Miten piirilevyt valmistetaan?

Yksi painetun piirilevyn tärkeimmistä komponenteista ovat liitäntäreiät. Nämä reiät porataan tarkasti, jotta piirit voivat liittyä toisiinsa. Automaattiset porakoneet käyttävät numeerisesti ohjattuja poraviiloja, joita kutsutaan myös excellon-viiloiksi, määrittämään, mihin reikiin porataan ja kuinka suuria reikiä tehdään. Piirilevyn rakenteesta riippuen poraus voidaan tehdä kerros kerrallaan tai kerroksittain ennen laminointia.

Monikerroksiset PCB:t

Monikerroksinen piirilevy on piirilevy, jossa on enemmän kuin kolme kerrosta. Näitä levyjä käytetään monenlaisissa laitteissa kodinkoneista lääkinnällisiin laitteisiin. Tyypillisesti piirilevy tarvitsee vähintään neljä kerrosta toimiakseen kunnolla. Tämä tekniikka on yleistymässä kodinkoneissa ja yleistymässä lääketieteellisissä laitteissa, kuten röntgenlaitteissa ja tietokonetomografialaitteissa.

Monikerroksisen piirilevyn valmistusprosessissa käytetään kudottua lasikangasta ja epoksihartsia. Epoksihartsit kovetetaan, jolloin ne muodostavat levyn ytimen. Sen jälkeen ydin ja kuparilevy liimataan yhteen lämmön ja paineen avulla. Näin saadaan monikerroksinen piirilevy, jolla on yhtenäiset ominaisuudet.

Toinen valmistusprosessi on panelointi, jossa yhdistetään useita pieniä piirilevyjä yhdeksi paneeliksi. Tässä tekniikassa yhdistetään useita eri malleja yhdelle suurelle levylle. Kukin paneeli koostuu ulommasta työkalukaistaleesta, jossa on työkalureikiä, paneelin kiinnityspisteet ja testikuponki. Joihinkin paneeleihin kuuluu myös kuparivalu, joka auttaa estämään taivutuksen paneelointiprosessin aikana. Panelointi on yleistä, kun komponentit asennetaan lähelle levyn reunaa.

Luokan 2 ja 3 PCB:t

Vaikka useimmat luokan 2 ja luokan 3 piirilevyjen valmistajat noudattavat samoja standardeja, näiden kahden luokan välillä on muutamia keskeisiä eroja. Luokan 2 piirilevyjä valmistetaan tyypillisesti tuotteisiin, jotka eivät altistu äärimmäisille ympäristöolosuhteille, jotka eivät ole loppukäyttäjän kannalta kriittisiä ja joita ei testata tiukasti. Luokan 3 piirilevyt taas on suunniteltu täyttämään korkeimmat vaatimukset, ja niiden on tarjottava jatkuva suorituskyky ja mahdollisimman vähän seisokkiaikaa. Suurin ero näiden kahden luokan välillä on piirilevyn suunnittelua ja valmistusprosessia koskevissa vaatimuksissa.

Luokkien 2 ja 3 piirilevyt valmistetaan IPC-6011-standardien mukaisesti. Näissä standardeissa kuvataan luokan 1, 2 ja 3 piirilevyjä koskevat vaatimukset. On olemassa myös uudempia IPC-standardeja, joita kutsutaan luokaksi 3/A. Nämä on suunniteltu sotilaslentokoneita ja avaruussovelluksia varten. Luokan 1 ja 2 piirilevyjen on täytettävä IPC:n Rigid-, Flex- ja MCM-L-standardit.

Yksipuoliset PCB:t

Yksipuoliset painetut piirilevyt (PCB) ovat yleisiä ja suhteellisen helposti suunniteltavia piirilevyjä. Tämän vuoksi useimmat valmistajat ja suunnittelijat voivat suunnitella ja rakentaa näitä levyjä. Yksipuoliset piirilevyt ovat myös helpompia valmistaa kuin monikerroksiset piirilevyt. Tämän seurauksena lähes mikä tahansa piirilevyjä valmistava yritys voi valmistaa niitä. Yksipuolisia piirilevyjä tilataan useimmiten suuria määriä.

Yksipuoliset piirilevyt on yleensä valmistettu FR4-materiaalista, joka on epoksilla sekoitettu lasikuitumainen aine. Materiaali on muodostettu useiksi kerroksiksi, ja jokainen kerros sisältää yhden kerroksen johtavaa materiaalia. Johtimet juotetaan sitten komponenttien puolella oleviin kuparikappaleisiin. Yksipuolisia piirilevyjä käytettiin alun perin prototyyppipiirilevyjen valmistukseen, mutta kun pinta-asennettavien komponenttien kysyntä kasvoi, ne korvattiin monikerroksisilla piirilevyillä.

Yksipuoliset piirilevyt ovat yksinkertaisin ja halvin painettujen piirilevyjen muoto. Niissä on yksi kerros johtavaa kuparia alustan yläpuolella. Lisäksi yksipuolisissa piirilevyissä ei ole läpivientireikiä. Näin ollen ne soveltuvat parhaiten matalan tiheyden malleihin. Ne ovat helppoja valmistaa, ja ne ovat usein saatavilla lyhyellä toimitusajalla.

Flex PCB:t

Joustopiirilevyjen valmistuksessa on useita vaiheita. Ensimmäisessä vaiheessa suunnitellaan levyn ulkoasu. Tämä voidaan tehdä CAD-työkaluilla, kuten Proteus, Eagle tai OrCAD. Kun asettelu on suunniteltu, kokoonpanoprosessi voi alkaa.

Seuraava vaihe on johtimien reititys. Johtimien leveys on asetettava laitteelle sopivaksi. Johtimien määrä voi kuitenkin vaihdella suunnittelusta riippuen. Standardijohtimien leveys on tarpeen piirille, joka vaatii tietyn prosenttiosuuden piirivirrasta. Suunnittelusta riippuen myös reikien halkaisijat voivat vaihdella.

Kun malli on syövytetty, joustopiiri leikataan käyttämällä prosessia nimeltä "blanking". Tässä prosessissa käytetään hydraulisia reikiä ja muotteja, mutta sen työkalukustannukset voivat olla korkeat. Toinen vaihtoehto on käyttää leikkuuveitsen käyttöä. Leikkausveitsi on pitkä partaterä, joka taivutetaan joustopiirin ääriviivan muotoon. Se työnnetään sitten taustalevyssä, yleensä MDF- tai vanerilevyssä, olevaan aukkoon.