Archives

A ritzelés a sorozatgyártásban szokásos eljárás. Az egyedi NYÁK terveket egymás mellé montírozzuk, és megtervezzük a gyártáshoz szükséges további panelrészeket. Így az egyedi NYÁK-unk sorozatgyártásra is alkalmas lesz, beültetés után pedig kézi erővel is könnyen széttördelhetők a darabok. Mivel a panelizálással kapcsolatban rengeteg kérdés merül fel ügyfeleink részéről, szeretnénk annak egyik lehetséges tervezési menetét ismertetni az alábbiakban.

Ha nem járatos a panelizálásban, akkor kérjük, mindenképpen olvassa el a Panelizálás tervezése – általános ismertető cikkünket, mielőtt tovább olvasna!

A tervezés menete

Ha készen vagyunk az egyedi NYÁK tervével, akkor jöhet a panelizálás! Ne feledjük el, hogy a lokális fidukat ekkorra már el kellett helyeznünk a terven, ha szükség van ezek használatára a beültetéshez és az ellenőrzés ellenőrzése miatt (AOI – Automated Optical Inspection)!

A következő lépés, hogy a beültetővel előzetesen egyeztetett elrendezést létrehozzuk (az elrendezés most legyen 3×3-as). Az elrendezés létrehozása nem jelent mást, minthogy egymás mellé másoljuk a terveket a megadott 3×3-as ismétlésszámban. Mivel most ritzeléssel tervezünk, az egyedi NYÁK-okat közvetlenül egymás mellé kell másolnunk. Nem kell helyet hagynunk a tervek között, a ritzelés nem fogja megváltoztatni a panelból végül széttördelt egyedi NYÁK-ok méretét.

Az egyedi NYÁK-ok eredeti kontúrvonalait távolítsuk el, és rajzoljuk meg a panelkeretet (ha van belső marás az egyedi NYÁK-on, akkor természetesen azt hagyjuk meg). A panelkeret szélessége általában 5-10mm szokott lenni. A fontos az, hogy a beültetőgépnek legyen elég felülete a panel megfogásához. Panelkeretet nem szükséges minden oldalra tervezni. Stabilitási szempontból általában jobb, ha a panelt teljesen körbeveszi panelkeret, de van néhány kivételes eset, ahol szinte egyáltalán nem számít. Ha például kizárólag ritzeléssel tervezzük a panelt, akkor elegendő két (hosszabb) szemközti oldalra keretet tenni. Ebben a példában teljesen körbevesszük a panelt kerettel. Ha nálunk rendeli meg a beültetést, akkor a mi gépeinknél nem szükséges panelkeret a megfogáshoz.

A panelkeretet a sarkainál általában 1mm-rs rádiusszal vagy letöréssel lekerekítjük. Ezzel némi védelmet tudunk biztosítani a panel számára, ha véletlenül egy-egy munkafolyamat közben leesne a földre. Ekkor ugyanis szinte mindig a sarkára esik a panel, és az éles sarkú panelek könnyen deformálódnak a sarkaiknál, ami azt okozhatja, hogy pl. a forrasztópaszta nyomtatásnál a stencil nem tud rásimulni teljesen a panelra, és ez hibás pasztázást okozhat. A lekerekített sarkok nehezebben sérülnek, mint az élesek.

A következő lépés a ritzelési vonalak berajzolása. Fontos szempontok ennél a pontnál:

  • két párhuzamos ritzelési vonal között legalább 3mm távolság legyen
  • a ritzelési vonalaknak végig kell menniük a teljes panelen és csak egyenes vonalúak lehetnek
  • a ritzelési vonalak középpontjától legalább 0,5mm-re legyenek a rézrétegek rajzolatai
  • a ritzelési vonalak a panel szélein 5-5mm-rel fussanak túl, és lehetőleg különálló rétegbe (Gerber fájlba) kerüljenek
  • a panelon egy-egy ritzelés hossza legalább 80mm legyen

Rajzoljuk meg a beültetéshez szükséges panel fiducial-okat. A panelkereten általában elegendő összesen 3db fidu pl. ebben az elrendezésben: bal alsó sarok, bal felső sarok, jobb felső sarok. Jelen példában a NYÁKÁRUHÁZ-nál szokásos kör és kereszt alakú fidu-kat tesszük le a sarkokba.

A leggyakrabban használt körfidu kialakítása mindössze annyiból áll, hogy az egyik rézrétegre leteszünk egy 1mm átmérőjű kitöltött kört, majd ugyanezen réteghez tartozó lötstop rétegbe pedig egy 3mm-es kitöltött kört. Ha kétoldalas a gyártatni kívánt panel, és mindkét oldalán szükséges gép beültetés, akkor a fidu-kat rögtön másoljuk is át az ellenkező oldali réz és lötstop rétegbe is ugyanazokba a pozíciókba, ahol a másik rétegre tettük őket! Többrétegű NYÁK esetén értelemszerűen csak a külső rétegekre szükséges fidu-kat tenni.

Ha szükséges a beültetéshez, hullámforrasztáshoz, pasztanyomtatáshoz vagy más művelethez illesztőfuratokra (ezt a beültetővel kell egyeztetni!), akkor rajzoljuk be a kívánt illesztőfuratokat. Ezek átmérője túlnyomó többségben egységesen 3mm szokott lenni.

A panelterv ezzel elkészült a NYÁK gyártáshoz.

Sorozatgyártásnál a megtervezett egyedi NYÁK terv panelizálása a beültetés és szerelés miatt szinte elengedhetetlen. Azt vettük észre, hogy kétféle ügyfél létezik a panelizálás szempontjából: az egyik, aki valamilyen úton-módon – akár saját kárán tanulva – megszerezte a szükséges tudást ahhoz, hogy korrekt, a NYÁK gyártó által gyártható és a beültetéskor is használható paneltervet készítsen, a másik típus, akinek gyakorlatilag semmilyen információja sincsen a dologról, és hozzákezdeni sem tud a panelizálás megtervezéséhez. A két állapot között elenyészően kevesen vannak. A panelizálással kapcsolatos leírásainkban ezeket a fehér foltokat szeretnénk eltüntetni a tervezők fejéből, és megmutatni, hogy tulajdonképpen egy egyszerű dologról van szó, amire mindenki képes lehet, aki az egyedi NYÁK-jának tervét már el tudta készíteni.

Mivel a panelizálás elsősorban a sorozatgyártás egyik eszköze, ezért főként ebből a szempontól tárgyaljuk a témát.

Fogalmak:

  • Egyedi NYÁK: egy darab, különálló NYÁK
  • Panel, montír, panelizált NYÁK: egy vagy több különböző egyedi NYÁK-ból összeállított panel

Panelizáljuk a NYÁK-ot! De ez mit jelent?

Ha a prototípus már megfelelően működik, és elindítanánk az első kisebb-nagyobb sorozat gépi beültetéses gyártását, akkor általában feltétlenül szükséges panelizálni az egyedi NYÁK-ot (kivéve, ha pl. A4-es méretű maga a NYÁK és tele van alkatrészekkel, a tapasztalat azonban ma már nem ez).

A panelizálás (vagy montírozás) során az eredeti tervet több példányban egymás mellé másoljuk X és Y irányban, így egy nagyobb “táblát” kapunk, amelyen ugyanaz a NYÁK terv szerepel mérettől függően általában 5-200 példányban. Az egymás mellett levő több NYÁK beültetése könnyebb és gyorsabb, ha egyben, egy panelon vannak. Tehát a panelizálás tulajdonképpen a gazdaságos gyárthatóság egyik alappillére. De a tervek pusztán egymás mellé történő másolása még nem elegendő.

A panelizálás nem tévesztendő össze azzal, amikor a tervező egyszerűen fogja és lemásolva egymás mellé helyezi a terveit. A korrekt panelterv magában foglalja:

  • az egyedi NYÁK-ok tervét, a ritzelés vonalait és/vagy a kitördelhető marások/fülek terveit,
  • a panel körvonalát, az illesztőfuratokat (amennyiben szükségesek a beültetésnél) és
  • a fiducial-okat.

Azaz a panelterv egy gondosan elkészített rajz, akárcsak maga az egyedi NYÁK terve. Az alábbi kép egy panel NYÁK gyártásra és beültetésre alkalmas változatát mutatja.

Mikor ajánljuk a panelizálást?

A panelizálást főként akkor ajánljuk, ha a panelek gépi beültetésre kerülnek majd, amit a beültetendő alkatrészek nagy száma indokol. A panelizálást ajánljuk tipikusan olyan esetekben, mint:

  • 100db 100x100mm-es NYÁK rendelése esetén
  • 200db 50x50mm-es NYÁK rendelése esetén
  • 1000db 20x10mm-es NYÁK rendelése esetén,
  • …és minden olyan esetben, ahol a beültetést megkönnyíti (NYÁK gyártás előtt konzultáljon először a beültetővel!)

Tehát olyan darabszámoknál, ahol már biztosan jobban megéri a gépi beültetés, mint a kézi.

Mikor NEM ajánljuk a panelizálást?

Általában NEM ajánljuk kis darabszám rendelése esetén, még akkor sem, ha az egyedi NYÁK-ok mérete kicsi (pl. kisebb, mint 20x20mm), mert ez általában nem kivitelezhető gazdaságosan a pooling gyártásban. (A pooling gyártás azt jelenti, hogy a különböző ügyfelek különböző rendeléseit egy nagyobb táblára montírozva gyártjuk le.) A hazai gyakorlatban a gyártók nagy része – velünk ellentétben – nem alkalmazza a pooling gyártást, hanem a megrendelt NYÁK-okat egyesével gyártja le technológiai kerettel, amit végül eltávolítanak. Ebből következik, hogy ezeknél a gyártóknál megkövetelnek egy minimum megrendelési méretet, vagy épp arra kérik a vevőt, hogy több kis tervet montírozzon össze a minimálisa rendelhető méretbe.

Mivel nálunk és partnereinknél is a gyártás legalább 3db-os pooling tábla pakettekben készül, így legalább 3db készül a megrendelt panelből. Ha Ön összemontírozza a terveit 1db nagy panelre, amit aztán megrendel, akkor a minimum másik 2db panel a veszélyes hulladékban végzi majd, a gyártási költségünk azonban jóval magasabb lesz, mintha 3 kisebb panelt rendelt volna. Tehát míg más gyártók a technológiai lehetőségeik miatt kifejezetten kérik a kis darabszámok panelizálását, addig mi – költséghatékonysági szempontból – ezt inkább nem javasoljuk.

A kis mennyiségű panelizált rendelések (pl. 1db panel, benne 5db egyforma vagy különböző egyedi NYÁK) gyártásának egyébként technológiai akadálya nincsen, de a felmerülő pluszköltségeket kérjük, mindig vegyék figyelembe, továbbá online rendeléskor a megfelelő opciókat válasszuk ki (részletesebben lejjebb). Kis darabszámú paneleket általában akkor rendelnek ügyfeleink, ha a sorozatgyártás előkészítése miatt van szükségük próba darabra.

Hány különböző tervet montírozhatok a panelre?

A NYÁK gyártás szempontjából lehetőleg egyfélét. A beültetésnél elő szokott fordulni olyan eset, hogy pl. egy adott készülékhez két különböző NYÁK-ra van szükség azonos darabszámban, és amíg az egyik NYÁK sok alkatrészt tartalmaz (processzor, ellenállások, stb.), a másikon csak néhány LED található állapotjelzőként. A beültetésnél gazdaságosabb, ha a két terv párban kerül a panelra montírozáskor, így a beültetéskor egyféle panelre kell ráállni, tehát idő takarítható meg.

A NYÁK gyártás szempontjából hátrányos lehet, ha a két NYÁK rajzolatának sűrűsége nem egyforma, ugyanis ettől inhomogén lehet a rézgalvanizálás vastagsága, extrém esetben nagy selejtarányt okozhat. Tehát lehetőleg egyféle terv kerüljön egy panelra, de ha mindenképpen szükséges több tervet panelizálni egyszerre, akkor a rajzolatsűrűség lehetőleg hasonló legyen.

Miért kell panelizálni a NYÁK-ot?

A gépi beültetésnél elsődleges szempont a mellékidők csökkentése. Ha az egyedi NYÁK-okat egyesével ültetné be a gép, akkor a szükséges NYÁK-onkénti beállás nagyban növelné a beültetés és ellenőrzés teljes idejét. A másik ok pedig, hogy a gépi beültetésnél szükséges általában legalább két szemközti oldalon legalább 5-5mm széles technológiai keret, ahol a gép megfogja a panelt, mert enélkül a beültetéskor a rögzítés lehetetlen lenne. Ha pedig technológiai keretre mindenképpen szükség van, akkor az gazdaságosabb, ha az csak egy nagyobb panel szélén van rajta, minthogy minden egyedi NYÁK szélein legyen technológiai keret.

TIPP: Amennyiben nálunk rendeli meg a beültetést, akkor számunkra nem feltétlenül szükséges technológiai keret, tehát kevesebb lesz a NYÁK gyártás költsége!

A panelizálás tehát gyorsasági, gazdaságossági, és a beültetés kivitelezhetőségét érintő szempontok miatt szükséges.

Miért előnyös, ha Ön tervezi meg a panelizálást?

Azon ügyfelek, akik nem járatosak a gépi beültetésben, elképzelhető, hogy csak akkor szembesülnek a panelizálás lehetőségével, amikor a beültető cégtől hallják, hogy a NYÁK-okat jó lenne, ha “ilyen-és-ilyen” elrendezésű vagy méretű panelen hoznák. Az ügyfél pedig már így is késésben van a projekttel, és nincs ideje arra, hogy elmélyedjen a panelizálás rejtelmeiben, ezért megkéri a NYÁK gyártót, hogy készítse el az egyedi tervek alapján a panelizálást. Azonban nem ad át minden szükséges információt a NYÁK gyártónak a paneltervezéshez, így a beültetés nem lesz zökkenőmentes. Néhány példa:

– nem hívja fel a figyelmet egy a NYÁK kontúrján túllógó csatlakozóra, amely azt okozza, hogy a NYÁK szélére tervezett alkatrészek miatt a csatlakozók csak a panel széttördelése után ültethetők be kézzel
– nem kér elegendően széles panelkeretet, így a beültetőgép esetleg nem tudja megfogni a paneleket
– nem kér és nem is tesz le a tervre lokális fiducial-okat, így a beültetés és annak ellenőrzése bizonytalanná válik a nagy pontosságot igénylő forrasztásoknál (nagy lábszámú IC-k)
– az ügyfél nem ismeri a törőfüles marás és a ritzelés, illetve ezek kombinációinak lehetőségét, ezért végösszegben vagy az egyedi NYÁK-ok kontúrjának minőségében nem azt kapja, amit elképzelt
– stb.

Összefoglalva: a panelizálás egy igen egyszerű dolog, mindössze néhány apró szabályra kell odafigyelni. Az ügyfél, a NYÁK gyártó és a beültető is csak előnyét látja egy korrektül megtervezett panelnek. Kerüljük tehát azokat a szituációkat, hogy a gépi beültetésre szánt tervet csak úgy “odadobjuk” a NYÁK gyártónak és a beültetőnek, mondván hogy “ebből kérek 500db-ot, mindenki kezdjen a rajzokkal, amit akar”.

Hogy néz ki konkrétan egy "panel"?

A sorozatgyártásra alkalmas panel (ebbe beleértjük természetesen a NYÁK gyártásra és alkatrészek beültetésére való alkalmasságot is) mindössze néhány nevezetes részt tartalmaz.

1. Panelkeret: ez a panel két szemközti vagy két-két szemközti oldalán levő, általában a beültetést segítő technológiai keret (a NYÁK gyártáshoz erre egyébként nincsen szükség, csak a beültetéshez). A beültető és ellenörző gépek ezeknél a kereteknél fogják meg a panelt, amíg a munka zajlik. A gyártás befejezése után erre már nem lesz szükség, hulladékot képez.

2. Fiducial marks: “magyarul” rövidítve a szakzsargonban fidu-nak nevezzük őket (a rézrétegben leggyakoribb esetben egy 1mm átmérőjű kör, a lötstop rétegben pedig egy 3mm-es kör alakú kihagyás). Ezek olyan referenciajelek, amelyekhez a beültető és ellenőrző gépek szinkronizálnak.

A panel befogása során mindig van egy adott pontatlanság. A beültetést a gép azzal kezdi, hogy kamerával megnézi, hol vannak pontosan a fidu-k, és szoftveresen ehhez képest transzformálja a beültetés koordinátáit. Ha tehát a panel a beültetőgépbe kicsit ferdén kerül be, semmi probléma sem lesz, hiszen a gép ezt a problémát automatikusan kompenzálja. A fenti képen kétféle fiducial látható: kör és kereszt alakúak. A leggyakrabban használt alakzat a kör, de más alakzatot is használhatunk, pl. háromszöget, kettőskeresztet, stb.

Nincs szükség egyébként többféle alakú fiducial lerakására, sőt elegendő mindössze egyféléből 2db (de a pontos beültetéshez inkább 3db) a panel különböző (lehetőleg minél távolabbi) pontjára. A mi panelterveinken (NYÁKÁRUHÁZ Kft.) azért használunk kétféle fiducial-t, mert bizonyos beültetőgépek jobban “felismerik” az egyiket, mint a másikat, így bizonytalanság esetén több fidu is rendelkezésre áll a szinkronizáláshoz, de erre általában nincsen szükség.

A fiduk lehetnek panel, globális vagy lokális típusúak. A különbség köztük mindössze az elhelyezkedésük, alakjuk ugyanolyan. A panel fiduk a panelkereten helyezkednek el, és jelentésük a teljes panelre értendő. A globális fiduk az egyedi NYÁK-okon belül találhatóak, általában a két átlós sarokban. Ha olyan alkatrészt kell beültetni, melynek a pontossága kritikus a nagy lábszám és kis méret miatt, akkor célszerű az alkatrész mellé az átlós sarkokba fidukat letenni, így még pontosabban végezhető el és ellenőrizhető le egy ilyen alkatrész beültetése. Ezeket hívjuk lokális fiduknak. Lokális fiduk lehetnek még az egyedi NYÁK-ok sarkaiban vagy az egyedi NYÁK-okon levő nagy lábszámú precíz beültetést igénylő alkatrészeknél is, amelyek segítik a beültetés utáni ellenőrzést (AOI – Automated Optical Inspection), ha szükségünk van erre (főleg közepes-nagy sorozat esetén lehet fontos, ahol a selejtek kiszűrését minél előbb el kell végezni). A fenti fényképen lokális fiduk nincsenek, de példaként ha az alábbi képen az U2 IC beültetését szeretnénk utólag ellenőrizni, akkor a lokális fidu-kat így tennénk le (a fehér nyilak mutatják a lokális fidu-kat):

Mielőtt még összezavarnánk az olvasót a rengeteg fiducial-lal, jó ha tudjuk, hogy a gyakorlatban teljesen felesleges teleszórni fidukkal biztos-ami-biztos alapon a panelt. Tervezés előtt mindenképpen egyeztessünk a beültetés és az ellenőrzés lehetőségeiről a beültetést végző céggel vagy személlyel! Néhány példa a fiducialok elhelyezésére a panelkereten:

A jobb alsó képen a ritzelés vonala átszeli a fiducialt, ami miatt lehetséges, hogy nem ismeri majd fel a fidut a beültetőgép. Lehetőleg kerüljük az ilyen helyzeteket, és tegyük arrébb néhány mm-rel a fidut!

3. Illesztőfuratok: régebbi gépeken a tájolást illesztőfuratokkal oldották meg fidu-k helyett. Az illesztőfuratokhoz is lehet szinkronizálni a beültetési pozíciókat, viszont ez általában pontatlanabb, mint a fidu-khoz való szinkronozás. Az illesztőfuratokat ma már inkább csak hullámforrasztás esetén a megvezetéshez használják, vagy egyéb ellenőrzésekhez. Az esetek legnagyobb részében elhagyhatók.

4. Az egyedi NYÁK: a főszereplők maguk a panelen belüli egyedi NYÁK-ok, amelyeket a beültetés után eltávolítunk a panelből.

5. Kitördelhető marás és/vagy ritzelés: mindenképpen szükséges megrajzolnunk, hogy az egyedi NYÁK-ok elválasztása pontosan milyen legyen a panelen belül. A lehetőségekről lejjebb lesz szó.

 

A képek egy-egy valós környezetben történő beültetést mutatnak. A bal oldalon a panel kitördelhető marással, míg a jobb oldalon ritzeléssel készült. A fent leírt nevezetes részek is megfigyelhetők a panelokon.

A panelizálás előkészítése

Az egyes lépéseket célszerű a megadott sorrendben elvégezni, hogy ne érjen meglepetés minket.

1. lépés: válasszunk egy beültető céget! Elsősorban természetesen a saját beültetési szolgáltatásunkat ajánljuk, mivel ebben az esetben teljeskörű garanciát vállalunk a beültetésre, és a elkerülheti a vitás helyzeteket, amikor a NYÁK gyártója és a beültető cég egymásra mutogatnak, amiért a panelek nem működnek, Önnek pedig már szállítania kellene a kész áramköröket. Továbbá a NYÁK tervet is tudjuk módosítani úgy, hogy a beültetési technológiánkhoz a legjobban illeszkedjen, így minimalizáljuk a hibákat. Ráadásul nálunk stencilköltséggel sem kell számolnia, mert a beültetéshez szükséges stencilt házon belül kivágjuk lézerrel, aminek árát nem számítjuk fel. 

2. lépés: küldjük el az egyedi NYÁK tervét a beültető cégnek, és egyeztessünk velük, hogy mekkora panelizált panelre van szükségük és milyen elrendezés a legjobb számukra. Az elrendezés alatt értjük: hányszor hányas montír legyen? A panelméretet nagymértékben befolyásolja a NYÁK alapanyagának vastagsága. Míg egy 1,6mm-es alapanyagból készült A4-es méretű panel ritzeléssel elválasztva igen stabil marad, addig ugyanez a panel 0,8mm-es vastagságban már szinte papírszerűen hajlik és törik! Az ideális panelméret általában kb. A6 és A4 méret közötti (A6 méret: 105x148mm, A4 méret: 210x297mm).

3. lépés: ha a szokásosnál nagyobb tömegű alkatrészt (pl. NYÁK-ba ültethető trafót) tartalmaz a terv, akkor külön kérdezzük meg a beültetőt, hogy mit javasol, mekkora méretbe és milyen elrendezéssel panelizáljuk a NYÁK-ot, hogy a beültetendő panel még stabil maradjon?

4. lépés: döntsük el, hogy a panelon belül az egyes NYÁK-ok elválasztását hogyan szeretnénk kérni a NYÁK gyártótól (kitördelhető marás, ritzelés vagy ezek kombinációja) – ez összefüggésben van a 3. lépéssel, mert befolyásolja a panel stabilitását.

5. lépés: végezzük el a panelizálást és küldjük el gyártásra a paneltervet.

Extrém hiba a sorozatgyártásban: legyártatok 500db 50x50mm-es NYÁK-ot egyesével kontúrmarva (a terv tele van SMD alkatrésszel, amik természetesen a panel széléig kilógnak, hogy véletlenül se maradjon hely a beültetőgépnek a NYÁK befogásához), MAJD EZUTÁN keresek egy szimpatikus beültetőcéget, aki tájékoztat arról, hogy ebben a nem panelizált formában csak kézzel tudja beültetni az alkatrészeket, ami 2-5x annyiba fog kerülni, mint a gépi beültetés és 2 héttel tovább is tart majd…

tipp_ikon_4A sorozatgyártásnál további szempont, hogy a NYÁK-ok gépi szerelésre alkalmasak legyenek. Ez azt jelenti, hogy általában szelektív felületkezeléssel kell készülniük. A nem szelektív ónozású NYÁK-ok esetében a lötstop alatt is ónréteg van (általában galvánón). Ennek a szerkezete viszonylag porózus, és a reflow kemencés forrasztás vagy nem szelektív hullámforrasztás során megolvad. Emiatt a lötstop alatt megolvadt ón felráncosítja a lötstopot, és széles vezetők esetén elszívhatja az ónt a pad-ekről, amely végül selejtet is eredményezhet. Gépi beültetésnél kizárólag szelektív ónos NYÁK-ok használjon (nincsen ón a lötstop alatt, csak a pad-eken), kerülje a ma már elavult galvánónos technológiát.

Részletesebben a kitördelhető marásról és a ritzelésről

A két legelterjedtebb eljárás a NYÁK-ok elválasztására panelen belül a kitördelhető marás és a ritzelés (V-cut).

Panlizált NYÁK kitördelhető marással

A kitördelhető marással készült panelen belül az egyedi NYÁK-okat szinte teljesen körbemarjuk, mindössze néhány törőfület hagyunk meg, amelyek a beültetéshez és szereléshez egyben tartják a teljes panelt. A beültetés befejezése után az egyedi NYÁK-ok kitördelhetőek a panelból.

Előnyei:

  • szép felület a marás mentén
  • szinte tetszőleges alakzat lehetséges

Hátrányai:

  • csökkenti a panel stabilitását
  • összességében nagyobb panelméret
  • bonyolultabb tervezés

Panlizált NYÁK ritzeléssel

A ritzeléssel készült panelen belül az egyedi NYÁK-okat úgynevezett ritzeléssel választjuk el egymástól. A ritzelés azt jelenti, hogy a megtervezett ritzelési vonalak mentén a kész panel V alakú bevágásokkal lesz elvékonyítva. Így a beültetéshez és szereléshez egyben marad a teljes panel, viszont a beültetés befejezése után az egyedi NYÁK-ok kitördelhetőek a panelból.

Előnyei:

  • összességében stabilabb marad a panel a kitördelhető maráshoz viszonyítva
  • egyszerű tervezhetőség és kivitelezhetőség
  • összességében kisebb panelméret -> gazdaságosabb kivitel

Hátrányai:

  • csökkenti a panel stabilitását
  • szétördelés után sorjás marad a NYÁK széle
  • csak egyenes vonal mentén lehetséges a kivitelezése gazdaságosan és gyorsan

Ritzelésnél általában az anyagvastagság 1/3-a marad meg középen. Stabilitási szempontból ezzel mindenképpen számoljunk!

Melyiket válasszuk?

Döntési szempontok:

  1. Mi a fontosabb?
    Esztétika -> kitördelhető marás
    Ár -> ritzelés
  2. Mennyi időt szeretnénk sorjázással tölteni (ha egyáltalán szükséges sorjázni esztétikai vagy mechanikai szempontból)?
    Keveset -> kitördelhető marás
    Többet -> ritzelés

  3. Mennyire nehéz alkatrészek lesznek a panelen?
    Könnyűek -> ritzelés
    Nehezek (pl. paneltrafó) -> ritzelés vagy kitördelhető marás több törőfüllel

  4. Milyen a NYÁK alapanyag vastagsága?
    1,2mm alatti -> kitördelhető marás
    1,2mm-tól felfelé -> ritzelés

Ellentmondó szempontok esetén: kitördelhető marás és ritzelés kombinációja

Ha egy-egy NYÁK a panelen belül viszonylag kevés számú alkatrészt tartalmaz, akkor a beültető azt fogja valószínűleg kérni, hogy minél több egyedi NYÁK legyen a panelon, hiszen így gazdaságosabb a beültetés, kevesebbszer kell cserélni a panelt a gépeken. Amennyiben az egyedi NYÁK terve mindenképpen valamilyen a téglalap formától eltérő alakú kell, hogy legyen, akkor csak a kitördelhető marás jöhet szóba, vagy a kitördelhető marás és a ritzelés kombinációja. Ha csak a kitördelhető marás valósítható meg, az csökkenti a panel stabilitását. Ebben az esetben javasoljuk az egyes egyedi NYÁK-ok közti távolság növelését!

Ha az anyagvastagság túlságosan vékony, pl. 0,8mm, és ragaszkodunk a ritzeléshez, akkor kompromisszumos megoldásként használhatjuk a ritzelés és a kitördelhető marás kombinációját a panel stabilitásának növelése érdekében. Az alábbi képen az egyedi NYÁK-okat marás választja el egymástól, a panelkeret pedig ritzelt. A ritzelés és a kitördelhető marás kombinációjának alkalmazása a panelen belül akkor is előnyös lehet, ha az egyedi NYÁK kontúrjának csak bizonyos részei lesznek szerelés után szemmel láthatóak.

Esztétikai szempontból tehát érdemes úgy tervezni, hogy a látható részek lehetőleg kontúrmarással készüljenek, és a kevésbé láthatók vagy rövidebb élek ritzeléssel. Ebben a példában a kis NYÁK-ok hosszabbik oldalán volt fontosabb az esztétika, illetve a kontúrmart oldalak jobban illeszkednek mechanikailag a szűk helyekre, mivel a kontúrmarás pontossága nagyobb, mint a ritzelésé (a ritzelés felületi érdessége nagyobb).

A panelizálás tervezésének egyéb szempontjai

A beültető céggel történt egyeztetés után már tudjuk, hogy mekkora és milyen elrendezésű panelt kell (érdemes) terveznünk az egyedi NYÁK tervünkből. Ha pl. 100db egyedi NYÁK-ra van szükségünk, és a legjobb elrendezés beültetés szempontjából a 6×4-es, akkor 4db panel rendelése esetén 96db egyedi NYÁK-unk lesz, 5db panel rendelésekor pedig 120db. Ekkor célszerű a nagyobb mennyiséget választani.

tipp_ikon_4 Mindig tervezzünk 10-20% többlettel! Ha 100db kész áramkörre van szükségünk, akkor rendeljünk mindenből 110-120db-ot. A beültetési folyamatnál is lehetnek hibák, és ritkán előfordul, hogy a beültetett alkatrészek is hibásak (Aliexpress, eBay-ről rendelt gyanúsan olcsó selejt IC-k, stb.). A legkellemetlenebb, ha maga a NYÁK hibás, és ez csak a drága alkatrészek beültetése után derül ki. Ennek megelőzése érdekében csak E-tesztelt NYÁK-ot rendeljen!

Apertúra

Az apertúrák olyan alapvető alakzatok, amelyekkel a NYÁK tervet rajzoljuk. Alakjuk tetszőleges lehet. A NYÁK tervező szoftverekben ezek általában csak közvetetten definiálhatók.

DRC

Design Rule Check – Tervezési Szabályok Ellenőrzése. Olyan ellenőrző eljárás, ami kimutatja azokat a tervezési hibákat, amik miatt esetleg nem gyártható le a NYÁK. Ilyen például a túl vékony vezetők vagy túl kicsi átmérőjű furatok használata. A tervezési szabályok tehát olyan technológiai határértékek, amelyeket a tervezőnek feltétlenül szükséges figyelembe vennie és betartania.

E-teszt, elektromos teszt

Olyan mérési eljárás, amivel a legyártott NYÁK-okon detektálhatóak a rövidzárlatok vagy szakadások, így a hibás darabok nagyobb eséllyel kiszűrhetők. A mérésre a repülőtűs és a tűágyas megoldás terjedt el. A repülőtűs teszternél oldalanként legalább két tűvel mér a gép. A tűket mindig azon vezetősávok szabad pontjaihoz (forrszemekhez) teszi, ahol a mérést végzi. A mérési pontokat a Gerber fájlokból lehet létrehozni automatikusan. A prototípus vagy kis szériás gyártásnál ez egy költséghatékony eljárás, mivel nem kell külön mérőszerszámot készíteni a teszthez, mint a tűágyas esetben. A tűágyas teszt a szerszám (minden mérési pontra egy-egy tű és annak huzalozása) legyártása miatt csak a nagy sorozatú gyártás esetén gazdaságos, viszont sokkal gyorsabb, mint a repülőtűs változat.

Felületkezelés

Felületkezelés alatt értjük azokat az eljárásokat, amikkel a nyomtatott áramkörök rézvezetőinek felületét vonjuk be a korróziógátlás érdekében. Ez lehet általában ónozás, aranyozás vagy ezüstözés, vagy OSP (szerves bevonat). Az egyes anyagok felvitele történhet galvanizálással vagy kémiai úton.

Flash

Egy adott apertúra levetítése egy pontba (pl. forrszem).

Gerber fájlok

A Gerber a nyomtatott áramkörök gyártásának ipari, szabványos fájlformátuma, amelyből a NYÁK gyártás megvalósulhat. A Gerber fájlok tulajdonképpen koordinátákat tartalmazó állományok, amelyek segítségével egyértelműen leírható a nyomtatott áramkör rajzolata. A vektoros jelleg miatt akár ”kézzel” is módosítható utólag, és igen nagy felbontás érhető el vele (akár 1nm). A szabványt az 1960-as és 1970-es években fejlesztették ki, és sok hasonlóságot mutat a CNC gépeken használt G kódos programnyelvvel. A ma használatos, újabb verziója hivatalos nevén az Extended Gerber, vagy más néven az RS-274X, bár a szakzsargonban még mindig a Gerber elnevezést használjuk.

Hullámforrasztás

A furatszerelt alkatrészek beforrasztásánál a leginkább elterjedt, gépesített beforrasztási mód. A gép a nyomtatott áramköri lapot (amelybe az alkatrészek már előre be vannak helyezve) egy vagy több ónhullám felett viszi el. Az ónhullám hozzáér a forrasztandó felületekhez, és beforrasztja az alkatrészeket.

Kémiai ónozás

A kémiai ónozás egy olyan eljárás, aminek során a kész nyomtatott áramköri lemezt egy olyan oldatba merítik, amelyből ón válik ki a rézfelületre. Minél több ideig zajlik a folyamat, annál vastagabb ónréteg képződik, de amikor már a teljes felületre kirakódik az ónréteg, a vastagság nem növekszik tovább. A gyakorlatban a kémiai ónozás vastagsága nagyon vékony, anyagát tekintve ólommentes. Forraszthatósága nem olyan könnyű, mint a tűziónozásnak.

Kontúrmarás

Olyan darabolási eljárás, ahol a nyomtatott áramkör kontúrját CNC marógéppel alakítjuk ki. Lehetővé teszi szinte tetszőleges alakzatok elkészítését, és minőségileg sokkal igényesebb, mint lemezollós vágás.

Lötstop

Más néven forrasztásgátló lakkréteg, amely általában zöld színű, és megakadályozza a rézvezetők oxidációját, illetve a NYÁK forraszthatóságát arra a területre korlátozza, ahol nincsen forrasztásgátló lakk, azaz általában a forrszemekre.

Marás NYÁK-on belül

Olyan eljárás, ahol a NYÁK kontúrján belül, a terv szerinti, szinte tetszőleges helyen és alakzat szerinti eltávolítjuk az anyagot CNC marógéppel.

Mil – mm

A “mil” egy olyan mértékegység, amely az inch ezredrészét képzi.
1 mil = 0,001 inch = 0,0254 mm
1 inch = 25,4 mm = 1000 mil
1mm = 0,03937 inch = 39,37 mil

Montírozás

Több azonos vagy különböző NYÁK terv egymás mellé helyezése, összeállítása.

Ólommentes tűzión (RoHS tűzión)

Az Európai Unió területén már nem hozható forgalomba olyan termék, amely veszélyes anyagokat tartalmaz egy adott százalékos arány felett. Emiatt a régi, ólomtartalmú forraszanyagok nem használhatók ezekben a termékekben. A kiváltásukra a nyomtatott áramkörökön felületkezelésként csak ólommentes ón, arany, ezüst, és más nem ólomtartalmú vegyületet lehet használni. Magánfelhasználásra vagy kereskedelmi forgalomba nem kerülő NYÁK-ok esetén továbbra is használhatók az ólomtartalmú forraszok, amelyeknek jobb a forraszthatósága. Az RoHS megfelelőséghez mindenképpen szükséges, hogy a felületkezelő anyagon kívül a többi alapanyag (pl. halogénmentes FR-4) is megfeleljen az RoHS követelményeinek.

Panelizálás

Panelizálásnak hívjuk azt, ha több ugyanolyan NYÁK-ot teszünk egymás mellé a terven abból a célból, hogy azok kitördelhető vagy később szétvágható változatban legyenek legyártva. Sok kisméretű ez NYÁK esetén segítség lehet a beültetésnél és az áramkörök tárolásánál, kezelésénél.

Pozíciónyomat

Olyan feliratok és ábrák a nyomtatott áramkör egyik vagy mindkét felén, amelyek az egyes alkatrészek helyét jelzik, vagy más információt közölnek (pl. gyártó neve, típusszám, stb.). A színe általában fehér.

Reflow kemencés forrasztás

Olyan eljárás, amely során felületszerelt alkatrészeket nagyon gyorsan lehet beforrasztani. A kész NYÁK-onm levő SMD forrszemekre stencil (másnéven pasztamaszk) segítségével ónpasztát kell felvinni, majd az alkatrészeket elhelyezni. A reflow kemencébe helyezve az ónpaszta megolvad, és beforrasztja az alkatrészeket. A forrasztás általában meghatározott hőprofil szerint történik, hogy ne érje hősokk az alkatrészeket.

Ritzelés vagy V-vágás

Olyan darabolási eljárás, amely során nem vágjuk át a NYÁK-ot teljes keresztmetszetében, hanem az alkatrész és a forrasztási oldal felől (egymással szemben) egy-egy V alakú bevágást hozunk létre. A két bevágás között 0,2-0,4mm vastagságú anyag marad. Akkor használjuk, ha több ugyanolyan NYÁK van egy panelbe montírozva egymás mellé. Ez lehetővé teszi, hogy a panel ne essen szét, viszont kézi erővel könnyen letördelhetők az egyes kisebb panelek. Emiatt a NYÁK-ok könnyebben kezelhetők, és a beültetés is gyorsabb vagy kényelmesebb lehet.

Stencil (SMD)

A stencil egy olyan rozsdamentes acélból készült – általában 100-200um vastag – lemez, amelyen az SMD pad-ek helyén kivágások vannak. Az SMD alkatrészek beültetésénél használata nagyon meggyorsítja a beültetést, mert az alkatrészeket nem egyesével, kézzel kell beforrasztani, hanem a NYÁK-on levő forrszemekre a stencilen keresztül ónpasztát kell felvinni. Ezután az alkatrészeket a panelra kell helyezni, és reflow kemencébe tenni. A kemence által sugárzott hő megolvasztja az ónpasztát, és “magától” beforrasztja az alkatrészeket.

SMD, SMT

Surface Mount Device – Felületszerelt alkatrész, SMT – Felületszerelt technológia. A felületszerelt technológia során felületszerelt alkatrészeket használunk áramköri elemekként, amelyek lábai nem huzalkivezetések, mint a furatszerelt alkatrészeknél.

Szelektív ónozás

Olyan ónozási eljárás, amely során az ónréteg a forrasztásgátló lakk felvitele után kerül a NYÁK szabadon levő rézfelületeire. Ez azért fontos, mert ha ón van jelen a lötstop alatt, akkor a reflow kemencében vagy a hullámforrasztóban az ón a hő hatására megolvad, és felráncolhatja a lötstoppot, illetve a nagyobb vezetők elszívhatják az ónt a forrszemektől. Tehát sorozatgyártás esetén csakis a szelektív felületkezelési eljárások ajánlottak. Ez kizárja a hagyományos galvánón használatát, amit – a technológia miatt – a lötstop réteg felvitele előtt kell a rézrétegre galvanizálni, így az ott marad a lötstop alatt a kész NYÁK-on.

Tüziónozás

Olyan felületkezelési eljárás, aminek során a nyomtatott áramköri lapot egy olvadt ónötvözettel teli kádba merítik, majd a kihúzáskor mindkét oldaláról nagynyomású forró levegővel lefújják a megtapadt ónt. A végeredmény egy általában 5-50um vastagságú ónréteg lesz.

Üvegesedési hőmérséklet (Tg)

Az a hőmérséklet, amelyen a NYÁK hordozóanyagában levő amorf szerkezetű üvegszálak még kemények és szilárdak. A Tg hőmérsékletnél magasabb értéken is használható az anyag, de veszít a mechanikai szilárdságából, könnyebben deformálódik. Tartósan az üvegesedési hőmérséklet felett használva folyamatosan kezd átalakulni a gyantaszerkezet, és adott idő elteltével szétbomlanak a rétegek közötti kötések. Hőmérséklettől függően ez az idő órákban vagy napokban mérhető.

Üvegszálas NYÁK

A NYÁK hordozó anyaga általános esetben üvegszál rétegekből áll, amelyeket hőre keményedő gyantával ragasztanak össze, majd melegen préselik. A végleges vastagság függ a rétegek számától, a szövésmintától, a gyanta tartalomtól és a préselés paramétereitől. Normál esetben használt nyomtatott áramkörök hordozói 1,5mm vastagságúak, és 13 szövetrétegből állnak. A ma leggyakrabban használt alapanyag az FR-4 típus, amely közismertebb nevén az ”üvegszálas NYÁK”.

Via, furatgalván

A kettő vagy többrétegű áramköröknél szükséges a rétegek között is elektromos kapcsolatot létesíteni. Mivel az egyes rétegek rézfóliáit a hordozó anyag szigeteli el egymástól, az átvezetést olyan furatok segítségével valósítjuk meg, amelyeknek a falára vörösrezet galvanizálunk. Az így kialakított furatgalvánok (vagy másnéven via-k) hozzák létre a rétegek közötti összeköttetést. A falvastagság általában a NYÁK rézfólia vastagságának a fele, általános esetben 20-25um.

Az Eagle alapértelmezetten nem vektoros feliratokat használ, de a Gerber exportáláskor automatikusan átváltja a betűtípusokat vektorosra. Ez azért baj, mert megváltozik a feliratok szélessége és egyéb méretei, így elképzelhető, hogy nem oda fognak esni a feliratok, ahova szerettük volna tenni őket. A feliratok elkészítésénél ki lehet választani, hogy már eleve vektoros legyen a felirat, és akkor tényleg azt fogjuk látni a tervezéskor, ami a NYÁK-ra kerül. Volt olyan esetünk, hogy az egyik ügyfél azzal vádolt meg minket, hogy szándékosan átalakítottuk a feliratokat, és ezzel elrontottuk a NYÁK-ját. A valóságban azonban csak annyi történt, hogy a küldött Gerber-ek alapján gyártottunk, az ügyfél pedig nem ellenőrizte le, hogy az exportált Gerberek-ben a feliratok helyesek-e.

Az alábbi példa azt szemlélteti, hogy a nem vektoros felirat szélessége a Gerber exportálás után megváltozik (a vektorizálás miatt), és túl fog lógni a kontúrvonalon!

A probléma megoldása a következő:

1. Egy már meglevő alkatrész nem vektoros feliratait az alábbi ábra mutatja.

2. Kattintsunk a bal oldali ikonok közül a pirosan bekarikázott “Smash” ikonra.

3. Most kattintsunk az alkatrész közepén található, sárgával bekarikázott keresztre. (Ha ez a kereszt nem jelenik meg, akkor be kell kapcsolni a tPlace és bPlace rétegek láthatóságát a Nézet/Rétegek Ki/Bekapcsolása… menüben!)

Ekkor a feliratok sarkaiban is megjelenik egy-egy kereszt, így a azok már tetszőlegesen szerkeszthetőek, áthelyezhetőek.

4. Most kattintsunk a kékkel bekarikázott ikonra, és válasszuk aki a Font/Vector opciót!

5. Ezután a feliratoknál megjelent kis keresztekre kattintva, átváltanak a betűtípusok vektorossá.

Ha nem az alkatrészek, hanem az általunk beilleszteni kívánt feliratokat szeretnénk vektorosan létrehozni, akkor a bal oldali ikonsoron a “T” betűvel jelzett ikonra történő kattintás után a pirossal keretezett legördülő menüben állíthatjuk át a betűtípust vektorosra. A méret és az arány megválasztásakor ügyeljünk arra, hogy a felirat vonalvastagsága mindig legalább 0,2mm / 8mil legyen!

Természetesen nem szükséges minden egyes feliratot vektorossá konvertálni, hiszen az Eagle ezt automatikusan elvégzi, amikor a Gerber fájlokat készítjük el a tervből. Viszont a fontosabb feliratokat mindenképpen érdemes vektorossá alakítani, hogy lássuk, hogyan fognak kinézni a valóságban.

Talán meglepő, de a legtöbb probléma a leadott NYÁK terveken nem a rézrétegek rajzolataival van, hanem a pozíciónyomat és az egyes rétegekben elhelyezett feliratokkal. Tapasztalatunk az, hogy általában 10-ből 7 tervben biztos, hogy legalább valamilyen minimális gond van a feliratokkal. Ez nyilvánvalóan azért van, mert ezekről nem beszél senki, és a neten sem találhatóak százával leírások a témában. Így a tervező sem figyel oda rá, és a rézréteg rajzolatainak befejezésével elégedetten dől hátra a székében, pedig a munka itt még korántsem ért véget! A legfontosabb tudnivalók a feliratokhoz a következők.

1. A legkisebb vonalszélesség a feliratok esetén 0,2mm/8mil legyen akár a rézrétegben, akár a pozíciónyomat rétegben vannak elhelyezve! A pozíciónyomat rétegben használjon a lehető legvastagabb vonalakat, a 0,2mm-es szélesség az abszolút minimum, az ennél kisebb vonalszélességű feliratok szinte biztosan halványak, részlegesen olvashatóak vagy elmosódottak lesznek!

2. A feliratokat mindig abba a rétegbe tegyük, amelyben ténylegesen szeretnénk, hogy a NYÁK-on megjelenjen. Ne tegyük a feliratokat pl. a kontúrvonal vagy az “assy” (assembly – beültetést segítő) rétegbe, ha azt szeretnénk, hogy a pozíciónyomat rétegben legyenek jelen a végső NYÁK-on. Ha feliratot egy vagy több rézrétegbe teszünk, akkor különösen ügyeljünk arra, hogy azok vonalvastagsága, és az egyes vonalak közötti szigetelési távolság megfelel a tervezési szabályoknak. Az áramkör működését nyilvánvalóan nem befolyásolja, ha a be nem tartott határértékek miatt a felirat nem sikerül jól, mert pl. a betűk vonalai között túlságosan kicsi a szigetelési távolság. A DRC ellenőrzés viszont nálunk minden egyes ilyen problémás ponton hibát fog adni, amelyeket egyesével kell ellenőriznünk. Ez egy bonyolultabb tervnél nagyon megnövelheti az ellenőrzés idejét, így később kerül majd a terve gyártásba. Feliratot tehát javasolt a pozíciónyomat rétegbe tenni, rézrétegbe pedig csak akkor, ha tényleg szükséges, és akkor is kellő körültekintéssel.

3. Ha a NYÁK terv nem tartalmaz pozíciónyomatot, akkor legalább az egyik rézrétegbe tegyünk feliratot! Erre azért van szükség, hogy egyértelműsítsük, hogy az alkatrészoldalon vagy a forrasztási oldalon van a rajzolat. A tervezőprogramok mindig az alkatrészoldal felől, felülnézetben mutatják a tervet, ezért a forrasztási oldal rajzolatát tükörképben látjuk, tehát a feliratok is tükrözöttek. Ha olyan Gerber fájlt kapunk, ahol a feliratok tükrözöttek, tudjuk, hogy a forrasztási oldalhoz tartoznak, a nem tükrözöttek pedig az alkatrész oldalhoz.

A rétegek megjelölését szolgáló feliratokat a megrendelő kérésére el tudjuk távolítani a tervből, mielőtt a NYÁK gyártása elkezdődne.

4. Az Eagle-t használók figyelmébe:  eléggé rossz az Eagle-ben az, hogy alapértelmezetten nem vektoros feliratokat használ, de a Gerber exportáláskor automatikusan átváltja a betűtípusokat vektorosra. Ez azért baj, mert megváltozik a feliratok szélessége és egyéb méretei. A feliratok elkészítésénél ki lehet választani, hogy már eleve vektoros legyen a felirat, és akkor tényleg azt fogjuk látni a tervezéskor, ami a NYÁK-ra kerül.

Az alábbi példa azt szemlélteti, hogy a nem vektoros felirat szélessége a Gerber exportálás után megváltozik (a vektorizálás miatt), és túl fog lógni a kontúrvonalon! Segítség a feliratok vektorossá alakításához itt.

5. A kontúrvonalon kívül eső, illetve a forrszemekre rálógó feliratokat levágjuk.

Ma már a nyomtatott áramkörök jelentős része kontúrmart kivitelű. A lemezollós vagy egyéb vágással történő kontúrkialakítás csak akkor használható, ha az összes élnek egyenesnek kell lennie, és nem támasztunk különösebb elvárásokat a vágás igényességét, minőségét illetően. A pooling gyártás miatt nálunk kontúrmart vagy panelizált esetben ritzelt paneleket tud megrendelni. Amennyiben kontúrmart NYÁK-ot rendel, érdemes kihasználni az ebben rejlő lehetőségeket villamos, mechanikai vagy akár csak esztétikai szempontból is.

A kontúr marással történő kialakítása nem mindenki számára olyan egyértelmű, mint például a huzalozás megtervezése. Sokszor nem világos, hogy milyen kontúrt tevezhetünk és milyet nem. Emiatt fontosnak tartjuk ismertetni a legfontosabb paramétereket és kritériumokat az eljárással kapcsolatban.

A marást nem csak a kontúr mentén végezhetjük el, hanem NYÁK kontúrján belül is. Ennek akkor van szerepe, ha valamilyen különleges alakzatban kell az anyagot eltávolítani, például egy illesztés miatt, vagy egy bizonyos alkatrész csak úgy ültethető be, ha a megfelelő helyen (alatta, mellette, stb.) nincsen anyag. Tehát a marás tulajdonképpen mindegy, hogy a kontúr mentén vagy a nyomtatott áramkör kontúrján belül történik, ugyanazok a szabályok vonatkoznak mindkét esetre, a marás alakja pedig – a lejjebb olvasható megkötések mellett – szinte tetszőleges lehet.

A fenti animációt a NYÁK gyártás marási folyamatának szemléltetésére készítettük, a megmunkálás lépései jól láthatóak. A kimart alakzatok megtervezését a következőkben az Eagle szoftver használatával mutatjuk be, de ettől függetlenül az elv bármilyen tervezőszoftverben használható.

A kontúrmarás tervezése

A demonstráció kedvéért egy egészen egyszerű szilárdtest relé kapcsolást terveztem a MOC3041 típusú triak kimenetű optocsatoló adatlapja alapján. Ennek apropóját az adta, hogy az optocsatolóval történő galvanikus leválasztáskor gyakran használunk marást az optocsatolók alatt, hogy az áramkör két oldala közötti szivárgóáramot csökkentsük, amely az esetlegesen nagy potenciálkülönbség miatt jönne létre. Nagyon leegyszerűsítve pedig azt mondhatjuk, hogy ahol “nincs anyag” (csak levegő), ott szivárgóáram sincs.

A kapcsolás és a NYÁK huzalozásának megtervezése után az alábbi kép szerint nézett ki a terv. A kontúr jelenleg csak egy téglalap alak. A kemnob_13 vonal, kemnob_15 körív és kemnob_14 kör rajzolásával ezt a kontúrt tetszőlegesen átrajzolhatjuk, a szükségtelen részeit pedig az kemnob_17 “Elem törlése” ikon segítségével eltávolíthatjuk. Lássuk, hogyan!

1. lépés

A rácspontokat (kemnob_16 Grid) 0,5mm-re állítottam a rajzolás megkönnyítése érdekében.

2. lépés

Most készítsünk egy 1,5mm sugarú lekerekítést a bal alsó sarokba kemnob_15 körív rajzolással! Ügyeljünk arra, hogy a rétegek közül a 20 Dimension legyen kiválasztva ( kemnob_16 ikon mellett jobbra), azaz a kontúr rétegben rajzoljunk, és a vonalszélesség 0mm legyen. (Az újabb Eagle 9.x verziókban a 0mm-es vonalszélességet sajnos nem exportálja ki a szükséges Gerber fájlokba, ezért ott valamilyen 0-tól eltérő, minimális szélességet állítsunk be.)

3. lépés

Töröljük ki a felesleges sarkot a kontúrból: az kemnob_17 Elem törlése ikon kiválasztása után kattintsunk az eltávolítani kívánt részekre!

4. lépés

Rajzoljunk egy 3mm széles beugró részt az alábbi kép szerint, ahova egy M3-as csavar beilleszthető rögzítőelemként. Használjuk a kemnob_15 körív és az kemnob_17 Elem törlése funkciót!

5. lépés

Ismételjük meg a műveletet minden sarokban!

Ha a kontúron kívül további marást nem szeretnénk kérni, akkor ezen a ponton véget is érhet a tervezés, a Gerber fájlok exportálása megkezdődhet. Erről bővebben itt írtunk.

Marás NYÁK-on belül

NYÁK gyártás során marást NYÁK-on belül is kérhetünk, amelyet ugyanúgy rajzolhatunk a 20 Dimension rétegbe, vagy válszthatjuk a 46 Milling réteget is (kemnob_16 ikon mellett jobbra). A különbség ilyenkor mindössze annyi, hogy ez utóbbi esetben az Eagle ezt más színnel jelzi. Ezután az igényeinknek és a technológiai korlátoknak megfelelő alakzatokat berajzolhatjuk. Ez jelen példában így néz ki:

A Gerber exportnál a .MILLING kiterjesztésű fájlba a 20 Dimension és a 46 Milling rétegeknek kell bekerülniük. A többi réteg is tartalmazhatja 20 Dimension és a 46 Milling rétegeket, különösebb jelentősége ennek nincsen, mert a gyártás előkészítésekor ezeket eltávolítjuk.

A kontúrt (20 Dimension) nem szükséges minden Gerber fájlba kiexportálni, ugyanis ha a rétegek egymástól elcsúszva jelennének meg, általában számos más módszerrel a helyükre tudjuk igazítani őket.

Természetesen a marás tervezéskor nem feltétlenül szükséges a 20 Dimension és a 46 Milling rétegekben dolgozni (bár célszerű arra használni az egyes rétegeket, amire kitalálták őket), a lényeges szempont, hogy a marni kívánt rétegek mindig a .MILLING vagy .GKO kiterjesztésű Gerber fájlba kerüljenek.

A marás végeredményét az alábbi kép mutatja.

A marás korlátai

Érdemes tisztázni, hogy a megmunkálás – a fúráshoz hasonlóan – egy olyan marószerszámmal történik, amelynek átmérője nagyobb, mint 0mm. Ez azért fontos, mert a maróátmérő szabja meg majd azt a minimális rádiuszt a sarkokban, amellyel tervezhetünk. Vagyis az olyan helyeken, ahol a szomszédos élek 180 foknál kisebb szöget zárnak be egymással, egész biztosan keletkezik a sarokban egy rádiusz (lekerekítés).

Megjegyezendő továbbá, hogy a NYÁK terven – a marószerszám átmérőjétől teljesen függetlenül – mindig a készméreteket kell megrajzolni. Ha például egy 20mm készátmérőjű kört szeretnénk marni, akkor annak a rajzon is 20mm-es átmérőjűnek kell lennie. (A szükséges rádiuszkompenzációt a marógép szoftvere végzi el, és az alapján generálja a tényleges szerszámpályát.). Teljesen mindegy hogy milyen szélességű vonallal rajzolja meg a kontúrt, mert a kontúrvonal középvonalát fogjuk a kontúrként értelmezni.

Esetünkben a minimális rádiusz 1mm, azaz legalább 2mm átmérőjű maróval végezzük a megmunkálást, ami azt is jelenti, hogy két párhuzamos oldal között legalább 2mm távolságnak kell lennie, hogy “beférjen” a maró.

Az alábbi ábra szemlélteti, hogy mely részei munkálhatóak meg a kontúrnak a rajz szerint a NYÁK gyártás során.

Előfordulhat olyan eset, hogy a NYÁK-on belüli marási rajzolat egyáltalán nem tartalmaz lekerekítéseket, például téglalap alakú. Ebben az esetben a sarkokban a gyártás során keletkezik majd egy-egy minimum 1mm-es lekerekítés, mert oda a szerszám egyszerűen nem fér be. Így a NYÁK tervben nem lekerekített belső sarkok rádiuszát az fogja megszabni, hogy éppen milyen átmérőjű szerszám van használatban, ugyanis a marás azzal történik majd.

Ebből következik, hogy a marás technológiája miatt teljesen sarkos, lekerekítés nélküli alakzatok nem marhatóak, ha 180 foknál kisebb szöget zárnak be egymással a marni kívánt élek.

Fontos továbbá, hogy a kontúrnak vagy a belső marásoknak kivétel nélkül egy-egy folytonos vonalnak kell lenniük. A kontúrból vagy belső marásokból elágazó rajzolatrészekre nem lehet egyértelmű szerszámpályát generálni, ezért ezeket figyelmen kívül hagyjuk. Az alábbi ábrán a kontúrból kiálló kis rajzolatrészen (sárgán karikázva) nem fog a marószerszám végigmenni!

A fentiektől függetlenül a lekerekítés nélküli vagy elágazó kontúrral rendelkező rajzokat is elfogadjuk a NYÁK gyártás alapjaként, de ebben az esetben a terv és a valóság között az imént említett különbség fog jelentkezni, amiért felelősséget vállalni nem tudunk. Ezért javasoljuk mindenkinek, hogy a vázolt korlátokat figyelembe véve tervezzen, így kézhez vételkor nem éri majd meglepetés.

Forrszemek és réz a NYÁK szélén a kontúrvonalon

Esetenként előfordul, hogy arra van igény, hogy a rézfólia a NYÁK széléig kiérjen, vagy olyan (akár galvanizált vagy nem galvanizált) furatok vannak a NYÁK tervben, amelyek félig kilógnak a kontúrból. Ezek azért speciális esetek, mert a réznek és az üvegszálas FR4 hordozónak eltérőek az ideális forgácsolási paraméterei. A réz puha, az üvegszál pedig erősen abrazív (koptató) tulajdonságú anyag. Az FR4-et jelen pillanatban a  leggazdaságosabban gyémántbevonatos maróval tudjuk kontúrmarni, mivel a bevonat miatt az élettartama többszöröse egy bevonat nélküli keményfém vagy gyorsacél marónak. A gyémántbevonatos szerszámok azonban nem olyan élesek, mint a bevonat nélküli marók – ez a szerszámgyártás technológiája miatt van így. Ez azt okozza, hogy ezek a marók bár rendkívül jól teljesítenek az FR4 marásakor, a réznél viszont katasztrófális a végeredmény. A rezet felgyűrik, miközben az FR4-ben gyönyörűen haladnak.

Ha mindenképpen arra van szükség, hogy a réz kiérjen a NYÁK széléig, vagy kontúrmaráskor a maró galvanizált furatokat vagy forrszemeken fog keresztül menni, ott nem használhatunk CVD bevonatos marót, csak hagyományos keményfémet. Ezek élettartama azonban rövidebb, így ez drágítani fogja a gyártást. Tehát a félig elmart furatokat vagy a NYÁK széléig kiérő rezet csak akkor javasoljuk, ha erre feltétlenül szükség van, és ebben az esetben egyedileg adunk árajánlatot a gyártásra.

A NYÁK tervezésben kezdő ügyfeleinktől szoktuk azt a kérdést kapni, hogy hogyan kell jelölni, ha egy kétrétegű NYÁK terven egy furatot galvanizálva szeretnének elkészíttetni. Az első legyártatott NYÁK kézbe vétele után általában egyből jön a “megvilágosodás” a kérdéssel kapcsolatban, de szeretnénk megelőzni a félreértéseket a témával kapcsolatban.

Tipikus kérdések a furatgalvanizálás témakörében

  • Ha azt szeretném, hogy egy kétoldalas NYÁK-on egy furat galvanizálva legyen, akkor az adott forrszemet le kell tennem az alkatrész és a forrasztási oldalra is?
  • Ha azt szeretném, hogy egy kétoldalas NYÁK-on egy furat galvanizálva legyen, akkor azt egy via lerakásával tudom elérni?
  • Mi fogja meghatározni egyáltalán a tervemen, hogy egy furat galvanizáltan lesz legyártva vagy galván nélkül?

Az első kérdésre az a válasz, hogy teljesen felesleges egy-egy forrszemet kétszer letenni a tervben, mert az átmenőfuratos forrszemeket már alapértelmezetten úgy teszi le a tervezőszoftver, hogy az mindkét oldalon jelen van. Semmiképpen ne tegyen le egymásra furatokat, forrszemeket! SMD forrszemek esetében azok csak az egyik oldalra kerülnek rá, mégpedig arra, amelyiket kiválasztja a tervező.

A második kérdésre adott válasz kicsit összetettebb. Egy via lerakásával természetesen furatgalvanizált furathoz jutunk, amely segítségével átvezethetjük egyik oldalról a másikra az adott villamos jelet. Ezt azonban nem csak így valósíthatjuk meg.

A megértéshez szükséges az az ismeret, hogy a kétrétegű NYÁK gyártásának folyamata a következő:

  1. Alapanyag fúrása
  2. Furatgalvanizálás
  3. Fotoreziszt réteg felvitele (negatív ábra)
  4. Rajzolatgalvanizálás
  5. Óngalvanizálás (pozitív ábra)
  6. … itt több más folyamat szerepel, amely a jelen témában nem fontos…

Tehát a fotoreziszt réteg felvitele után egy ónréteg galvanizálása történik meg. Erre azért van szükség, mert a lúgos maratószer reakcióba lép a rézzel, az ónnal viszont nem (szelektív maratás), így az ón szerepe ebben az esetben csak a maszkolás. Minden olyan furatot maszkolni fog az ónréteg (azaz minden olyan furat galvanizált lesz), ahol a Gerber fájlokban forrszem vagy flash van. Ha egy adott fúrási pont helyén a rézrétegekben nincsen sem forrszem, sem pedig flash, akkor az előzőleg már furatgalvanizáláson átesett furatból furatgalván nélküli furat lesz a maratás során.

A harmadik kérdésre adott válasz: a mi gyártás előkészítési szabályaink alapján azokat a furatokat tekintjük galvanizálandónak, amelyek körül forrszem van mindkét oldalon, és legalább a technológiai határértékeknek megfelelő maradékgyűrűvel, nagyobb a furathoz képest, pl. 1oz (35um) réz esetén oldalanként min. 0.15mm-rel nagyobb, azaz átmérőben 0.3mm-rel nagyobb, mint a furat. Nincsen más szabály, amit figyelembe vennénk azzal kapcsolatban, hogy mely furatok legyenek galvanizáltak és melyek ne.

Az alábbi kép azt mutatja, hogy a lerakott forrszemek és via-k mind furatgalvanizáltak lesznek a gyártáskor, mert a furatokat forrszem veszi körül (függetlenül attól, hogy egy IC lábának forrszemeiről vagy egy via-ról van szó). Tehát pl. az IC lábainál lévő furatgalván is használható arra, hogy átvezessünk az egyik oldalról a másikra egy-egy vezetőt rajta keresztül, nem szükséges külön via-t lerakni ebből a célból. A 3D ábrán a furatgalvánt szürke színnel jelöltük. A furatgalván két oldalán levő forrszemek átmérőjének nem kell megegyezniük. Erre akkor lehet szükség, ha az egyik oldalon helyhiány van, és pl. egy vezetőt csak úgy lehetne elvinni, ha az egyik oldalon a forrszem kisebb, mint a másik oldalon. Ennek semmi akadálya, a furat ekkor is galvanizált lesz.

Esetenként (vagy akár állandóan :D ) előfordulhat, hogy helyhiánnyal küzdünk, és az áramkört muszáj egy adott méretbe belezsúfolni. Ilyenkor általában le kell mondanunk a “szellős design”-ról, és minél közelebb kell egymás mellett és az alkatrészek között elvinnünk a vezetősávokat. Ebben a cikkben az IPC-2221A szabvány által ajánlott értékeket mutatjuk be.

A szabvány a vezetők NYÁK-on való elhelyezkedésétől, szigetelésétől és a használat tengerszint feletti magasságától függően hét osztályba sorolja a lehetséges eseteket az alábbi táblázat szerint.

B1 - Belső vezetők

Többrétegű NYÁK-okban a belső rétegeken levő vezetők és via-k közötti minimális szigetelési távolság.

B2 - külső, nem bevont vezetők, 3050m tengerszint feletti magasságig

Lötstop vagy egyéb bevonat nélküli vezetők minimális szigetelési távolsága. Ez általában sokkal nagyobb, mint a bevonattal rendelkező esetben.

B3 - külső, nem bevont vezetők, 3050m tengerszint feletti magasságig

Lötstop vagy egyéb bevonat nélküli vezetők minimális szigetelési távolsága. Ez általában még nagyobb, mint a B2-es esetben.

B4 - külső, bevont vezetők, bármely tengerszint feletti magasságig

A lötstop (polimer) réteggel bevont vezetők közötti minimális szigetelési távolság. Ebbe nem értendők bele a forrasztásgátló lakkréteggel nem bevont forrszemek. Azok között az A6-os kategóriában megadott távolságokat kell alkalmazni.

A B4 kategóriába tartoznak a különböző háztartási gépek, számítógépek és irodai eszközök, de nem tartoznak ide a durva, párás vagy szennyezett (akár ipari) környezetben működő panelek.

A5 - külső, teljesen bevont vezetők, bármely tengerszint feletti magasságig

A beültetés után általában akril, szilikon vagy poliuretán alapú anyaggal bevont áramkört jelenti (alakkövető bevonat). A bevonat a beültetett alkatrészeket is lefedi, tehát nem csak a vezetősávoknak, hanem a teljes panelnak védelmet nyújt. Ilyen paneleket általában ipari környezetben és katonai felhasználásra gyártanak. Ha az alakkövető bevonat mellett lötstoppot is használunk, akkor érdemes figyelembe venni a két anyag kompatibilitását (pl. az alakkövető bevonat oldószere nem oldja-e a lötstop réteget?).

A6 - külső rétegeken elhelyezkedő alkatrészek nem bevonatolt lábai, kivezetései 3050m tengerszint feletti magasságig

Azok az alkatrészek, amelyek forrasztási pontjai semmilyen formában nem bevonatoltak. A panel a lötstop réteg mellett további bevonatot is hordoz részben vagy egészben. A kereskedelemben a B4/A6 kombináció a legelterjedtebb. Olyan paneleken alkalmazzák, ahol várhatóan nem szükséges javítást végezni, mert az alakkövető bevonat eltávolítása nehézkes lenne vagy károsítaná az alkatrészeket.

A7 - külső rétegeken elhelyezkedő alkatrészek bevonatolt lábai, kivezetései bármely tengerszint feletti magasságig

A beültetés után alakkövető bevonattal ellátott alkatrész kivezetések.

A vezetők és az alkatrészek kivezetései között levő távolságot alapesetben – az ésszerűség határain belül – a lehető legnagyobbra érdemes választani, hogy a fellépő szivárgóáramokat minimálisra csökkentsük. A táblázatban levő értékek nem csak a vezetők, hanem a vezető rétegek, és az egyéb vezető tulajdonságú szerelvények (pl. hűtőborda, doboz, előlap) közötti távolságra is érvényesek.

Gyakorlati példa

Az 500V-os feszültségekig a megfelelő kategória oszlopából könnyen kiválasztható, hogy egy adott esetre milyen minimális értéket ajánl a szabvány.
Az 500V feletti feszültségek esetén azonban nem biztos, hogy mindenki számára egyértelmű a táblázat használata. Ilyenkor a táblázat utolsó sorában szereplő értéket kell hozzáadni a “301-500V” jelölésű sor megfelelő eleméhez. Tehát, ha pl. 1200V-ra szeretnénk méretezni a szigetelési távolságot egy olyan panelen, amely a B4 kategóriába tartozik, akkor azt az alábbiak szerint kell számolni.

1200V – 500V = 700V

0,8mm + (700V * 0,00305mm) = 2,935mm [116mil]

Ez azt jelenti, hogy egy olyan panelon, ahol a vezetők között 1200V-os csúcsfeszültség léphet fel, minimum 2,935mm az ajánlott szigetelési távolság a vezetősávok között.

A nyomtatott áramkörök tervezésénél a vezetősávok szélességét alulról a gyártástechnológiai, felülről pedig a méretbeli lehetőségek korlátozzák. Kézenfekvő tehát, hogy olyan szélességű vezetősávokat hozzunk létre, amelyek biztosan legyárthatóak az elvárt minőségben, és emellett helytakarékosak (költséghatékonyak) is. De vajon mely paraméterek befolyásolják azt, hogy milyen geometriai méreteket ajánlott egy adott helyre tervezni? A következőkben erre keressük a választ.

Egy áramkör alapvetően azért melegszik, mert az egyes alkatrészeken az átfolyó áram valamilyen mértékű veszteséget hoz létre. Az áramkör részének tekinthetők a vezetősávok is, nem csak a beültetendő passzív és aktív alkatrészek. A vezetősávok anyaga általános esetben 35µm vastagságú rézfólia. Mivel ez a méret adott, csak a szélességét kell meghatároznunk.

Az igazsághoz hozzátartozik, hogy ma már az áramkörök döntő hányada 2 vagy többrétegű, így a furatgalvanizálás is elkerülhetetlen. A furatgalvanizálás során azonban nem csak a furat falára kerül réz, hanem magára a rajzolatra is. Általában a galvanizálás előtti kiinduló rézfólia vastagság általában 18µm, amelyre kb. 20-25µm vastagságú galvánréz réteg rakódik le. Emiatt a tényleges rézvastagság biztosan több lesz, mint 35µm.

vezetősáv szélessége attól függ, hogy adott értékű átfolyó áram mellett mekkora hőmérséklet emelkedést (a táblázatban ∆T = 10…45°C között) szeretnénk megengedni rajta. Ez a hőmérséklet különbség természetesen nem pillanatszerűen jön létre, hanem exponenciálisan növekedve éri el a végértéket. Az pedig, hogy ez az idő mekkora, a vizsgált áramkör hőtehetetlenségétől függ.

A nyomtatott áramkörök tervezésének általános szabványa bizonyos peremfeltételek mellett az 1. táblázatban szereplő értékeket ajánlja minimum kiinduló értékeknek.

A táblázat értékei az 1 vagy többrétegű NYÁK-ok külső rétegeinek 35µm vastagságú vezetőire érvényesek, 25°C kiinduló hőmérséklet mellett, feltételezve, hogy a vezetősáv teljes területe sokkal kisebb, mint a hordozó áramköri lapé, és a vezetőben egyenáram folyik. 

1. táblázat A vezetősávok minimális szélessége a
külső rétegeken a vezetett áram függvényében.

2. táblázat A vezetősávok minimális szélessége a
belső rétegeken a vezetett áram függvényében.

A táblázat értékeit alapul véve készítettem egy diagramot (1. diagram), amely a grafikus leolvasáshoz szokott olvasóknak lehet segítség.

1. diagram Segédlet a minimális vezetőszélesség meghatározásához a
NYÁK külső rétegein, adott hőmérséklet emelkedés mellett.

2. diagram Segédlet a minimális vezetőszélesség meghatározásához a
NYÁK belső rétegein, adott hőmérséklet emelkedés mellett.

Gyakorlati példa

Tehát, ha például a külső rétegen 20A-es áram fog folyni a vezetőn, és maximum 30°C-os melegedést engedünk meg rajta, akkor a táblázatból leolvasható, hogy 378mil, azaz 9,6mm széles vezetősávot kell terveznünk. A diagramból a narancssárga görbe 20A-hez tartozó pontjának levetítésével ugyanezt az értéket kapjukA belső rétegeken a kisebb hőleadás miatt szélesebb vezetők szükségesek (2. táblázat, 2. diagram).

Ahogy a fentiekben írtam, ezek az adatok csak kiinduló értékek, ajánlások. Minden konstrukció más és más, ezért lehetetlen minden helyzetre érvényes “képletet” vagy egyszerű számítást megadni. További ökölszabály, hogy a megadott vezetőszélességeket csökkenteni lehet 15%-kal, ha a panel vastagsága 0,8mm vagy az alatti.

Amennyiben egymáshoz közel több hasonló áramot vezető sáv fut, érdemes a szélességüket növelni, különben együtt nagyobb hőmérséklet emelkedést hoznak majd létre.

A fent leírtakon kívül szükséges figyelembe venni a panelon elhelyezkedő alkatrészek melegedését is. Ha pedig túlságosan szélesnek kellene lennie egy adott vezetősávnak, úgy érdemesebb ónnal befuttatva elérni a kívánt keresztmetszetet (terhelhetőséget). Itt, a cikk végén ismét szeretném hangsúlyozni, hogy a fenti értékek DC, azaz egyenáram esetén érvényesek. Kapcsolóüzemű tápegységek, inverterek, indukciós hevítők, rádióadók és más nagyfrekvenciás eszközöknél a Skin-hatással is számolni kell a tervezéskor.

A ma széleskörűen használt PWM-mel (Pulse Width Modulation – impulzusszélesség moduláció) működő teljesítményelektronikai áramköröknél mindig a vezetősávokat igénybevevő áram effektív értékével kell számolni, ami induktív terhelés esetén jelentősen eltérhet a kimeneti feszültség alakjától. Ha multiméterrel mérünk hullámos egyenáramot, akkor figyeljünk arra, hogy a műszerünk “True RMS”, azaz valódi effektív értéket mérjen. (Az ilyen műszerek mindig drágábbak a számított effektív értéket mutató műszereknél.)

A tervezés során szükséges lehet arra figyelünk, hogy az egyes alkatrészeket egymáshoz képest hogyan helyezzük el, vagy arra, hogy a dobozolását megkönnyítő furatokat helyezzünk el a panelon, bonyolultabb esetben pedig például arra, hogy az áramkörben előforduló vezetők elegendő keresztmetszettel rendelkezzenek, hogy elkerüljük a nagy áramok okozta túlmelegedést. De akár komoly mérnöki munkát végzünk vagy csak hobbiból tervezzük a következő audió erősítőnk NYÁK-ját, vajon tudjuk-e, hogy pontosan hogyan is épül fel a nyomtatott áramkör, és milyen lehetőségek állnak rendelkezésre a tervezés és kivitelezés során? A következőkben egy SO8-DIP8 adapter NYÁK 3D modeljén mutatjuk be a kétoldalas NYÁK rétegeit, anyagait, alapvető méreteit, tulajdonságait.

hordozó anyag (középső réteg) – a speciális esetektől eltekintve, mint pl. az alumínium alapú NYÁK-ok – általában valamilyen szövet vagy üvegszál rétegekből áll, amelyeket hőre keményedő gyantával ragasztanak össze, majd melegen préselik.

A végleges vastagság függ a rétegek számától, a szövésmintától, a gyanta tartalomtól és a préselés paramétereitől. Az általános esetben használt nyomtatott áramkörök hordozói 1,5mm vastagságúak, és 13 szövetrétegből állnak. Attól függően, hogy milyen anyagok alkotják a hordozót, különböző típusok léteznek, melyek FR, CEM vagy G jelöléssel kezdődnek. A ma leggyakrabban használt alapanyag az FR-4 típus, amely közismertebb nevén az ”üvegszálas NYÁK”.

Érdemes megjegyezni, hogy más típusok anyagai is tartalmaznak üvegszálat és epoxigyantát, de eltérő arányban, így azok villamos (pl. dielektromos állandó) és mechanikai tulajdonságaikban is különböznek az FR-4 anyagtól.

A NYÁK gyártás kezdetekor a hordozó anyag egyik vagy mindkét oldalát összefüggő vörösréz réteg borítja, melynek vastagsága általános esetben 18µm (0,018mm), de találkozhatunk ettől vastagabb (35µm, 70µm) kivitellel is.

A rézfólia vastagsága főleg akkor válik fontos paraméterré, ha az adott vezetőrészt nem jeltovábbításra, hanem teljesítmény átvitelre vagy szokatlanul magas hőmérsékleten (100°C felett) kívánjuk használni. A vezetősávok szélességének méretezéséről itt írunk bővebben.

A NYÁK gyártás a fúrással, illetve azon részek (pl. hosszlyukak, egyéb alakzatok) marásával kezdődik, amelyeket galvanizálni kell majd.

Ha kétoldalas NYÁK készül, akkor a következő lépés a furatok galvanizálása A furatgalvanizálást csak ezen a ponton lehet elvégezni, amikor még a NYÁK mindkét oldalán összefüggő rézfólia van, hiszen ez tudja biztosítani az folytonos vezetést a galvánfürdőben.

Gyakori tévhit, hogy a furatok egyesével is galvanizálhatók a NYÁK gyártás legvégén, de az igazság az, hogy ebben a lépésben az összes furat galvanizált lesz a panelon.

Az eljárás során a furatok felületére (és a rézfóliák teljes felületére) egy kb. 20-25µm vastagságú rézréteg kerül, amely segítségével villamos összeköttetések létesíthetők a panel két oldala között. Ha egy ilyen galvanizált furatot kimondottan a két oldal közötti villamos összeköttetés létesítésére használunk, akkor ezeket “via“-knak hívjuk.

A rézgalvanizálás után egy fotoreziszt réteg kerül a rézfelületekre, amely a végleges rajzolatok negatívja.

Ezután a szabadon levő rézfelületekre (beleértve a galvanizált furatokat is) ónt kell galvanizálni. A fotoreziszt réteg eltávolítása után kémiai úton, lúgos maratással lehet kialakítani a két oldalon a végleges rajzolatot. A lúgos maratásra azért van szükség, mert a galvánón ellenáll a lúgnak, és azokon a felületeken, ahol ón van, a lúg nem marja le a rezet. Tehát az ón egyfajta védőbevonatként viselkedik.

Ezt az ónréteget pl. savas maratással kell eltávolítani, különben a NYÁK nem lesz alkalmas szelektív felületkezelési eljárások használatára.

Amennyiben szükséges, a kimart rajzolatot ezután lehet bevonatolni arannyal vagy ezüsttel, de ez a lépés általában a forrasztásgátló lakkréteg felvitele után történik (szelektív aranyozás, ezüstözés).

Ezek szerepe a korrózióvédelem, az ólommentes bevonat megvalósítása, vagy a villamos ellenállás csökkentése. Vastagságuk a rézfóliával szemben már csak 1-2µm szokott lenni. Általános tévhit még a szakmabeliek körében is, hogy a legjobb vezető az arany (Au), őt követi az ezüst (Ag), majd a réz (Cu).

Ennek ellenére a valóság az, hogy a legjobb vezető az ezüst, őt követi a réz, majd az arany. Logikus lehet a kérdés, hogy mi értelme van rézből készíteni a vezetősávokat, ha az ezüst jobb vezető a réznél, illetve mi értelme aranyozni a paneleket, ha az rosszabb vezető, mint a réz?

Az arany használatának magyarázata az, hogy a korróziónak sokkal jobban ellenáll, mint a réz vagy az ezüst. Ezért bevett szokás a nyomtatott áramkörből kialakított csatlakozórészeket aranyozni (pl. a számítógép alaplapjába helyezhető RAM-ok, és különféle kártyák), így a kiváló kontaktus akár évtizedeken keresztül biztosítható lesz. A különböző audió és videó, illetve egyéb csatlakozókat is ebből az okból bevonatolják arannyal. Az arany “rossz” vezetőképessége nem befolyásolja jelentősen a csatlakozás átmeneti ellenállását, hiszen csak 1-2µm vastagságú réteget képez a 35µm vastag rézfóliához képest. (Az arany és a réz közé még egy kb 5um vastag nikkel réteget is szükséges galvanizálni, mert közvetlenül egymásra rosszul tapadnak.)

Ha a rézfólia helyett ezüstfólia lenne a NYÁK-on, akkor kb. 6-szoros különbség jelentkezne az előállítási árban. Az ezüstözésnek általában a nagyfrekvenciás áramköröknél van szerepe, ahol a skin-hatás miatt az áram a frekvenciával arányosan mindinkább a vezetősáv felületén folyik. Az ezüstözéssel javítható a vezetősáv vezetőképessége (a felületen, azaz pont ott, ahol szükség van rá), így kisebb helyet igényel a konstrukció megvalósítása. További előnye, hogy az aranyhoz hasonlóan ólommentes bevonatot képez, de beforrasztás nélkül néhány hónapig őrzi meg a felületi minőségét, forraszthatóságát.

Ha a NYÁK szelektív felületkezeléssel kell, hogy készüljön, akkor a teljes felület aranyozása vagy ezüstözése helyett a következő réteg a forrasztásgátló lakk lesz, vagy másnéven lötstop. A gyakorlatban ez majdnem tetszőleges színben kivitelezhető, de a legáltalánosabb a zöld színű. Ez adja a nyomtatott áramkörök jellegzetes megjelenését. A zöld szín előnyös továbbá a beültetés automatizált ellenőrzése során (AOI – Automated Optical Inspection), mert általánosságban ez tér el leginkább az alkatrészek színétől, és rengeteg régebbi AOI gépnek nehézséget okoz a pl. fehér vagy fekete NYÁK-on levő alkatrészek ellenőrzése.  

A forrasztásgátló lakkréteg után a panel egy ólmot tartalmazó vagy ólommentes (környezetvédelem) ónbevonatot kap, amelyet általában HASL (Hot Air Solder Leveling – tüziónozás) eljárással készítenek el. Ennek során a panelt egy forró ónfürdőbe merítik, így az ón kiválóan megtapad azokon a rézfelületeken, ahol nincsen forrasztásgátló lakkréteg, majd a fürdőből kivéve forró levegőt fújó légborotvákkal lefújják a felesleges ónt a NYÁK-ról. Ennél az eljárásnál általában a panel egyik oldalán kicsit több ón marad, mint a másikon, ami esztétikailag első ránézésre zavaró lehet, de ez sok esetben megkönnyíti a forrasztást, és utána már nem is látható. A tüziónozás mellett jó minőségű bevonatot ad a kémiai aranyozás vagy OSP (Organic Solderability Preservative – átlátszó szerves bevonat) is.

Az utolsó rétegek pedig a pozíciónyomatok, amik az alkatrészek helyének azonosítását könnyítik meg a beültetés, az ellenőrzés és a javítás során. A feliratok hosszú élettartamúak és mechanikalag is strapatbíróak, mert általában UV fényre keményedő festékkel készülnek, akárcsak a forrasztásgátló lakk.