Processo di produzione di circuiti stampati

Corrente continua del circuito stampato attorno alla loro superficie attraverso una rete di percorsi in rame. Il complesso sistema di percorsi in rame determina il ruolo unico di ogni pezzo di scheda elettronica. I circuiti stampati -PCB costituiscono la spina dorsale di tutti i principali prodotti elettronici.E i PCB utilizzati in quasi tutta l'elettronica computazionale, dai dispositivi semplici come orologi digitali, calcolatrici ecc. Un circuito stampato indirizza i segnali elettrici attraverso l'elettronica, che soddisfa i requisiti del circuito elettrico e meccanico del dispositivo.In breve, i PCB dicono all'elettricità dove andare, dando vita alla tua elettronica.

Fasi del processo di produzione di PCB

Passaggio 1: layout e output del PCB

Le schede elettroniche devono essere rigorosamente compatibili con un layout PCB creato dal progettista utilizzando il software di progettazione PCB.I software di progettazione PCB comunemente usati includono Eagle, Altium Designer, OrCAD, Pads, KiCad, ecc.

NOTA: il software PCB utilizzato più comunemente dal produttore di PCB è AD DXP PROTEL CMA350 PADS ecc. Prima della produzione di PCB, i progettisti devono informare il proprio produttore a contratto sulla versione del software di progettazione PCB utilizzata per progettare il circuito poiché aiuta a evitare problemi causati da discrepanze.

Una volta che il progetto del PCB è stato approvato per la produzione, i progettisti esportano il progetto nel formato supportato dai loro produttori.Il programma utilizzato più di frequente si chiama Gerber esteso. Gerber si chiama anche IX274X. Diversa generazione di software Gerber, tutti codificano informazioni vitali complete tra cui strati di tracciamento del rame, disegno del trapano, aperture, notazioni dei componenti e altre opzioni. Tutti gli aspetti del Il design del PCB viene sottoposto a controlli a questo punto.Il software esegue algoritmi di supervisione sul progetto per garantire che nessun errore passi inosservato.I progettisti esaminano anche il piano per quanto riguarda gli elementi relativi alla larghezza del binario, alla spaziatura dei bordi del pannello, alla spaziatura delle tracce e dei fori e alla dimensione dei fori.

Dopo un esame approfondito, i progettisti inoltrano il file PCB a PCB Fabricator per la produzione.Per garantire che il progetto soddisfi i requisiti per le tolleranze minime durante il processo di produzione, quasi tutti i produttori di PCB eseguono il controllo Design for Manufacture (DFM) prima della fabbricazione dei circuiti stampati.

Passaggio 2: dal file al film: delineare una figura del percorso di rame

I produttori di PCB utilizzano una stampante speciale chiamata plotter, che produce pellicole fotografiche dei PCB, per stampare i circuiti stampati.I produttori utilizzeranno le pellicole per l'immagine dei PCB.Sebbene sia una stampante laser, non è una stampante a getto laser standard.I plotter utilizzano una tecnologia di stampa incredibilmente precisa per fornire un film altamente dettagliato del design del PCB.
Film

Il prodotto finale si traduce in un foglio di plastica con un negativo fotografico del Circuito stampato in inchiostro nero.Per gli strati interni del circuito PCB, l'inchiostro nero rappresenta le parti conduttive in rame del PCB.La restante parte chiara dell'immagine denota le aree di materiale non conduttivo.Gli strati esterni seguono lo schema opposto: trasparente per il rame, ma nero si riferisce all'area che verrà incisa.Il plotter sviluppa automaticamente la pellicola e la pellicola viene conservata in modo sicuro per evitare qualsiasi contatto indesiderato.

Ogni strato di PCB (circuito stampato) e maschera di saldatura riceve il proprio foglio di pellicola trasparente e nero.In totale, una scheda PCB a due strati necessita di quattro fogli: due per gli strati e due per la maschera di saldatura.Significativamente, tutti i film devono corrispondere perfettamente tra loro.Quando vengono utilizzati in armonia, mappano l'allineamento del PCB. Per ottenere un perfetto allineamento di tutte le pellicole, è necessario praticare dei fori di registrazione su tutte le pellicole.L'esattezza del foro avviene regolando il tavolo su cui poggia il film.Quando le minuscole calibrazioni del tavolo portano a una corrispondenza ottimale, il foro viene perforato.I fori si adatteranno ai perni di registrazione nella fase successiva del processo di imaging.

Film
Step 3: Creare gli strati interni - Stampa la figura sulla pellicola su un foglio di rame.

Questo passaggio nella fabbricazione di PCB si prepara a realizzare un vero e proprio circuito stampato.La forma base del PCB (circuito stampato) comprende un pannello laminato il cui materiale di base è resina epossidica e fibra di vetro, che sono anche chiamati materiale di substrato.Il laminato funge da corpo ideale per ricevere il rame che struttura il PCB.Il materiale del substrato fornisce un punto di partenza robusto e resistente alla polvere per il PCB.Il rame è preincollato su entrambi i lati.Il processo prevede l'eliminazione del rame per rivelare il design dei film.

Nella costruzione di PCB (circuiti stampati), la pulizia è importante.Il laminato ramato viene pulito e passato in ambiente decontaminato.Durante questa fase è fondamentale che nessuna particella di polvere si depositi sul laminato.Un granello di sporco errante potrebbe altrimenti causare un corto circuito o rimanere aperto.
Il laminato con i lati in rame è pulito
Successivamente, il pannello pulito riceve uno strato di pellicola fotosensibile chiamata fotoresist.Il fotoresist comprende uno strato di sostanze chimiche fotoreattive che si induriscono dopo l'esposizione alla luce ultravioletta.Ciò garantisce una corrispondenza esatta tra le pellicole fotografiche e il fotoresist.Le pellicole si adattano ai perni che le tengono in posizione sopra il pannello laminato. La pellicola e il cartone si allineano e ricevono un'esplosione di luce UV.La luce passa attraverso le parti chiare della pellicola, indurendo il fotoresist sul rame sottostante.L'inchiostro nero del plotter impedisce alla luce di raggiungere le aree che non dovrebbero indurirsi e devono essere rimosse.

Dopo che la scheda PCB è stata preparata, viene lavata con una soluzione alcalina che rimuove qualsiasi fotoresist rimasto non indurito.Un lavaggio a pressione finale rimuove qualsiasi altra cosa rimasta sulla superficie.La tavola viene quindi asciugata.

Il prodotto emerge con resist coprendo adeguatamente le zone di rame destinate a rimanere nella forma finale.Un tecnico esamina le schede per assicurarsi che non si verifichino errori durante questa fase.Tutto il resist presente a questo punto denota il rame che emergerà nel PCB finito (circuito stampato). Questo passaggio si applica solo alle schede con più di due strati.Semplici pannelli a due strati passano alla perforazione.Le schede multistrato richiedono più passaggi.

Passaggio 4: rimozione del rame indesiderato

Con il fotoresist rimosso e il resist indurito che copre il rame che desideriamo conservare, la scheda procede alla fase successiva: la rimozione del rame indesiderato.Proprio come la soluzione alcalina ha rimosso il resist, una preparazione chimica più potente erode il rame in eccesso.Il bagno di soluzione solvente di rame rimuove tutto il rame esposto.Nel frattempo, il rame desiderato rimane completamente protetto sotto lo strato indurito di fotoresist.

Non tutte le schede in rame sono uguali.Alcune schede più pesanti richiedono maggiori quantità di solvente per rame e diverse lunghezze di esposizione.Come nota a margine, le schede in rame più pesanti richiedono un'attenzione aggiuntiva per la spaziatura delle tracce.La maggior parte dei PCB standard si basa su specifiche simili.

Ora che il solvente ha rimosso il rame indesiderato, il resist indurito che protegge il rame preferito deve essere lavato via.Un altro solvente svolge questo compito.La scheda ora brilla solo con il substrato di rame necessario per il PCB.
Passaggio 5: allineamento dei livelli e ispezione ottica

Con tutti gli strati puliti e pronti, gli strati richiedono punzoni di allineamento per garantire che siano tutti allineati.I fori di registrazione allineano gli strati interni a quelli esterni.Il tecnico posiziona gli strati in una macchina chiamata punzone ottico, che permette un'esatta corrispondenza in modo che i fori di registrazione siano punzonati con precisione.

Una volta che gli strati sono messi insieme, è impossibile correggere eventuali errori che si verificano sugli strati interni.Un'altra macchina esegue un'ispezione ottica automatica dei pannelli per confermare la totale assenza di difetti.Il design originale di Gerber, ricevuto dal produttore, funge da modello.La macchina scansiona gli strati utilizzando un sensore laser e procede a confrontare elettronicamente l'immagine digitale con il file Gerber originale.

Se la macchina rileva un'incoerenza, il confronto viene visualizzato su un monitor affinché il tecnico possa valutarlo.Una volta che lo strato supera l'ispezione, passa alle fasi finali della produzione di PCB.
 

Passaggio 6: sovrapposizione e incollaggio

In questa fase prende forma il circuito stampato.Tutti gli strati separati attendono la loro unione.Con gli strati pronti e confermati, devono semplicemente fondersi insieme.Gli strati esterni devono aderire al supporto.Il processo avviene in due fasi: stratificazione e incollaggio.

Il materiale dello strato esterno è costituito da fogli di fibra di vetro, preimpregnati con resina epossidica.La scorciatoia per questo si chiama prepreg.Una sottile lamina di rame copre anche la parte superiore e inferiore del substrato originale, che contiene le incisioni in tracce di rame.Ora è il momento di metterli insieme.

L'incollaggio avviene su un tavolo di acciaio pesante con morsetti metallici.Gli strati si adattano saldamente ai perni attaccati al tavolo.Tutto deve adattarsi perfettamente per evitare spostamenti durante l'allineamento.

Un tecnico inizia posizionando uno strato di prepreg sopra il bacino di allineamento.Lo strato di substrato si adatta al prepreg prima che venga posizionato il foglio di rame.Ulteriori fogli di prepreg si trovano sopra lo strato di rame.Infine, un foglio di alluminio e una piastra pressa in rame completano la pila.Ora è pronto per la pressatura.

L'intera operazione è sottoposta a una routine automatica gestita dal computer della pressa di incollaggio.Il computer orchestra il processo di riscaldamento della pila, il punto in cui applicare la pressione e quando consentire alla pila di raffreddarsi a una velocità controllata.
Successivamente, si verifica una certa quantità di disimballaggio.Con tutti gli strati modellati insieme in un super sandwich di gloria PCB, il tecnico disimballa semplicemente il prodotto PCB multistrato.È una semplice questione di rimuovere i perni di ritenuta e scartare la piastra di pressione superiore.La bontà del PCB emerge vittoriosa dal suo guscio di piastre pressate in alluminio.La lamina di rame, inclusi nel processo, resta da comprendere gli strati esterni del PCB.

Passaggio 7: perforazione

Infine, i fori vengono praticati nella tavola impilata.Tutti i componenti previsti in seguito, come il collegamento in rame tramite fori e aspetti con piombo, si basano sull'esattezza dei fori di precisione.I fori sono praticati alla larghezza di un capello: il trapano raggiunge i 100 micron di diametro, mentre i capelli hanno una media di 150 micron.

Per trovare la posizione degli obiettivi di perforazione, un localizzatore a raggi X identifica i punti appropriati dell'obiettivo di perforazione.Quindi, vengono praticati fori di registrazione adeguati per fissare la pila per la serie di fori più specifici.

Prima della perforazione, il tecnico posiziona una tavola di materiale tampone sotto l'obiettivo della perforazione per garantire che venga eseguito un foro pulito.Il materiale di uscita previene qualsiasi strappo non necessario sulle uscite del trapano.

Un computer controlla ogni micro-movimento del trapano: è naturale che un prodotto che determina il comportamento delle macchine faccia affidamento sui computer.La macchina guidata dal computer utilizza il file di perforazione del progetto originale per identificare i punti corretti da forare.

I trapani utilizzano mandrini ad aria compressa che girano a 150.000 giri/min.A questa velocità, si potrebbe pensare che la perforazione avvenga in un lampo, ma ci sono molti fori da praticare.Un PCB medio contiene ben più di cento punti intatti del foro.Durante la perforazione, ognuno ha bisogno del proprio momento speciale con il trapano, quindi ci vuole tempo.I fori successivamente ospitano le vie e i fori di montaggio meccanico per il PCB.L'apposizione finale di queste parti avviene successivamente, dopo la placcatura.

Passaggio 8: placcatura e deposizione di rame

Dopo la foratura, il pannello passa al fasciame.Il processo fonde insieme i diversi strati utilizzando la deposizione chimica.Dopo un'accurata pulitura, il pannello subisce una serie di bagni chimici.Durante i bagni, un processo di deposizione chimica deposita sulla superficie del pannello un sottile strato di rame dello spessore di circa un micron.Il rame entra nei fori praticati di recente.

Prima di questa fase, la superficie interna dei fori espone semplicemente il materiale in fibra di vetro che costituisce l'interno del pannello.I bagni di rame ricoprono completamente, o placcano, le pareti dei fori.Per inciso, l'intero pannello riceve un nuovo strato di rame.Soprattutto, i nuovi buchi sono coperti.I computer controllano l'intero processo di immersione, rimozione e processione.

Passaggio 9: imaging dello strato esterno

Nel passaggio 3, abbiamo applicato il fotoresist al pannello.In questa fase, lo facciamo di nuovo, tranne che questa volta immaginiamo gli strati esterni del pannello con il design PCB.Iniziamo con gli strati in una stanza sterile per evitare che eventuali contaminanti aderiscano alla superficie dello strato, quindi applichiamo uno strato di fotoresist al pannello.Il pannello preparato passa nella stanza gialla.Le luci UV influiscono sul fotoresist.Le lunghezze d'onda della luce gialla non trasportano livelli UV sufficienti per influenzare il fotoresist.

I lucidi con inchiostro nero sono fissati con perni per impedire il disallineamento con il pannello.Con il pannello e lo stencil a contatto, un generatore li irradia con un'elevata luce UV, che indurisce il fotoresist.Il pannello passa quindi in una macchina che asporta il resist non indurito, protetto dall'opacità dell'inchiostro nero.

Il processo rappresenta un'inversione rispetto a quello degli strati interni.Infine, le lastre esterne vengono ispezionate per garantire che tutto il fotoresist indesiderato sia stato rimosso durante la fase precedente.

Passaggio 10: placcatura

Torniamo alla sala di placcatura.Come abbiamo fatto nel passaggio 8, galvanizziamo il pannello con un sottile strato di rame.Le sezioni esposte del pannello dallo stadio di fotoresist dello strato esterno ricevono l'elettroplaccatura in rame.Dopo i primi bagni di ramatura, il pannello viene solitamente sottoposto a stagnatura, che permette l'asportazione di tutto il rame rimasto sulla lastra da asportare.Lo stagno custodisce la sezione del pannello destinata a rimanere ricoperta di rame durante la successiva fase di incisione.L'incisione rimuove la lamina di rame indesiderata dal pannello.

Passaggio 11: Incisione finale

Lo stagno protegge il rame desiderato durante questa fase.Il rame esposto indesiderato e il rame sotto lo strato di resist rimanente vengono rimossi.Ancora una volta, vengono applicate soluzioni chimiche per rimuovere il rame in eccesso.Nel frattempo, lo stagno protegge il prezioso rame durante questa fase. Le aree conduttive e le connessioni sono ora stabilite correttamente.

Passaggio 12: Applicazione della maschera di saldatura

Prima che la maschera per saldatura venga applicata su entrambi i lati della scheda, i pannelli vengono puliti e coperti con un inchiostro epossidico per maschera per saldatura.Le schede ricevono un'esplosione di luce UV, che passa attraverso una pellicola fotografica con maschera di saldatura.Le parti coperte rimangono non indurite e subiranno la rimozione. Infine, la scheda passa in un forno per polimerizzare la maschera di saldatura.

Passaggio 13: finitura superficiale

Per aggiungere ulteriore capacità di saldatura al PCB, li placcamo chimicamente con oro o argento.Alcuni PCB ricevono anche pad livellati ad aria calda durante questa fase.Il livellamento dell'aria calda si traduce in cuscinetti uniformi.Questo processo porta alla generazione della finitura superficiale.PCBCart può elaborare più tipi di finitura superficiale in base alle richieste specifiche dei clienti.

Passaggio 14: serigrafia

La scheda quasi completata riceve scritte a getto d'inchiostro sulla sua superficie, utilizzate per indicare tutte le informazioni vitali relative al PCB.Il PCB passa infine all'ultima fase di rivestimento e indurimento.

Passaggio 15: test elettrico

Come ultima precauzione, un tecnico esegue dei test elettrici sul PCB.La procedura automatizzata conferma la funzionalità del PCB e la sua conformità al progetto originale.In PCBCart, offriamo una versione avanzata di test elettrici chiamata Flying Probe Testing, che dipende dalle sonde in movimento per testare le prestazioni elettriche di ciascuna rete su un circuito nudo.

Step 16: Profiling e V-Scoring

Ora siamo arrivati ​​all'ultimo passaggio: il taglio.Tavole diverse vengono tagliate dal pannello originale.Il metodo utilizzato è incentrato sull'utilizzo di un router o di un v-groove.Un router lascia piccole linguette lungo i bordi della scheda mentre la scanalatura a V taglia i canali diagonali lungo entrambi i lati della scheda.Entrambi i modi consentono alle schede di fuoriuscire facilmente dal pannello.