Valmistus

Suunnittelu

Piirilevy suunnitellaan määrityksen mukaisesti. Komponentit valitaan sen mukaan mitä minkälaisen funktion piirilevyn tulisi suorittaa. Komponenttien valinnassa kiinnitetään myös huomiota niiden saatavuuteen ja hankintakustannukseen. Piirilevyn suunnittelu koostuu piirikaavion piirtämisestä ja piirilevyn piirtämisestä. Piirikaaviossa märitellään ainakin symbolit ja niihin liittyvät kytkennät. Piirilevyä piirrettäessä symboleihin liitetyt fyysiset komponentit laitetaan paikoilleen ja niiden väliset johdotukset tehdään suunnittelusääntöjen mukaisesti. Komponenttien sijoittelua ja johdotuksia ohjaavat mm. häiriöherkkyys, käytetty virta ja jännite, taajuus.

Piirilevyn suunnittelu

Valmistustiedostot

Kun piirilevy on piirretty ja suunnittelusäännöt on tarkastettu voidaan piirilevystä muodostaa valmistustiedostot. Valmistustiedostoja ovat tyypillisesti Gerber-tiedostot. Ne kertovat millaisia tasoja piirilevy sisältää. Tasoja ovat mm. kupari, juotteenestopinnoite, pastanpaino ja silkkitasot. Lisäksi ne kertovat poraustiedot ja kuviot. Muita luotavia tiedostoja on mm. BOM-listaus (Bill of Materials). Se on listaus komponenttien vaatimuksista tai jopa tarkoista komponenteista. BOM saattaa sisältää myös vaihtoehtoisten komponenttien määrittelyn.

Piirilevyn valmistustiedostot

Valmistus

Valmistus tapahtuu valmistustiedostojen avulla. Alla on kuvattu valmistuksen päävaiheet.

Piirilevyaihioiden valmistus

Piirilevyaihiot valmistetaan piirilevymäärittelyn mukaisesti. Yhdessä aihiossa voi olla useampia piirilevyjä. Aihio kulkee myöhemmin ladontaprosessin läpi kokonaisena yksikkönä, jolloin saadaan aikaiseksi aikasäästöjä. Piirilevy voi sisältää useampia kerroksia. Tyypillisesti kerrosten välissä on eristysaineena lasikuitua, mutta se voi olla vaikka taipuisien piirilevyjen tapauksessa myös muovia. Piirilevyissä kerrokset kasataan ja läpiviennit ja reiät porataan sekä kuparoidaan läpivientien tapauksessa. Läpiviennit voivat olla myös osittaisia, jolloin ne eivät mene kaikkien kerrosten läpi.

Piirilevyaihiot

Pastanpaino

Pintaliitoskomponenttien osalta piirilevyn ladonta alkaa pastanpainolla. Pastanpainoa varten tarvitaan juotosmaski. Juotosmaski on peltilevy, jossa on reiät niillä kohdin josta pasta halutaan menevän piirilevylle. Pasta levitetään levylle automaattikoneella tai manuaalisesti.

Pastanpaino

Pintaliitosladonta

Kun pasta on levitetty levylle se tarkastetaan. Tarkastuksen jälkeen levy siirretään ladontakoneeseen. Ladontakone poimii komponentit paineilman avulla ja asettaa ne paikalleen. Komponentit voidaan poimia esimerkiksi komponenttikelalta tai -putkesta. Ladontakone tarkastaa kameroiden avulla, että komponentti menee oikeaan paikkaan ja oikeaan asentoon.

Pintaliitosladonta

Aaltojuotos

Jos piirilevyllä on läpiladottavia komponentteja niiden ladonta ja juottaminen tapahtuu eri tavalla kuin pintaliitoskomponenttien. Ladonta tehdään joko manuaalisesti tai läpilevykomponenttien ladontaan soveltuvalla ladontakoneella. Sen jälkeen levyt ja komponentit kulkevat aaltojuotosprosessin läpi. Aaltojuotoskoneessa on sula tina-aalto. Kun juotettava osa levystä kulkee tina-aallon yli, tapahtuu juotos.

Uunitus

Uunissa tapahtuu piirilevyn juottuminen. Uunissa on yleensä ainakin 3 erilaista lämpötila-osiota. Piirilevy kulkee noiden osioiden lävitse kuljettimen avulla. Uunitus on komponenteille aina stressin paikka. Siksi lämpötilojen on oltava komponenteille sopivat. Ensimmäisessä vaiheessa lämpötilaa nostetaan vähitellen ja aktivoidaan juotospastan juoksute. Toisessa vaiheessa lämpötilaa pidetään vakiona. Se antaa lämpötilan levitä tasaisesti eri komponenttien ja tinan välillä. Kolmannessa vaiheessa lämpötila nostetaan huippuunsa. Tällöin tapahtuu itse juottuminen. Juotoksen jälkeen lämpötilaa lasketaan ja annetaan levyn jäähtyä takaisin huonelämpötilaan.

Tuotantotestaus

Kun piirilevy on ladottu voidaan sille ladonnan jälkeen suorittaa automaattisia tai manuaalisia testausproseduureja. Niissä tarkastellaan sähköisiä suureita ja juotosten laatua.

Piirilevyn tuotantotestaus

Toiminnallinen testaus

Usein piirilevyille määritellään myös tuotannossa tapahtuva toiminnallinen tuotantotestaus. Siinä suoritetaan automaattitesterillä tai operaattorin avustuksella piirilevyn keskeisten toimintojen testaaminen. Testin jälkeen piirilevyyn merkitään testauksen tulos.

Ohjelmointi

Jos piirilevyssä on mikrokontrollereita tai muita ohjelmoitavia komponentteja voidaan se ohjelmoida tuotantoa tekevässä tehtaassa jo valmiiksi. Ohjelmointia varten voidaan rakentaa ohjelmointilaite, joka ohjelmoi esimerkiksi kaikki paneelissa olevat piirilevyt yhdellä kertaa.

Usein kysytyt kysymykset

Kustannus riippuu täysin piirilevystä ja valmistettavasta määrästä. Yleensä levyjä kannattaa tehdä ainakin 5 kpl kerralla, koska 1 kpl valmistus ei ole taloudellisesti järkevää. Lisäksi useammalla levyllä on mukavempi tehdä testaamista ja kokeiluja. Tällöin on olemassa varalevyjä jos testatessa havaitaan jokin ongelma, joka vaurioittaa levyä. 5 kpl hinta alkaa yleensä 500 eurosta ylöspäin. 5 kappaleen sarjan hinta asettuu monesti välille 500-3000 eur. Volyymisarjoissa levyjen hinnat alkavat euroista.