.
2. Cắt vật liệu nền
Vật liệu nền phủ đồng có dạng tấm lớn. Vật liệu được cắt thành panel có kích thước làm việc. Đối với bo mạch đa lớp, các lõi trong mỏng cũng được cắt.
3. Lớp trong: tạo ảnh và ăn mòn (chỉ áp dụng cho bo mạch đa lớp)
Đồng trên lõi trong được phủ một lớp màng nhạy sáng (photoresist). Mẫu của lớp được chiếu sáng lên màng, qua mặt nạ màng hoặc bằng tạo ảnh trực tiếp bằng laser. Phần màng không được chiếu sáng hoặc phần màng đã được chiếu sáng (tùy theo loại màng) bị rửa trôi, để lộ đồng ở những vị trí cần loại bỏ. Panel đi qua bể ăn mòn, bể này hòa tan phần đồng lộ ra. Phần màng còn lại bị lột bỏ, và phần còn lại là mẫu đồng.
Lỗi có thể xảy ra: ăn mòn lấn ngang dưới màng làm đường mạch hẹp hơn bản vẽ (ăn mòn lấn), và các khe rất mỏng có thể không được làm sạch. Đây là lý do tồn tại độ rộng đường mạch và khoảng cách tối thiểu.
4. Kiểm tra lớp trong
Kiểm tra quang học tự động (AOI) so sánh từng lớp trong với dữ liệu. Ngắn mạch và hở mạch phát hiện ở đây sẽ bị loại bỏ hoặc sửa chữa. Sau khi ép lớp, không thể nhìn thấy lại.
5. Ép lớp
Các lõi được xử lý để nhựa bám vào đồng, sau đó xếp chồng với các tấm prepreg (vải thủy tinh bán đông cứng) ở giữa và lá đồng ở mặt ngoài. Chồng vật liệu được đưa vào máy ép nóng, máy ép làm chảy nhựa và đóng rắn dưới áp lực thành một panel đặc.
Lỗi có thể xảy ra: các lớp lệch nhau (lỗi đăng ký), lỗ rỗng trong nhựa, hoặc cong và xoắn do cấu trúc lớp không cân bằng. Đây là lý do cấu trúc lớp đối xứng là thực hành tốt.
Các bước 1 đến 5, bằng hình nhỏ.
- Bước 1, chuẩn bị kỹ thuật: bo mạch được xếp trên panel sản xuất, có fiducial và coupon kiểm tra.
- Bước 2, cắt: vật liệu nền được cắt theo kích thước làm việc.
- Bước 3, lớp trong: ánh sáng qua màng làm cứng lớp resist; ăn mòn loại bỏ phần đồng không được phủ.
- Bước 4, kiểm tra lớp trong: camera so sánh từng lớp với dữ liệu.
- Bước 5, ép lớp: các lõi và prepreg được ép thành một panel.
6. Khoan
Các lỗ được khoan xuyên qua panel bằng mũi khoan cacbua quay, sử dụng file khoan. Lỗ rất nhỏ được khoan bằng mũi khoan nhỏ, mũi khoan dễ gãy và được khoan từng panel một hoặc theo chồng mỏng, vì vậy lỗ nhỏ tốn chi phí hơn. Một số lỗ rất nhỏ được tạo bằng laser.
Lỗi có thể xảy ra: mũi khoan lệch, khiến lỗ lệch tâm, và vành đồng quanh lỗ (vành khuyên) trở nên quá mỏng hoặc vỡ ra ở một phía. Lỗ có chiều sâu gấp nhiều lần đường kính (tỷ lệ dày/đường kính cao) khó mạ ở bước tiếp theo.
7. Làm sạch lỗ và làm cho lỗ dẫn điện
Thành lỗ đã khoan bị bôi nhựa và không có đồng. Một bước hóa học làm sạch phần nhựa bôi. Sau đó, một lớp đồng mỏng được lắng đọng lên toàn bộ panel, kể cả bên trong lỗ, bằng quy trình hóa học không dùng dòng điện (đồng hóa học).
8. Mạ đồng
Panel được mạ điện để tạo lớp đồng trên lớp hóa học mỏng, để thành lỗ có thùng đồng chắc chắn. Đây là bước biến lỗ mạ thành kết nối giữa các lớp, và cũng làm dày lớp đồng bề mặt.
Lỗi có thể xảy ra: lỗ rỗng trong thùng đồng, hoặc lớp mạ mỏng trong lỗ sâu. Các lỗi này xuất hiện dưới dạng kết nối chập chờn sau chu trình nhiệt.
9. Lớp ngoài: tạo ảnh và ăn mòn
Các lớp ngoài được tạo ảnh bằng photoresist như các lớp trong. Phương pháp thường dùng là mạ theo mẫu: lớp resist để hở các đường mạch và pad, các vùng đó được mạ đồng rồi mạ một lớp thiếc mỏng, lớp thiếc đóng vai trò resist ăn mòn. Sau đó lớp resist bị lột bỏ và phần đồng không được thiếc phủ bị ăn mòn, rồi lớp thiếc bị loại bỏ. (Một phương pháp khác, phủ lều và ăn mòn, bảo vệ đường mạch bằng resist và ăn mòn phần còn lại.)
10. Mặt nạ hàn
Panel được phủ mặt nạ hàn, mặt nạ được chiếu sáng qua lớp mặt nạ, hiện hình và đóng rắn. Xem Mặt nạ hàn, in lụa và xử lý via.
Lỗi có thể xảy ra: mặt nạ hàn dính lên pad do lệch đăng ký, cầu nối giữa các pad nhỏ bị mất, mực vào các lỗ cần giữ mở.
Các bước 6 đến 10.
- Bước 6, khoan: mũi khoan khoan xuyên qua panel.
- Bước 7, làm sạch và lớp đồng mỏng trên toàn bộ panel, bao gồm cả thành lỗ.
- Bước 8, mạ: đồng được tạo thành thùng đồng chắc chắn và lên bề mặt.
- Bước 9, lớp ngoài: đường mạch được phủ thiếc làm resist ăn mòn, và phần đồng còn lại bị ăn mòn.
- Bước 10, mặt nạ hàn: trên các đường mạch, hở tại các pad.
11. Xử lý bề mặt
Phần đồng lộ ra được xử lý bề mặt: san phẳng bằng khí nóng, vàng nhúng trên niken, màng hữu cơ, v.v. Xem So sánh các loại xử lý bề mặt.
12. In lụa
Chú thích được in lên mặt nạ hàn và đóng rắn. Mực dính lên pad là lỗi.
13. Định hình: phay và khía
Panel được cắt thành các bo mạch. Máy phay đi theo đường viền bo mạch, và để lại các mấu nhỏ nếu các bo mạch vẫn nằm trong panel. Hoặc, một rãnh hình chữ V được cắt đến nửa độ dày từ cả hai phía (khía V) để có thể bẻ tách các bo mạch. Rãnh, phần khoét và mạ cạnh cũng được thực hiện ở đây. Xem Ghép panel và bo mạch nhỏ.
Lỗi có thể xảy ra: phay quá gần đồng, làm lộ đồng ở cạnh.
14. Kiểm tra điện
Mọi bo mạch đều được kiểm tra tính liên tục và cách điện so với netlist được tạo từ file. Hai phương pháp được sử dụng: máy kiểm tra đầu dò bay, với đầu dò di động, không cần đồ gá và phù hợp với nguyên mẫu và lô nhỏ; và đồ gá có nhiều chân cố định (giường đinh), nhanh hơn cho lô lớn và tốn chi phí chuẩn bị hơn. Kiểm tra phát hiện hở mạch và ngắn mạch. Kiểm tra không phát hiện lỗi thiết kế: kiểm tra xác nhận bo mạch khớp với file, không xác nhận file khớp với mạch.
15. Kiểm tra cuối và đóng gói
Bo mạch được kiểm tra bằng mắt, đo độ dày và kích thước, và đối chiếu với đơn hàng. Một số nhà máy cắt vi lát từ coupon kiểm tra, để kiểm tra lớp mạ và các lớp. Bo mạch được sấy nếu cần, đóng gói chân không với chất hút ẩm, và đóng gói.
Các bước 11 đến 15.
- Bước 11, xử lý bề mặt trên phần đồng lộ ra.
- Bước 12, chú thích in trên mặt nạ hàn.
- Bước 13, định hình: máy phay đi theo đường viền và để lại mấu, hoặc rãnh được cắt giữa các bo mạch.
- Bước 14, kiểm tra điện: đầu dò chạm vào pad và kiểm tra hở mạch và ngắn mạch.
- Bước 15, kiểm tra cuối và đóng gói.
Những điều có thể rút ra
- Đặc điểm nhỏ làm giảm tỷ lệ đạt ở bước tạo ảnh và ăn mòn, vì vậy tốn chi phí hơn.
- Lỗ nhỏ, lỗ sâu và vành mỏng là rủi ro ở bước khoan và mạ.
- Các lớp phải cân bằng và đăng ký đúng, nếu không bo mạch sẽ cong.
- Bo mạch đạt kiểm tra điện là bo mạch được sản xuất đúng bản vẽ. Bản vẽ có đúng hay không là trách nhiệm cần tự kiểm tra.
Cách điều này thể hiện khi đặt hàng tại đây
25 kiểm tra khi tải lên xem xét những điều mà kỹ sư sản xuất xem xét ở bước 1: thiếu lớp, đường viền chưa khép kín, lỗ không nằm đúng trên pad, đặc điểm dưới giới hạn quy trình có thể sản xuất, và sự khớp nhau giữa file và nội dung đã đặt hàng. Các giới hạn có tại trang năng lực sản xuất. Kỹ sư xác nhận mọi đơn hàng trước khi bắt đầu sản xuất. Để theo dõi công đoạn tiếp theo của bo mạch trần hoàn chỉnh, vui lòng đọc Quy trình lắp ráp bo mạch.