Placa de circuito impreso (PCB) son la piedra angular de casi todos los dispositivos electrónicos. Estos asombrosos PCB se pueden encontrar en muchos dispositivos electrónicos avanzados y básicos, incluidos teléfonos Android, computadoras portátiles, computadoras, calculadoras, relojes inteligentes y más. In very basic language, a PCB is a board that routes electronic signals in a device, which results in the electrical performance and requirements of the device being set by the designer.

La PCB consta de un sustrato hecho de material FR-4 y caminos de cobre a lo largo del circuito con señales en toda la placa.

Antes del diseño de PCB, el diseñador de circuitos electrónicos debe visitar el taller de fabricación de PCB para comprender completamente la capacidad y las limitaciones de la fabricación de PCB. Instalaciones. Esto es importante porque muchos diseñadores de PCB no son conscientes de las limitaciones de las instalaciones de fabricación de PCB y cuando envían un documento de diseño a un taller / instalación de fabricación de PCB, regresan y solicitan cambios para cumplir con la capacidad / límites del proceso de fabricación de PCB. Sin embargo, si el diseñador de circuitos trabaja para una empresa que no tiene un taller de fabricación de PCB interno, y la empresa subcontrata el trabajo a una planta de fabricación de PCB extranjera, entonces el diseñador debe comunicarse con el fabricante en línea y solicitar límites o especificaciones tales como como espesor máximo de la placa de cobre por minuto, número máximo de capas, apertura mínima y tamaño máximo de los paneles de PCB.

In this paper, we will focus on THE PCB manufacturing process, so this paper will be helpful for circuit designers to gradually understand the PCB manufacturing process, to avoid design mistakes.

PCB manufacturing process steps

Paso 1: diseño de PCB y archivos GERBER

< p&gt; Los diseñadores de circuitos dibujan diagramas esquemáticos en software CAD para el diseño de PCB. The designer must coordinate with the PCB manufacturer about the software used to lay out the PCB design so that there are no compatibility issues. El software de diseño de PCB CAD más popular es Altium Designer, Eagle, ORCAD y Mentor PADS.

Una vez que se haya aceptado la fabricación del diseño de la placa de circuito impreso, el diseñador generará un archivo a partir del diseño aceptado por el fabricante de la placa de circuito impreso. This file is called a GERBER file. Gerber files are standard files used by most PCB manufacturers to display components of the PCB layout, such as copper tracking layers and welding masks. Gerber files are 2D vector image files. El Gerber extendido proporciona un resultado perfecto.

El software tiene algoritmos definidos por el usuario / diseñador con elementos clave como el ancho de la pista, el espaciado de los bordes de la placa, el espaciado de los orificios y las trazas, y el tamaño del orificio. The algorithm is run by the designer to check for any errors in the design. After the design is validated, it is sent to the PCB manufacturer where it is checked for DFM. DFM (Manufacturing Design) checks are used to ensure minimum tolerances for PCB designs.

< b&gt; Step 2: GERBER to photo

The special printer used to print PCB photos is called a plotter. Estos trazadores imprimirán placas de circuito en película. Estas películas se utilizan para obtener imágenes de PCBS. Plotters are very accurate in printing techniques and can provide highly detailed PCB designs.

The plastic sheet removed from the plotter is a PCB printed with black ink. In the case of the inner layer, the black ink represents the conductive copper track, while the blank part is the non-conductive part. Por otro lado, para la capa exterior, la tinta negra se grabará y el área en blanco se utilizará para el cobre. These films should be stored properly to avoid unnecessary contact or fingerprints.

Cada capa tiene su propia película. La máscara de soldadura tiene una película separada. Todas estas películas deben alinearse juntas para dibujar la alineación de la PCB. Esta alineación de la PCB se logra ajustando el banco de trabajo al que encaja la película, y se puede lograr una alineación óptima después de una calibración menor del banco de trabajo. These films must have alignment holes to hold each other accurately. El pasador de ubicación encajará en el orificio de ubicación.

Paso 3: Impresión interior: fotorresistente y cobre

These photographic films are now printed on copper foil. La estructura básica de una placa de circuito impreso está hecha de laminado. The core material is epoxy resin and glass fiber called the base material. El laminado recibe el cobre que forma la PCB. El sustrato proporciona una plataforma poderosa para PCBS. Both sides are covered with copper. The process involves removing copper to reveal the design of the film.

Decontamination is important for cleaning PCBS from copper laminates. Asegúrese de que no haya partículas de polvo en la PCB. De lo contrario, el circuito puede estar corto o abierto

Ahora se utiliza película fotorresistente. El fotorresistente está hecho de sustancias químicas fotosensibles que se endurecen cuando se aplica radiación ultravioleta. Debe asegurarse que la película fotográfica y la película fotorresistente coincidan exactamente.

These photographic and photolithographic films are attached to the laminate by fixing pins. Ahora se aplica radiación ultravioleta. La tinta negra en la película fotográfica bloqueará la luz ultravioleta, evitando así el cobre debajo y no endureciendo el fotorresistente debajo de los rastros de tinta negra. La zona transparente se someterá a la luz ultravioleta, endureciendo así el exceso de fotorresistente que se eliminará.

The plate is then cleaned with an alkaline solution to remove excess photoresist. The circuit board will now dry.

PCBS ahora puede cubrir los cables de cobre utilizados para hacer pistas de circuitos con repelentes de corrosión. Si el tablero es de dos capas, se usará para perforar; de lo contrario, se tomarán más pasos.

Paso 4: elimine el cobre no deseado

Use a powerful copper solvent solution to remove excess copper, just as an alkaline solution removes excess photoresist. El cobre debajo del fotorresistente endurecido no se eliminará.

La fotorresistencia ahora endurecida se quitará para proteger el cobre requerido. Esto se hace lavando la PCB con otro solvente.

Paso 5: alineación de la capa e inspección óptica

After all the layers have been prepared, they align with each other. Esto se puede hacer sellando el orificio de registro como se describe en el paso anterior. Technicians place all the layers in a machine called an “optical punch.” Esta máquina perforará agujeros con precisión.

The number of layers placed and errors that occur cannot be reversed.

Un detector óptico automático utilizará un láser para detectar cualquier defecto y comparar la imagen digital con un archivo Gerber.

Paso 6: agregue capas y enlaces

En esta etapa, todas las capas, incluida la capa exterior, se pegan juntas. Todas las capas se apilarán sobre el sustrato.

La capa exterior está hecha de fibra de vidrio “preimpregnada” con una resina epoxi denominada preimpregnada. La parte superior e inferior del sustrato se cubrirán con finas capas de cobre grabadas con trazos de cobre.

Mesa de acero pesado con abrazaderas de metal para unir / prensar capas. These layers are tightly fastened to the table to avoid movement during calibration.

Instale la capa de preimpregnado en la mesa de calibración, luego instale la capa de sustrato sobre ella y luego coloque la placa de cobre. Se colocan más placas preimpregnadas de manera similar, y finalmente el papel de aluminio completa la pila.

La computadora automatizará el proceso de la prensa, calentando la pila y enfriándola a una velocidad controlada.

Ahora los técnicos quitarán el pasador y la placa de presión para abrir el paquete.

Paso 7: taladrar agujeros

Ahora es el momento de perforar agujeros en PCBS apilados. Las brocas de precisión pueden lograr orificios de 100 micrones de diámetro con alta precisión. The bit is pneumatic and has a spindle speed of about 300K RPM. But even with that speed, the drilling process takes time, because each hole takes time to drill perfectly. Identificación precisa de la posición del bit con identificadores basados ​​en rayos X.

Drilling files are also generated by the PCB designer at an early stage for the PCB manufacturer. Este archivo de taladro determina el movimiento minucioso de la broca y determina la ubicación del taladro.These holes will now become plated through holes and holes.

Paso 8: Revestimiento y deposición de cobre.

Después de una limpieza cuidadosa, el panel de PCB ahora se deposita químicamente. During this time, thin layers (1 micron thick) of copper are deposited on the surface of the panel. El cobre fluye hacia el pozo. Las paredes de los agujeros están completamente revestidas de cobre. Todo el proceso de inmersión y extracción está controlado por una computadora.

Paso 9: Imagen de la capa exterior

As with the inner layer, photoresist is applied to the outer layer, the prepreg panel and the black ink film connected together have now burst in the yellow room with ultraviolet light. Photoresist hardens. El panel se lava ahora a máquina para eliminar la capa protectora de endurecimiento protegida por la opacidad de la tinta negra.

Paso 10: capa exterior de revestimiento:

Una placa galvanizada con una fina capa de cobre. Después del revestimiento de cobre inicial, el panel se estaña para eliminar cualquier resto de cobre que quede en la placa. El estaño durante la fase de grabado evita que la parte requerida del panel se selle con cobre. Etching removes unwanted copper from the panel.

Step 11: Etch

El cobre y el cobre no deseados se eliminarán de la capa de resistencia residual. Se utilizan productos químicos para limpiar el exceso de cobre. Tin, on the other hand, covers the required copper. Ahora finalmente conduce a la conexión y seguimiento correctos.

Step 12: Welding mask application

Limpie el panel y la tinta de bloqueo de soldadura epoxi cubrirá el panel. La radiación UV se aplica a la placa a través de la película fotográfica de la máscara de soldadura. La parte superpuesta permanece sin endurecer y se eliminará. Now place the circuit board in the oven to repair the solder film.

Paso 13: tratamiento superficial

HASL (nivelación de soldadura por aire caliente) proporciona capacidades de soldadura adicionales para PCBS. RayPCB (https://raypcb.com/pcb-fabrication/) ofrece inmersión en oro e inmersión en plata HASL. HASL proporciona almohadillas uniformes. Esto da como resultado un acabado superficial.

Paso 14: Serigrafía

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Los PCBS se encuentran en la etapa final y aceptan impresión / escritura de inyección de tinta en la superficie. Se utiliza para representar información importante relacionada con la PCB.

Paso 15: prueba eléctrica

La etapa final es la prueba eléctrica del PCB final. The automatic process verifies the PCB’s functionality to match the original design. En RayPCB, ofrecemos pruebas con agujas voladoras o pruebas del lecho ungueal.

Paso 16: Analizar

The final step is to cut the plate from the original panel. El enrutador se utiliza para este propósito mediante la creación de pequeñas etiquetas a lo largo de los bordes de la placa para que la placa se pueda expulsar fácilmente del panel.