Baskılı Devre Kartı (PCB) Nasıl Üretilir: Üretim Süreci Kılavuzu

Baskılı devre kartı (PCB) yapmak, bir tasarımı bakır izler, delikler ve koruyucu bir kaplama içeren fiziksel bir karta dönüştürmek anlamına gelir. Buna ulaşmanın iki çok farklı yolu vardır: evde kendiniz kazıma veya frezeleme yöntemleriyle yapmak ve profesyonel bir fabrikada ürettirmek. Her ikisi de doğru proje için çalışan bir kart üretir, ancak yetenek, görünüm ve güvenilirlik açısından büyük farklılıklar gösterirler. Bu kılavuz, her iki yöntemle de PCB yapımını , ev yöntemlerinin neler yapabileceğini ve yapamayacağını ve bir fabrikanın bir kartı adım adım nasıl ürettiğini açıklayarak, ne inşa ettiğinize uygun doğru yolu seçmenize yardımcı olur.

Tasarımdan Fiziksel Panoya: Büyük Resim

Ancak bir devre kartı nasıl üretilirse üretilsin, süreç aynı şekilde başlar: EDA yazılımında yakalanan bir tasarım, esas olarak her bakır ve maske katmanı için Gerber dosyaları ve delikler için bir delme dosyası olmak üzere bir dizi üretim dosyası üretir. Devre kartının üretimi, bu dosyaların bakır kaplı laminatta gerçekleştirilmesi işlemidir.

Temel fikir her zaman bakırı istediğiniz yerlerde tanımlamak ve geri kalan her yerden çıkarmak, ardından delikler ve koruyucu katmanlar eklemektir. Ev yöntemleri bunu kimyasal işlemler veya tek parça bakır kaplı levha üzerinde bir kesme aleti kullanarak yapar. Fabrikalar ise fotolitografi, hassas delme, elektrokaplama ve ev kurulumlarının eşleşemeyeceği bir dizi kontrollü kimyasal ve termal işlemle yapar. Bu ortak amacı anlamak, iki yöntem arasındaki farkları görmeyi kolaylaştırır.

Evde PCB Yapımı

Kendin yap (DIY) imalatı, genellikle aynı gün içinde basit bir devre kartı elde etmenin tatmin edici bir yoludur. Üç yaygın yaklaşım vardır.

Toner transferi

Bakır desenini lazer yazıcıyla özel bir kağıda yazdırırsınız, toner yapışması için bakır kaplı levhaya ütü veya ısı presiyle yapıştırırsınız, ardından çıplak bakırı aşındırırsınız. Ucuzdur ve az ekipman gerektirir, ancak çözünürlük sınırlıdır ve sonuçlar tekniğe göre değişir.

UV fotorezist

UV ışığına duyarlı bir levha (veya kaplama) kullanırsınız, üzerine deseninizin basılı maskesini geçirerek ışığa maruz bırakırsınız, banyo edersiniz ve kazıma işlemi yaparsınız. Bu yöntem, toner transferine göre daha ince ve tekrarlanabilir sonuçlar verir ve daha temiz izler gerektiğinde evde uygulanabilecek daha iyi bir yöntemdir.

CNC frezeleme (izolasyon yönlendirme)

Kimyasal işlem yerine, küçük bir CNC makinesi mekanik olarak devre izlerinin etrafındaki bakırı keserek onları izole eder. Frezeleme, aşındırıcı madde kullanımını tamamen ortadan kaldırır ve delik açma işlemi de yapabilir, ancak takım, derinlik kontrolü ve iz genişliği pratik sınırlamalar getirir.

dağlama

Kimyasal yöntemler, açığa çıkan bakırı çözen aşındırma işlemiyle son bulur. Yaygın aşındırıcılar demir klorür veya hidrojen peroksit ve asit karışımıdır. Aşındırıcılar aşındırıcıdır ve dikkat, havalandırma ve uygun şekilde imha edilmesi gerekir; bu da kendin yap projelerinin en çok dikkat gerektiren kısmıdır.

Kendin Yap Panolarının Sınırları

Evde uygulanan yöntemler basit işler için yeterli olsa da, profesyonel bir sürecin aşmadığı ciddi sınırlamalara sahiptir. Masa bu açığı somutlaştırır.

En büyük pratik sınırlama, güvenilir kaplamalı deliklerin olmamasıdır; bu da çok katmanlı devre kartlarını ve sağlam geçiş yollarını evde yapmayı fiilen imkansız hale getirir. Lehim maskesinin, uygun bir yüzey işleminin ve ince detay işleme yeteneğinin olmaması da eklendiğinde, DIY'nin prototipler ve öğrenme için uygun olduğu ancak ürünler için uygun olmadığı açıkça ortaya çıkar. Bu özelliklere ihtiyaç duyan her şey için profesyonel PCB üretimi en doğru yoldur.

Bir Fabrikada Baskılı Devre Kartı (PCB) Nasıl Üretilir, Adım Adım

Profesyonel bir üretici, uzun ve hassas, kontrollü adımlar dizisiyle bir devre kartı üretir. Tam akış katman sayısına göre değişir, ancak çok katmanlı bir devre kartı kabaca şu yolu izler.

1. İç katman görüntüleme. İç bakır katmanları fotorezist ile kaplanır, katman desenine maruz bırakılır, geliştirilir ve aşındırılarak iç izler tanımlanır.
2. Laminasyon. İç katmanlar, önceden emprenye edilmiş cam (prepreg) ile üst üste istiflenir ve ısı ve basınç altında birleştirilerek sağlam, çok katmanlı bir panel oluşturulur.
3. Sondaj. Via ve bileşenler için delikler, en küçük mikrovia'lar için mekanik olarak veya lazerle hassas bir şekilde açılır.
4. Kaplama. Açılan delikler ve yüzeyler bakırla elektrolizle kaplanarak, katmanları birbirine bağlayan, kendin yap yöntemiyle tekrarlanamayan, kaplamalı delikler oluşturulur.
5. Dış katman görüntüleme ve aşındırma. Dış bakır yüzey, iç katmanlarla aynı şekilde desenlendirilmiş ve işlenmiştir.
6. Lehim maskesi. Koruyucu maske uygulanır ve sertleştirilir, sadece lehimin gerekli olduğu yerlerde açıklıklar bırakılır, ardından renklendirilir.
7. Serigrafi. Bileşen etiketleri, referans tanımlayıcıları ve işaretlemeler basılır.
8. Yüzey işleme. Açıkta kalan pedler, lehimlenebilir ve korozyona dayanıklı kalmaları için ENIG veya HASL gibi bir kaplama ile sonlandırılır.
9. Elektrik testi. Devre kartları, bakırın doğru olup olmadığını doğrulamak için ağ listesine göre açık devre ve kısa devre açısından test edilir.
10. Yönlendirme ve profil oluşturma. Levhalar, genellikle montaj için raylarla birlikte bir panel halinde bırakılarak, panelden son şekillerine göre kesilir.

Her adım izlenir; bu da fabrika üretimi devre kartlarına tutarlılık ve güvenilirlik kazandırır. Gelişmiş hatlar, lazerle delinmiş mikrovia'lar ve zorlu tasarımlar için hassas empedans kontrolü ile bunu daha da ileriye taşır; bu da yüksek hızlı PCB üretiminin alanıdır. Aynı kontrollü süreç, esnek PCB'lerden sert-esnek kartlara kadar, hiçbir ev yönteminin yaklaşamayacağı özel yapıların da mümkün olmasını sağlar .

Malzeme, Katman ve Yüzey İşlemlerinin Seçimi

Profesyonel imalata geçmenin bir parçası da, evde bulamayacağınız malzemeleri ve yüzey işlemlerini seçmektir. Birkaç karar neredeyse her panoda tekrarlanır.

Temel malzeme ve bakır ağırlığı

Çoğu devre kartı, cam elyaf takviyeli epoksi laminat olan FR4 kullanır. Cam geçiş sıcaklığı (Tg), montaj işlemine uygun olmalıdır; kurşunsuz lehimleme daha yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir ve daha yüksek Tg değerine sahip bir malzemeden fayda sağlar. Bakır ağırlığı, genellikle bir ons ve güç devreleri için daha ağırdır, bir iletkenin ne kadar akım taşıyabileceğini belirler. Yüksek frekanslı ve yüksek hızlı tasarımlar, standart FR4'ün ötesinde özel laminatlar gerektirebilir; bu da yüksek hızlı PCB üretiminin alanıdır.

Katman sayısı ve istifleme

Evde üretilen bir devre kartı gerçekçi olarak bir veya iki katmandan oluşur. Bir fabrika ise rutin olarak dört, altı veya daha fazla katmanlı, kontrollü katmanlama ve bunları birbirine bağlayan güvenilir kaplamalı geçiş yollarına sahip devreler üretir. Daha fazla katman, yoğun tasarımları yönlendirmenize, güç ve topraklama düzlemlerini ayırmanıza ve sinyal bütünlüğünü yönetmenize olanak tanır; bunların hiçbiri bir DIY (kendin yap) sürecinin sağlayamayacağı özelliklerdir.

Yüzey

Yüzey kaplaması, açıkta kalan bakırın lehimlenebilir kalmasını ve korunmasını sağlar. Yaygın seçenekler arasında düzlük, raf ömrü ve maliyet arasında bir denge kurulması gerekir.

Çoğu ilk profesyonel devre kartı için ENIG veya HASL yeterlidir; ince aralıklı parçalar veya uzun süreli depolama gerekiyorsa ENIG, maliyet önemliyse ve özellikler daha büyükse HASL tercih edilir. Üretici, standart PCB üretiminin bir parçası olarak tasarımınıza ve bütçenize uygun bir yüzey işlemi önerebilir.

Kendin Yap (DIY) yaklaşımından Üreticiye (FABRİKA) geçiş zamanı ne zaman?

Kendin yap (DIY) yöntemi, öğrenme, hızlı deneyler ve basit bir devre kartının ilk versiyonu için mükemmeldir. Bu durumlardan herhangi biri geçerli olduğunda profesyonel bir üreticiye geçin:

• ihtiyacınız olan ikiden fazla katmanveya güvenilir kaplamalı geçiş yolları.
• Tasarımınız ince izler veya küçük parçalar Aşındırma veya frezeleme ile çözülemeyen sorunların ötesinde.
• İstediğiniz lehim maskesi, serigrafi baskı ve uygun bir yüzey işlemi Güvenilirlik ve montaj kolaylığı açısından.
• ihtiyacınız olan kontrollü empedans yüksek hızlı veya RF sinyalleri için.
• ihtiyacınız olan iki özdeş tahtadan daha fazlasıYa da tutarlı, tekrarlanabilir kalite.

Prototip miktarları ucuz olduğu ve devre kartları bitmiş, test edilmiş ve montaja hazır halde geldiği için, ekonomik faktörler genellikle beklenenden daha erken bir aşamada üreticiyi avantajlı duruma getirir. Sipariş vermeden önce yapılacak hızlı bir DFM (Üretilebilirlik Tasarımı) incelemesi, evde yapılacak bir üretim sürecinin asla başaramayacağı sorunları ortaya çıkarır.

Yönetim Kurulunun Montajı

Devre kartını hazırlamak elektronik devre yapımının sadece yarısıdır; bileşenlerin lehimlenmesi de gerekir. Basit delikli devre kartlarını elle lehimleyebilirsiniz, ancak ince yüzey montajlı parçalara sahip her şey, monte edilmesi çok daha kolay ve güvenilirdir.

İşte bu noktada tek elden üretim yapan bir firma devreye giriyor: Devre kartını üreten aynı Gerber, delme, malzeme listesi ve yerleştirme dosyaları, PCB montajını da yönlendiriyor; böylece tek bir ortak, tasarımınızı dosyalardan bitmiş, bileşenleri yerleştirilmiş bir karta kadar götürüyor. Projeniz büyüdükçe, aynı dosyalar yeniden mühendislik gerektirmeden yüksek hacimli PCB montajına dönüştürülebiliyor . Üretim ve montajın tek bir çatı altında yapılması, kalite ve sorumluluğun da tek bir yerde toplanmasını sağlıyor.

Öğrenmek ve fikirleri hızlıca test etmek için evde bir devre kartı yapın; katmanlara, kaplamalı deliklere, bir yüzeye veya tekrarlanabilir kaliteye ihtiyacınız olduğunda profesyonel imalata geçin. Her yöntemin nasıl çalıştığını bilmek, projenin her aşamasında doğru olanı seçmenizi sağlar. Highleap Electronics ve imalat ve montaj yeteneklerimiz hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Sıkça Sorulan Sorular

Evde gerçekten PCB üretebilir miyim?

Evet, basit tek veya iki katmanlı devre kartları için. Toner transferi, UV fotorezist ve CNC frezeleme yöntemlerinin hepsi işe yarar, kimyasal yöntemlerde ise son işlem olarak aşındırma yapılır. Prototip üretimi ve öğrenme için harika olsalar da, bir fabrikanın kaplamalı deliklerine, lehim maskesine, yüzey işlemine veya ince detaylarına yetişemezler.

Kendin yap (DIY) panolarında neden delik kaplaması olamaz?

Deliklerin kaplanması, delinmiş kanallardan bakırın elektrolizle kaplanmasını gerektirir; bu endüstriyel bir kimyasal işlemdir. Ev yöntemleri en iyi ihtimalle elle perçin eklemeyi içerir ki bu da çok daha az güvenilirdir. Kaplamalı deliklerin olmaması, kendin yap yöntemlerinin bir veya iki katmanla sınırlı kalmasının ana nedenidir.

Evde yapabileceğim minimum iz genişliği nedir?

Tipik kendin yap yöntemleri için, kullanılan tekniğe bağlı olarak, yaklaşık 0.4 ila 0.5 mm gerçekçi bir sınırdır. Profesyonel imalat, gelişmiş hatlarda 0.1 mm'nin çok altına kadar çok daha ince ayrıntıları çözebilir; bu nedenle yoğun veya ince aralıklı tasarımlar bir üreticiye ihtiyaç duyar.

Ne zaman kendi başıma sörf tahtası yapmayı bırakıp sipariş vermeye başlamalıyım?

İkiden fazla katmana, kaplamalı geçiş yollarına, ince izlere, lehim maskesine ve son işleme, kontrollü empedansa veya birkaç tutarlı devre kartından fazlasına ihtiyacınız olduğunda, bir üreticiden prototip miktarları ucuzdur ve bitmiş ve test edilmiş olarak gelir.

Üretici firmanın benim anakartımı üretmesi için hangi dosyalara ihtiyacı var?

Her katman için Gerber dosyaları ve delikler için NC delme dosyası. Montaj da istiyorsanız, malzeme listesi ve yerleştirme dosyası ekleyin. Kart kalınlığını, bakır ağırlığını, lehim maskesi ve serigrafi renklerini, yüzey işlemini ve empedans gereksinimlerini belirtin.

Aynı şirket benim panomu da üretip monte edebilir mi?

Evet. Tek elden üretim yapan bir firma, ham devre kartını üretmek ve bileşenleri bir araya getirmek için aynı dosya setini kullanır; böylece tasarımınızı dosyalardan bitmiş bir karta dönüştürür ve tedarikçi değiştirmeye gerek kalmadan prototiplerden yüksek hacimli üretime kadar ölçeklendirme sağlar.

Panom için hangi yüzey kaplamasını seçmeliyim?

Çoğu devre kartı için ENIG veya HASL pratik bir seçimdir. İnce aralıklı bileşenleriniz varsa veya uzun bir kullanım ömrüne ihtiyacınız varsa, düz ve dayanıklı olduğu için ENIG'i tercih edin; maliyet önemliyse ve özellikler daha büyükse HASL'ı seçin. OSP, üretimden kısa süre sonra lehimlenecek devre kartları için düşük maliyetli, düz bir seçenektir.