Kaj določa kakovost pri izdelavi neobstojenih tiskanih vezij?

Uvod

Neobstojena tiskana vezja (PCB) kritično temeljijo vsakega elektronskega naprave. Ta nepopolnjena tiskana vezja zagotavljajo električne poti in mehansko podporo, ki omogočajo delovanje kompleksnih vezij in naprav. Ko se proizvodnja nadaljuje v smeri večje zapletenosti – zlasti pri večplastnih in visoko gostotnih PCB-jih – postaja še pomembnejša stroga kontrola kakovosti in preizkušanje pri proizvodnji neobstojenih plošč ključna.

Pomanjkljivosti, ki nastanejo med izdelavo, kot so odprte zveze, kratek stik, napačna registracija in onesnaženje, lahko bistveno poslabšajo delovanje izdelka ali povzročijo popolno okvaro po sestavljanju. Take okvare povzročijo dragocene popravke, reklamacije po garanciji in škodo ugledu. Za proizvajalce in konstruktorje je razumevanje ter uveljavitev celovitih Pregledov PCB-jev in testiranje suhe tiskane vezne plošče pomembno za zagotavljanje skladnosti s ključnimi standardi, zmanjšanje proizvodnih tveganj ter izboljšanje splošne Kakovosti proizvodnje PCB-jev .

V tem članku obravnavamo bistvene korake zagotavljanja kakovosti in preskusne tehnike, uporabljene pri sodobni izdelavi tiskanih vezij. Podrobneje si bomo ogledali ključne postopke pregleda, od vhodnih materialov do električnih preskusnih metod, kot so preskusi zveze in izolacije , ter avtomatizirane sisteme, kot je AOI (Avtomatski optični pregled) in testiranje letalnega preizkuševalca . Poleg tega poudarjamo, kako industrijski standardi (IPC-600, IPC-6012) vodi proizvajalce pri dobavljanju zanesljivih nezmontiranih plošč, pripravljenih za sestavo.

Ključne ugotovitve iz tega razdelka:

• Nezmontirane tiskane plošče so osnova vseh elektronskih sestavov.
• Pomanjkljivosti med proizvodnjo hudo vplivajo na zanesljivost naprave.
• Kompleksna kontrola kakovosti pri izdelavi tiskanih vezij zmanjša tveganje in stroške.
• Učinkovit preizkušanje surove tiskane vezje vključuje električne, vizualne in mikroskopske metode.
• Sledenje industrijskim standardom poveča zaupanje v kakovost plošč.

Kaj je nezmontirana plošča?

A nezmontirana plošča Tiskana vezja, imenovana tudi preprosto nezmontirano PCB , je osnovna tiskana vezja pred montažo katerih koli komponent. Sestavljena je iz več ključnih elementov, ki omogočajo električne povezave in mehansko podporo po namestitvi elektronskih komponent.

Ključni sestavni deli nezmontirane plošče PCB:

• Bakrene sledi: Tanke prevodne poti, ki povezujejo različne ploščice in prebore, omogočajo prenos električnih signalov po plošči.
• Vias: Majhne kovane luknje, ki ustvarjajo električne povezave med različnimi plastmi plošče pri večplastnih tiskanih vezjih (PCB).
• Pads: Ogoljena območja bakra, namenjena za vpenjanje sestavnih delov ali priključkov površinsko montiranih naprav (SMD).
• Dielektrične plasti: Izolacijski podlagi materiali, kot so FR-4 ali specializirani laminati, ki ločujejo prevodne plasti in zagotavljajo strukturno trdnost.

Vloga in funkcionalnost

Gola plošča služi kot električni hrbtenica vezja, podpira fizično postavitev sestavnih delov ter njihovo električno povezanost. Kakovost neposredno vpliva na proces sestavljanja tiskane vezje (PCB) in zanesljivost celotne naprave.

Vrste in različice

Surovi tiskani vezji so na voljo v širokem razponu tipov glede na stopnjo zapletenosti in uporabo:

• Eno- in dvostranska deska: Pozneje preprostejša, uporablja se za kroge z nizko gostoto.
• Večplastne plošče: Vsebujejo štiri ali več plasti, kar omogoča zapleteno usmerjanje in porazdelitev napajanja.
• Trdne, fleksibilne in trdno-fleksibilne plošče: Materiali in mehanska fleksibilnost se razlikujejo za specializirane aplikacije, kot so nosljivi sistemi ali letalska tehnika.
• Plošče z visoko Tg in visokofrekvenčne plošče: Uporabljajo napredne lepljene materiale z izboljšanim toplotnim ali električnim delovanjem.

Pogosta vprašanja o surovih ploščah

Primer primera: Vpliv kakovosti suhe tiskane plošče na zanesljivost končnega izdelka

Podjetje za potrošniško elektroniko se je soočalo s pogostimi okvarami na terenu, ki so se izkazale za občasne odprte stike na njihovih trdno-elastičnih surovih tiskanih vezjih. Po uvedbi strožjega Kontrola kakovosti PCB in sprejemanju bolj strogi preizkušanje surove tiskane vezje vključno analiza mikropresreza , se pogostnost okvar zmanjšala za 78 %, kar je neposredno izboljšalo zadovoljstvo strank in zmanjšalo garancijske stroške.

Povzetek: Razumevanje, kaj predstavlja surovo tiskano vezje PCB in njegova ključna vloga v arhitekturi naprave, omogoča razumevanje pomembnosti stroge Kontrole kakovosti pri proizvodnji PCB in preskusnih postopkov, da se izognemo dragim okvaram kasneje.

Zakaj je kontrola kakovosti pomembna pri proizvodnji surovih vezij

V zapletenem procesu izdelave tiskanih vezij , je zagotavljanje najvišje kakovosti vaših neoblitih tiskanih vezij izjemno pomembno. Vsak korak pri proizvodnji – od laminiranja plasti do dokončne obdelave površin – vnaša potencialne težave, ki se lahko pojavijo kot napake in vplivajo na električno delovanje ter mehansko trdnost. Brez skrbnega nadzor kakovosti pri izdelavi tiskanih vezij te napake ogrožajo razvoj dragih napak pri sestavljanju in odpovedi izdelka.

Ključni koraki pri izdelavi tiskanih vezij in možne napake

Vsaka napaka lahko močno vpliva na električno prevodnost električno neprekinjenost , celovitost signala , in mehanska trdnost —elemente, ki so osnovni za splošno Zanesljivost PCB in uspeh izdelka.

Zakaj so pregledi in testiranje bistveni

• Spoštovanje konstrukcijskih specifikacij: Proizvodne razlike so neizogibne; pregledi zagotavljajo skladnost z namenjenimi konstrukcijskimi parametri.
• Spoštovanje industrijskih standardov: Skladnost z IPC-600 in IPC-6012 standardi zagotavlja, da surova tiskana vezna plošča ustreza razredom, primernim za njeno končno uporabo (potrošniška, industrijska ali visoko zanesljiva oprema).
• Pričakovanja strank: Končni stranki pričakujejo naprave brez napak ali predčasnih okvar; zanesljive surove tiskane plošče so prva vrstica obrambe.
• Zmanjševanje proizvodnih stroškov: Zgodnje odkrivanje napak zmanjšuje dragocene popravke, odpad in reklamacije po garanciji.

Citat:

»Utrjen program kontrole kakovosti je neizogiben pri proizvodnji surovih tiskanih plošč. Stroški neodkritih napak daleč presegajo vložek v celovit pregled in testiranje.« — Starejši inženir za kakovost, proizvajalec tiskanih plošč v Šenženu

Širši vpliv napak surovih tiskanih plošč

Pomanjkljivosti, ki jih med proizvodnjo surove plošče ni mogoče zaznati, se lahko pojavijo na naslednje načine:

• Izzivi pri sestavljanju elektronike: Neuporabno ali nepravilno prevlečeno bakreno prevleko lahko povzroči občasne odprtosti, kar otežuje lotenje ali sestavljanje.
• Okvare v terenu: Kratki stiki, luščenje ali upognjenost povzročijo okvaro naprave ali katastrofalne odpovedi.
• Zamude v dobavnem verigu: Odpad in ponovni cikli izdelave zakasnejo uvedbo izdelkov na trg, kar podaljša čas do trženja in poveča stroške razvoja.
• Škoda blagovni znamki: Težave s kakovostjo oslabijo zaupanje strank in ovirajo prihodnje prodaje.

Tabela: Vpliv napake glede na fazo zaznavanja

Šest glavnih postopkov, ki določajo kakovostno kontrolo pri proizvodnji suhih tiskanih vezij

Za zagotavljanje najvišje preizkušanje surove tiskane vezje kakovosti in zmanjšanja napak pri izdelavi tiskanih vezij, uporabljajo proizvajalci obsežen nabor postopkov kontrole kakovosti (QC) med celotnim proizvodnim procesom. Ta šest ključnih faz kontrole kakovosti omogoča zgodnje odkrivanje težav in zagotavlja, da surovo tiskano vezje ustreza specifikacijam oblikovanja ter standardom zanesljivosti, preden napreduje v nadaljnje postopke.

1. Kontrola vhodnega materiala

Namena: Zagotovitev, da sirovinski materiali ustrezajo zahtevanim standardom, preden se začne izdelava.

• Preveri laminati prevlečeni s bakrom (CCL) , prepreg , zaščitni laki za lemljenje, in zaključni kemikalije.
• Preverite certifikate, kot so Ul , Spremembam ROHS , ter sledljivost dobavitelja.
• Preveri teža bakra , enakomernost površine ter pregled za vidne poškodbe ali onesnaženje.

2. Medprocesna kontrola

Namena: Neprekinjeno spremljanje med proizvodnjo za hitro odkrivanje in odpravo napak.

• Preveri vzorci vrtanja in postavitve ploščic po vrtanju.
• Preveri pokritost levarnega zaščitnega sloja za popolno zaščito in pravo izpostavljenost.
• Preverite napake pri kisanju , kot so prekomerno kisanje, premalo kisanje ali manjkajoča baker.
• Uporabite avtomatske in ročne vizualne metode pregleda na ključnih korakih.

3. Električno testiranje (testi zveznosti in ločenosti)

Namena: Preverite, da so električne poti pravilno oblikovane in da ne obstajajo neželene povezave.

• Preverjanje neprekinjenosti: Preveri, ali so predvidene električne povezave med ploščicami in prehodnimi vrtinami nepoškodovane.
• Testiranje izolacije: Zazna kratek stik ali nepredvidene povezave med različnimi mrežami.

Metode preskušanja:

Preizkus s plavajočim sondirnikom:

• • Testiranje brez pritrdilnih naprav s premičnimi sondami, ki se dotaknejo točk testiranja.
  • Odlično za prototipe ali majhne serije proizvodnje.
  • Omogoča visoko pokritost z možnostjo prilagoditve za kompleksne večplastne tiskane vezje.

Test tipa »posteljica od igel«:

• • Uporablja fiksno matriko kontaktov, ki so zasnovani za hkratni kontakt z več testnimi točkami.
  • Najbolj primeren za visokoserijsko proizvodnjo zaradi hitrih testnih ciklov in visoke prepustnosti.

4. Avtomatsko optično pregledovanje (AOI)

Namena: Zaznava površinske in geometrijske napake z uporabo napredne obdelave slik.

• Kamere in osvetlitveni sistemi pregledujejo lepljenje mask, bakrene sledi in vzorce ploščic.
• Tipične faze vključujejo preglede po nanosu lepljenja mask , slikanje , in graviranje .
• Zaznava:
  • Odstopanja širine sledi in velikosti ploščic.
  • Manjkajoče ali odvečne bakrene strukture.
  • Kratki stiki ali prekinjeni tokokrogi na površinskih plasteh.
  • Nepravilno poravnavanje ali onesnaženje.

AOI združuje hitrost avtomatizacije z visoko občutljivostjo ter zaznava napake, ki so težko opazne pri ročnem pregledu.

5. Analiza mikroprereza (prečni prerezi)

Namena: Mikroskopski pregled notranje strukture tiskanih vezov.

• Vključuje rezanje, vlitje vzorca tiskanega vezja v smolo, poliranje in analizo pod mikroskopom.
• Zaznava:
  • Notranje praznine znotraj slojev pregrizga in bakrenih lepilnih slojev.
  • Razslojevanje med plastmi ali med bakerom in podlago.
  • Debelina prevleke v preboidih ali skozih luknjah, kar je ključno za integriteto signala in mehansko trdnost.

6. Pregled kakovosti površinske obdelave

Namena: Preverjanje lastnosti površinske obdelave, ki so ključne za zalivljivost in dolgoročno zanesljivost.

• Pogoste obdelave vključujejo ENIG (kemikalni nikelj z imerzijskim zlatom) , HASL (niveliranje lema z vročim zrakom) , in OSP (organsko sredstvo za ohranjanje lotljivosti) .
• Pregledi vključujejo:
  • Površinsko kontaminacijo in oksidacijo.
  • Enakomernost in debelino površinskih slojev.
  • Prisotnost sprememb barve ali napak, ki lahko vplivajo na kakovost spajkanja.

Povzetek: pregled kontrolnih procesov in njihova usmerjenost

Citat

vključitev teh šestih postopkov kontrole kakovosti v proizvodni tok tiskanih vezij znatno izboljša donos in zanesljivost izdelka ter na koncu prihrani čas in stroške v nadaljnjem procesu.“ — Vodja kakovosti, vodilni proizvajalec tiskanih vezij

Pogoste napake, zaznane med testiranjem

Pri proizvodnji plošč PCB brez montaže je ključno, da se napake prepoznajo in odpravijo že zgodaj s strogo preskuševanjem in pregledovanjem. Napake se lahko razlikujejo od manjših estetskih napak do kritičnih okvar, ki vplivajo na električno prevodnost ali mehansko trdnost, kar bistveno vpliva na nadaljnje sestavljanje in zanesljivost izdelka.

Pogoste napake pri proizvodnji PCB

Odprta vezja (odprtoki) Gre za neželene prekinitve v prevodnih poteh ali bakrenih tirih, ki motijo prenos signala ali tokovni tok. Odprtoki pogosto nastanejo zaradi nepopolnega etčenja, napak pri pocinkanju ali fizične poškodbe med rokovanjem.

Kratka stika (krajši spoji) Neželeni električni spoji med sosednjimi tirnimi potmi ali ploskvami, ki jih povzročijo prekomerno etčenje, mostovišče varjenja ali ostanki. Kratki stiki lahko povzročijo takojšnje okvare ali trajno škodo.

Nepravilna registracija Napaka, ki nastane, kadar bakrene plasti, laka proti varjenju ali silikonski tisk niso pravilno poravnani druga z drugo ali s svrdlinskimi luknjami, kar povzroči napake pri povezovanju ali težave pri varjenju.

Okrnjevanje površine in oksidacija Prisotnost umazanije, olj ali oksidnih plasti na bakru ali ploščicah zmanjša zalitljivost in vodi do šibkih ali nepozrelnih zlitin.

Olupljanje bakra ali razslojevanje Ločevanje ali olupljanje med bakrenimi sloji in dielektričnimi podlagami podre električno integriteto in mehansko trdnost.

Praznine in mehurji Notranje praznine v laminatih ali nastajanje mehurjev na površini plošče lahko povzročijo mehansko šibkost ali električne okvare, pogosto ugotovljene pri mikropreseku.

Prekinitev sledi in manjkajoči baker Prekinjene ali nepopolne bakrene sledi lahko nastanejo zaradi napak orodja ali prevelikega mehanskega napetosti med izdelavo ali odrezovanjem.

Krčenje in upogibanje Prekomerno upogibanje ali deformacija tiskane vezje vpliva na poravnavo sestavljanja in lahko povzroči okvare zlitin ali mehanske napetosti v končnih izdelkih.

Tabela vpliva napak

Zakaj je zgodnje odkrivanje pomembno

Odkrivanje teh napak pred sestavljanjem prihrani čas, vire in kapital. Težave s ploščami brez komponent so po namestitvi elementov bistveno težje in dražje odpravljive. Nasprotno pa temeljito testiranje suhe tiskane vezne plošče in pregledovanje med izdelavo pomaga:

• Zmanjšati delež odpadkov in predelave.
• Izboljšati donos prve preizkušnje pri sestavljanju tiskanih vezij.
• Zmanjšati stopnjo garancijskih vračil zaradi izboljšane zanesljivosti izdelka.
• Izboljšajte ugled in zanesljivost dobavitelja.

Primerjava primera: odprava napak s pomočjo AOI in preizkušanja letajoče probe

Proizvajalec, ki proizvaja visokohitrostne večplastne tiskane vezije, se je soočal s pogostimi odprtimi vezji zaradi napak mikrohranjenja. Z vključitvijo Avtomatska optična kontrola takoj po postopku graviranja in dopolnitvijo s preizkušanjem letajoče probe za električno overitev, so se stopnje napak zmanjšale za 65 %, kar je povečalo izhodnost in zadovoljstvo strank.

Industrijski standardi za kakovost tiskanih vezij

Pri ohranjanju dosledne Kakovosti proizvodnje PCB-jev , je nujno upoštevanje uveljavljenih industrijskih standardov. Ti standardi zagotavljajo okvire za določanje meril sprejemljivosti, zahtev za preskušanje ter specifikacij zmogljivosti, prilagojenih različnim zahtevam aplikacij – od potrošniške elektronike do misijsko kritičnih vesoljskih sistemov.

Ključni standardi IPC za nadzor kakovosti tiskanih vezij

IPC-600: Sprejemljivost tiskanih plošč

• Podaja podrobna merila za ocenjevanje surovo tiskano vezje PCB sprejemljivost.
• Označuje razredi napak , omejitve sprejemljivosti , in standardi vizualnega pregleda .
• Pokriva parametre, kot so razdalja med vodniki, velikosti lukenj, nepravilnosti površine in celovitost spajkalne maske.
• Uporablja se v celotni proizvodnji za nadzor kakovosti pri izdelavi tiskanih vezij in preverjanje inšpekcijskih pregledov.

IPC-6012: Kvalifikacija in specifikacija za delovanje trdih tiskanih plošč

• Glavni standard za preizkušanje in kvalifikacija proizvodnje surovih tiskanih vezij .
• Določa stroge merila glede na zmogljivost razred :

• Poudarja specifikacije materiala, dielektrično trdnost, kakovost bakrenega prevlečenja, dimenzijske tolerance in odpornost proti okoljskim vplivom.

Izbira razreda in njen vpliv na kakovostno kontrolo tiskanih vezij

Izbor prave IPC razred drastično vpliva na strožnost izdelave in stroške:

• Razred 1 običajno velja za potrošniške izdelke z osredotočenostjo na stroškovno učinkovitost.
• Razred 2 podpira industrijske aplikacije, ki zahtevajo večjo zanesljivost in daljšo življenjsko dobo.
• Razred 3 zahteva najstrožje standarde, pogosto vključno z obsežnimi testiranje suhe tiskane vezne plošče kot so izboljšana mikrosekcijska analiza in pregledi površinske obdelave, da se izpolnijo predpisi ali certifikati za varnost.

Druge pomembne norme in certifikati

• Skladnost s RoHS: Z zagotavlja, da materiali in površinske obdelave tiskanih vezij izpolnjujejo predpise glede okoljske in zdravstvene varnosti.
• UL certifikacija: Varnostni standard za preverjanje vnetljivosti in električne varnosti materialov tiskanih vezij.
• ISO 9001 & ISO 13485: Standardi kakovostnega upravljanja, ki jih pogosto zahtevajo sektorja zdravstva in letalstva.

Pregledna tabela: Pregled standardov

Citat

upoštevanje standardov IPC zagotavlja ne le Kakovosti proizvodnje PCB-jev ampak tudi mir v duši, da bodo plošče zanesljivo delovale v zahtevnih okoljih. To je merilo med dobro in odlično ploščo." — Ross Feng, strokovnjak iz industrije in direktor Viasion Technology

Zaključek

Zagotavljanje izjemnega nadzora kakovosti in preizkušanja pri proizvodnji surovih plošč je osnovno za dostavo surovih tiskanih vezij (PCB) ki izpolnjujejo ali presegajo pričakovanja industrije glede zanesljivosti, zmogljivosti in vzdržnosti. Ker so osnova vsake elektronske sestave, morajo biti surova tiskana vezja brez napak, kot so odprti stiki, kratek stik, napačna registracija in onesnaženje, ki lahko ogrozijo celoten življenjski cikel izdelka.

Z kombinacijo stroge kontrole vhodnega materiala , neprekinjenega spremljanje v procesu , natančne električno testiranje (vključno z preskusi zveze in izolacije , naprednih avtomatiziranih optičnih pregledov (AOI) in podrobne analiza mikropresreza , proizvajalci učinkovito odkrijejo in preprečijo morebitne težave s kakovostjo že pred sestavo. Preverjanje kakovosti površinskega zaključka dodatno zagotavlja spajkalnost in dolgoročno delovanje.

Spoštovanje priznanih standardov, kot je IPC-600 in IPC-6012 , je ključno za določitev meril za sprejem in zmogljivost, prilagojenih potrebam potrošniške elektronike, industrijskih aplikacij ali visoko zanesljivih sektorjev, kot sta letalska in medicinska oprema. Ta sistematični pristop ne zmanjšuje le dragocene odpadne mase in popravil, temveč tudi pospeši proizvodne časovne okvire ter poveča zaupanje strank.

»V svetu proizvodnje elektronike kakovost ni le preverjanje pogojnih okvirčkov – je razlika med izdelki, ki uspejo, in tistimi, ki v praksi odpovejo. Vlaganje v celovito testiranje surovih plošč in stroge postopke kontrole kakovosti tiskanih vezij prinaša trajno vrednost in odlično zanesljivost.« — Ross Feng, izkušen strokovnjak na področju tiskanih vezij in direktor podjetja Viasion Technology

Z vključevanjem teh preizkušenih Zagotavljanje kakovosti tiskanih vezij (QA) metodologij in izbiro zanesljivih proizvajalcev, ki sledijo najboljšim praksam, lahko inženirji in nabavniki zmanjšajo tveganja ter izboljšajo kakovost izdelkov že od same osnove.