Számítógépekkel és manuálisan, kézi munkával dolgoznak a gyárban
Bemutatjuk, hogyan készülnek a nyomtatott áramkörök
Fototechnikával készülnek manapság a modern nyomtatott áramkörök. A nyákok szinte valamennyi elektrotechnikai eszközben megtalálhatók. Az apró készülékek elterjedésével az áramkörök mérete is rohamosan csökkent, ami az iparág gyors fejlôdését is megkövetelte. A robbanás a 70-es években következett be.
A nyomtatott áramkörök gyártása is a tervezéssel kezdődik. A mérnök először eldönti, milyen funkciókat kell az elektronikai gépének ellátnia. Egy számítógépes tervezőprogrammal összeválogatja a szükséges ellenállásokat és kondenzátorokat, és elrendezi azokat. Majd ezeket szoftverrel összehuzalozzák, és így megállapítják, hogy az egész milyen lapon fér el.
A vezetőpályák távolságát nemzetközi szabványok szabályozzák, ezt figyelembe véve kell meghatározni a furatok helyét is. A dokumentációt fájl formátumban átadják a nyák gyártójának, aki ennek alapján elkészíti a nyomtatott áramkört.
A nyomtatott áramkörök használta mára annyira elterjedt, hogy alig akad olyan elektrotechnikai berendezés, melyben ne lenne legalább egy egyszerűbb.
A legegyszerűbb nyomtatott áramkörök többnyire egyoldalasak, de a nyák lehet kétoldalas is. A legbonyolultabbak a multilayer, vagyis többrétegű áramkörök. A kétoldalas, illetve a többrétegű áramkörök oldalai és rétegei apró furatokon keresztül vannak összekötve egymással. Hogy melyik típust választják, a gép méretétől és bonyolultságától függ. Ha elfér benne több egyoldalas nyák, célszerűbb azt választani a drágább kétoldalasnál vagy többrétegűnél. A nyomtatott áramkörök mindig speciálisan az adott készüléktípushoz tartoznak.
A nyákgyártás mintegy 50 lépésből áll
A folyamat kezdetén szükséges méretre darabolják az üvegszálas alaplemezeket, majd azokat előkészítik a fúrásra. Kettesével-hármasával összepakettázzák, és az ilyen pakettekre ráhelyeznek egy alumíniumlemezt, hogy meggátolják a sorjaképződést. Az alumínium emellett jó hővezető, ami azért fontos, mert az alaplemezben levő üveg és a réz is csak speciális keményfémből készült fúróval fúrható át.
Megkülönbözetnek merev és hajlékony áramköröket. Utóbbiakat értelemszerûen mozgó alkatrészekhez alkalmazzák.
Egy régebbi technológia során nem a teljes lapfelületre kasírozott rézből marták le a felesleget, hanem melegítéses eljárással huzalozták be az alaplapot. Ez a módszer bizonytalannak bizonyult a sok hibalehetőség miatt.
A pakettákat a gépbe egy fa alátétlemezzel együtt helyezik be, ezzel védve meg a gépasztalt a fúrófejektől. Mivel az eltérő vastagságú furatokhoz értelemszerűen más és más fúró szükséges, a gépnek arra is képesnek kell lennie, hogy a fejeket szoftveres vezérléssel cserélje. A munkafázis végeztével ellenőrzik és dokumentálják, hogy valamennyi furat rákerült-e a lapra. Egy következő fázis a lemez kontúrmarása. A megrendelő így nem kap a nyákhoz olyan felesleges anyagrészeket, melyek miatt esetleg nem férne be rendeltetési helyére. Ha a készítendő nyomtatott áramkör megfelelően kicsiny méretű, a fúróasztalon természetesen akár százasával is készülhetnek a nyákok, melyeket majd ugyancsak kontúrmarógép segítségével meggyengített anyagrész mentén törnek le egymásról. A furatokon már átláthatunk, de még meg kell oldani, hogy az áramot is vezessék – fémezni kell a furatot. A furatfémezési eljárás alatt a műanyagot, a rezet és az üveget galvanikus úton, réz-szulfát oldatból, rézzel vonják be. Ez egy különböző vegyszerekkel véghezvitt eljárássorozat. A lapokat egy géppel egymás után belemártják a folyadékokba, így a savak a teljes felületüket ellepik, a furatokat is beleértve.
Létezik egy olcsóbb eljárás is, amikor réz helyett grafittal teszik vezetővé.
Az üzemrészben megfigyelhető, hogy a galvanizáló berendezések alatt összefolyótálcák vannak. A technológiai szennyvizet innen egy központi helyre viszik, ahol a réztartalmától megszabadítják.
A lapok ezután bekerülnek egy fotohelyiségbe, ahol fotoreziszt fóliát kasíroznak rájuk, majd egy filmen keresztül UV fénnyel megvilágítják a felületet. Ahol a fény érte, az anyag kipolimerizálódik, oldhatatlanná válik, ahol pedig nem kapott fényt, az anyag leoldódik. Ekkor válnak láthatóvá a még további kezelés előtt álló pályák.
Ha megnézünk egy kész nyákot, látjuk, hogy többnyire zöld színű. Ez a forrasztás gátló lakknak köszönhető, aminek az a célja, hogy az egymás mellett, különböző feszültségen és különböző funkciót ellátó érintkezőket elhatárolja egymástól, és ezzel megakadályozza, hogy zárlat keletkezzen.
A különböző nyomtatott áramkörök eltérő technológiával készülnek.
Általában visszamaratásos eljárást alkalmaznak, vagyis a kiindulási anyag – a szigetelőlemez – teljes felületére rákasírozzák a rézlemezt. A vezetőpályákat kialakítják, a felesleget pedig lemaratják.
A vezetőpályák ezen lépést követően már önálló „életet élnek”. A vezetőpályák között is lényeges különbségek vannak. Lehetnek szélesek vagy akár egészen keskenyek, attól függőn, hogy mennyi áramot kell vezetniük Gépkocsiknál vagy nagy ipari gépeknél akár több tíz ampert is el kell bírniuk. (Ezzel magyarázható, hogy a nyákra gyakran hűtőalkatrészeket is szerelnek.)
A nyákok ugyan rázhatnak, de a bennük levő feszültség általában alacsony. A jó hatásfok elérése érdekében a rézréteg, vagyis a vezetőpálya vastagsága nyákonként eltérő. A legvékonyabb 12 mikronos, de léteznek 18, 30, 50, 70 és 400 mikronosok is.
Igény szerint lehetőség van úgynevezett nemesfémbevonatok felvitelére is. Hogy ez az anyag arany vagy ezüst, az a nyák funkciója függvényében változik. Ebben az esetben nem a nemesfém felhasználása a lényeg, hanem az, hogy az arany alatt nikkelre is szükség van, ami porózusmentesen választódik le, így kiválóan lezárja a rézfelületet. A nikkelre felvitt 0,1 mikron aranybevonat előnye, hogy tökéletesen ellenáll a külső időjárási viszonyoknak és nem oxidálódik. Aranyat gyakran igénybevett alkatrészeknél használnak, ilyen lehet egy szavazógép vagy egy kapcsoló, aminek egymilliónál is több igénybevételt is ki kell bírnia.
Az ezüstbevonat az Unió által már megkövetelt ólommentes eljárásnak szintén megfelel. Olyan eszközöknél választják, melyekben a rétegvastagság nem haladhatja meg a 15 mikronnál nagyobb különbséget. Hátránya, hogy könnyen oxidálódik, és 6 hónap után már esetleg nem megfelelően forrasztható.
A végső bevonatnak leggyakrabban az ónt használják. Ez is jól forrasztható, viszont a felület általában nem kimondottan sima.
A többrétegű nyákok külön rétegeit külön elkészítik, majd köztes lemez segítségével rakják össze. Adott tehát a nyákréteg, egy 35 mikronos rézfólia, a köztes lemez és prepreg ragasztó (félig kipolimerizált epoxi üveganyag). Ezeket egymásra helyezik, majd az egészet egy hidraulikus préssel négyzetcentiméterenként 15–20 kg-os nyomással 80 fok körüli hőmérsékleten összenyomják.
Ha már minden elkészült, a nyákot számítógéppel tesztelik. Megvizsgálják, hogy a termék funkcionálisan működik-e. Minden ott van-e, ahol lennie kell. Pozitív eredmény esetén még szemrevételezéssel is ellenőrzik, hogy a nyák megfelel-e az esztétikai követelményeknek.
A nyomtatott áramkörök a nemesfémtartalmuk miatt újrahasznosítandók. Ma már mindenhol ólommentes forrasztóanyagot használnak, ennek köszönhetően a leselejtezett nyák tárolása már kevésbé veszélyes.
Németh Tibor, az AUTER Elektronikai Kft. műszaki igazgatóhelyettese lapunknak elmondta: a technológia nagyrészt 30 éves múltra tekint vissza. Legalábbis, ami az alapelveket illeti, ám természetesen ez az iparág is fejlődik. Ezen a területen is igen nagy a verseny, az utóbbi években sok vállalkozás tönkrement. A biztos megélhetést csak az állandó megbízások biztosítják. Ehhez azonban minőségi szolgáltatásokra van szükség. A gyárat a megrendelő rendszerint nem tájékoztatja arról, hogy az elkészített nyák pontosan milyen műszaki berendezésbe kerül. Ilyen információkra a készítéshez nincs is szükség. Az itt legyártott áramkörökre végül a megrendelő helyezi fel a különböző alkatrészeket, a chipeket és félvezetőket.
Köszönjük az AUTER Elektronikai Kft. segítségét!
Elérhetőség: 1163 Budapest, Cziráky u. 26-32.
Tel.: +36 1/403-7365
www.auter.hu
Kóré Károly
