ขั้นตอนการผลิต PCB: คู่มือฉบับสมบูรณ์ในการสร้างแผงวงจร

การผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นกระบวนการที่มีความแม่นยําและหลายขั้นตอน ที่เปลี่ยนการออกแบบดิจิตอล เป็นแพลตฟอร์มฟิสิกอลสําหรับองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทุกขั้นตอน จากการเลือกวัสดุจนถึงการทดสอบสุดท้าย ต้องการความแม่นยําเพื่อให้แน่ใจว่า PCB ทํางานได้อย่างน่าเชื่อถือในการใช้งานที่กําหนดไม่ว่าจะเป็นเซ็นเซอร์ IoT ง่ายๆ หรือสถานีฐาน 5G ที่ซับซ้อน การเข้าใจกระบวนการผลิต เป็นสิ่งสําคัญในการปรับปรุงการออกแบบ ค่าใช้จ่าย และผลงาน

คู่มือนี้แยก 10 ขั้นตอนหลักของการผลิต PCB โดยยกย่องเทคโนโลยีหลัก การตรวจสอบคุณภาพ และความแตกต่างระหว่างกระบวนการมาตรฐานและกระบวนการที่ก้าวหน้าคุณจะมีแผนที่ทางที่ชัดเจน ว่าการออกแบบของคุณจะกลายเป็นแผ่นวงจรที่ใช้งานได้อย่างไร.

ประเด็นสําคัญ
a.การผลิต PCB มี 10 ขั้นตอนสําคัญ ตั้งแต่การตัดวัสดุจนถึงการทดสอบสุดท้าย โดยแต่ละขั้นตอนมีผลต่อผลงานและต้นทุน
b.กระบวนการที่ก้าวหน้า (เช่น การเจาะด้วยเลเซอร์ การตรวจสอบทางแสงอัตโนมัติ) ปรับปรุงความแม่นยํา แต่เพิ่มต้นทุนการผลิต 10~30% เมื่อเทียบกับวิธีมาตรฐาน
c. การเลือกวัสดุ (FR4 vs. Rogers) และจํานวนชั้น (2 vs. 16 ชั้น) มีผลต่อความซับซ้อนของการผลิตและเวลานําอย่างสําคัญ
d.การตรวจสอบคุณภาพในแต่ละขั้นตอนลดอัตราความบกพร่องจาก 10% (ไม่มีการตรวจสอบ) เป็น < 1% (การทดสอบครบวงจร) ลดต้นทุนการทํางานใหม่ 70%

ภาพรวมการผลิต PCB: จากการออกแบบจนถึงการผลิต
การผลิต PCB เปลี่ยนแปลงไฟล์ CAD (คอมพิวเตอร์ช่วยการออกแบบ) เป็นบอร์ดทางกายภาพ ผ่านกระบวนการลบและเพิ่มและการใช้งาน แต่ตามลําดับหลักที่สม่ําเสมอด้านล่างนี้คือภาพรวมระดับสูง ก่อนที่จะดําเนินการในรายละเอียด:
1การตรวจสอบการออกแบบและการเตรียมไฟล์ CAM
2การตัดวัสดุ
3การถ่ายภาพชั้นใน
4.การถักชั้นภายใน
5.การเคลือบชั้น
6การเจาะ
7- ปลูกไม้
8.การถ่ายภาพชั้นภายนอกและการถัก
9การใช้งานปลายผิว
1การทดสอบและตรวจสอบสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 1: การตรวจสอบการออกแบบและการเตรียมไฟล์ CAM
ก่อนการผลิตจะเริ่มต้น การออกแบบต้องถูกยืนยันและแปลงเป็นไฟล์พร้อมการผลิต
a.ตรวจสอบการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM): วิศวกรตรวจสอบการออกแบบ CAD เพื่อให้แน่ใจว่ามันตอบสนองข้อจํากัดการผลิต (เช่น ความกว้างของรอยขั้นต่ํา 0.1 มม, ขนาดรู ≥ 0.2 มม.)ประเด็น เช่น ระยะห่างที่แคบหรือลักษณะที่ไม่สนับสนุนถูกระบุเพื่อหลีกเลี่ยงการช้าในการผลิต.
b. การแปลงไฟล์ CAM: การออกแบบถูกแปลงเป็นไฟล์ CAM (Computer-Aided Manufacturing) ซึ่งรวมข้อมูลชั้น, พิกัดการเจาะ และรายละเอียดของวัสดุโปรแกรมเช่น Gerber และรูปแบบ ODB++ เป็นมาตรฐาน.
c.การปรับแผ่น: PCB ขนาดเล็กถูกจัดเป็นแผ่นขนาดใหญ่ (ตัวอย่างเช่น 18 "× 24") เพื่อให้การใช้วัสดุสูงสุดและการปรับปรุงการผลิต. การปรับแผ่นลดต้นทุน 20% ~ 30% สําหรับการใช้งานปริมาณสูง
คีย์เมทริก: การตรวจสอบ DFM อย่างละเอียด ลดการทํางานหลังการผลิตลงถึง 40%

ขั้นตอนที่ 2: การตัดวัสดุ
พื้นฐาน (โดยทั่วไป FR4, epoxy ที่เสริมกระจก) ตัดเป็นขนาดแผ่นที่ต้องการ
a. การเลือกสับสราท: FR4 ใช้สําหรับ 90% ของ PCB เนื่องจากราคาและความหลากหลาย. บอร์ดที่มีประสิทธิภาพสูงใช้ Rogers (สําหรับความถี่สูง) หรือโลหะ-แกน (สําหรับการจัดการความร้อน)
b.กระบวนการตัด: เครื่องตัดเลเซอร์หรือเครื่องตัดเลเซอร์อัตโนมัติตัดสับสราทให้มีขนาดแผ่น (เช่น 12 "× 18") ด้วยความละเอียด ± 0.1 มม. การตัดเลเซอร์มีความแม่นยํามากขึ้น (± 0.0 mm)05 มิลลิเมตร) แต่ช้าขึ้น 20% กว่าการตัดเชือกกลไก.
c. การลดความรุนแรง: ขอบถูกเรียบเพื่อกําจัดความรุนแรง, ป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ในขั้นตอนถัดไป

ขั้นตอนที่ 3: การถ่ายภาพชั้นใน
สําหรับ PCB หลายชั้น ชั้นภายในถูกออกแบบด้วยร่องรอยทองแดง โดยใช้การถ่ายภาพ
a. การทําความสะอาด: แผ่นถูกทําความสะอาดทางเคมีเพื่อกําจัดน้ํามัน ฝุ่น และสารออกซิเดนต์, รับประกันการติดตามที่เหมาะสมของแสงสว่าง
b. การใช้งานแบบ photo-resist: โพลิเมอร์ที่มีความรู้สึกต่อแสง (photoresist) ถูกใช้ผ่านการเคลือบม้วน (ความหนา: 10 หนา 20μm) โฟตรอิสต์เหลวถูกใช้สําหรับลักษณะละเอียด (< 0.1 มม)ฟิล์มแห้งสําหรับการออกแบบขนาดใหญ่.
c.Exposure: แผนที่ได้รับการเผชิญกับแสง UV ผ่าน photomask ( stencil ของการออกแบบวงจร)
d. การพัฒนา: โฟโตเรสติสต์ที่ไม่แข็งแรงถูกล้างออกไปด้วยสารละลายเคมี (เช่น นาเดียมคาร์บอเนต) โดยปล่อยให้รูปแบบที่ต้องการถูกปกป้อง
เทคโนโลยีที่ก้าวหน้า: การถ่ายภาพโดยตรงด้วยเลเซอร์ (LDI) ได้แทนรูปหน้ากากด้วยการสแกนด้วยเลเซอร์ ทําให้ความกว้างของร่องรอยที่เล็กเพียง 0.025 มิลลิเมตรสําหรับ PCB HDI (High-Density Interconnect)

ขั้นตอนที่ 4: การถักชั้นภายใน
การถักถอนทองแดงที่ไม่ต้องการ เหลือเพียงรอยที่มีรูปแบบ
a.ประเภทของเครื่องบด:
โครรไดเหล็ก: ราคาถูก แต่ช้ากว่า; ใช้ในการผลิตปริมาณน้อย
แอมโมเนียมเปอร์ซัลฟาต: เร็วขึ้น, ถูกต้องกว่า; เหมาะสําหรับการออกแบบขนาดใหญ่, สีดี
b.กระบวนการ: แผ่นถูกดําน้ําในหรือฉีดด้วย etchant ซึ่งละลายทองแดงที่ไม่คุ้มกันระยะเวลาการถัก (2-5 นาที) ถูกปรับระดับเพื่อหลีกเลี่ยงการถักเกิน (รอยบด) หรือถักต่ํา (ทองแดงที่เหลือ).
c. Resist Stripping: photoresist ที่เหลือถูกกําจัดด้วยสารละลายหรือสารละลายอัลเคลีน, เผยรอยทองแดง.
การตรวจสอบคุณภาพ: AOI (Automated Optical Inspection) สแกนหาความบกพร่องเช่นรอยที่หายไป, สั้น, หรือการกัดลอก, จับ 95% ของความผิดพลาดก่อนการละเมิน

ขั้นตอนที่ 5: การเคลือบชั้น
พีซีบีหลายชั้นเชื่อมต่อกันโดยใช้ความร้อนและความดัน
a.Prepreg การเตรียม: แผ่นของ prepreg (เส้นใยแก้วที่ท่วมกับ epoxy ไม่แข็ง) ถูกตัดตามขนาด Prepreg ทําหน้าที่ทั้งผูกและหนอนระหว่างชั้น
b.Stack-Up: ชั้นภายใน, prepreg, และแผ่นทองแดงภายนอกถูกจัดให้ตรงกันโดยใช้เครื่องมือ pin (ความอดทน: ± 0.05mm) สําหรับ PCB 16 ชั้น ขั้นตอนนี้ต้องการการจัดให้ตรงกันอย่างแม่นยําเพื่อหลีกเลี่ยงการจดทะเบียนชั้นผิด.
c. การกด: ค้อนถูกทําความร้อน (170 ~ 180 °C) และกด (300 ~ 500 psi) เป็นเวลา 60 ~ 90 นาที, การรักษาชั้น prepreg และการผสมเป็นแผ่นเดียว.
ปัญหา: กระโปรงอากาศ ระหว่างชั้น ทําให้เกิดการล้างแผ่น. การกดกระโปรงอากาศ (กําจัดอากาศก่อนการแข็ง) ลดความเสี่ยงนี้ลงถึง 90%

ขั้นตอนที่ 6: การเจาะ
ช่องถูกเจาะเพื่อเชื่อมชั้น ( vias) และการติดตั้งส่วนประกอบ (รูผ่าน)
a.ประเภทเครื่องเจาะ:
เครื่องเจาะกล: สําหรับรู ≥0.2 มิลลิเมตร; รวดเร็ว แต่ไม่แม่นยํา
เครื่องเจาะเลเซอร์: สําหรับไมโครวิอา (0.05 ∼0.2 มม.) ใช้ใน PCB HDI
b.กระบวนการ: เครื่องเจาะ CNC ติดตามพิกัดไฟล์ CAM, เจาะเจาะได้ถึง 10,000 หลุมต่อชั่วโมง. การเจาะ Peck (การถอนตัวระยะสั้น) กําจัดเศษขยะ, ป้องกันการบดหลุม
c. การล้างขยะ: การล้างหลุมเพื่อกําจัดขยะทองแดง, รับประกันการเคลือบที่น่าเชื่อถือ

ขั้นตอนที่ 7: การเคลือบ
หลุมและชั้นนอกถูกเคลือบด้วยทองแดง เพื่อสร้างการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างชั้น
a. Desmear: สารเคมี (ตัวอย่างเช่นเพอร์มานแกนเนต) กําจัดรอย epoxy จากรูที่เจาะให้แน่ใจว่ามีธาตุทองแดงแน่น
b.การเคลือบทองแดงแบบไม่มีไฟฟ้า: ชั้นบาง (0.5μm) ของทองแดงถูกฝากบนผนังรูและพื้นผิวภายนอกโดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้า สร้างฐานที่นําไฟ
c. การเคลือบไฟฟ้า: แผ่นถูกดําน้ําในน้ําน้ําทองแดงซัลฟาต และกระแสไฟฟ้าถูกนําไปใช้กับทองแดงหนา (15 ‰ 30 μm) บนรอยและผนังรู ขั้นตอนนี้รับประกันความต้านทานต่ํา (≤ 10mΩ) ใน vias
ตัวเลือกที่พัฒนาขึ้น: ผ่านการเติม (การเคลือบไฟฟ้าเพื่อเติมรูทั้งหมด) เพิ่มความแข็งแรงทางกล, เหมาะสําหรับการใช้งานความสั่นสะเทือนสูง (รถยนต์, ท้องอากาศ)

ขั้นตอนที่ 8: การถ่ายภาพชั้นนอกและการขีด
ชั้นภายนอกมีรูปแบบคล้ายกับชั้นภายใน แต่มีขั้นตอนเพิ่มเติมสําหรับหน้ากากผสมและผ้าไหม
a. การถ่ายภาพ: การใช้แสงกันแสง, การเปิดเผยและการพัฒนาเพื่อกําหนดรอยภายนอก
b.การกวาด: ถอนทองแดงที่ไม่ได้รับการป้องกันทิ้งร่องรอยภายนอกและแผ่น
c. การใช้หน้ากากผสมผสม: โพลิเมอร์สีเขียว (ทั่วไปที่สุด) หรือสีถูกนํามาปกปิดรอย, ปล่อยแผ่นเปิดเผยสําหรับการผสมผสมผสม. หน้ากากผสมผสมผสมป้องกันวงจรสั้นและป้องกันการออกซิเดชั่น
d.การพิมพ์ผ้าไหม: สีพิมพ์บนหน้ากากผสม เพื่อระบุองค์ประกอบ (เช่น "R1", "+5V") ช่วยในการประกอบและแก้ปัญหา
แนวโน้ม: หน้ากากผสมสีใสและผ้าไหมสีขาวกําลังเพิ่มความนิยมสําหรับ PCBs LED, ปรับปรุงการกระจายแสง.

ขั้นตอนที่ 9: การใช้ผิว
การทําปลายพื้นผิวป้องกันพัดทองแดงที่เปิดเผยจากการออกซิเดชั่นและรับประกันการผสมที่น่าเชื่อถือ

ขั้นตอนที่ 10: การทดสอบและตรวจสอบสุดท้าย
แผ่นที่เสร็จสิ้นผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวด เพื่อให้แน่ใจว่ามีคุณภาพ
a. การทดสอบไฟฟ้า: เครื่องทดสอบเครื่องบินตรวจสอบสั้น, เปิด, และความต้านทานในเครือทั้งหมด, ยืนยันการเชื่อมต่อ.
b.AOI: กล้องระดับความละเอียดสูงตรวจสอบความบกพร่อง (เช่น หน้ากากผสมผสมที่ไม่ตรงกัน, ผ้าไหมที่หายไป)
c. การตรวจสอบรังสีเอ็กซ์: ใช้สําหรับ BGA และ HDI PCB เพื่อตรวจสอบข้อเชื่อม solder ที่ซ่อนอยู่และผ่านคุณภาพ
d. การทดสอบอัมพาต: สําหรับ PCB ความเร็วสูง TDR (Time Domain Reflectometer) ตรวจสอบอัมพาตที่ควบคุมได้ (เช่น 50Ω, 100Ω) เพื่อให้มั่นใจต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณ
e.Depanelisation: แผนผังถูกตัดเป็น PCB แต่ละชิ้น โดยใช้การนําทาง, การสกอร์, หรือการตัดด้วยเลเซอร์, ขึ้นอยู่กับการออกแบบ

การผลิตแบบมาตรฐาน VS การผลิตแบบทันสมัย ความแตกต่างสําคัญ

FAQs
คําถาม: การผลิต PCB ใช้เวลาเท่าไหร่?
ตอบ: 5 7 วันสําหรับ PCB แบบมาตรฐาน 2 ชั้น; 10 14 วันสําหรับบอร์ด HDI 16 ชั้น บริการเร่งลดเวลาการดําเนินงาน 30% แต่เพิ่มค่าใช้จ่าย 50%

คําถาม: อะไรเป็นสาเหตุของความบกพร่องในการผลิต PCB?
A: ปัญหาทั่วไปรวมถึงการจดทะเบียนชั้นที่ผิด (การละเมินที่ไม่ดี) การถักที่ต่ํา / มากเกินไป และการไม่ตรงกันของเครื่องเจาะ การควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดลดความบกพร่องให้ < 1%

Q: ผมสามารถเปลี่ยนการออกแบบของฉันหลังจากการผลิตเริ่มต้นได้หรือไม่
A: การเปลี่ยนแปลงหลังการเคลือบชั้นมีค่าใช้จ่าย (50~100% ของค่าเดิม) ดีที่สุดคือการเสร็จสิ้นการออกแบบในช่วง DFM

คําถาม: การผลิต PCB ราคาเท่าไหร่?
A: (5 ′′) 15 สําหรับ PCB แบบมาตรฐาน 2 ชั้น (1000 หน่วย); (20 ′′) 50 สําหรับบอร์ด HDI 16 ชั้นที่ก้าวหน้า วัสดุ (เช่น Rogers vs FR4) และราคาขับขี่ปริมาณ

คําถาม: จํานวนชั้นสูงสุดของ PCB คือเท่าไหร่?
ตอบ: PCB ทางการค้ามีชั้นมากกว่า 40 ชั้น (ตัวอย่างเช่น ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์) แต่การใช้งานส่วนใหญ่ใช้ชั้น 2-16 ชั้น

สรุป
การผลิต PCB เป็นกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยความแม่นยํา ที่สมดุลความซับซ้อนของการออกแบบ วิทยาศาสตร์วัสดุ และเทคโนโลยีการผลิตทุกขั้นตอนมีบทบาทสําคัญในการรับรองว่าบอร์ดตอบสนองการไฟฟ้าความต้องการทางกลและความน่าเชื่อถือ
การเข้าใจขั้นตอนเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรปรับปรุงการออกแบบเพื่อค่าใช้จ่ายและประสิทธิภาพ ไม่ว่าจะเป็นการเลือก ENIG มากกว่า HASL สําหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์หรือกําหนดการเจาะเลเซอร์สําหรับ HDI PCB สมาร์ทโฟนเมื่ออิเล็กทรอนิกส์พัฒนา, กระบวนการผลิตจะยังคงก้าวหน้า, ทําให้ PCB ที่เล็กกว่า, เร็วขึ้น, และเชื่อถือได้มากขึ้นสําหรับเทคโนโลยีของพรุ่งนี้.

ด้วยการร่วมมือกับผู้ผลิตที่ให้ความสําคัญกับการตรวจสอบคุณภาพ และใช้อุปกรณ์ที่ทันสมัย คุณสามารถมั่นใจว่า PCB ของคุณจะตอบสนองความต้องการของการใช้งานที่ท้าทายที่สุด