PCB 제조 방법

PCB 제조에는 Gerber 및 넷리스트를 포함한 설계 파일을 구성 요소를 배치하고 납땜할 수 있는 물리적 회로 기판으로 변환하는 작업이 포함됩니다.

제조 공정은 설계 출력 파일(Gerbers, 넷리스트, 드릴 파일 등)로 시작됩니다. 이러한 출력 파일은 제품 개념 개발, 도식 입력, 레이아웃 설계 및 파일 생성을 포함하여 설계 단계에서 생성됩니다. 다음 단계는 회로 기판의 제조 및 조립을 포함합니다.

아래 순서도는 PCB 제조와 관련된 단계를 보여줍니다.

A. 설계 및 보드 출력 파일

PCB 설계자로부터 설계 파일을 받은 후 신속하게 제조가 시작됩니다. 설계자는 Gerber 또는 ODB plus plus 형식으로 출력 파일을 생성하여 제조용으로 만들고 어셈블리용 BOM(bill of materials)을 생성합니다.

제조업체는 DFM 검사를 수행하여 제조 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 위험과 오류를 식별합니다. 문제가 발생하면 디자이너/클라이언트에게 알림이 전송됩니다. 수정된 파일은 CAM(Computer Aided Manufacturing) 시스템에 입력되어 아트워크 레이어, 드릴 홀 데이터, IPC 네트리스트의 형식을 인식하고 전자 데이터를 이미지로 변환합니다. 또한 레이어 순서를 확인하고 DRC(Design Rule Checks)를 실행하는 등 다양한 작업을 수행합니다.

모든 레이어는 Gerber 파일을 입력으로 사용하여 분석됩니다. 스태킹 계획도 그에 따라 진행됩니다. 나중에 CAM은 다양한 제조 부서를 위한 출력 파일을 생성합니다. 출력 파일에는 드릴 프로그램(하위 및 주 드릴 구멍), 이미징 레이어, 솔더 마스크 파일 출력, 라우팅 파일 및 IPC 넷리스트가 포함됩니다.

B. 내층 이미징

제조업체는 소형화로 인해 대부분 LDI(Laser Direct Imaging)를 사용합니다. 그들은 또한 회로 이미지를 인쇄하기 위해 회로 레이어, 솔더 마스크 및 실크 스크린 레이어의 사진 필름을 만드는 플로터라는 특수 프린터를 사용했습니다. 패널은 포토레지스트라는 감광성 필름으로 구성됩니다. 포토레지스트는 자외선에 노출되면 중합되는 광반응성 화학 물질 층을 포함합니다. 패널은 이제 컴퓨터로 제어되는 레이저 아래에 있습니다. 컴퓨터는 회로 기판의 표면을 스캔하여 디지털 이미지로 변환합니다. 이 디지털 이미지는 필요한 이미지 사양을 포함하는 미리 로드된 CAD/CAM 디자인 파일과 일치합니다. 같은 방식으로 네거티브 이미지가 내부 레이어에 형성됩니다.

LDI의 프로세스 흐름은 다음 그림과 같습니다.

이미지를 현상한 후 경화되지 않은 포토레지스트(보호에 필요한 구리)를 알칼리성 용액으로 제거합니다.

C. 에칭

PCB 제조에서 에칭은 보드에서 원하지 않는 구리(Cu)를 제거하는 프로세스입니다. 원하지 않는 구리는 비회로 구리일 뿐입니다. 그 결과, 원하는 회로 패턴이 얻어진다.

회로 기판 제조업체는 일반적으로 습식 에칭 공정을 사용합니다. 습식 에칭에서 원하지 않는 재료는 화학 용액에 담그면 용해됩니다.

에칭 공정 중에 고려해야 할 중요한 매개변수는 패널이 이동하는 속도, 화학 물질 분사 및 에칭될 구리의 양입니다. 전체 공정은 컨베이어형 고압 분무 챔버에서 수행됩니다.

D. 포토레지스트 박리

이 과정에서 나머지 포토레지스트는 구리에서 식각됩니다. 이 공정에는 포토레지스트를 파괴하는 부식성 입자(화학 약품)를 물에 용해시키기 위해 고압수 헹굼을 사용하는 것이 포함됩니다.

E. 검사 및 에칭 후 펀치

모든 레이어가 깨끗하고 준비된 상태에서 제조업체는 더 나은 레이어 간 정렬을 위해 내부 레이어에 제공된 대상을 사용하여 정렬 구멍을 펀칭합니다. 레이어는 정확한 내부 및 외부 레이어 정렬을 달성하기 위해 광학 펀치에 배치됩니다.

이 방법의 검사는 회로 기판의 표면을 육안으로 스캔하여 수행됩니다. 회로 기판은 하나 이상의 고화질 카메라가 사용되는 다양한 광원으로 조명됩니다. 이것은 AOI(Automated Optical Inspection) 시스템이 검증을 위해 보드의 전체 이미지를 구축하는 방법입니다.

F. 브라운 옥사이드 코팅

여기서 구리 회로 패턴은 라미네이션 후 내층의 산화 및 부식을 방지하기 위해 갈색 산화물로 코팅됩니다. 또한 프리프레그와의 접합에 더 나은 접합 특성을 제공합니다.

G. 라미네이션

라미네이션은 제어된 온도와 압력 하에서 프리프레그, 동박, 내부 코어를 대칭 스택에 결합하는 공정입니다. 2단계 프로세스입니다.

스택업 준비

본딩

다층 기판은 동박, 프리프레그 및 내부 코어로 구성됩니다. 이들은 열과 압력을 가하여 함께 고정됩니다. 더 나은 접착을 위해 기계식 프레스가 열간 및 냉간 압착에 사용됩니다. 본더 컴퓨터는 스택을 가열하고, 압력을 가하고, 제어된 속도로 스택을 냉각시키는 프로세스를 관리합니다.

다음 다이어그램은 LDI 프로세스를 요약한 것입니다.

H. 드릴링

드릴링 공정 중에 관통 구멍 및 리드 구성 요소용 드릴 구멍을 뚫습니다. X선 드릴은 내부 레이어에서 대상을 찾습니다. 기계는 예비 구멍을 정밀하게 뚫습니다. 기계는 컴퓨터로 제어되며 작업자는 특정 드릴링 프로그램을 선택할 수 있습니다. XY 좌표를 올바른 방향으로 배치합니다. 직경이 최대 100미크론인 구멍을 뚫을 수 있습니다. 기계는 또한 올바른 크기의 드릴을 선택하고 그에 따라 수행할 수 있습니다.

구멍을 뚫으면 일반적으로 버(burr)라고 하는 금속의 양단이 생깁니다. 디버링 공정은 회로 기판 표면에서 버 또는 불순물을 제거합니다.

1. 무전해 동도금

전기 도금 공정의 첫 번째 단계는 구멍 벽에 매우 얇은 구리 층을 화학적으로 증착하여 구멍 배럴을 전도성으로 만드는 것입니다. 이 공정을 무전해 구리 도금이라고 합니다. 반응은 촉매에 의해 시작됩니다. 철저한 세척 후 패널은 지속적인 화학 수조를 거칩니다. 약 {0}}.08 ~ 0.1 미크론 두께의 구리 층이 홀 배럴과 패널 표면에 증착됩니다.

J. 외층 이미징

내부 레이어 이미징을 위해 패널에 포토레지스트를 사용합니다. 마찬가지로 패널의 외부 레이어는 포지티브 이미지를 사용하여 이미지화됩니다. 여기서 프로세스는 인쇄판 에칭 방법을 따릅니다. 첫 번째 단계는 오염 및 먼지 입자가 패널에 달라붙지 않도록 패널을 청소하는 것입니다. 다음으로 포토레지스트 층이 패널에 적용됩니다. 그런 다음 LDI를 사용하여 이미지를 인쇄합니다.

K. 동도금

이 단계에서 구멍과 표면은 구리로 전기 도금됩니다. 조작자가 패널을 플라이트 스틱에 로드합니다. 패널은 구멍과 표면을 전기 도금하기 위한 음극 역할을 합니다. 구멍이 전도성 구리의 얇은 층을 증착하여 전기 도금할 준비가 되었기 때문입니다. 자동 도금 라인으로 이루어집니다. 전기도금 전에 패널은 세척되고 여러 수조에서 활성화됩니다. 각 패널 세트는 정확한 특정 시간 동안 각 욕조에 머물도록 컴퓨터로 제어됩니다. 일반적으로 1mil 두께의 구리가 홀 배럴에 증착됩니다.

동도금 다음은 주석도금입니다. 주석 도금은 레지스트로 사용됩니다. 외부 레이어 에칭 중에 구리 패드, 구멍 패드 및 구멍 벽과 같은 표면 기능의 부식을 방지합니다.

L. 포토레지스트 박리

일단 패널이 도금되면 포토레지스트는 바람직하지 않게 되며 원하지 않는 구리를 노출시키기 위해 패널에서 제거해야 합니다. 여기에서 연속 라인을 사용하여 원하지 않는 구리를 덮는 레지스트를 용해하고 씻어냅니다. 이것은 리프트 에칭 스트리핑 프로세스의 첫 번째 단계입니다.

M. 파이널 에칭

이 단계에서 원치 않는 노출된 구리는 암모니아 식각액을 사용하여 제거됩니다. 동시에 주석은 원하는 구리를 담을 수 있습니다. 이 시점에서 전도성 영역과 연결이 적절하게 설정됩니다.

N. 주석 박리

에칭 후 구리 트레이스의 주석 층이 제거됩니다. 진한 질산은 주석을 제거하는 데 사용되며 그 아래의 구리 회로 트랙을 손상시키지 않습니다. 그 결과 PCB에 명확하고 뚜렷한 구리 트레이스가 생깁니다.

O. 솔더 마스크 적용

솔더 마스크의 용도는 다음과 같습니다.

트레이스에 대한 절연 저항을 제공합니다.

용접 가능한 영역과 용접 불가능한 영역을 구분합니다.

용접할 수 없는 영역을 잉크로 덮어 환경 조건으로부터 보호합니다.

LPI(Liquid Photo Imaging) 마스크는 솔벤트와 폴리머를 결합하여 다양한 회로 기판 표면에 부착되는 얇은 코팅을 형성합니다. 프린터는 코팅된 패널을 이미징합니다. 기기의 UV 라이트는 투명 영역의 잉크를 경화시킵니다. 그런 다음 이미징 패널에서 경화되지 않은 레지스트를 모두 제거합니다.

LPI 경화(건조)는 잉크와 유전체를 결합합니다. 솔더 마스크 접착을 용이하게 합니다. 마지막 베이킹 단계는 오븐이나 적외선 열원에서 이루어집니다.

녹색은 눈에 부담을 주지 않기 때문에 일반적인 솔더 마스크 색상으로 선택되었습니다. 기계가 생산 및 조립 중에 PCB를 검사하기 전에 모든 검사는 수동으로 수행됩니다. 기술자가 회로 기판을 검사하는 데 사용하는 오버헤드 조명은 녹색 솔더 마스크에 의해 반사되지 않으므로 눈에 더 안전합니다.

P. 표면 마감

PCB 마감은 베어 구리와 회로 기판의 납땜 가능 영역에 있는 부품 사이의 금속 간 연결입니다. 회로 기판의 기판 구리 표면은 보호 코팅 없이 산화되기 쉽습니다. 따라서 표면 마감 처리는 산화로부터 보호하기 위해 매우 중요합니다. 또한 조립 중에 기판에 납땜할 부품을 준비하고 기판의 저장 수명을 연장합니다.

표면 처리에는 다양한 유형이 있습니다. 그러나 엄격한 RoHS 사양으로 인해 무연 표면 마감이 널리 사용됩니다.

마감재를 선택할 때 비용, 환경, 구성 요소 선택, 저장 수명 및 수율과 같은 요소를 고려해야 합니다.

Q. 실크스크린

이 프로세스에서 잉크젯 프로젝터는 회로 기판의 디지털 데이터에서 직접 범례를 이미지화하는 데 사용됩니다. 잉크젯 프린터를 사용하여 패널 표면에 잉크를 스크린 인쇄(번짐)합니다. 그런 다음 패널을 구워 잉크를 경화시킵니다. 부품 번호, 이름, 코드, 로고 등과 같은 다양한 유형의 텍스트를 지정합니다.

세 가지 인쇄 방법이 있습니다.

수동 스크린 인쇄

직접 범례 인쇄

R. 전기적 시험

E-테스트는 베어 인쇄 회로 기판 전기 테스트를 의미합니다. 이 단계에서는 전자 프로브를 사용하여 장착되지 않은 각 회로 기판의 단락, 개방, 저항, 정전 용량 및 기타 기본 전기적 특성을 확인합니다. E-테스트는 넷리스트 파일에 대해 보드의 전도성을 확인합니다. 넷리스트에는 PCB의 전도성 상호 연결 패턴에 대한 정보가 포함되어 있습니다.

기능을 테스트하기 위해 손톱 침대 및 플라잉 프로브 테스트를 구현합니다.

플라잉 프로브 테스트

플라잉 프로브 테스트는 특정 소프트웨어에서 제공하는 지침에 따라 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 프로브를 사용합니다. 이것은 고정 장치가 없는 테스트 방법입니다. 처음에는 플라잉 프로브 테스트 프로그램(FPT)이 생성된 다음 FPT 테스터에 로드됩니다. 테스터는 전기 신호와 전원을 프로브 포인트에 인가한 다음 테스트 절차에 따라 측정합니다.

손톱 침대

못층은 베어 보드의 전기적 테스트를 위한 전통적인 방법입니다. PCB의 테스트 위치에 핀이 정렬된 테스트 템플릿을 생성해야 합니다. 이 프로세스는 빠르고 대규모 생산 시스템에 적합합니다.

S. 분석 및 v-스코어링

회로 기판은 최종 제조 단계에서 생산 패널에서 모양을 만들고 절단합니다. 사용되는 방법은 포스트 홀을 사용하거나 V자형 슬롯을 사용하는 것입니다. V-홈은 보드 양쪽의 대각선 채널을 절단하는 반면 포스트홀은 테두리를 따라 측면 홈을 남깁니다. 어쨌든 보드는 패널에서 간단히 꺼낼 수 있습니다.