Com es fabriquen els PCB

La fabricació de PCB implica convertir fitxers de disseny, inclosos Gerbers i llistes de xarxa, en plaques de circuit físiques en les quals es poden col·locar i soldar components.

El procés de fabricació comença amb fitxers de sortida de disseny (Gerbers, llistes de xarxa, fitxers de perforació, etc.). Aquests fitxers de sortida es generen durant la fase de disseny, incloent el desenvolupament de conceptes de producte, entrada esquemàtica, disseny de maquetació i generació de fitxers. La següent etapa inclou la fabricació i el muntatge de les plaques de circuit.

El diagrama de flux següent mostra els passos implicats en la fabricació de PCB.

A. Disseny i fitxers de sortida de la placa

Després de rebre els fitxers de disseny del dissenyador de PCB, la fabricació comença ràpidament. Els dissenyadors creen fitxers de sortida en format Gerber o ODB plus plus per a la fabricació i creen llistats de materials (BOM) per al muntatge.

Els fabricants realitzen inspeccions de DFM per identificar els possibles riscos i errors que poden sorgir en el procés de fabricació. Els dissenyadors/clients reben una alerta si alguna cosa va malament. A continuació, el fitxer corregit s'introdueix a un sistema CAM (Computer Aided Manufacturing) per reconèixer el format de les capes d'il·lustració, dades de forats, llista de xarxa IPC i convertir les dades electròniques en una imatge. També verifica l'ordre de les capes, executa comprovacions de regles de disseny (DRC) i fa moltes altres coses.

Totes les capes s'analitzen utilitzant un fitxer Gerber com a entrada. El pla d'apilament també procedirà en conseqüència. Posteriorment, CAM crearà fitxers de sortida per als diferents departaments de fabricació. Els fitxers de sortida inclouen programes de perforació (forats secundaris i principals), capes d'imatges, sortida de fitxers de màscara de soldadura, fitxers d'encaminament i llistes de xarxa IPC.

B. Imatge de la capa interna

Els fabricants utilitzen majoritàriament LDI (Laser Direct Imaging) a causa de la miniaturització. També van utilitzar una impressora especial anomenada traçador, que feia pel·lícules fotogràfiques de capes de circuits, màscara de soldadura i capes de serigrafia per imprimir imatges de circuits. El panell consta d'una pel·lícula fotosensible anomenada fotoresist. Les fotoresistències inclouen una capa de substàncies químiques fotoreactives que polimeritzen en exposició a la llum ultraviolada. El panell està ara sota un làser controlat per ordinador. L'ordinador escaneja la superfície de la placa de circuit i la converteix en una imatge digital. Aquesta imatge digital coincideix amb un fitxer de disseny CAD/CAM precarregat que conté les especificacions d'imatge necessàries. De la mateixa manera, es forma una imatge negativa a la capa interior.

El flux del procés de LDI es mostra a la figura següent:

Després de desenvolupar la imatge, el fotoresist no endurit (el coure necessari per a la protecció) s'elimina amb una solució alcalina.

C. Aguafort

En la fabricació de PCB, el gravat és el procés d'eliminació del coure (Cu) no desitjat del tauler. El coure no desitjat no és més que coure sense circuit. Com a resultat, s'obté un patró de circuit desitjat.

Els fabricants de plaques de circuit solen utilitzar processos de gravat humit. En el gravat humit, els materials no desitjats es dissolen quan es submergeixen en solucions químiques.

Els paràmetres importants a tenir en compte durant el procés de gravat són la velocitat a la qual es mou el panell, l'esprai de productes químics i la quantitat de coure que s'ha de gravar. Tot el procés es realitza en una cambra d'atomització d'alta pressió tipus transportador.

D. Decapament fotoresistent

Durant aquest procés, la fotoresistència restant es grava fora del coure. El procés consisteix a utilitzar un esbandida d'aigua a alta pressió per dissoldre partícules corrosives (agents químics) a l'aigua, que destrueixen el fotoresistent.

E. Punxada després d'inspecció i gravat

Amb totes les capes netes i a punt, el fabricant s'assegura de perforar forats d'alineació utilitzant els objectius proporcionats a les capes interiors per a una millor alineació capa a capa. Les capes es col·loquen en un punxó òptic per aconseguir una alineació precisa de les capes interiors i exteriors.

La inspecció d'aquest mètode s'aconsegueix escanejant visualment la superfície de la placa de circuits. La placa de circuit està il·luminada per diverses fonts de llum, per a les quals s'utilitzen una o més càmeres d'alta definició. Així és com un sistema AOI (Inspecció Òptica Automatitzada) construeix una imatge completa del tauler per a la seva verificació.

F. Recobriment d'òxid marró

Aquí, el patró del circuit de coure està recobert d'òxid marró per evitar l'oxidació i la corrosió de les capes interiors després de la laminació. A més, proporciona millors propietats d'unió per unir-se amb preimpregnats.

G. Laminació

La laminació és el procés d'unió preimpregnada, làmina de coure, nucli interior en una pila simètrica a temperatura i pressió controlades. És un procés de dos passos:

Preparació de l'apilament

Vinculació

Els taulers multicapa estan fets de làmina de coure, preimpregnat i nucli interior. Aquests es mantenen junts aplicant calor i pressió. Per a una millor unió, s'utilitzen premses mecàniques tant per al premsat en calent com en fred. L'ordinador de bonder gestiona el procés d'escalfament de la pila, aplicant pressió i permetent que la pila es refredi a una velocitat controlada.

El diagrama següent resumeix el procés LDI:

H. Perforació

Durant el procés de perforació, perforar forats per a forats passants i components de plom. El trepant de raigs X localitza l'objectiu a la capa interior. La màquina perfora amb precisió els forats pilot. La màquina està controlada per ordinador, on l'operador pot seleccionar un programa de perforació específic. Posiciona les coordenades XY en la direcció correcta. Es poden perforar forats de fins a 100 micres de diàmetre. La màquina també pot seleccionar la mida correcta del trepant i fer-ho en conseqüència.

Perforar forats crea extrems elevats de metall comunament anomenats rebaves. El procés de desbarbat elimina les rebaves o impureses de la superfície de la placa de circuit.

1. Revestiment de coure electroless

El primer pas en el procés de galvanoplastia és fer que el barril del forat sigui conductor dipositant químicament una capa molt prima de coure a les parets del forat. Aquest procés s'anomena revestiment de coure electroless. La reacció és iniciada per un catalitzador. Després d'una neteja a fons, els panells passen per un bany químic continu. Una capa de coure d'aproximadament {{0}},08 a 0,1 micres de gruix es diposita al canó del forat i a la superfície del panell.

J. Imatge de la capa exterior

Utilitzem fotoresist al panell per a la imatge de la capa interior. De la mateixa manera, la capa exterior del panell s'imaginarà amb una imatge positiva. Aquí, el procés segueix el mètode de gravat de plaques d'impressió. El primer pas consisteix a netejar el panell per evitar que la contaminació i les partícules de pols s'adhereixin al panell. A continuació, s'aplica una capa de fotoresist al panell. Després d'això, s'utilitza LDI per imprimir la imatge.

K. Revestiment de coure

En aquest pas, els forats i les superfícies estan galvanitzats amb coure. L'operador carrega el panell al pal de vol. El panell actua com a càtode per a la galvanoplastia dels forats i superfícies, ja que els forats han dipositat una fina capa de coure conductor, a punt per a la galvanoplastia. Es realitza mitjançant una línia de xapat automàtica. Abans de la galvanoplastia, els panells es netegen i s'activen en múltiples banys. Cada conjunt de panells es controla per ordinador per assegurar-se que romanguin a cada banyera durant un temps específic precís. Normalment, es diposita coure d'1 mil de gruix al barril del forat.

Després del coure, el següent és l'estany. L'estany s'utilitza com a resistent. Evita la corrosió de les característiques de la superfície, com ara coixinets de coure, coixinets de forats i parets de forats durant el gravat de la capa exterior.

L. Decapat fotoresistent

Un cop xapat el panell, el fotoresistent esdevé indesitjable i s'ha de treure del panell per exposar el coure no desitjat. Aquí, s'utilitza una línia contínua per dissoldre i rentar la resistència que cobreix el coure no desitjat. Aquesta és la primera etapa del procés d'aixecament, gravat i desmuntatge.

M. Etch final

En aquest pas, el coure exposat no desitjat s'elimina mitjançant un gravador d'amoníac. Al mateix temps, la llauna pot contenir el coure desitjat. En aquest punt, les zones conductores i les connexions estan degudament establertes.

N. Decapat de llauna

Després del gravat, s'eliminarà la capa d'estany de les traces de coure. L'àcid nítric concentrat s'utilitza per eliminar l'estany, no danyarà les pistes del circuit de coure que hi ha a sota. Això resulta en traces de coure clares i diferents al PCB.

O. Aplicació de màscara de soldadura

La màscara de soldadura té els següents usos:

Proporciona resistència d'aïllament per a rastres.

Distingir zones soldables i no soldables.

Proporciona protecció de les condicions ambientals cobrint amb tinta les zones no soldables.

Les màscares LPI (Liquid Photo Imaging) combinen dissolvents amb polímers per formar un recobriment prim que s'adhereix a diferents superfícies de plaques de circuit. La impressora mostra el panell recobert. La llum UV de la màquina endureix la tinta a les zones clares. Després d'això, retireu tota la resistència no endurida del panell d'imatge.

El curat LPI (assecat) combina la tinta amb el dielèctric. Facilita l'adhesió de la màscara de soldadura. L'últim pas de cocció té lloc al forn o sota una font de calor infraroja.

El verd es va escollir com a color típic de màscara de soldadura perquè no fatiga els ulls. Abans que les màquines puguin inspeccionar PCB durant la producció i el muntatge, totes les inspeccions es fan manualment. Les llums superiors que utilitzen els tècnics per inspeccionar les plaques de circuit no es reflecteixen per la màscara de soldadura verda, cosa que les fa més segures per als seus ulls.

P. Acabat superficial

L'acabat de PCB és la connexió metall-metall entre el coure nu i els components de la zona soldable de la placa de circuit. La superfície de coure del substrat d'una placa de circuit és susceptible a l'oxidació sense un recobriment protector. Per tant, l'aplicació d'acabat superficial és fonamental per protegir-la de l'oxidació. A més, prepara components per soldar al tauler durant el muntatge i allarga la vida útil del tauler.

Hi ha diferents tipus de tractaments superficials. Tanmateix, els acabats superficials sense plom s'utilitzen àmpliament a causa de les estrictes especificacions RoHS.

S'han de tenir en compte factors com el cost, el medi ambient, la selecció de components, la vida útil i el rendiment a l'hora d'escollir un acabat.

P. Serigrafia

En aquest procés, s'utilitza un projector d'injecció de tinta per imaginar la llegenda directament a partir de les dades digitals de la placa de circuits. La tinta s'imprimeix en serigrafia (unta) a la superfície del panell mitjançant una impressora d'injecció de tinta. A continuació, es cou el panell per curar la tinta. Especifica diferents tipus de text com ara números de part, noms, codis, logotips, etc.

Hi ha tres mètodes d'impressió:

Serigrafia manual

Impressió directa de llegendes

R. Prova elèctrica

E-test significa prova elèctrica de placa de circuit imprès nu. En aquest pas, utilitzeu una sonda electrònica per comprovar cada placa de circuit desmuntada per si hi ha curtcircuits, obertures, resistència, capacitat i altres característiques elèctriques bàsiques. E-test comprova la conductivitat del tauler amb el fitxer netlist. La llista de xarxes conté informació sobre els patrons d'interconnexió conductors de la PCB.

Implementeu proves de llit de claus i sondes volants per provar la funcionalitat.

Prova de sonda voladora

La prova de sonda voladora utilitza una sonda que es mou d'un punt a un altre segons les instruccions proporcionades per un programari específic. Aquest és un mètode de prova sense aparell. Al principi, es genera un programa de prova de sonda voladora (FPT) i després es carrega al provador FPT. El provador aplica senyals elèctrics i potència als punts de la sonda, que després es mesuren segons el procediment de prova.

Llit de claus

El llit de claus és el mètode tradicional per a les proves elèctriques de taulers nus. Requereix crear una plantilla de prova amb pins alineats amb les ubicacions de prova del PCB. El procés és ràpid i adequat per a sistemes de producció a gran escala.

S. Anàlisi i v-scoring

Les plaques de circuit es formen i es tallen dels panells de producció en l'etapa final de fabricació. El mètode utilitzat és utilitzar un forat de pal o una ranura en forma de V. Les ranures en V tallen canals diagonals a banda i banda del tauler, mentre que els forats de postes deixen solcs laterals al llarg de la vora. En qualsevol cas, els taulers es poden expulsar simplement del panell.