Tecnologia PCB - Fasi del processo di fabbricazione dei PCB

Prima di progettare PCB, i progettisti di circuiti elettronici devono andare all'officina di produzione PCB per comprendere appieno la capacità e le limitazioni della produzione PCB. facility. Questo è molto importante perché molti progettisti di PCB non sono consapevoli delle limitazioni degli impianti di produzione di PCB. Quando inviano i file di progettazione all'officina / impianto di produzione PCB, ritorneranno e chiederanno modifiche per soddisfare la capacità / limitazioni del processo di produzione PCB. Tuttavia, se il progettista di circuiti lavora in un'azienda che non ha un'officina interna di produzione di PCB e l'azienda esternalizza il lavoro a un impianto di produzione di PCB straniero, allora il progettista deve contattare il produttore online e informarsi su restrizioni o specifiche, come spessore massimo / min di rame, massimo l'apertura minima e la dimensione massima del pannello PCB.

In questo articolo, ci concentreremo sul processo di produzione del PCB, quindi questo articolo aiuterà i progettisti di circuiti a comprendere gradualmente e in modo completo il processo di produzione del PCB per evitare errori di progettazione.

Passo 1: Progettazione PCB e file GERBER

I progettisti di circuiti disegnano diagrammi schematici nel software CAD per la progettazione PCB di layout. Il progettista deve coordinarsi con il produttore del PCB circa il software utilizzato per stabilire il design del PCB in modo che non ci siano problemi di compatibilità. I software di progettazione PCB CAD più popolari sono Altium Designer, Eagle, ORCAD e Mentor PADS.

Dopo che il design PCB è accettato per la produzione, il progettista genererà un file dal design accettato dal produttore PCB. Questo file è chiamato "file GERBER". I file Gerber sono file standard utilizzati dalla maggior parte dei produttori di PCB per visualizzare i componenti del layout PCB, come gli strati di rame traccia e le maschere di saldatura. I file Gerber sono file di immagini vettoriali 2D. Extended Gerber fornisce un output perfetto.

Il software ha un algoritmo definito dall'utente / progettista con elementi chiave come larghezza della traccia, spaziatura bordo bordo, spaziatura traccia e foro e dimensione del foro. L'algoritmo viene eseguito dal progettista per verificare eventuali errori nella progettazione. Dopo che il progetto è verificato, viene inviato all'impianto di produzione del PCB dove viene ispezionato da DFM. I controlli DFM (Design for Manufacturing) sono utilizzati per garantire la tolleranza minima del progetto PCB.

Fase 2: GERBER per foto

La stampante speciale utilizzata per stampare foto PCB è chiamata "plotter". Questi plotter stamperanno circuiti stampati su pellicola. Questi film sono utilizzati per l'imaging PCB. Il plotter è molto accurato nella tecnologia di stampa e può fornire progettazione PCB altamente dettagliata.

Il foglio di plastica estratto dal plotter è un PCB stampato con inchiostro nero. Nel caso dello strato interno, l'inchiostro nero rappresenta la traccia conduttiva di rame e la parte vuota è la parte non conduttiva. D'altra parte, per lo strato esterno, l'inchiostro nero verrà inciso via e l'area vuota sarà utilizzata per il rame. Questi film devono essere conservati correttamente per evitare inutili contatti o impronte digitali.

Ogni strato ha il suo film. La maschera di saldatura ha una pellicola separata. Tutti questi film devono essere allineati insieme per disegnare l'allineamento PCB. Questo allineamento PCB è ottenuto regolando il banco di lavoro dove si adatta la pellicola e dopo una piccola calibrazione del banco di lavoro, è possibile ottenere il miglior allineamento. Questi film devono avere fori di allineamento per essere appoggiati accuratamente l'uno contro l'altro. I perni di posizionamento si adatteranno nei fori di posizionamento.

Passo 3: Stampa dello strato interno: photoresist e rame

Questi film fotografici sono ora stampati su foglio di rame. La struttura di base del PCB è realizzata in laminato. Il materiale principale è resina epossidica e fibra di vetro chiamata il materiale di base. Il laminato riceve il rame che costituisce il PCB. Il substrato fornisce una potente piattaforma per il PCB. Entrambi i lati sono ricoperti di rame. Il processo prevede la rimozione del rame per rivelare il design del film.

La decontaminazione dell'ambiente è molto importante per la pulizia dei PCB dai laminati di rame. Deve essere garantito che non ci siano particelle di polvere sul PCB, altrimenti causerà un cortocircuito o un circuito aperto

Il film photoresist è ora applicato. Le fotoresistenze sono fatte di sostanze chimiche fotosensibili che si induriscono quando viene applicata la radiazione ultravioletta. Occorre garantire che la pellicola fotografica e la pellicola litografica corrispondano esattamente.

Questi film fotografici e pellicole fotolitografiche sono fissati sul laminato mediante perni di fissaggio. Le radiazioni ultraviolette sono ora applicate. L'inchiostro nero sulla pellicola fotografica bloccherà i raggi ultravioletti, impedendo così il rame sottostante e non indurirà il fotoresist sotto le tracce di inchiostro nero. L'area trasparente passerà la luce UV per indurire il fotoresist in eccesso che verrà rimosso.

La piastra viene quindi pulita con una soluzione alcalina per rimuovere il fotoresist in eccesso. Il circuito si asciugherà.

Il PCB può ora essere coperto con resist ai fili di rame utilizzati per realizzare le tracce del circuito. Se il circuito stampato è a due strati, verrà utilizzato per la perforazione, altrimenti verranno eseguiti più passaggi.

Passo 4: Rimuovere rame indesiderato

Utilizzare una potente soluzione solvente di rame per rimuovere il rame in eccesso, proprio come una soluzione alcalina rimuove il fotoresist in eccesso. Non rimuoverà il rame sotto il fotoresist indurito.

Il fotoresist indurito verrà ora rimosso per proteggere il rame richiesto. Ciò si ottiene lavando via il PCB con un altro solvente.

Fase 5: Allineamento dello strato e ispezione ottica

Dopo aver completato i preparativi per tutti gli strati, saranno allineati tra loro. Questo può essere fatto perforando il foro di registrazione, come descritto nel passaggio precedente. Il tecnico posiziona tutti gli strati nella macchina, chiamato "punzone ottico". Questa macchina farà dei buchi con precisione.

Il numero di livelli inseriti e gli errori che si sono verificati non possono essere invertiti.

La macchina di ispezione ottica automatica utilizzerà il laser per rilevare eventuali difetti e confrontare l'immagine digitale con il file Gerber.

Fase 6: Aggiunta di strati e rilegatura

In questa fase, tutti gli strati compreso lo strato esterno saranno legati l'uno all'altro. Tutti gli strati saranno impilati sul substrato.

Lo strato esterno è realizzato in fibra di vetro "pre-impregnata", e resina epossidica è chiamata prepreg. La parte superiore e inferiore del substrato saranno coperti con un sottile strato di rame con incisione in tracce di rame.

Il tavolo in acciaio resistente con morsetti metallici viene utilizzato per incollare/pressare strati. Questi strati sono saldamente fissati al banco di lavoro per evitare movimenti durante il processo di taratura.

Installare lo strato prepreg sulla tavola di calibrazione, quindi installare lo strato del substrato su di esso e quindi posizionare la piastra di rame. Più prepreg sono posizionati in modo simile, e infine il foglio di alluminio è impilato.

Il computer completerà automaticamente l'elaborazione della pressa, riscaldando la pila e raffreddando a velocità controllata.

Ora il tecnico rimuoverà il perno di imballaggio e la piastra di pressione per aprire il sacchetto di imballaggio.

Fase 7: Perforazione

Ora è il momento di praticare fori nel PCB impilato. La punta di precisione può realizzare un foro con un diametro di 100 micron con estrema precisione. Questo tipo di trapano è un trapano pneumatico con una velocità del mandrino di circa 300K giri/min. Ma anche con questa velocità, il processo di perforazione richiede tempo, perché ogni foro richiede tempo per perforare perfettamente. Identificare accuratamente la posizione della punta del trapano in base all'identificatore dei raggi X.

Il file di perforazione è anche generato dal progettista PCB nella fase iniziale fornito al produttore di PCB. Il file del trapano determina il movimento minuto della punta del trapano e determina la posizione del foro del trapano. Questi fori ora diventeranno vias e fori dopo la placcatura.

Fase 8: Placcatura e deposizione di rame

Dopo un'attenta pulizia, il pannello PCB viene ora depositato chimicamente. Durante questo periodo, un sottile strato (1 micron di spessore) di rame viene depositato sulla superficie del pannello. Il rame scorre nel pozzo. Le pareti del foro sono completamente placcate con rame. L'intero processo di impregnazione e rimozione è controllato dal computer

Fase 9: Imaging a livello esterno

Come lo strato interno, photoresist viene applicato allo strato esterno e il pannello prepreg e la pellicola di inchiostro nero collegati tra loro sono stati sabbiati nella stanza gialla con raggi ultravioletti. Il fotoresist si indurisce. Ora, il pannello è lavorato per rimuovere la resistenza indurita protetta dall'opacità dell'inchiostro nero.

Fase 10: galvanizzazione dello strato esterno:

Scheda galvanizzata con uno strato sottile di rame. Dopo la placcatura iniziale di rame, il pannello viene stagnato in modo che tutto il rame rimasto sulla scheda possa essere rimosso. Lo stagno impedisce che la parte richiesta del pannello venga chiusa dal rame durante la fase di incisione. L'incisione elimina il rame indesiderato dal pannello.

Fase 11: Incisione

Il rame e il rame indesiderati sotto lo strato di resistenza residuo saranno rimossi. Le sostanze chimiche vengono utilizzate per pulire il rame in eccesso. D'altra parte, lo stagno copre il rame richiesto. Ora porta finalmente alla connessione corretta e alla traccia

Passo 12: Applicazione della maschera di saldatura

Pulire il pannello, la maschera di saldatura epossidica coprirà il pannello. La radiazione UV viene applicata alla scheda, passando attraverso la pellicola fotografica della maschera di saldatura. La parte coperta rimane intatta e verrà rimossa. Ora metti il circuito stampato nel forno per riparare la maschera di saldatura.

Fase 13: Trattamento superficiale

HASL (Hot Air Solder Leveling) fornisce ulteriori capacità di saldatura per PCB. RayPCB ( https://raypcb.com/pcb-fabrication/ ) fornisce oro ad immersione e argento ad immersione HASL. HASL fornisce un cuscino uniforme. Ciò si tradurrà in finitura superficiale.

Fase 14: Stampa serigrafica

Quando la progettazione del layout PCB è nella fase finale, la stampa/scrittura a getto d'inchiostro è accettata sulla superficie. Questo viene utilizzato per indicare informazioni importanti relative al PCB.