Что такое печатная плата?

Печатные платы (ПП) — это конструкции, которые содержат и соединяют электрические цепи. Они выступают в роли «мозга» системы, связывая компоненты для обеспечения различных функций. Вы также можете слышать, как печатные платы называют сборками печатных плат (PCA) или сборками схемных карт (CCA). Печатные платы повсеместно присутствуют в нашей жизни не только как важнейшие компоненты различных электрических устройств, но и отражают общую тенденцию в сфере технологий к созданию систем с более высокой мощностью и меньшими габаритами. Хотя печатные платы различаются по размеру, в конструкции изделий они, как правило, занимают значительно меньше места по сравнению с другими видами электропроводки. Эта компактность является одним из главных преимуществ печатных плат в современной разработке продукции.

Еще одной ключевой особенностью печатных плат является их адаптивность. Благодаря модульной конструкции печатные платы можно адаптировать к конкретным условиям эксплуатации, обеспечивая широкий спектр функциональных возможностей. В конечном итоге печатные платы используются для соединения электронных схем и обеспечивают питание множества электронных устройств, на которые мы сегодня полагаемся — от смартфонов до промышленных систем.

Почему производство печатных плат важно?

По мере того как размеры технологий продолжают уменьшаться при одновременном увеличении их мощности, спрос на более компактные, быстрые и эффективные электронные устройства растет в геометрической прогрессии. Это создает огромную нагрузку на производство печатных плат (PCB) соответствующим образом развиваться. Современные печатные платы должны поддерживать более высокие частоты, обеспечивать отвод тепла, сохранять целостность сигнала и соответствовать экологическим нормам — при этом всё это должно быть экономически эффективным при массовом производстве. Кроме того, такие отрасли, как телекоммуникации, автомобилестроение, здравоохранение, оборонная промышленность и промышленная автоматизация, в значительной степени полагаются на надежные печатные платы. Сбои на линиях по производству печатных плат могут привести к массовым отзывам продукции, угрозам безопасности или простоям в работе. Поэтому овладение искусством и наукой производства печатных плат не просто важно — оно жизненно необходимо.

Что такое Производство печатных плат ?

Печатная плата состоит из одного, двух или более слоев, в которых чередуются проводящие металлические слои (обычно из меди) и изолирующие слои. Проводящие дорожки вытравливаются слой за слоем из медного металла. Это можно сделать двумя способами. Первый способ заключается в нанесении сплошного слоя меди на печатную плату. Затем нужные трассировки маскируются, а избыток меди удаляется с помощью оборудования, оставляя проводящий металл только в тех местах, где разработчик хочет разместить трассировки. В качестве альтернативы трассировки можно оставить открытыми, а печатную плату погрузить в раствор меди. При этом методе открытые слои меди покрываются лишь одним слоем меди, что приводит к тому же результату, что и при первом методе. Если вы изготавливаете большое количество печатных плат или многослойных печатных плат, рекомендуется использовать второй метод, поскольку он приводит к меньшему общему количеству отходов меди и является более экономичным. Независимо от используемого метода, этот процесс повторяется до тех пор, пока на печатной плате не будет достигнуто необходимое количество слоёв. Полная сборка всех слоёв печатной платы часто называется “слойной структурой” или “наложением”.”

Базовый структура печатной платы

Типичная печатная плата состоит из нескольких слоёв, каждый из которых выполняет определённую функцию:

подложка	Основание, как правило, изготавливается из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном (FR4), для обеспечения механической опоры печатной платы, что гарантирует структурную целостность и прочность всей печатной платы.
медный слой	Медные слои наносятся на подложку. Эти слои образуют проводящие дорожки (трассы), соединяющие различные компоненты на печатной плате. В зависимости от сложности схемы печатная плата может иметь один (односторонняя), два (двусторонняя) или несколько (многослойная) медных слоев.
Паяльная маска	Паяльная маска — это защитный слой, покрывающий медные дорожки. Она предотвращает короткое замыкание и защищает медь от окисления. Паяльная маска придает печатной плате характерный зелёный цвет, хотя можно выбрать и другие цвета.
шелкография	Слои трафаретной печати используются для нанесения маркировки, символов и идентификаторов компонентов на печатные платы, что облегчает процесс сборки, обеспечивая визуальную ориентацию при размещении компонентов.

Базовый Процесс проектирования печатных плат

Проблемы в Проектирование печатных плат включают ограничения по размерам, тепловые факторы, элект миграцию, механическую интеграцию и энергоэффективность. Эти сложности требуют от разработчиков сотрудничества с экспертами из различных областей, чтобы обеспечить учет вопросов электротехники, механики и теплотехники на всех этапах процесса.

• Создание схем: Конструкторы используют программное обеспечение для автоматизированного проектирования (ECAD) для создания двухмерных чертежей печатных плат с целью определения компонентов, их расположения и способов соединения.

• Выбор материалов: Разработчики подбирают материалы для печатной платы с учетом требований конечной сборки. В качестве материалов могут использоваться FR-4, полиимидные ламинаты, композитные эпоксидные смолы (CEM), жидкокристаллические полимеры и т. д.

• Проверка проекта: Перед запуском в производство с помощью программного обеспечения для моделирования проводится тестирование и проверка рабочих характеристик печатной платы в различных условиях. Эти испытания позволяют убедиться, что расположение компонентов соответствует всем требованиям.

Процесс изготовления печатных плат

Печатные платы (ПП) являются основой современных технологий и свидетелями развития человеческой цивилизации. Если вы хотите оставаться в авангарде новых технологий, крайне важно понимать, как изготавливаются печатные платы.

имя	Цель	процесс
Обратитесь к производителю	Сотрудничать с поставщиками в целях реализации проектов по производству печатных плат и получения высококачественной продукции.	Обратитесь к подходящим производителям с помощью поиска в Google, B2B-платформ и т. д.
Инженерный анализ	Получить отзывы от поставщиков на основе проектных чертежей и реальных производственных сценариев.	Отправьте чертежи соответствующей команде производителя печатных плат и предоставьте технические требования к проекту.
Получить расценки	Взаимодействовать с производителем с учетом требований проекта и предоставить подробное ценовое предложение по проекту.	Мы подготовим коммерческое предложение после согласования требований к проекту с инженерной командой производителя на основе проектных чертежей и инженерного анализа.
Резка	В соответствии с требованиями технического задания MI большие листы древесины, отвечающие установленным требованиям, распиливаются на более мелкие отрезки для дальнейшего производства. Эти более мелкие отрезки древесины соответствуют требованиям заказчика.	Листовой материал большого размера → Раскрой в соответствии с требованиями MI → Формовка → Скругление углов/шлифовка кромок → Разгрузка
бурение	В соответствии с техническими данными просверлите необходимые отверстия в соответствующих местах на листовом материале, размеры которого соответствуют заданным требованиям.	Контакты сложенных плат → Верхняя плата → Сверление → Нижняя плата → Проверка/ремонт
Платина	Гальваническое нанесение меди — это процесс, при котором с помощью химических методов на стенки изолирующих отверстий наносится тонкий слой меди.	Грубое шлифование → Подвеска пластин → Линия автоматического меднения → Разгрузка пластин → Погружение в разбавленную H₂SO₄ % → Нанесение толстого слоя меди. .
Перенос графики	Перенос изображения — это процесс переноса изображения с производственной пленки на картон. .	(Технология «Blue Oil»): Шлифовка пластины → Печать первой стороны → Сушка → Печать второй стороны → Сушка → Экспонирование → Проявление → Контроль качества; (Технология «Dry Film»): Шлифовка пластины → Ламинирование → Осаждение → Выравнивание → Экспонирование → Осаждение → Проявление → Контроль качества
Трафаретное нанесение покрытия	При гальваническом нанесении рисунка на открытую медную фольгу или стенки отверстий схемы наносится слой меди необходимой толщины, а затем слой золота-никеля или олова необходимой толщины.	Загрузка пластин → Обезжиривание → Вторая промывка водой → Микротравление → Промывка водой → Травление кислотой → Покрытие медью → Промывка водой → Погружение в кислоту → Покрытие оловом → Промывка водой → Разгрузка пластин
Удаление пленки	С помощью раствора NaOH удалите антиосадочное покрытие, чтобы обнажить слой меди, не входящий в цепь.	Влажная пленка: Установить решетку → Замочить в щелочном растворе → Промыть → Потереть → Пропустить через машину; Сухая пленка: Поместить пластину → Пропустить через машину
Гравюра	Травление — это метод, основанный на химической реакции, который используется для удаления слоя меди в областях, не входящих в схему.
Зеленое масло	Зеленая паяльная маска используется для переноса рисунка с пленки зеленой паяльной маски на печатную плату; она служит для защиты печатных дорожек и предотвращения прилипания припоя к ним во время пайки компонентов.	Шлифовка пластины → Нанесение светочувствительного зелёного масла → Установка пластины → Экспонирование → Проявление пластины; Шлифовка пластины → Печать первой стороны → Запекание пластины → Печать второй стороны → Запекание пластины
символ	Символы — это легко распознаваемые обозначения.	После окончательного склеивания зелёного картона → Охлаждение и отстаивание → Регулировка сита → Печать символов → Окончательное склеивание
Позолоченные пальцы	На выводы разъема наносится слой никеля и золота необходимой толщины для повышения их твердости и износостойкости.	Установка пластины → Обезжиривание → Два промыва водой → Микротравление → Два промыва водой → Травление кислотой → Покрытие медью → Промыв водой → Покрытие никелем → Промыв водой → Покрытие золотом
Оловянный лист (параллельный процесс)	Оловянное покрытие заключается в нанесении распылением слоя свинцово-оловянного сплава на открытую медную поверхность, не покрытую паяльной маской, с целью защиты медной поверхности от окисления и обеспечения хорошей паяемости.	Микротравление → Сушка на воздухе → Предварительный нагрев → Нанесение канифольного покрытия → Нанесение припойного покрытия → Выравнивание горячим воздухом → Охлаждение на воздухе → Промывка и сушка на воздухе
формирование	К методам придания деталям форм, требуемых заказчиком, с помощью штамповки или фрезерных станков с ЧПУ относятся машинное фрезерование, штамповка, ручное фрезерование и ручная резка.	Фрезерные и высекальные станки с автоматическим управлением обеспечивают высокую точность, за ними следуют ручные фрезерные станки, тогда как ручные высекальные станки являются наименее точными и способны изготавливать только простые формы.
тест	Электронное тестирование по методике 100% позволяет выявлять обрывы цепи, короткие замыкания и другие дефекты, которые трудно обнаружить невооруженным глазом и которые негативно влияют на работоспособность.	Верхняя форма → Установка пластины → Тестирование → Пройден → Визуальный контроль качества на выходе (FQC) → Непройден → Ремонт → Повторное тестирование → В порядке → Отказ → Брак
Окончательная проверка	Мы проводим визуальный осмотр внешнего вида панелей в соответствии со стандартом 100% с целью выявления и устранения незначительных дефектов, что позволяет предотвратить поступление на рынок проблемных и бракованных панелей.	Поступающие материалы → Проверка документов → Визуальный осмотр → Пригодно → Выборочная проверка FQA → Пригодно → Упаковка → Непригодно → Переработка → В порядке

SMT процесс сборки после изготовления печатной платы завершено

Процесс сборки включает в себя установку и пайку компонентов на печатную плату. В частности, это:

1. Нанесение паяльной пасты: Нанесите паяльную пасту на контактные площадки, на которые устанавливаются компоненты. Для обеспечения точности нанесения используйте трафарет из нержавеющей стали.
2. Установка компонентов: Роботизированные установщики размещают компоненты на печатной плате в соответствии с проектной документацией. Эти машины отличаются высокой точностью и эффективностью.
3. Пайка методом рефлоу: Печатная плата нагревается в печи рефлоу для расплавления паяльной пасты и закрепления компонентов. Печь рефлоу постепенно нагревает печатную плату до температуры около 250 градусов по Цельсию, а затем охлаждает её для затвердевания паяных соединений.
4. Контроль качества: Используйте методы автоматического визуального контроля (AOI), рентгеновского контроля и ручной проверки для контроля собранной печатной платы с целью убедиться, что все компоненты правильно установлены и припаяны.
5. Установка компонентов с сквозными отверстиями: Компоненты с сквозными отверстиями (PTH) устанавливаются в просверленные отверстия и припаиваются методом пайки волной припоя или вручную.

Основная роль печатных плат в сборке методом поверхностного монтажа

Технология поверхностного монтажа (SMT) в настоящее время является основным процессом сборки электронных устройств, а печатная плата — первая “стадия” сборки по технологии SMT. Весь процесс сборки SMT включает в себя нанесение паяльной пасты, установку компонентов и пайку методом рефлоу, и каждый из этих этапов в значительной степени зависит от точности проектирования и качества изготовления печатной платы. Правильно спроектированная и изготовленная печатная плата является необходимым условием для обеспечения высокой эффективности и высокого выхода готовой продукции при сборке SMT.

• Этап нанесения паяльной пасты: Расположение контактных площадок на печатной плате должно точно совпадать с отверстиями в трафарете, чтобы обеспечить равномерное нанесение паяльной пасты и избежать холодных паяных соединений или перемычек.

• Этап размещения компонентов: Машина для размещения компонентов автоматически определяет местоположение размещения на основе файла координат печатной платы (например, данных Gerber или CAD), при этом погрешность выравнивания должна удерживаться в пределах микрометра.

• Этап пайки методом рефлоу: коэффициент теплового расширения и термостойкость материалов печатной платы напрямую влияют на выход готовой продукции. Платы низкого качества подвержены деформации, расслоению или даже выходу из строя.

Процесс тестирования после Производство печатных плат завершено

Тестирование позволяет убедиться, что печатная плата функционирует надлежащим образом и соответствует проектным требованиям. К распространенным методам относятся:

• Тестирование в схеме (ICT): Данный метод предполагает использование щупов для проверки отдельных компонентов и цепей. Он отличается высокой степенью автоматизации и обеспечивает стабильность результатов.
• Автоматический оптический контроль (AOI): для проверки паяных соединений и расположения компонентов используется камера. AOI отличается высокой скоростью и точностью, что делает его подходящим для крупносерийного производства.
• Тестирование с помощью подвижного зонда: в этом методе для проверки электрических соединений используется подвижный зонд. Он отличается гибкостью, экономичностью и подходит для мелкосерийного производства.
• Испытание на старение: воздействие на печатную плату высокой температуры и высокого давления с целью выявления слабых компонентов и обеспечения надежности.
• Рентгеновский контроль: позволяет проверять паяные соединения и внутренние слои, которые не видны невооруженным глазом.
• Функциональное тестирование: моделирование условий эксплуатации печатной платы для проверки ее работоспособности в соответствии с ожиданиями.

Наиболее распространенные тип печатной платы

Хотя основной процесс изготовления печатных плат в целом остается неизменным, существуют некоторые различия в зависимости от типа печатной платы и требований к её применению.

Жесткая печатная плата	Наиболее распространённый тип; изготавливается из твёрдых материалов, таких как FR-4. Используется в настольных компьютерах, электроприборах и системах промышленного управления.
Гибкие печатные платы	Изготавливаются из гибких материалов, таких как полиимид. Идеально подходят для компактных устройств, носимых устройств и условий эксплуатации, предполагающих динамическое изгибание. Разработчикам следует руководствоваться передовыми методами проектирования гибких печатных плат для обеспечения максимальной производительности и срока службы.
Жестко-гибкая печатная плата	В нем в одном устройстве объединены жесткие и гибкие компоненты. Оно широко применяется в военной, аэрокосмической и медицинской электронике, где существуют ограничения по габаритам и весу.
Печатная плата с высокоплотной схемой соединений (HDI)	Он отличается более тонкими линиями, меньшим расстоянием между ними и наличием микропор, что позволяет добиться более высокой плотности компонентов. Это имеет решающее значение для смартфонов, планшетов и устройств Интернета вещей.
Печатные платы на металлической основе (MCPCB)	Для обеспечения отличного отвода тепла используются алюминиевые или медные основания. Они широко применяются в светодиодном освещении и устройствах силовой электроники.
Печатные платы для радиочастотного и микроволнового диапазонов	Разработаны специально для высокочастотных сигналов с контролируемым импедансом и минимальными потерями. Требуется использование специальных материалов, таких как Rogers или Taconic. Целостность сигнала имеет первостепенное значение — ознакомьтесь с нашей статьёй о целостности сигнала при проектировании РЧ-печатных плат, чтобы узнать о передовых методах.

Основные проблемы при производстве печатных плат

Несмотря на достижения в области автоматизации и материалов, производство печатных плат по-прежнему сталкивается с рядом проблем:

Миниатюризация	По мере уменьшения размеров устройств печатные платы должны вмещать все больше функциональных возможностей на все более ограниченном пространстве. Это заставляет пересматривать пределы ширины дорожек, размера переходных отверстий и расстояния между компонентами.
Управление тепловым режимом	Увеличение удельной мощности приводит к увеличению тепловыделения. Неэффективная тепловая конструкция может привести к преждевременному выходу из строя или снижению производительности.
Целостность сигнала	Высокоскоростные цифровые и радиочастотные сигналы чувствительны к шумам, перекрестным помехам и отражениям. Требуется тщательное планирование прокладки кабелей, заземления и расположения устройств.
Соблюдение экологических норм	Такие нормативные акты, как RoHS (Ограничение использования опасных веществ) и REACH, ограничивают применение свинца, кадмия и других опасных веществ. Производители должны соответствующим образом адаптировать свои производственные процессы.
Колебания в цепочке поставок	Глобальные сбои, дефицит полупроводников и колебания цен на сырье сказываются на сроках и стоимости поставок. Все большее значение приобретают эффективные стратегии оптимизации цепочки поставок печатных плат.

Основные отрасли и области применения печатных плат

Если устройство требует питания, то, скорее всего, в его составе будет печатная плата (PCB). Печатные платы используются практически во всех электронных устройствах, а сфера их применения охватывает различные отрасли и типы оборудования. Ниже перечислены отрасли и области применения, в которых печатные платы используются наиболее часто.

высокие технологии

Печатные платы, изготовленные по индивидуальному заказу, способствуют инновациям в чрезвычайно сложных и быстро развивающихся высокотехнологичных отраслях, включая инфраструктуру 5G и высокоскоростную обработку данных. Поскольку эта отрасль находится на передовых позициях в области разработки устройств, такие платы отличаются большим количеством слоев и изготовлены с использованием уникальных материалов.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

В таких областях применения надежность имеет первостепенное значение, поскольку оборудование зачастую располагается в отдаленных районах и может подвергаться воздействию экстремальных факторов окружающей среды, таких как температура, вибрация или удары. В этой отрасли печатные платы используются в датчиках, источниках питания и навигационных системах для спутников и самолетов.

автомобиль

Хотя печатные платы могут использоваться во всех современных автомобильных системах, таких как проекционные дисплеи, подушки безопасности и передовые системы помощи водителю, они играют особенно важную роль в электромобилях, поскольку обеспечивают управление работой двигателя и подачу электроэнергии.

энергия

Печатные платы играют ключевую роль в выработке, сборе и распределении электроэнергии. Их надежность не только обеспечивает нормальную работу источников энергии, но и способствует обмену данными между энергосетью и системами управления, устройствами накопления энергии и системами мониторинга.

отрасль

Автоматизированное оборудование, используемое в промышленности, полагается на печатные платы, способные выдерживать суровые условия эксплуатации, такие как высоковольтный ток, механические вибрации и экстремальные температуры. Кроме того, печатные платы применяются при производстве сверл и прессов, измерительного оборудования, а также в системах высокоскоростной видеозаписи.

развитие печатной платы

Являясь краеугольным камнем современной электроники, печатные платы будут продолжать развиваться по мере того, как устройства и машины, в которых они используются, станут всё более миниатюрными, гибкими и функционально совершенными. Миниатюризация в сочетании с прозрачными и растяжимыми материалами позволит печатным платам разнообразно и интересно дополнять конструкцию электронных изделий. По мере того как электрификация стимулирует инновации в автомобильной и аэрокосмической отраслях, печатные платы будут играть решающую роль в определении того, как чистая энергия может питать такие системы, как системы связи и навигации. Прозрачные печатные платы, изготовленные из керамики или стекла, облегчают наблюдение за работой устройств.

Почему стоит выбрать Geyuan Electronics в качестве вашего партнера по производству печатных плат?

Процессные и технологические преимущества

Мы можем производство печатных плат с большим количеством слоев с количеством слоев до 40, соотношением сторон до 15:1, точностью импеданса ±5% и смещением слоев ±0,02 мм — все эти характеристики являются лучшими в отрасли. У нас есть специализированная команда по исследованиям и разработкам, которая постоянно оптимизирует процессы и преодолевает технические сложности, связанные с производством печатных плат с большим количеством слоев. Например, недавно разработанный нами процесс ламинирования 40-слойных плат обеспечивает выход готовой продукции более 95%, что значительно превышает средний показатель по отрасли, равный 70%.

Возможности инженерного анализа

Мы также предлагаем специализированную услугу по аудиту «Проектирование с учетом технологичности» (DFM). После того как клиенты предоставляют нам файлы Gerber, наши инженеры проводят подробный аудит DFM с целью выявления недостатков конструкции, которые могут затруднить производство, таких как чрезмерно тонкие линии, мелкие отверстия или несоответствующая схема слоения. Это позволяет проводить упреждающую оптимизацию и предотвращать проблемы на производстве. Для многих клиентов наши аудиты DFM позволили повысить коэффициент отбраковки с 60% до 98%, что привело к значительной экономии затрат.

Производственные предприятия и современное оборудование

Наша производственная база в Чанше оснащена полным комплектом высокотехнологичного оборудования для производства печатных плат: высокоскоростными сверлильными станками, импортированными из Германии, полностью автоматическими ламинаторами, лазерными экспонирующими устройствами LDI, приборами оптического контроля AOI, тестерами импеданса TDR, рентгеновскими тестерами смещения слоев и т. д. Все оборудование было введено в эксплуатацию в течение последних 3 лет, и его технические характеристики соответствуют передовым стандартам отрасли.

Производственные мощности и производственные возможности

Наши производственные мощности по выпуску многослойной фанеры позволяют нам изготавливать 500 образцов дизайна в месяц и 10 000 квадратных метров фанеры серийного производства в месяц, обеспечивая полный цикл производства — от изготовления образцов до серийного выпуска. Наш цикл поставки образцов составляет 5 дней для 20-слойной фанеры, 7 дней для 30-слойной фанеры и 10 дней для 40-слойной фанеры, что более чем на 30% быстрее, чем в среднем по отрасли. У многих клиентов сжатые сроки реализации проектов; на других заводах это занимает 15 дней, но мы можем осуществить поставку за 7 дней, что помогает клиентам получить значительное преимущество на рынке.

Качество Процесс управления

Наши многослойные печатные платы отличаются коэффициентом выхода, превышающим 98%, что значительно превосходит средний показатель по отрасли, равный 80%. Мы располагаем строгой системой контроля качества, включающей 12 контрольных точек — от складирования сырья до отгрузки готовой продукции, — что гарантирует соответствие каждой платы установленным стандартам. Кроме того, мы предоставляем пожизненную гарантию: любая изготовленная нами плата, повреждение которой не связано с человеческим фактором, будет отремонтирована бесплатно.

Система обслуживания клиентов

Наш сервис работает на высшем уровне. При возникновении каких-либо проблем у клиентов наши инженеры отвечают в течение 2 часов и предлагают решение в течение 24 часов. Многие клиенты сталкиваются с проблемами со своими платами, и когда они обращаются в другие заводы, то либо сталкиваются с задержками, либо просто не могут до них дозвониться. Но когда они обращаются к нам, мы немедленно анализируем причину, предлагаем решения и, при необходимости, даже бесплатно изготавливаем платы заново.

Обобщить

Печатные платы (ПП) незаменимы в современном мире электроники. Они обеспечивают надёжные, компактные и эффективные соединения электронных компонентов, благодаря чему являются неотъемлемой частью оборудования во многих отраслях промышленности. От простой бытовой электроники до сложных аэрокосмических систем — печатные платы составляют основу бесчисленных технологических достижений. Понимание их структуры, типов и процессов производства помогает подчеркнуть их ключевую роль в современном мире, движимом технологиями. Широкий спектр применения и значительное влияние печатных плат на производительность и надежность электронных устройств делают проектирование и изготовление печатных плат одной из важнейших задач для инженеров-электронщиков и технологических компаний. Если вы ищете профессионального производителя для сотрудничества в рамках вашего проекта по изготовлению печатных плат, пожалуйста, свяжитесь с нами.