การผลิต PCB เป็นกระบวนการสร้างแผ่นเปล่าที่จะเป็นฐานสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์ การเลือกผู้รับเหมาผลิต PCB อย่างรอบคอบเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากความผิดพลาดเล็กน้อยก็สามารถทำให้แผ่นบอร์ดทั้งหมดใช้งานไม่ได้ การสื่อสารที่มีประสิทธิภาพระหว่างทีมออกแบบและผู้ผลิตเป็นสิ่งสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการผลิตได้ย้ายไปต่างประเทศมากขึ้น
ในโพสต์นี้ เราจะเจาะลึกทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับกระบวนการผลิต PCB เราจะครอบคลุมทั้งขั้นตอนก่อนกระบวนการ กระบวนการผลิต PCB ทั้งหมด และข้อควรพิจารณาที่สำคัญเมื่อเลือกบริษัทผลิต PCB
การผลิต PCB คืออะไร
การผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นกระบวนการเปลี่ยนแบบของแผงวงจรให้กลายเป็นโครงสร้างทางกายภาพตามข้อกำหนดที่ระบุไว้ในแพ็คเกจออกแบบ PCB ซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนและเทคนิคต่าง ๆ เพื่อผลิต PCB ที่ใช้งานได้
การผลิต PCB เป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการพัฒนา PCB มันแปลการออกแบบให้เป็นบอร์ดจริงที่สามารถประกอบด้วยส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานได้ คุณภาพของกระบวนการผลิตส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือของ PCB มันรับประกันว่า PCB ตรงตามข้อกำหนดและให้ประสิทธิภาพไฟฟ้าที่ดีที่สุด การส่งสัญญาณ และความทนทาน
การผลิต PCB เป็นเพียงส่วนหนึ่งของกระบวนการผลิต PCB ทั้งหมด การประกอบ PCB เป็นขั้นตอนแยกต่างหากที่ตามมาหลังจากการผลิต PCB ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวางส่วนประกอบบนบอร์ดเพื่อให้มันใช้งานได้ ในขณะที่การผลิต PCB มุ่งเน้นไปที่การสร้างโครงสร้างทางกายภาพของบอร์ด
ความแตกต่างระหว่างกระบวนการผลิต PCB และการประกอบ PCB คืออะไร
การผลิต PCB และการประกอบ PCB เป็นสองขั้นตอนสำคัญในกระบวนการผลิต PCB
การผลิต PCB
การผลิต PCB เกี่ยวข้องกับการแปลการออกแบบบอร์ดวงจรเป็นโครงสร้างบอร์ดจริง มันเหมือนกับการสร้างแบบแปลนสำหรับเมือง ที่มีเส้นทาง ถนน และโซนพื้นที่ ในกระบวนการนี้ การออกแบบจะถูกถ่ายโอนไปยังบอร์ดโดยใช้เทคนิคต่าง ๆ เช่น การกัดกรดหรือการพิมพ์ เป้าหมายคือการสร้างฐานที่แข็งแรงและเชื่อถือได้สำหรับการวางส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์
การประกอบ PCB
การประกอบ PCB เป็นกระบวนการวางส่วนประกอบบนบอร์ดที่ผลิตขึ้นจริง เพื่อให้มันใช้งานได้ มันเหมือนกับการสร้างอาคารในเมือง ในระหว่างกระบวนการนี้ ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และไมโครชิป จะถูกบัดกรีลงบนบอร์ด ส่วนประกอบเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการ การประกอบ PCB ทำให้บอร์ดมีชีวิตและสามารถทำงานตามวัตถุประสงค์ได้
การประกอบ PCB เป็นกระบวนการที่ละเอียดอ่อนซึ่งต้องการความแม่นยำและความเชี่ยวชาญ ส่วนประกอบต้องถูกวางอย่างแม่นยำและบัดกรีอย่างถูกต้องเพื่อให้แน่ใจว่า PCB มีความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพสูง
ความแตกต่าง
การผลิต PCB มุ่งเน้นไปที่การสร้างโครงสร้างทางกายภาพของบอร์ด ในขณะที่การประกอบ PCB เกี่ยวข้องกับการเพิ่มส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้บอร์ดทำงานได้ ทั้งสองกระบวนการเป็นสิ่งสำคัญและทำงานร่วมกันเพื่อสร้างแผงวงจรพิมพ์ที่ใช้งานได้และเชื่อถือได้
ก่อนกระบวนการผลิต PCB
การผลิตแผงวงจรพิมพ์ต้องใส่ใจในรายละเอียดอย่างรอบคอบ ก่อนที่คุณจะเริ่มกระบวนการ จำเป็นต้องดำเนินการขั้นตอนสำคัญหลายขั้นตอนเพื่อให้แน่ใจว่าบอร์ดจะสร้างสำเร็จ ลองมาดูขั้นตอนเหล่านี้อย่างละเอียด:
ดำเนินการตรวจสอบวิศวกรรมอย่างครอบคลุมสำหรับวงจร
ก่อนเริ่มกระบวนการผลิต PCB จำเป็นต้องดำเนินการตรวจสอบวิศวกรรมอย่างละเอียดของวงจร การตรวจสอบนี้เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบการออกแบบอย่างรอบคอบเพื่อระบุปัญหาหรือจุดที่สามารถปรับปรุงได้ โดยการดำเนินการตรวจสอบนี้ คุณสามารถจับข้อผิดพลาดหรือความไม่สอดคล้องกันได้ตั้งแต่เนิ่นๆ ช่วยประหยัดเวลาและทรัพยากรในระยะยาว
ซิงค์ฐานข้อมูลแบบแผนผังและเลย์เอาต์
เพื่อหลีกเลี่ยงความคลาดเคลื่อนหรือความไม่สอดคล้องกัน จำเป็นต้องซิงค์ฐานข้อมูลแบบแผนผังและเลย์เอาต์ ขั้นตอนนี้รับประกันว่าการออกแบบถูกนำเสนออย่างถูกต้องทั้งในแบบแผนผังและเลย์เอาต์ทางกายภาพของ PCB โดยการซิงค์ฐานข้อมูลเหล่านี้ คุณสามารถป้องกันความไม่สอดคล้องกันที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิต
ดำเนินการจำลองวงจรครบถ้วน การวิเคราะห์ความสมบูรณ์ของสัญญาณ และความสมบูรณ์ของพลังงาน
เพื่อให้แน่ใจว่าฟังก์ชันและความน่าเชื่อถือของ PCB เป็นไปตามมาตรฐาน จำเป็นต้องดำเนินการจำลองวงจรอย่างครอบคลุม การวิเคราะห์ความสมบูรณ์ของสัญญาณ และความสมบูรณ์ของพลังงาน การวิเคราะห์เหล่านี้ช่วยระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นกับการออกแบบวงจร เช่น การรบกวนของสัญญาณหรือปัญหาการแจกจ่ายพลังงาน โดยการแก้ไขปัญหาเหล่านี้ก่อนการผลิต คุณสามารถหลีกเลี่ยงการแก้ไขซ้ำซ้อนหรือการแก้ปัญหาในภายหลังได้
ตรวจสอบกฎและข้อจำกัดในการออกแบบ PCB
ก่อนดำเนินการกระบวนการผลิต จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการออกแบบ PCB สอดคล้องกับกฎและข้อจำกัดที่กำหนดไว้ ขั้นตอนนี้ช่วยให้แน่ใจว่าการออกแบบเป็นไปตามมาตรฐานและแนวทางการผลิตที่กำหนด โดยการตรวจสอบกฎและข้อจำกัดเหล่านี้ คุณสามารถป้องกันปัญหาในการผลิตหรือความกังวลด้านคุณภาพที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการผลิต
ตรวจสอบรายการวัสดุและกฎการออกแบบเพื่อการผลิต
สุดท้ายนี้ จำเป็นต้องตรวจสอบรายการวัสดุ (BOM) และกฎการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) BOM รวมรายการของชิ้นส่วนและวัสดุทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการประกอบ PCB ในขณะที่กฎ DFM กำหนดแนวทางและข้อกำหนดในการผลิต โดยการตรวจสอบเอกสารเหล่านี้ คุณสามารถมั่นใจได้ว่า BOM ถูกต้องและครบถ้วน และการออกแบบเป็นไปตามกฎ DFM
การผลิต PCB เป็นอย่างไร
การผลิต PCB เกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอนที่รับประกันการสร้าง PCB ที่มีคุณภาพสูงและใช้งานได้ดี เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อน ซึ่งต้องการความเชี่ยวชาญและความใส่ใจในรายละเอียด แต่ละขั้นตอนมีบทบาทสำคัญในการรับประกันคุณภาพและความน่าเชื่อถือของ PCB สุดท้าย โดยการเข้าใจว่าการผลิต PCB ทำงานอย่างไร วิศวกรและนักออกแบบสามารถตัดสินใจได้อย่างรอบคอบในระหว่างกระบวนการออกแบบและการผลิต ซึ่งนำไปสู่การใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น
กระบวนการผลิต PCB สามารถแบ่งออกเป็นขั้นตอนดังต่อไปนี้:
การสร้างภาพแบบ Layout ที่ต้องการ
ขั้นตอนแรกคือการสร้างภาพแบบ layout ที่ต้องการบนแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง ซึ่งทำโดยใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะทางเพื่อสร้างแบบ layout แล้วใช้เทคนิคการสร้างภาพเพื่อถ่ายโอน layout ไปยังพื้นผิวทองแดงโดยใช้วัสดุไวแสงที่เรียกว่าฟอโตเรซิสต์ การพิมพ์แบบ PCB ลงบนฟิล์ม ซึ่งต่อมานำไปใช้ในการเปิดรับฟอโตเรซิสต์ด้วยแสงอัลตราไวโอเลต (UV) พื้นที่ที่เปิดรับแสงจะแข็งตัว ในขณะที่พื้นที่ที่ไม่เปิดรับแสงยังคงอ่อนนุ่ม
การกัดกร่อนหรือการลบทองแดงส่วนเกิน
หลังจากสร้างภาพ layout บนพื้นผิวทองแดงแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการลบทองแดงส่วนเกินเพื่อเปิดเผยเส้นทางและแผ่นทอง ซึ่งเรียกว่าการกัดกร่อน การกัดกร่อนจะลบทองแดงส่วนเกินจากชั้นในและชั้นบนของบอร์ดเพื่อเปิดเผยเส้นทางและแผ่นทองที่ต้องการ พื้นที่ที่ได้รับการปกป้องด้วยฟอโตเรซิสต์ที่แข็งตัวจะยังคงอยู่ ในขณะที่ทองแดงที่เปิดเผยจะถูกละลายโดยสารละลายกัดกร่อน
การสร้างโครงสร้างชั้น PCB
เมื่อทองแดงส่วนเกินถูกลบออกแล้ว เราจะสร้างโครงสร้างชั้น PCB โดยการทำให้แผ่นบอร์ดเป็นเนื้อเดียวกันด้วยการอัดขึ้นรูป (การให้ความร้อนและกดอัด) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการกดและให้ความร้อนวัสดุของบอร์ดเพื่อสร้างโครงสร้างที่แข็งแรงและมีจำนวนชั้นที่ต้องการ เพื่อให้แน่ใจว่าชั้นต่าง ๆ ของ PCB อยู่ในแนวเดียวกันและเชื่อมต่อกันอย่างถูกต้อง
การเจาะรู
หลังจากสร้างโครงสร้างชั้นแล้ว จะทำการเจาะรูใน PCB เพื่อรองรับรูยึด, ขาแบบผ่านรู, และ vias รูเหล่านี้ช่วยให้สามารถวางส่วนประกอบและเชื่อมต่อระหว่างชั้นต่าง ๆ ได้ รูที่เจาะมักจะเคลือบด้วยวัสดุที่นำไฟฟ้าเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง
การชุบ
ขั้นตอนถัดไปคือการชุบ พีซีบีจะถูกวางในอ่างชุบโลหะ ซึ่งจะมีการเคลือบด้วยโลหะบาง ๆ ซึ่งโดยปกติคือทองแดง ลงบนพื้นผิวทองแดงที่เปิดเผยและรูเจาะ กระบวนการชุบนี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้าและรับประกันการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ การชุบทองแดงยังสามารถเพิ่มความหนาของร่องทองแดงหรือสร้างรูผ่านชุบได้ด้วย
หน้ากากบัดกรี
แผ่นป้องกันการบัดกรีถูกนำไปใช้กับพีซีบีเพื่อป้องกันร่องทองแดงและป้องกันสะพานบัดกรีในระหว่างกระบวนการประกอบ แผ่นป้องกันนี้มักเป็นสีเขียว แต่ก็สามารถเป็นสีอื่น เช่น สีแดง น้ำเงิน หรือดำได้
การพิมพ์ซิลค์สกรีน
การพิมพ์ซิลค์สกรีนเป็นกระบวนการเพิ่มป้ายชื่อส่วนประกอบ โลโก้ และเครื่องหมายอื่น ๆ ลงบนพื้นผิวพีซีบี ขั้นตอนนี้ช่วยในการวางตำแหน่งและระบุส่วนประกอบในระหว่างการประกอบและการแก้ไขปัญหา
พื้นผิวสำเร็จ
ขั้นตอนสุดท้ายในการผลิตพีซีบีคือการเคลือบผิวบนบริเวณทองแดงที่เปิดเผยบนพีซีบี การเคลือบผิวนี้ช่วยป้องกันทองแดงและอำนวยความสะดวกในการบัดกรีในระหว่างการประกอบเพื่อป้องกันการออกซิเดชันและเพิ่มความทนทานของบอร์ด
การเคลือบผิวทั่วไปประกอบด้วย HASL (การปรับระดับบัดกรีด้วยลมร้อน), ENIG (การชุบทองด้วยนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า), และ OSP (สารกันสนิมบัดกรีอินทรีย์)
เมื่อกระบวนการผลิตพีซีบีเสร็จสมบูรณ์ แผ่นบอร์ดที่เสร็จแล้วจะได้รับการตรวจสอบและทดสอบเพื่อให้แน่ใจว่าทำงานได้ตามความต้องการก่อนการประกอบหรือการจัดส่ง อุปกรณ์ทดสอบอัตโนมัถิใช้เพื่อระบุว่ามีการลัดวงจรหรือข้อบกพร่องใด ๆ ที่อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของพีซีบี
วิธีดำเนินการกระบวนการผลิต PCB อย่างมีประสิทธิภาพ
เมื่อพูดถึงการผลิต PCB กระบวนการออกแบบและการผลิตมักจะดำเนินการโดยหน่วยงานที่แตกต่างกัน ในกรณีส่วนใหญ่ ผู้ผลิตสัญญา (CM) จะผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ตามการออกแบบที่สร้างโดยผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการเป็นไปอย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพ การทำงานร่วมกันระหว่างกลุ่มเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญ ซึ่งรวมถึงการหารือเกี่ยวกับส่วนประกอบ ข้อพิจารณาด้านการออกแบบ รูปแบบไฟล์ และวัสดุแผ่นบอร์ด
ส่วนประกอบ
เพื่อให้กระบวนการผลิตเป็นไปอย่างรวดเร็ว นักออกแบบควรปรึกษากับผู้ผลิตเกี่ยวกับความพร้อมของชิ้นส่วน โดยปกติแล้ว ผู้ผลิตจะมีชิ้นส่วนที่จำเป็นตามแบบพร้อมใช้งาน แต่หากมีบางอย่างขาดหายไป นักออกแบบและผู้ผลิตต้องร่วมมือกันเพื่อหาข้อตกลงที่อนุญาตให้ผลิตได้เร็วขึ้นโดยไม่ลดทอนข้อกำหนดขั้นต่ำของการออกแบบ
ข้อพิจารณาในการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM)
การออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณา DFM มุ่งเน้นไปที่ความสามารถของการออกแบบในการดำเนินการผ่านขั้นตอนต่าง ๆ ของกระบวนการผลิต โดยทั่วไป ผู้ผลิต ซึ่งมักเป็น CM จะให้แนวทาง DFM สำหรับโรงงานของตน แนวทางเหล่านี้สามารถปรึกษาโดย OEM ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ โดยการนำแนวทางเหล่านี้ไปใช้ในการออกแบบพีซีบี นักออกแบบสามารถมั่นใจได้ว่าการออกแบบนั้นเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตของผู้ผลิต
รูปแบบไฟล์
การสื่อสารที่มีประสิทธิภาพระหว่าง OEM และ CM เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการผลิตพีซีบีเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบของ OEM การใช้รูปแบบไฟล์เดียวกันสำหรับการออกแบบเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อป้องกันข้อผิดพลาดหรือข้อมูลสูญหายที่อาจเกิดขึ้นเมื่อไฟล์ต้องแปลงเป็นรูปแบบต่าง ๆ
วัสดุของบอร์ด
OEM อาจออกแบบบอร์ดวงจรพิมพ์โดยใช้วัสดุที่มีราคาสูงกว่าที่ผู้ผลิตคาดหวังไว้ ดังนั้น ทั้งสองฝ่ายควรตกลงกันเกี่ยวกับวัสดุที่จะใช้ วัสดุที่เลือกควรไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการของการออกแบบพีซีบีเท่านั้น แต่ยังต้องคุ้มค่ากับราคาสุดท้ายด้วย
โดยการปฏิบัติตามแนวทางเหล่านี้และส่งเสริมความร่วมมือระหว่าง OEM และ CM กระบวนการผลิต PCB ที่มีประสิทธิภาพสามารถนำไปใช้ได้ ความร่วมมือนี้ช่วยให้แน่ใจว่าการออกแบบเข้ากันได้กับกระบวนการผลิต ชิ้นส่วนพร้อมใช้งาน และผลิตภัณฑ์สุดท้ายตรงตามข้อกำหนดที่ต้องการในขณะเดียวกันก็ประหยัดต้นทุน
ทำไมกระบวนการผลิต PCB จึงสำคัญ
การผลิต PCB เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากมีผลโดยตรงต่อความสามารถในการผลิต, อัตราการได้ผล, ความน่าเชื่อถือของแผงวงจรพิมพ์ (PCBs) และประสิทธิภาพโดยรวมของ PCB ตัวเลือกในการออกแบบที่ทำในระหว่างกระบวนการผลิตสามารถมีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพและฟังก์ชันการทำงานโดยรวมของผลิตภัณฑ์ PCB สิ้นสุด
ความสามารถในการผลิต
แง่มุมสำคัญประการหนึ่งของการผลิต PCB คือความสามารถในการผลิต การตัดสินใจด้านการออกแบบ เช่น ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบบนพื้นผิว การเลือกวัสดุที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่เหมาะสม และการจัดกลุ่มแบบอย่างถูกต้อง เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถสร้างบอร์ดได้โดยไม่ต้องออกแบบใหม่
การไม่ตัดสินใจเกี่ยวกับข้อกำหนดการผลิตที่เหมาะสมในช่วงขั้นตอนการออกแบบอาจส่งผลให้เกิดปัญหาในกระบวนการผลิต
อัตราการผลิตสำเร็จ
อัตราการผลิตสำเร็จของ PCB เป็นปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งที่ได้รับอิทธิพลจากกระบวนการผลิต การกำหนดพารามิเตอร์ที่ผลักดันขอบเขตความทนทานของอุปกรณ์ของผู้ผลิตสัญญาสามารถส่งผลให้เกิดบอร์ดที่ไม่สามารถใช้งานได้มากขึ้น
โดยการเข้าใจขั้นตอนการผลิตและการตัดสินใจด้านการออกแบบอย่างมีข้อมูล อัตราการผลิตสำเร็จสามารถเพิ่มประสิทธิภาพ ลดของเสีย และเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม
ความน่าเชื่อถือ
ความน่าเชื่อถือก็เป็นปัจจัยสำคัญเช่นกัน ขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ตั้งใจไว้ PCB ถูกจัดประเภทตามพารามิเตอร์เฉพาะที่ระบุใน IPC-6011 ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบรรลุระดับความน่าเชื่อถือของประสิทธิภาพที่ต้องการ การไม่สามารถบรรลุระดับการจัดประเภทที่จำเป็นอาจส่งผลให้การทำงานไม่เสถียรหรือบอร์ดล้มเหลวก่อนเวลาอันควร
ประสิทธิภาพโดยรวม
การผลิต PCB ยังมีบทบาทสำคัญในความทนทานและประสิทธิภาพโดยรวมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ กระบวนการผลิตเกี่ยวข้องกับการเลือกวัสดุและเทคนิคการผลิตที่สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ได้ เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันโดยไม่เกิดความล้มเหลวหรือความผิดปกติที่เกิดก่อนเวลาอันควร
ความเข้าใจในกระบวนการผลิต PCB เป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากการตัดสินใจด้านการออกแบบในขั้นตอนนี้สามารถมีผลกระทบอย่างมากต่อการพัฒนา การผลิต และวงจรชีวิตการดำเนินงานของ PCB การนำความรู้เกี่ยวกับการผลิตเข้าไปในการตัดสินใจด้านการออกแบบสามารถช่วยป้องกันความล่าช้าโดยไม่จำเป็น ต้นทุนการผลิตเพิ่มเติม และปัญหาด้านประสิทธิภาพ กฎและแนวทางการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) ซึ่งอิงตามความสามารถของผู้ผลิตสัญญาสามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด