Płytki obwodów drukowanych (PCB – Printed Circuit Board) są obecne w każdym urządzeniu elektronicznym i stanowią podstawę jego działania. Produkcją obwodów drukowanych zajmują się wysoce wyspecjalizowane zakłady posiadające odpowiedni park maszynowy oraz kadrę inżynierów i innych specjalistów posiadających wiedzę teoretyczną i umiejętności praktyczne. Poniżej prezentujemy niektóre meandry ich produkcji z krótkim opisem ich funkcji.
Od projektu po wykrawanie kształtu
Obwód drukowany to płytka z materiału o właściwościach izolacyjnych, na której są naniesione tzw. ścieżki, czyli połączenia elektryczne oraz punkty lutownicze, służąca do montażu różnych podzespołów elektronicznych. Pierwszym etapem produkcji PCB jest oczywiście wykonanie projektu obwodu. Służą do tego wyspecjalizowane programy projektowe.Zapisanie plików projektowych następuje w odpowiednim formacie: tak zwanych gerberów, aby mógł ruszyć cały proces produkcyjny. Zarówno w przypadku standardowych, jak i nietypowych projektów, są one sprawdzane przed produkcją przez inżynierów pod kątem poprawności technicznej i technologicznej. W przypadku obwodów drukowanych jednostronnych, ich montaż odbywa się tylko na jednej stronie i są one powszechnie wykorzystywane w większości urządzeń z grupy AGD i prostszych projektach amatorskich. Coraz większa złożoność sprzętu powszechnego użytku, wymusza na producentach coraz większą precyzję i gęstość upakowania elementów elektronicznych. Pociąga to za sobą konieczność wykorzystania obwodów dwu i wielowarstwowych. Obwody drukowane dwustronnie posiadają ścieżki po obu stronach płytki połączone tzw. przelotkami. Jak wyjaśnia ekspert od śląskiego producenta płytek obwodów drukowanych Margol Electronics, jednym z najpowszechniej używanych materiałów do produkcji płytek jest niskopalny laminat FR-4 z włókien szklanych scalonych żywicą epoksydową na który jest nanoszona warstwa miedzi, choć coraz częściej wykorzystuje się podłoża aluminiowe czy teflonowe. Podczas procesu produkcyjnego zgodnego z technologią fotolitografii, powstaje mozaika ścieżek przewodzących, wg określonej w projekcie struktury. Po pokryciu warstwą światłoczułą płyta jest naświetlana promieniami UV przez maskę fotograficzną; później płytka jest „wytrawiana”, w którym to procesie miedź, poza naniesionym nadrukiem, jest usuwana. Na końcu procesu produkcji płytki obwodu poddaje się frezowaniu w celu uzyskania dowolnego jej kształtu lub rylcowana w celu pozostawienia pojedynczych płytek w całym panelu do montażu i późniejszego odłamania. Metalizacja galwaniczna obwodów dwustronnych i wielowarstwowych zapewnia właściwe połączenia pomiędzy wszystkimi warstwami przewodzącymi płytki.
Wybrane czynności zabezpieczające PCB
Aby ograniczyć utlenianie się miedzianych ścieżek przewodzących stosuje się różne rodzaje cynowania, srebrzenia lub chromianowania, zapewniające niemal idealnie gładką powierzchnię ułatwiającą lutowanie oraz powlekanie cyną bezołowiową chemiczną lub HASL. Wszystkie procesy wykorzystywane w produkcji PCB muszą być i są zgodne z dyrektywami UE dotyczącymi ograniczania szkodliwych substancji chemicznych w urządzeniach elektronicznych. Kolejną czynnością zabezpieczającą płytki przed wpływem czynników zewnętrznych i ułatwiającą montaż automatyczny jest pokrywanie ich maskami przeciwlutowniczymi, nazywanymi również solder maskami. Technologia pozwala na wykonywanie tych masek w wielu kolorach, więc mają one również właściwość poprawiającą estetykę wykonania płytek. Innym elementem wykończenia jest możliwość wykonania warstw opisowych. Poprawia to czytelność rozmieszczenia elementów podczas montażu lub późniejszego serwisowania układów elektronicznych. Technologia nakładania warstw opisowych pozwala na wykonanie ich w dowolnym kolorze a ich wygląd jest ograniczony tylko inwencją projektanta. Proces wykonywania nadruków opisowych, może być również wykorzystany do wykonywania płyt czołowych projektowanych urządzeń. Jak widać z powyższego, krótkiego zestawienia które opisuje tylko wybrane czynności, proces produkcji obwodów drukowanych jest wieloetapowy, skomplikowany i wymagający dużych nakładów pracy.