، تهران , (اخبار رسمی): بردهای مدار چاپی یا همان PCB، قطعه اصلی تمام دستگاههای الکترونیکی هستند که وظیفه اتصال قطعات و انتقال جریان برق را بر عهده دارند. شاید در نگاه اول، ساخت این قطعات سبز رنگ ساده به نظر برسد، اما تولید صنعتی آنها شامل یک زنجیره پیوسته از فرآیندهای شیمیایی، مکانیکی و نوری دقیق است.
تولید PCB یک فرآیند خطی نیست، بلکه ترکیبی دقیق از چندین دانش مهندسی است. از انتخاب مواد اولیه تا دقت در اسیدکاری و سوراخکاری، هر مرحله تاثیر مستقیمی بر کیفیت و طول عمر محصول نهایی دارد.
بردهای مدار چاپی یا همان PCB، قطعه اصلی تمام دستگاههای الکترونیکی هستند که وظیفه اتصال قطعات و انتقال جریان برق را بر عهده دارند. شاید در نگاه اول، ساخت این قطعات سبز رنگ ساده به نظر برسد، اما تولید صنعتی آنها شامل یک زنجیره پیوسته از فرآیندهای شیمیایی، مکانیکی و نوری دقیق است.
در کارخانههای پیشرفته تولید مدار چاپی، بیش از ۲۰ مرحله مجزا طی میشود تا یک طرح کامپیوتری به یک قطعه فیزیکی و قابل استفاده تبدیل شود. در این مقاله، فرآیند دقیق تولید یک برد چند لایه استاندارد را در محیط کارخانه بررسی میکنیم. آشنایی با این مراحل به طراحان الکترونیک و تولیدکنندگان کمک میکند تا دید بهتری نسبت به استانداردهای ساخت و محدودیتهای تولید داشته باشند.
۱. بررسی فنی فایلهای طراحی (DFM Check)
فرآیند تولید در کارخانه، نه با دستگاهها، بلکه با کامپیوترها آغاز میشود. مشتریان فایل طراحی خود را معمولاً با فرمت استاندارد “گربر” (Gerber) ارسال میکنند.
پیش از شروع هر کاری، واحد مهندسی کارخانه فایلها را بررسی میکند. این مرحله DFM یا “طراحی برای ساخت” نام دارد. مهندسان موارد زیر را چک میکنند:
آیا فاصله بین ترکها (مسیرهای مسی) استاندارد است و دچار اتصال کوتاه نمیشود؟
آیا سوراخها با متههای موجود در کارخانه همخوانی دارند؟
آیا چیدمان لایهها صحیح است؟
اگر ایرادی در فایل باشد، تولید متوقف شده و به طراح اطلاع داده میشود. این کار از هدر رفتن مواد اولیه و تولید بردهای معیوب جلوگیری میکند.
۲. آمادهسازی و برش مواد اولیه (لمینت)
ماده اصلی اکثر بردهای الکترونیکی استاندارد، فیبرهایی به نام FR4 هستند. این مواد ترکیبی از الیاف شیشه و رزین اپوکسی بوده که دو طرف آنها با ورقهای نازک مس پوشانده شده است.
در ابتدای خط تولید، شیتهای بزرگ مواد اولیه (مثلاً در ابعاد ۱ در ۱.۲ متر) بر اساس ابعاد پنل کاری کارخانه برش داده میشوند. سطح مس قبل از ورود به مرحله بعد باید کاملاً شسته و تمیز شود تا هیچ چربی یا اکسیدی روی آن باقی نماند.
۳. چاپ طرح مدار (Imaging)
در این مرحله باید طرح سیمکشی مدار روی سطح مس منتقل شود. این کار در اتاقهای تمیز (Clean Room) و با نور زرد انجام میشود تا مواد حساس به نور آسیب نبینند.
لمینت کردن: سطح برد با یک لایه فیلم حساس به نور (Photoresist) پوشانده میشود.
نوردهی (Exposing): فیلمهای نگاتیو یا پوزتیو که طرح مدار روی آنها چاپ شده، روی برد قرار میگیرند. سپس نور UV با شدت بالا به برد تابانده میشود.
ظهور: قسمتهایی از فیلم که نور خوردهاند، سفت و پلیمریزه میشوند و به مس میچسبند (اینها همان مسیرهای مدار هستند). قسمتهایی که نور نخوردهاند، نرم باقی مانده و شسته میشوند.
۴. اسیدکاری اولیه و حذف مس اضافه (Etching)
اکنون بردی داریم که تمام سطح آن مس است، اما روی مسیرهای مورد نظر ما با یک لایه سفت محافظت شده است. برای حذف مسهای اضافی، برد وارد دستگاه “اچینگ” میشود.
در این دستگاه، محلولهای شیمیایی قوی (مانند کلرید آهن یا آمونیوم پرسولفات) روی برد اسپری میشود. این اسید فقط مسهای برهنه و بدون محافظ را در خود حل میکند. پس از خروج از دستگاه، فقط مسیرهای مسی که زیر لایه محافظ بودند باقی میمانند. سپس لایه محافظ نیز با محلول شیمیایی دیگری شسته میشود تا مس خالص نمایان شود.
نکته فنی: در بردهای چند لایه (Multi-layer)، مراحل بالا ابتدا برای لایههای داخلی انجام میشود. سپس لایهها با چسبهای مخصوص (Pre-preg) و تحت حرارت و فشار بسیار بالا به هم پرس میشوند تا یک برد یکپارچه شکل بگیرد.
۵. سوراخکاری (Drilling)
برای اینکه قطعات روی برد نصب شوند و یا لایههای مختلف برد به هم متصل شوند، نیاز به سوراخکاری است. این مرحله توسط دستگاههای CNC پیشرفته و تمام اتوماتیک انجام میشود.
دستگاه با استفاده از اطلاعات فایل دریل، متههای مختلف (از قطرهای بسیار ریز در حد ۰.۲ میلیمتر تا قطرهای بزرگ) را انتخاب کرده و با سرعت چرخش بسیار بالا (بیش از ۱۵۰ هزار دور در دقیقه) سوراخها را ایجاد میکند. دقت این مرحله بسیار حیاتی است؛ کوچکترین جابجایی میتواند باعث قطع شدن اتصالات لایههای داخلی شود.
۶. متالیزاسیون و آبکاری (Plating)
پس از سوراخکاری، دیوارهی سوراخها نارسانا است (چون جنس مغزی برد از فایبرگلاس است). برای برقراری ارتباط الکتریکی بین لایه رو و زیر، باید دیواره این سوراخها رسانا شود.
رسوبدهی شیمیایی: ابتدا برد در حمام شیمیایی قرار میگیرد تا یک لایه بسیار نازک مس به صورت شیمیایی روی تمام سطح و داخل سوراخها بنشیند.
الکترولیز: سپس با استفاده از جریان برق در حوضچههای آبکاری، ضخامت مس داخل سوراخها و روی ترکها به حد استاندارد (معمولاً ۲۰ تا ۳۰ میکرون) رسانده میشود.
۷. چاپ لایه محافظ یا چاپ سبز (Solder Mask)
این همان لایه رنگی (معمولاً سبز، آبی، مشکی یا قرمز) است که روی اکثر بردها دیده میشود. وظیفه این لایه، جلوگیری از اتصال قلع بین پایهها هنگام لحیمکاری و محافظت از مس در برابر اکسید شدن است.
مایع مخصوص سولدر مسک روی کل سطح برد چاپ میشود. سپس دوباره با استفاده از نور UV و فیلمهای مخصوص، نقاطی که باید لحیم شوند (پدها) باز نگه داشته میشوند و بقیه قسمتها خشک و تثبیت میگردند. در نهایت برد داخل کوره پخت قرار میگیرد تا این پوشش کاملاً سخت و مقاوم شود.
۸. چاپ راهنما یا مارکاژ (Silkscreen)
برای اینکه مونتاژکار بداند هر قطعه در کجا باید نصب شود، اطلاعات قطعات (مانند R1, C10, IC1) و لوگوی شرکت روی برد چاپ میشود. این مرحله معمولاً با رنگ سفید و توسط دستگاههای چاپ دیجیتال یا اسکرین انجام میشود. این نوشتهها هیچ اثر الکتریکی ندارند و صرفاً راهنمای بصری هستند.
۹. پوشش نهایی سطح (Surface Finish)
پدهای مسی که از زیر چاپ سبز بیرون ماندهاند، اگر در معرض هوا باشند سریعاً سیاه و اکسید میشوند و دیگر قلعپذیر نخواهند بود. برای جلوگیری از این مشکل، یک پوشش نهایی روی پدها اعمال میشود. رایجترین روشها عبارتند از:
HASL (قلع و سرب): برد داخل حوضچه قلع مذاب رفته و با فشار هوای داغ، سطح آن یکدست میشود. این روش ارزان و رایج است.
ENIG (طلای شیمیایی): یک لایه نیکل و سپس یک لایه بسیار نازک طلا روی پدها مینشیند. این روش برای بردهای حساس مخابراتی یا قطعات نصب سطحی ریز (SMD) که نیاز به سطح کاملاً صاف دارند، استفاده میشود.
۱۰. تست الکتریکال (E-Test)
قبل از اینکه بردها برش بخورند، باید از صحت عملکرد آنها اطمینان حاصل شود. دستگاههای تست الکتریکال با استفاده از پروبهای متحرک (Flying Probe) یا فیکسچرهای مخصوص، تمام اتصالات برد را چک میکنند.
تست مدار باز (Open): مطمئن میشود که یک مسیر در میانه راه قطع نشده باشد.
تست اتصال کوتاه (Short): بررسی میکند که دو مسیر مجزا به اشتباه به هم وصل نشده باشند.
اگر بردی در این مرحله خطا بدهد، با ماژیک علامتگذاری شده و از چرخه تولید خارج میشود.
۱۱. برش نهایی (Profiling)
تا این مرحله، بردها معمولاً به صورت “شیت” یا “پنل” تولید میشدند (چندین برد روی یک صفحه بزرگ). در مرحله آخر، بردها باید از پنل جدا شوند.
این کار با دستگاههای CNC روتر (برای ایجاد فرمهای خاص) یا دستگاه V-Cut (برای ایجاد شیار خطی جهت شکستن راحت برد) انجام میشود. پس از برش، لبههای برد تمیز شده و پلیسهگیری میشوند.
۱۲. کنترل کیفیت نهایی و بستهبندی
در آخرین ایستگاه، تکنسینهای کنترل کیفیت (QC) بردها را به صورت چشمی بررسی میکنند تا از کیفیت چاپ، رنگ، و وضعیت سوراخها اطمینان حاصل کنند. پس از تایید نهایی، بردها به صورت وکیوم بستهبندی میشوند تا در برابر رطوبت و هوا محافظت شوند و آماده ارسال به مشتری گردند.
جمعبندی
تولید PCB یک فرآیند خطی نیست، بلکه ترکیبی دقیق از چندین دانش مهندسی است. از انتخاب مواد اولیه تا دقت در اسیدکاری و سوراخکاری، هر مرحله تاثیر مستقیمی بر کیفیت و طول عمر محصول نهایی دارد. شناخت این مراحل به ما یادآوری میکند که کیفیت یک دستگاه الکترونیکی، فقط وابسته به قطعات روی آن نیست، بلکه به کیفیت بستری که قطعات روی آن سوار شدهاند نیز بستگی دارد.
منبع: afzarpardazesh.com
### پایان خبر رسمی