От прототипа до серийного производства печатных плат Производственные и сборочные предприятия

Печатные платы (ПП) являются основой практически всех электронных изделий и устройств, а процесс их производства включает в себя этапы от создания прототипа до тестирования готового продукта. Несмотря на то что печатные платы различаются по форме и размерам, процессы их изготовления и сборки в целом остаются одинаковыми. Однако даже при безупречном производстве и сборке ПХП некачественные процессы сборки могут привести к дефектам, проблемам с надежностью и дорогостоящей доработке. В ходе этой экскурсии по заводу мы предоставим полный обзор процесса сборки и производства ПХП компании Geyuan Electronics: от нанесения паяльной пасты и автоматической установки компонентов до пайки методом рефлоу, проверки и окончательного контроля качества. Вы увидите, как работают наши современные линии по производству и сборке печатных плат, какое оборудование используется на каждом этапе и как мы обеспечиваем стабильность и выход готовой продукции при крупносерийном производстве. Независимо от того, являетесь ли вы инженером, проверяющим конструкции, стартапом, готовящимся к массовому производству, или закупщиком, оценивающим завод по сборке печатных плат, эта статья предоставит вам чёткое, пошаговое профессиональное представление о практиках сборки печатных плат.

Быстрый и простой способ понять Что такое печатная плата.

Печатная плата (PCB) представляет собой механическую конструкцию, основная функция которой заключается в фиксации электронных компонентов и их электрическом соединении для создания работоспособных электронных схем. Печатная плата состоит из одного или нескольких слоев меди, нанесенных поверх или между слоями непроводящего материала. Для удаления излишков меди и формирования рисунка схемы используются различные методы травления и гравировки. После формирования рисунка схемы компоненты припаиваются к печатной плате. Размещение компонентов может осуществляться с использованием технологии сквозного монтажа или технологии поверхностного монтажа (SMT).

Быстрое и простое понимание процессов изготовления печатных плат

Поскольку печатные платы являются неотъемлемой частью любой электронной схемы, они используются при производстве самых разнообразных электронных изделий и устройств. Поэтому печатные платы применяются на всех предприятиях по сборке электронного оборудования. В связи с этим для разных изделий требуются разные типы печатных плат, а процессы их изготовления также различаются, однако в целом производство осуществляется в соответствии с определенными базовыми процедурами.

Существуют различные методы изготовления и сборки печатных плат — от простых ручных процессов до сложных и высокоавтоматизированных. Однако в данной статье мы рассмотрим только те процессы производства печатных плат, которые применяются на заводах специализированных производителей печатных плат компании Geyuan Electronics. Процессы и методы, используемые этими специализированными производителями, отличаются высокой степенью сложности и автоматизации. Производство печатных плат — это сложный процесс, состоящий из множества этапов и операций. В следующих разделах мы подробно опишем каждую из этих операций.

Полный пошаговый алгоритм изготовления и сборки печатных плат

Производство и сборка печатных плат (PCB) представляет собой сложный системный инженерный проект, сочетающий в себе прецизионную механическую обработку и строгий контроль качества. Точность и стабильность каждого этапа непосредственно определяют электрические характеристики и срок службы конечного продукта. Как высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на предоставлении комплексных услуг по производству печатных плат и сборке электронных узлов (PCBA), компания Geyuan Electronics опирается на собственную цифровую производственную систему и строгий контроль технологических процессов для построения стандартизированного производственного цикла, охватывающего весь процесс. Далее мы подробно расскажем об основных этапах производства печатных плат — от обработки подложки до отгрузки готовой продукции — и продемонстрируем технические детали профессионального производства.

Шаг 1: Предварительная обработка основания

Подготовка подложки является начальным этапом производства и сборки печатных плат. Основная задача заключается в обеспечении чистоты, ровности и точности размеров ламината с медным покрытием, что создает надёжную основу для последующей обработки схемы.

1. Резка ламината с медным покрытием

В соответствии с техническими требованиями к конструкции изделия исходный ламинат с медным покрытием подвергается точной резке. Перед резкой плату необходимо прокалить для удаления внутренней влаги, что позволяет предотвратить такие дефекты, как расслоение и образование пузырей, при последующей обработке и обеспечить структурную стабильность. Компания Jiepei использует полностью автоматизированное режущее оборудование, что позволяет обеспечить высокоточный контроль размеров реза и адаптироваться к требованиям к подложке, предъявляемым различными спецификациями печатных плат.

2. Первичная очистка шлифовальной пластины

Нарезанный ламинат с медным покрытием подается в шлифовальный станок, где благодаря сочетанию механической шлифовки и очистки с поверхности удаляются пыль, масло, заусенцы и другие примеси, при этом одновременно повышается шероховатость поверхности, что обеспечивает хорошую основу для последующего сцепления краски и нанесения печатных схем. Данный процесс объединяет шлифование и очистку с термоотверждением, обеспечивая быструю сушку ламината после очистки и предотвращая вторичное загрязнение.

Второй этап — формирование схемы и обработка функциональных зон сердечника.

Формирование схемы является ключевым этапом в производстве печатных плат. С помощью таких процессов, как печать и травление, разработанный рисунок схемы точно наносится на подложку, образуя проводящий путь.

3. Печать печатных плат

Готовые схемы печатных цепей наносятся на медную поверхность ламината с медным покрытием с помощью специальных антикоррозионных чернил. Эти чернила защищают медь в области печатной схемы от коррозии во время последующих процессов травления, что делает их важнейшим материалом для обеспечения целостности схемы. Процесс печати требует строгого контроля толщины чернил и точности рисунка, чтобы избежать таких проблем, как пропуски при печати или появление «призрачных» изображений.

4. Контроль качества печати

После печати печатная плата проходит комплексную проверку: удаляются излишки краски, а участки с недостатком краски перепечатываются; в случае обнаружения большого количества дефектов (таких как значительное смещение рисунка или плохая адгезия краски) необходимо своевременно скорректировать параметры печати; качественные полуфабрикаты поступают на следующий этап обработки, а бракованные изделия после очистки от краски и сушки на этапе травления могут быть возвращены на данный этап для повторной печати, что позволяет повысить коэффициент использования материала.

5. Дайте чернилам высохнуть.

Печатную плату оставляют отстояться, чтобы антикоррозионные чернила полностью высохли и отвердели, что улучшает их сцепление с медной фольгой и предотвращает отслоение чернил во время последующего травления, тем самым исключая повреждение схемы.

6. Травление и очистка чернил

Для обработки ламината с медным покрытием используется специальный травильный реагент. Излишки меди, не покрытые краской, удаляются травлением, в то время как медь в областях схемы, защищенных краской, сохраняется, образуя цельную проводящую линию. После травления оставшаяся антикоррозионная краска удаляется с помощью специального реагента, после чего следует сушка, что завершает формирование рисунка схемы. Данный процесс объединяет травление, удаление краски и сушку, обеспечивая непрерывность рабочего процесса и эффективность обработки.

Третий шаг заключается в том, что для оптимизации конструкции и характеристик печатной платы.

Эти вспомогательные процессы в основном направлены на улучшение структуры и эксплуатационных характеристик печатной платы и охватывают такие ключевые аспекты, как позиционирование, маркировка и защита, с целью обеспечения последующей сборки и эксплуатации.

7. Сверление установочных отверстий

С учетом требований к сборке продукции в травленной печатной плате просверливаются отверстия с высокой точностью позиционирования, которые обеспечивают фиксацию платы во время последующих операций установки и сборки, гарантируя точность размещения компонентов. Компания Jiepei использует высокоточное сверлильное оборудование, строго контролируя допуски по диаметру отверстий и точность их расположения, чтобы соответствовать требованиям различных сценариев сборки.

8. Вторичная очистка шлифовальной пластины

После сверления на поверхности платы могут остаться пыль и опилки. Необходимо повторно провести шлифование, очистку и сушку. Процесс аналогичен первоначальному шлифованию и направлен на то, чтобы обеспечить чистоту поверхности платы и исключить влияние загрязнений на качество последующих операций, таких как трафаретная печать и нанесение паяльной маски.

9. Логотип, нанесенный методом шелкографии

На обратной стороне печатной платы нанесены шелкографические рисунки, коды продукции, логотипы брендов и другая информация о компонентах, что обеспечивает четкие указания для последующей пайки и сборки электронных компонентов. После шелкографической печати компоненты немедленно подвергаются сушке, чтобы гарантировать четкость, износостойкость и стойкость маркировки к отслоению.

10. Трехступенчатая очистка шлифовальных пластин

В зависимости от степени загрязнения подложки для некоторых продуктов требуется третий этап очистки после трафаретной печати, чтобы тщательно удалить остатки печатной краски или пыль и обеспечить надежную адгезию слоя паяльной маски на последующих этапах производства. Этот этап можно гибко корректировать с учетом фактического состояния подложки, и он не является обязательным.

11. Обработка паяльной маски

После очистки нанесите на поверхность печатной платы методом трафаретной печати зелёный (или другого цвета) паяльный резист, оставляя открытыми только контактные площадки компонентов, подлежащих пайке. Основная функция паяльного резиста заключается в предотвращении образования перемычек и коротких замыканий во время пайки, защите схемы от коррозии под воздействием внешней среды, а также в улучшении изоляционных характеристик печатной платы. После трафаретной печати необходимо немедленно высушить и отвердить слой, чтобы обеспечить равномерность и прочность слоя паяльной маски.

12. Внешняя обработка

Печатная плата вырезается с помощью штамповочного пресса в соответствии с конечными размерами, заданными в конструкции изделия. В случае подложек нестандартной формы, не требующих обработки V-образной канавкой (например, небольших круглых плат), может потребоваться их формовка в два этапа: сначала вырубать основной контур со стороны трафаретной печати к стороне паяльной маски, а затем вырубать детализированные элементы, такие как отверстия для установки компонентов, со стороны паяльной маски к стороне трафаретной печати, чтобы обеспечить точность формовки и гладкость кромок.

13. Обработка V-образных пазов

Для многопанельных изделий, требующих разделения на отдельные панели, используется специальное оборудование для вырезания пазов (V-образных пазов) в подложке. Это облегчает точное разделение на отдельные панели после сборки заказчиком и позволяет избежать повреждения схемных элементов или подложки в процессе разделения. Этот процесс можно пропустить в случае небольших круглых плат и других изделий, не требующих разделения на отдельные панели.

14. Покрытие канифолью

Сначала подложка проходит процесс окончательного шлифования и очистки для удаления поверхностной пыли и примесей, после чего подвергается сушке. Затем на паяльные площадки наносится тонкий ровный слой канифоли. Канфора выполняет функцию флюса, улучшая смачиваемость во время пайки, обеспечивая прочное соединение между электронными компонентами и контактными площадками, а также снижая вероятность таких проблем, как холодные и некачественные паяные соединения. Данный процесс объединяет шлифование, сушку и нанесение покрытия, обеспечивая как эффективность обработки, так и равномерность нанесения покрытия.

4: Монтаж различных электронных компонентов на печатную плату

Этот процесс начинается, как только голая печатная плата готова и на неё установлены различные электронные компоненты методом поверхностного монтажа (SMT). Сборка печатных плат (также известная как PCBA) превращает пустую печатную плату в рабочую схему.

15. Нанесение паяльной пасты

Процесс сборки начинается с нанесения паяльной пасты (содержащей мелкие элементы в форме барабанчиков и шарики припоя, а также флюс) на контактные площадки печатной платы. Новый трафарет, установленный над печатной платой, направляет паяльную пасту точно в места установки компонентов.

16. Размещение компонентов

Автоматическое оборудование для укладки компонентов использует вакуумные насадки для захвата таких компонентов, как резисторы, конденсаторы и интегральные схемы, и их укладки непосредственно на паяльную пасту. Эти машины работают с невероятной скоростью, точно укладывая тысячи компонентов в час. Для компонентов с сквозными отверстиями, выводы которых проходят сквозь печатную плату, требуется ручная укладка или применение методов выборочной укладки.

17. Пайка методом рефлоу

Когда печатная плата поступает в печь для рефлоу-пайки, она проходит несколько этапов нагрева, в ходе которых расплавляется паяльная паста, что позволяет компонентам прикрепиться к плате. Печь для рефлоу-пайки поддерживает точный температурный профиль, чтобы защитить чувствительные компоненты от повреждений во время процесса рефлоу-пайки. Двусторонние платы требуют повторного цикла рефлоу-пайки для завершения пайки другой стороны.

18. Сварка сквозных отверстий

Волновая пайка широко используется для пайки компонентов с сквозными отверстиями. Расплавленный припой наносится на печатную плату, покрывая выводы компонентов, проходящие через отверстия в плате. Хотя ручная пайка выполняется медленнее, она по-прежнему остается лучшим выбором для выполнения тонких операций или сборки небольших партий.

19. Проверка и испытания

Качество имеет первостепенное значение. Установки автоматического оптического контроля (AOI) позволяют проверять печатные платы на наличие ошибок пайки, неправильного расположения компонентов и отсутствующих деталей. Методы рентгеновского контроля подходят для оценки состояния внутренних соединений под микросхемами с шариковой решеткой (BGA). Следующим этапом является функциональное тестирование, в ходе которого печатную плату необходимо включить в питание, чтобы убедиться в её правильной работе.

20. Чистка и Организация

Во избежание коррозии для удаления остатков флюса, образовавшихся в процессе пайки, следует использовать воду или специальный раствор. В зависимости от требований проекта печатная плата будет покрыта конформным покрытием (защитным слоем) или установлена в готовый корпус.

Финал шаг : Контроль качества на этапе послепроизводства и отгрузка печатных плат и PCBADE (PCB и PCBADE)

Последний этап заключается в том, чтобы после проверки и очистки поместить печатные платы в антистатический пакет для обеспечения безопасности при транспортировке.

21. Заключительный контроль качества (FQC)

Готовые печатные платы проходят комплексную проверку качества. Основные пункты проверки включают: наличие деформаций или трещин на подложке; соответствие размера и расположения отверстий проектным требованиям; целостность цепи и отсутствие коротких замыканий/разрывов; четкость шелкографических маркировок; а также равномерность и отсутствие дефектов в паяльной маске и канифольном покрытии. Стандарты контроля строго соответствуют международным стандартам IPC и внутренним требованиям компании к контролю качества, что гарантирует высокое качество всей продукции, покидающей завод.

22. Выравнивание подложки (необязательно)

Если в ходе проверки обнаруживается незначительная деформация основания, она устраняется с помощью специального устройства для выравнивания, чтобы обеспечить соответствие плоскостности основания требованиям сборки; если само основание является плоским, эта операция не требуется.

23. Упаковка и доставка

Готовая продукция, прошедшая контроль качества, упаковывается с использованием стандартизированных методов и антистатических и влагонепроницаемых упаковочных материалов, чтобы предотвратить повреждения при транспортировке, вызванные статическим электричеством, перепадами влажности или ударами. После упаковки грузы формируются в соответствии с требованиями заказа, чтобы обеспечить безопасную доставку продукции заказчику.

Позиционирование ключевых ценностей в сфере сборки и обработки печатных плат

В цепочке поставок при производстве электроники сборка печатных плат является ключевым этапом преобразования проектных чертежей в функциональные устройства. В отличие от простого изготовления «голых» печатных плат, сборка включает в себя почти 30 сложных процессов, в том числе установку компонентов, пайку и тестирование, которые напрямую определяют стабильность работы и стабильность качества при серийном производстве электронных изделий. В настоящее время в отрасли наблюдаются две значимые тенденции:

• Во-первых, конструкция с высокой плотностью размещения компонентов способствовала широкому применению корпусов 0201 и микросхем в корпусах BGA;
• Во-вторых, резко возрос спрос со стороны клиентов на ’возможности оперативного реагирования“, что требует от производителей наличия возможностей бесперебойной интеграции всех этапов — от создания прототипов до массового производства. Это обязывает поставщиков услуг по сборке печатных плат не только обладать высокоточным оборудованием, но и создать полноценную цепочку процессов — от контроля материалов до оптимизации технологических процессов.

Критерии оценки при выборе поставщиков услуг по производству и сборке печатных плат

• Компаниям, нуждающимся в аутсорсинге, рекомендуется оценивать возможности подрядчиков по следующим критериям: Уровень базовых возможностей:

• Конфигурация оборудования: Имеется ли высокоточный установщик микросхем (точность установки ±30 мкм) и вакуумная пайка методом рефлоу (для уменьшения количества пустот, образованных в результате окисления)?

• Область применения: Подходит ли оборудование для обработки таких специальных компонентов, как BGA размером 0,3 мм, микрокомпоненты 0201 и гибко-жесткие печатные платы?

• Система сертификации: соответствие стандартам ISO 9001 и IPC-A-610 класса 3

• Полнота тестирования: Имеет ли компания собственные лаборатории AOI, рентгеновского контроля и ICT, а не полагается на услуги сторонних организаций?
• Уровень службы доставки:

• Ответ по созданию прототипов: создание прототипа за 72 часа + ускоренная обработка заказов с гибкими производственными мощностями

• Интеграция данных: поддерживается ли автоматический разбор файлов Gerber/ODB++ и интеллектуальное сравнение спецификаций?

Почему стоит выбрать компанию «Geyuan Electronics» в качестве надежного производителя печатных плат?

Печатные платы — это сердце любой электронной продукции. Даже самая незначительная ошибка может привести к выходу системы из строя. Поэтому производство печатных плат требует тщательного подхода и постоянного контроля. В связи с этим завод по производству печатных плат должен обладать многолетним опытом, чтобы заслужить ваше доверие.

Компания «Geyuan Electronics» — международный лидер в области производства и сборки печатных плат. Мы тщательно контролируем каждый этап производственного процесса, чтобы выпускать печатные платы высочайшего качества. Мы предлагаем комплексные решения для всех ваших потребностей, связанных с печатными платами, что позволяет вам не беспокоиться о качестве. Наши технологии производства печатных плат не имеют аналогов среди других производителей. У нас вы всегда найдете оптимальный вариант.

Компания Geyuan Electronics теперь предлагает комплексное решение для всех ваших потребностей, связанных с печатными платами, — от изготовления трафаретов для пайки до других компонентов. Если на вашем предприятии по сборке печатных плат имеется только оборудование для сборки, вам, возможно, придется передавать на аутсорсинг такие задачи, как изготовление печатных плат и производство трафаретов для пайки. Хотя это может сэкономить вам небольшую сумму, передача различных задач разным компаниям увеличивает количество хлопот, вероятность ошибок и необходимость контролировать каждую задачу в отдельности. Поэтому отдавайте предпочтение компаниям, которые предоставляют комплексные решения по производству и сборке печатных плат. На собственных производственных и сборочных мощностях Geyuan Electronics работают опытные специалисты, которые помогут вам подобрать компоненты, соответствующие вашим требованиям. Кроме того, мы отлично справляемся с поиском компонентов для сборки печатных плат высочайшего качества по самым конкурентоспособным ценам, обеспечивая наилучший клиентский опыт.

Пример из практики компании ’Geyuan Electronics»: производитель 32-слойных высокочастотных печатных плат

В прошлом году мы изготовили 32-слойную печатную плату (PCBA) для американской компании, которой требовались высокочастотные печатные платы. Толщина платы составляла 3,2 мм, соотношение сторон — 12:1, требуемое значение импеданса — ±5%, а допустимое отклонение смещения слоев — ±0,03 мм. Ранее заказчик обращался к двум заводам, но оба не справились с задачей. На первом заводе смещение слоев превышало допустимые пределы, в результате чего доля отбракованных плат составила 40%, а на втором заводе отклонение импеданса было слишком большим, что привело к доле отбракованных плат в 50%.

После получения заказа мы сначала провели подробный анализ «Проектирование с учетом технологичности» (DFM), помогая заказчику оптимизировать схему слоёвой структуры и расчёты импеданса, а затем разработали конкретные параметры производственного процесса. В ходе первого пробного производства из 200 пластин был достигнут показатель отбраковки 98%: все отклонения в выравнивании слоев удерживались в пределах ±0,02 мм, а отклонения импеданса — в пределах ±4%, что значительно превзошло ожидания клиента. Заказчик остался чрезвычайно доволен и впоследствии разместил у нас все свои заказы на печатные платы с большим количеством слоев. В настоящее время его ежемесячные оптовые заказы превышают 3000 квадратных метров.

Заключение

Производство и сборка печатных плат — это сложный процесс, этапы которого зависят от типа изготавливаемой печатной платы, количества её слоёв и других технических характеристик. В некоторых случаях в связи со специфическими требованиями проекта также применяется ручная сборка. Производство и сборка печатных плат являются ключевыми “связующими” звеньями в производстве электроники, а технологическая сложность этих процессов отражается в точности размещения компонентов на уровне микронов, контроле температуры с точностью до миллисекунд и комплексной системе предотвращения дефектов. Для компаний, ориентированных на исследования и разработки, выбор поставщика услуг по сборке, обладающего возможностями оптимизации процессов и системой быстрого реагирования, может значительно сократить циклы вывода продукта на рынок и снизить риски массового производства. Если вы ищете предприятие по сборке печатных плат для своего проекта, создания прототипов печатных плат или нужд массового производства, компания Geyuan Electronics обладает более чем 16-летним опытом, а на нашем заводе круглосуточно работают более 200 специалистов, чтобы обеспечить удовлетворенность клиентов по принципу «99%». Поэтому свяжитесь с нами уже сегодня, чтобы получить ценовое предложение или дополнительную информацию!