The complete electronic circuit board manufacturing process

Quy trình sản xuất bảng mạch in điện tử (PCB) là một hoạt động phức tạp, đòi hỏi nhiều bước thực hiện, đồng thời cũng cần có sự tham gia quản lý, giám sát của nhân công tay nghề cao. Vì vậy, để sản xuất loại mạch in quan trọng này, doanh nghiệp phải đầu tư hàng loạt trang thiết bị, máy móc hiện đại, cũng như tìm hiểu thật kỹ về quá trình chế tạo. Và trong bài viết hôm nay, RX Tradex sẽ giới thiệu với doanh nghiệp quy trình sản xuất bảng mạch điện tử đầy đủ nhất hiện nay, với 20 bước thực hiện dễ hiểu.

1. Quy trình sản xuất mạch điện tử đầy đủ nhất hiện nay với 20 bước thực hiện.

Bước 1: Thiết kế bảng mạch điện tử (PCB).

Trong quy trình sản xuất mạch điện tử, bước khởi đầu là công đoạn thiết kế sản phẩm. Thông thường, doanh nghiệp sẽ sử dụng các phần mềm như: Autocad Electrical, Extended Gerber, Sprint Layout,… để vẽ mạch điện tử sao cho phù hợp với yêu cầu của khách hàng. Sau khi bản vẽ của mạch điện tử đã được thực hiện hoàn chỉnh, các kỹ sư sẽ tiến hành kiểm tra nhằm đảm bảo rằng thiết kế PCB đáp ứng tối thiểu dung sai cần thiết cho quá trình sản xuất điện tử.

Bước 2: Đánh giá thiết kế bảng mạch điện tử.

Tiếp theo bước thiết kế là quá trình đánh giá bảng mạch điện tử. Cụ thể, các kỹ sư sẽ xem xét mọi phần của thiết kế PCB để đảm bảo không có thành phần nào bị thiếu, lỗi cấu trúc hoặc có sai sót tiềm ẩn. Sau khi các kỹ sư đã xác nhận bản vẽ không có vấn đề, thiết kế PCB sẽ được chuyển sang giai đoạn in.

Bước 3: In thiết kế bảng mạch điện tử.

Sau khi hoàn tất kiểm thiết kế, tiếp theo, doanh nghiệp có thể in bảng mạch điện tử PCB. Thông thường các kỹ sư sẽ sử dụng máy in decal để tạo ra một tấm ảnh âm bản của bảng mạch điện tử, với các lớp bên trong được thể hiện bằng hai màu mực:

• Màu đen: Được sử dụng để biểu thị cho các vết đồng và mạch của PCB.
• Màu trắng: Hiển thị các khu vực không dẫn điện của bảng mạch điện tử, ví dụ như đế sợi thủy tinh.

Bước 4: In đồng cho các lớp bên trong bảng mạch.

Trong bước này, bảng thiết kế mạch PCB sẽ được in trên một miếng laminate (Chất liệu nhựa tổng hợp). Và kỹ sư sẽ liên kết đồng với chính miếng laminate trước đó, nhằm xây dựng cấu trúc cho bảng mạch điện tử. Sau đó, đồng được loại bỏ đi phần dư thừa để tạo ra bản thiết kế chuẩn.

Tiếp theo, tấm laminate được bao phủ bởi một loại phim nhạy quang gọi là chất cản quang (Dry Film). Và khi tia cực tím đi qua các phần mờ của phim, chất cản quang sẽ bị đông cứng lại. Từ đó, hiển thị các khu vực đồng được giữ làm đường dẫn. Ngược lại, mực đen sẽ ngăn ánh sáng chiếu đến những vùng không cần thiết, giúp loại bỏ những phần này trong các bước sản xuất sau.

Và khi bảng mạch in đã được chuẩn bị xong, kỹ sư sẽ rửa lại bằng dung dịch kiềm để loại bỏ các chất cản quang còn sót lại. Sau đó, tấm bảng mạch được rửa bằng áp lực nhằm loại bỏ phần còn sót lại trên bề mặt rồi để khô. Sau khi làm khô, chất cản quang sẽ chỉ còn lại trên PCB ở trên phần đồng. Lúc này, các kỹ sư sẽ xem xét để đảm bảo rằng bảng PCB không có lỗi và chuyển sang bước tiếp theo của quy trình sản xuất bảng mạch điện tử.

Bước 5: Loại bỏ đồng ở lớp hoặc lõi bên trong bảng mạch điện tử.

Phần lõi hoặc các lớp bên trong của bảng mạch in điện tử cần phải loại bỏ đồng trước khi đưa vào công đoạn chế tạo tiếp theo. Vì vậy, kỹ sư sẽ chỉ để lại lượng đồng cần thiết trong bo mạch và loại bỏ hầu hết lượng dư thừa. Đối với các bảng mạch điện tử có kích thước lớn, cần sử dụng nhiều đồng trong lõi, doanh nghiệp sẽ phải lưu ý về lượng dung môi cũng như thời gian loại bỏ sẽ dài hơn.

Bước 6: Căn chỉnh lớp của bảng mạch in.

Sau khi từng lớp của bảng mạch điện tử đã được làm sạch, doanh nghiệp sẽ bắt đầu căn chỉnh lớp và kiểm tra quang học. Để căn chỉnh các lớp trong PCB, kỹ sư sẽ đặt chúng vào một loại máy đột quang. Từ đó, đục một chốt xuyên qua các lỗ để căn chỉnh lớp của bảng mạch in.

Bước 7: Kiểm tra ngoại quan sản phẩm bảng mạch điện tử.

Sau khi đục lỗ quang học, kỹ sư sẽ sử dụng một thiết bị khác thực hiện kiểm tra ngoại quan sản phẩm (AOI-Automated optical inspection) để đảm bảo PCB không có lỗi. Trong quy trình sản xuất bảng mạch điện tử PCB, việc kiểm tra ngoại quan sản phẩm là cực kỳ quan trọng, vì một khi các lớp được đặt lại với nhau thì bất kỳ lỗi sai nào cũng sẽ không thể chỉnh sửa được, dẫn đến việc phải làm lại từ đầu.

Để xác nhận rằng không có lỗi trên PCB, máy AOI sẽ so sánh bảng mạch in với thiết kế được dựng từ trước. Và sau khi PCB được kiểm tra, kỹ sư sẽ chuyển sang một vài bước cuối cùng của quy trình sản xuất mạch điện tử.

Bước 8: Kết nối các lớp PCB lại với nhau.

Ở bước này, các lớp PCB sẽ được xếp đều với nhau và chờ được dát mỏng. Cụ thể, để kết nối các lớp PCB này, kỹ sư sẽ dùng kẹp kim loại kết hợp cùng một bàn ép đặc biệt. Quá trình này diễn ra như sau:

• Bắt đầu bằng việc phủ một lớp epoxy đã ngâm sẵn lên bàn ép.
• Sau đó, đặt phần đế lên trên lớp epoxy.
• Tiếp theo, đặt lá đồng chồng lên phần đế.
• Rồi lần lượt, đặt tiếp những tấm epoxy đã ngâm trước đó cùng các lá đồng khác lên bảng mạch PCB.
• Công đoạn này được hoàn thiện với một mảnh đồng được đặt sau cùng, gọi là tấm ép.

Khi tấm ép đồng đã ở đúng vị trí, kỹ sư sẽ đưa bảng mạch qua máy cán cơ học nhằm thực hiện ép các lớp PCB thành một tấm đồng nhất.

Nếu mọi thứ diễn ra suôn sẻ, bo mạch tiếp tục được đưa vào máy ép cán. Qua đó, kỹ sư sẽ làm nóng và tạo áp lực lên các lớp PCB được xếp chồng, khiến tan chảy lớp epoxy bên trong prepreg (Vật liệu cách điện cho PCB). Dưới áp lực này, các lớp PCB sẽ được kết hợp lại với nhau. Cuối cùng, kỹ sư cần tháo tấm ép đồng phía trên cùng các chân cố định để lấy tấm PCB ra khỏi máy ép cán.

Bước 9: Khoan lỗ trên bảng mạch điện tử.

Để thực hiện bước này, nhà sản xuất sử dụng máy X-quang để xác định vị trí cần khoan. Sau đó, kỹ sư tiến hành khoan các lỗ tự động bằng máy tính, dựa theo thiết kế được lấy từ phần mềm vẽ bảng mạch điện tử đã sử dụng trong bước 1.

Bước 10: Mạ bảng mạch điện tử.

Sau khi hoàn tất quá trình khoan lỗ, bảng mạch điện tử PCB đã sẵn sàng để thực hiện bước tạo lớp mạ. Công đoạn này sử dụng một loại hóa chất đặc biệt để kết hợp tất cả các lớp khác nhau trên PCB. Có thể hiểu rằng, ở bước này, kỹ sư sẽ tạo ra một lớp mạ đồng trên bảng mạch điện tử, giúp liên kết tất cả các lớp thành một bộ phận hoàn chỉnh.

Bước 11: Sử dụng chất cản quang.

Khác với hợp chất được sử dụng ở bước 4, ở công đoạn này, kỹ sư tiến hành áp dụng một lớp cản quang đặc biệt cho bề mặt ngoài cùng. Cụ thể, điểm khác biệt ở trong quy trình này, bề mặt ngoài cùng sẽ được mạ thêm một lớp thiếc nhằm bảo vệ phần kim loại đồng trên bảng mạch điện tử.

Bước 12: Khắc lớp bên ngoài bảng mạch.

Khi thực hiện khắc lớp bên ngoài bảng mạch, nhà sản xuất sẽ sử dụng một lớp bảo vệ làm từ thiếc để giữ cho đồng không bị hỏng trong quá trình khắc. Sau đó, lượng đồng dư thừa được loại bỏ bằng cách sử dụng dung môi đặc biệt, và lớp thiếc đóng vai trò bảo vệ, giữ cho bảng mạch không bị ảnh hưởng trong công đoạn này.

Bước 13: Kiểm tra ngoại quan bảng mạch điện tử.

Tương tự như lớp lõi ở trong, phần bên ngoài của bảng mạch điện tử cũng cần được kiểm tra ngoại quan. Việc kiểm tra này sẽ đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tính chính xác theo yêu cầu trên bản thiết kế. Ngoài ra, bước này cũng giúp kỹ sư xác định rằng bảng mạch PCB đã loại bỏ tất cả lượng đồng dư thừa, từ đó tạo ra các kết nối điện hiệu quả.

Bước 14: Ứng dụng Silkscreen (in thông tin lên bảng mạch điện tử).

Trong quy trình sản xuất bảng mạch điện tử, sản phẩm cần được in các nội dung quan trọng như: Tên thương hiệu, thông số kỹ thuật,… lên trên bề mặt của PCB. Thông thường, doanh nghiệp sẽ ứng dụng Silkscreen để in những thông tin sau lên sản phẩm:

• Số ID công ty.
• Nhãn cảnh báo.
• Logo của nhà sản xuất.
• Số lượng bộ phận.
• Bộ định vị ghim và các dấu tương tự.

Bước 15: Hoàn thiện bảng mạch điện tử PCB.

Trong công đoạn này, kỹ sư sẽ phải mạ các vật liệu dẫn điện lên sản phẩm. Cụ thể, những chất liệu được sử dụng bao gồm:

• Bạc ngâm: Mức tổn hao tín hiệu thấp, không chứa chì, tuân thủ RoHS (Chỉ thị về hạn chế các chất nguy hiểm). Tuy nhiên, lớp sơn hoàn thiện có thể bị oxy hóa và xỉn màu.
• Vàng cứng: Bền, thời hạn sử dụng lâu dài, tuân thủ RoHS, không chứa chì. Hạn chế của vật liệu này là khá đắt tiền.
• Vàng ngâm niken không điện (ENIG): Một trong những vật liệu được sử dụng để làm lớp hoàn thiện phổ biến nhất, với thời hạn sử dụng lâu dài, tuân thủ RoHS và có giá thành cao.
• Kỹ thuật hoàn thiện bề mặt kim loại Hot Air Solder san lấp mặt bằng (HASL): Tiết kiệm chi phí, có độ bền cao. Tuy nhiên, phương pháp này chứa chì nên không đáp ứng theo tiêu chí RoHS.
• HASL không chì: Tiết kiệm chi phí, không chứa chì và tuân thủ tiêu chuẩn RoHS.
• Vàng ngâm paladi không niken không điện (ENEPIG): Độ bền hàn cao, giảm khả năng ăn mòn, yêu cầu công nghệ xử lý và máy móc thiết bị sản xuất tiên tiến. Hạn chế của phương pháp này là có chi phí chế tạo cao.
• …

Bước 16: Kiểm tra mạch điện.

Sau khi bảng mạch PCB đã được phủ một lớp bảo vệ và kiểm tra cẩn thận (nếu cần), kỹ sư sẽ tiến hành kiểm tra pin trên các vùng khác nhau của bảng mạch điện tử nhằm đảm bảo hoạt động hiệu quả. Quá trình thử nghiệm điện này phải tuân theo các tiêu chuẩn được quy định bởi IPC-9252 (Bộ tiêu chuẩn trong sản xuất PCB). Trong đó, có hai loại kiểm tra chức năng được thực hiện, bao gồm:

• Kiểm tra tính liên tục của mạch: là hình thức kiểm tra kết nối có bị ngắt trong PCB hay không, còn được gọi là “mở mạch”.
• Kiểm tra cách ly: Sẽ kiểm tra các giá trị cách ly giữa những bộ phận khác nhau trên PCB, để phát hiện lỗi có thể xảy ra.

Mặc dù các bài kiểm tra điện chủ yếu nhằm đảm bảo tính hiệu quả bảng mạch, chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra xem thiết kế gốc của PCB đã thể hiện được đầy đủ chức năng trong quá trình sản xuất hay chưa.

Bước 17: Xác định kích thước của các bảng mạch in riêng lẻ.

Trong công đoạn sản xuất bảng mạch điện tử này, các kỹ sư cần lập hồ sơ để xác định hình dáng và kích thước của từng PCB riêng biệt, được cắt ra từ tấm gốc. Thông tin này thường có trong các tệp thiết kế ban đầu. Bước lập hồ sơ này giúp dẫn đường cho quá trình cắt, bằng cách lập trình máy tính đánh dấu các điểm cần cắt trên tấm gốc.

Quá trình cắt, hay còn gọi là định tuyến, giúp tách các bảng mạch điện tử riêng lẻ ra một cách dễ dàng hơn. Một bộ định tuyến hoặc máy gia công CNC sẽ tạo ra những mảnh nhỏ, chạy dọc theo các cạnh của bảng mạch in. Các cạnh được gia công này có thể làm cho bảng mạch PCB dễ dàng vỡ ra mà không bị hư hại.

Bước 18: Dập cắt bảng mạch in PCB.

Sau khi xác định hình dạng và kích thước của các bảng mạch riêng lẻ, nhà sản xuất sẽ sử dụng các phương pháp gia công để cắt từ bảng mạch to thành nhiều tấm PCB. Một số thiết bị, máy móc được ứng dụng để cắt bảng mạch in điện tử hiện nay là:

• Máy cắt PCB dao trượt.
• Máy cắt PCB Laser.
• Máy đột tách PCB.
• Máy cắt trượt bảng PCB.
• Máy cắt PCB tay đẩy.
• Máy cắt PCB đường cong tự động.
• Máy cắt bán dẫn.

Bước 19: Kiểm tra chất lượng.

Sau khi đã tách riêng các bảng mạch, PCB cần trải qua một bước kiểm tra cuối cùng trước khi đóng gói và gửi đi. Điều này giúp doanh nghiệp đảm bảo một số tiêu chí quan trọng trong quy trình sản xuất bảng mạch điện tử:

• Kích thước lỗ phải đúng trên tất cả các lớp và tuân thủ theo yêu cầu thiết kế.
• Kích thước tổng thể của bảng mạch điện tử phải khớp với tài liệu thiết kế.
• Bảng PCB phải được làm sạch, đảm bảo không có bụi bẩn bám trên bề mặt.
• Bề mặt của bảng mạch điện tử không được có các gờ hoặc cạnh sắc gây nguy hiểm.
• Bất kỳ bảng PCB nào không đạt yêu cầu về tính chính xác của mạch điện phải được sửa lại.

Bước 20: Đóng gói và giao hàng sản phẩm.

Công đoạn cuối cùng của quy trình sản xuất bảng mạch điện tử là đóng gói và giao hàng. Thông thường, doanh nghiệp sẽ sử dụng bao bì để bịt kín xung quanh bảng mạch in nhằm tránh bụi bẩn thâm nhập vào sản phẩm. Sau đó, bảng PCB sẽ được đặt vào các thùng kín để bảo vệ, tránh bị hư hại trong quá trình vận chuyển. Cuối cùng, doanh nghiệp sẽ giao hàng cho khách.

2. Tổng kết.

Qua bài viết về quy trình sản xuất bảng mạch điện tử đầy đủ nhất hiện nay, hy vọng doanh nghiệp đã tìm hiểu kỹ về hoạt động chế tạo mạch in PCB với 20 bước thực hiện hiệu quả. Từ đó, giúp doanh nghiệp nắm rõ phương pháp sản xuất mạch in điện tử hiện đại nhất hiện nay.  Đặc biệt, trong năm nay, doanh nghiệp mong muốn tìm hiểu thêm về các công nghệ sản xuất, thiết bị điện tử mới nhất, có thể tham gia ngay Triển lãm Quốc tế NEPCON Vietnam do công ty RX Tradex Vietnam tổ chức. Ngoài ra cũng trong năm 2023, RX Tradex còn tổ chức những sự kiện triển lãm hàng đầu khu vực như: Vietnam Manufacturing Expo, METALEX Vietnam và Waste and Recycling Vietnam, mang đến cơ hội giao thương, kết nối với các thương hiệu đầu ngành, đến từ nhiều khu vực hàng đầu thế giới, bao gồm: Châu Âu, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc,…