Nykypäivän maailmassa, jota ohjaavat elektroniset laitteet älypuhelimista avaruusaluksiin, jokaisen älylaitteen "sydän" on monimutkaisilla piireillä peitetty piirilevy. Kuten kaupungin suunnitelma, se yhdistää erilaisia elektronisia komponentteja ja rakentaa "valtatien" tiedonkulkua varten. Piirilevyjen valmistus on moderni korkean teknologian-prosessi, jossa yhdistyvät materiaalitiede, kemia, optiikka ja tarkkuusmekaniikka. Sen tiukka ja monimutkainen prosessi on todellinen taidemuoto teollisessa valmistuksessa.
Piirilevyjen valmistus alkaa sen ydinsubstraatti-kupari-pinnoitetusta laminaatista (CCL). Tyypillisesti lasikuituepoksihartsista valmistetussa litteässä eristyslevyssä on ohut kerros kuparikalvoa, joka on tiukasti kiinni sen pintaan. Tämä kuparifolio muodostaa prototyypin kaikille tuleville piireille.
Ensimmäinen vaihe: graafinen siirto{0}}piirustuksen painaminen kupariin
Aluksi insinöörit luovat tietokoneavusteisen-suunnitteluohjelmiston avulla piirikaavioita, jotka tulostetaan sitten{1}}tarkkuusfilmeinä laserplotterilla. Puhdashuoneessa CCL:n pinta on päällystetty UV--herkällä fotoresistillä. Sitten filmi asetetaan taululle valokuvafilmin tavoin ja altistetaan UV-valolle. Valolle alttiilla alueilla tapahtuu kemiallinen reaktio. Kehiteliuoksella pesun jälkeen piirikaavio säilyy selvästi levyllä-alueet, joissa kuparifolio on säilytettävä, suojataan fotoresistillä, kun taas etsattavat alueet ovat esillä. Tämä prosessi on kuin valokuvaaja, joka kehittää valokuvaa pimeässä ja muuttaa aineeton mallin konkreettiseksi suojakerrokseksi.
Toinen vaihe: kemiallinen etsaus-piirin monimutkaisuuden muokkaaminen
Seuraavaksi levy siirtyy etsauksen tuotantolinjalle. Tarkasti ohjattu levy kulkee etsaussäiliön läpi, jossa tehokkaat kemikaalit liuottavat tarkasti kaiken kuparifolion, jota ei ole suojattu fotoresistillä. Tämän prosessin jälkeen ehjästä kuparikalvosta tulee monimutkaisia,-ohuita piirikuvioita. Sitten suojaava fotoresisti poistetaan ja prototyyppipiiri, joka ilmentää suunnittelijan viisautta, syntyy. Syövytyksen tarkkuus määrittää suoraan piirilevyn suorituskyvyn; sen on varmistettava tasaiset viivat, ei purseita eikä jäännöskuparia.
Kolmas vaihe: laminointi ja poraus-kolmiulotteisen-yhteytetyn maailman rakentaminen
Monimutkaisten monikerroksisten levyjen valmistusprosessi on vieläkin monimutkaisempi. Useita sydämiä, joissa on syövytetyt sisäkerroksen piirit, pinotaan vuorotellen prepregien kanssa, aivan kuin luotaisiin mille{1}}feuille-kakku. Korkean lämpötilan-korkeapaineisessa-painelaminaattorissa ne puristetaan yhteen kiinteäksi kokonaisuudeksi. Tämän jälkeen tarkka CNC-porakone poraa ohjelmatiedoston mukaan tuhansia mikro-reikiä levyyn. Näitä reikiä käytetään kytkemään piirejä eri kerrosten välillä.
Reiän seinämät porauksen jälkeen ovat eristäviä ja niiden on oltava johtavia. Tämä saavutetaan kemiallisella kuparipinnoitusprosessilla: ohut kerros kemiallista kuparia kerrostetaan reikien seinämille metalloimaan ne. Tämän jälkeen reiän seinämien ja pintapiirien kuparikerrosta paksunnetaan galvanoimalla luotettavien liitäntöjen ja virrankestävyyden varmistamiseksi.
Neljäs vaihe: Juotosmaski ja silkkipainatus – lopullinen suojaus ja tunnistus
Herkän piirin suojaamiseksi hapettumiselta, kontaminaatiolta ja fyysisiltä vaurioilta sekä oikosulkujen estämiseksi juottamisen aikana piirilevy on päällystettävä kerroksella juotosmaskin mustetta. Yleensä vihreä, tämä muste levitetään valotus- ja kehitysprosessin kautta paljastaen vain juotettavat tyynyt. Lopuksi levyn pinnalle on painettu valkoinen silkkipainokerros, joka merkitsee komponenttien viitemerkinnät, napaisuuden ja valmistajan tiedot, mikä antaa selkeät ohjeet myöhempää komponenttien kokoamista varten.
Johtopäätös
Suunnittelupiirroksesta täysin toimivaan piirilevyyn valmistusprosessi on tarkka tanssi, joka kattaa fysiikan ja kemian. Jokainen vaihe vaatii erittäin korkeaa puhtautta, tarkkaa prosessinohjausta ja tiukkaa laaduntarkastusta. Juuri tämä lähes vaativa valmistustaide antaa eloa ja älyä käsissämme oleville kevyille mutta tehokkaille elektroniikkalaitteille, jotka tukevat äänettömästi modernin yhteiskunnan nopeaa toimintaa.