Circuit imprimé (PCB) sont la pierre angulaire de presque tous les appareils électroniques. Ces incroyables PCB peuvent être trouvés dans de nombreux appareils électroniques avancés et de base, y compris les téléphones Android, les ordinateurs portables, les ordinateurs, les calculatrices, les montres intelligentes et plus encore. Dans un langage très basique, un PCB est une carte qui achemine les signaux électroniques dans un appareil, ce qui entraîne la définition des performances électriques et des exigences de l’appareil par le concepteur.

Le PCB se compose d’un substrat en matériau FR-4 et de chemins de cuivre dans tout le circuit avec des signaux dans toute la carte.

Avant la conception de PCB, le concepteur de circuits électroniques doit visiter l’atelier de fabrication de PCB pour bien comprendre la capacité et les limites de la fabrication de PCB. Installations. Ceci est important car de nombreux concepteurs de circuits imprimés ne sont pas conscients des limites des installations de fabrication de circuits imprimés et lorsqu’ils envoient un document de conception à un atelier/une installation de fabrication de circuits imprimés, ils reviennent et demandent des modifications pour respecter la capacité/les limites du processus de fabrication de circuits imprimés. Cependant, si le concepteur de circuits travaille pour une entreprise qui ne possède pas d’atelier de fabrication de circuits imprimés en interne et que l’entreprise sous-traite le travail à une usine de fabrication de circuits imprimés étrangère, le concepteur doit contacter le fabricant en ligne et demander des limites ou des spécifications telles que comme épaisseur maximale de plaque de cuivre par minute, nombre maximal de couches, ouverture minimale et taille maximale des panneaux de PCB.

Dans cet article, nous nous concentrerons sur LE processus de fabrication des PCB, donc cet article sera utile aux concepteurs de circuits pour comprendre progressivement le processus de fabrication des PCB, afin d’éviter les erreurs de conception.

Étapes du processus de fabrication de PCB

Étape 1 : conception de PCB et fichiers GERBER

< p> Les concepteurs de circuits dessinent des schémas dans un logiciel de CAO pour la conception de circuits imprimés. Le concepteur doit se coordonner avec le fabricant de PCB sur le logiciel utilisé pour présenter la conception de PCB afin qu’il n’y ait pas de problèmes de compatibilité. Les logiciels de conception de circuits imprimés CAO les plus populaires sont Altium Designer, Eagle, ORCAD et Mentor PADS.

Une fois la conception du PCB acceptée pour la fabrication, le concepteur générera un fichier à partir de la conception acceptée par le fabricant du PCB. Ce fichier est appelé fichier GERBER. Les fichiers Gerber sont des fichiers standard utilisés par la plupart des fabricants de circuits imprimés pour afficher les composants de la disposition des circuits imprimés, tels que les couches de suivi en cuivre et les masques de soudage. Les fichiers Gerber sont des fichiers d’images vectorielles 2D. Le Gerber étendu offre une sortie parfaite.

Le logiciel dispose d’algorithmes définis par l’utilisateur/le concepteur avec des éléments clés tels que la largeur de piste, l’espacement des bords de la plaque, l’espacement des traces et des trous et la taille des trous. L’algorithme est exécuté par le concepteur pour vérifier toute erreur dans la conception. Une fois la conception validée, elle est envoyée au fabricant de PCB où elle est vérifiée pour DFM. Les contrôles DFM (Manufacturing Design) sont utilisés pour garantir des tolérances minimales pour les conceptions de PCB.

< b> Étape 2 : GERBER en photo

L’imprimante spéciale utilisée pour imprimer des photos de circuits imprimés s’appelle un traceur. Ces traceurs imprimeront des circuits imprimés sur film. Ces films sont utilisés pour imager les PCBS. Les traceurs sont très précis dans les techniques d’impression et peuvent fournir des conceptions de circuits imprimés très détaillées.

La feuille de plastique retirée du traceur est un PCB imprimé à l’encre noire. Dans le cas de la couche interne, l’encre noire représente la piste de cuivre conductrice, tandis que la partie vierge est la partie non conductrice. En revanche, pour la couche externe, l’encre noire sera gravée et la zone vierge sera utilisée pour le cuivre. Ces films doivent être stockés correctement pour éviter tout contact ou empreintes digitales inutiles.

Chaque couche a son propre film. Le masque de soudage a un film séparé. Tous ces films doivent être alignés entre eux pour dessiner l’alignement du PCB. Cet alignement PCB est obtenu en ajustant l’établi auquel le film s’adapte, et un alignement optimal peut être obtenu après un étalonnage mineur de l’établi. Ces films doivent avoir des trous d’alignement pour se tenir avec précision. La goupille de positionnement s’insère dans le trou de positionnement.

Étape 3 : Impression intérieure : photoresist et cuivre

Ces films photographiques sont maintenant imprimés sur une feuille de cuivre. La structure de base d’un PCB est en stratifié. Le matériau de base est la résine époxy et la fibre de verre appelée matériau de base. Le stratifié reçoit le cuivre qui constitue le PCB. Le substrat fournit une plate-forme puissante pour PCBS. Les deux faces sont recouvertes de cuivre. Le processus consiste à retirer le cuivre pour révéler la conception du film.

La décontamination est importante pour nettoyer les PCB des stratifiés de cuivre. Assurez-vous qu’il n’y a pas de particules de poussière sur le PCB. Sinon, le circuit peut être court ou ouvert

Un film photorésistant est maintenant utilisé. La résine photosensible est constituée de produits chimiques photosensibles qui durcissent lorsqu’un rayonnement ultraviolet est appliqué. Il faut s’assurer que le film photographique et le film photosensible correspondent exactement.

Ces films photographiques et photolithographiques sont fixés au stratifié par des broches de fixation. Maintenant, le rayonnement ultraviolet est appliqué. L’encre noire sur le film photographique bloquera la lumière ultraviolette, empêchant ainsi le cuivre en dessous et ne durcissant pas la résine photosensible sous les traces d’encre noire. La zone transparente sera soumise à la lumière UV, durcissant ainsi l’excès de photoresist qui sera éliminé.

La plaque est ensuite nettoyée avec une solution alcaline pour éliminer l’excès de résine photosensible. Le circuit imprimé va maintenant sécher.

Les PCBS peuvent désormais recouvrir les fils de cuivre utilisés pour fabriquer des pistes de circuits avec des produits anticorrosion. Si la planche est composée de deux couches, elle sera utilisée pour le perçage, sinon d’autres étapes seront effectuées.

Étape 4 : Enlevez le cuivre indésirable

Utilisez une solution de solvant de cuivre puissante pour éliminer l’excès de cuivre, tout comme une solution alcaline élimine l’excès de résine photosensible. Le cuivre sous la résine photosensible durcie ne sera pas enlevé.

La résine photosensible maintenant durcie sera retirée pour protéger le cuivre requis. Cela se fait en lavant le PCB avec un autre solvant.

Étape 5 : Alignement des couches et inspection optique

Une fois que toutes les couches ont été préparées, elles s’alignent les unes avec les autres. Cela peut être fait en estampant le trou d’enregistrement comme décrit à l’étape précédente. Les techniciens placent toutes les couches dans une machine appelée « poinçon optique ». Cette machine percera des trous avec précision.

Le nombre de couches placées et les erreurs qui se produisent ne peuvent pas être inversés.

Un détecteur optique automatique utilisera un laser pour détecter les défauts et comparer l’image numérique à un fichier Gerber.

Étape 6 : ajouter des calques et des reliures

A ce stade, toutes les couches, y compris la couche externe, sont collées ensemble. Toutes les couches seront empilées sur le substrat.

La couche externe est en fibre de verre « préimprégnée » d’une résine époxy dite préimprégnée. Le haut et le bas du substrat seront recouverts de fines couches de cuivre gravées de traces de cuivre.

Table en acier lourd avec pinces métalliques pour le collage/pressage des couches. Ces couches sont solidement fixées à la table pour éviter tout mouvement pendant l’étalonnage.

Installez la couche de préimprégné sur la table d’étalonnage, puis installez la couche de substrat dessus, puis placez la plaque de cuivre. D’autres plaques préimprégnées sont placées de la même manière, et enfin la feuille d’aluminium complète la pile.

L’ordinateur automatisera le processus de la presse, en chauffant la pile et en la refroidissant à une vitesse contrôlée.

Maintenant, les techniciens enlèveront la goupille et la plaque de pression pour ouvrir l’emballage.

Étape 7 : Percez des trous

Il est maintenant temps de percer des trous dans les PCB empilés. Les forets de précision peuvent réaliser des trous de 100 microns de diamètre avec une grande précision. Le foret est pneumatique et a une vitesse de broche d’environ 300K RPM. Mais même avec cette vitesse, le processus de perçage prend du temps, car chaque trou prend du temps pour percer parfaitement. Identification précise de la position du bit avec des identifiants basés sur les rayons X.

Les fichiers de perçage sont également générés par le concepteur de PCB à un stade précoce pour le fabricant de PCB. Ce fichier de forage détermine le mouvement infime du foret et détermine l’emplacement de la perceuse.Ces trous deviendront maintenant plaqués à travers des trous et des trous.

Étape 8 : Placage et dépôt de cuivre

Après un nettoyage soigneux, le panneau PCB est maintenant déposé chimiquement. Pendant ce temps, de fines couches (1 micron d’épaisseur) de cuivre se déposent à la surface du panneau. Le cuivre s’écoule dans le forage. Les parois des trous sont entièrement cuivrées. L’ensemble du processus de trempage et de retrait est contrôlé par un ordinateur

Étape 9 : Image de la couche externe

Comme pour la couche interne, la résine photosensible est appliquée sur la couche externe, le panneau préimprégné et le film d’encre noire reliés entre eux ont maintenant éclaté dans la pièce jaune avec une lumière ultraviolette. Photoresist durcit. Le panneau est maintenant lavé en machine pour enlever la réserve de durcissement protégée par l’opacité de l’encre noire.

Étape 10 : Placage de la couche extérieure :

Une plaque électrolytique avec une fine couche de cuivre. Après le placage de cuivre initial, le panneau est étamé pour éliminer tout cuivre laissé sur la plaque. L’étain pendant la phase de gravure empêche la partie requise du panneau d’être scellée par du cuivre. La gravure enlève le cuivre indésirable du panneau.

Étape 11 : Graver

Le cuivre et le cuivre indésirables seront retirés de la couche de réserve résiduelle. Des produits chimiques sont utilisés pour nettoyer l’excès de cuivre. L’étain, en revanche, recouvre le cuivre requis. Cela conduit enfin à la bonne connexion et à la bonne voie

Étape 12 : Application du masque de soudure

Nettoyez le panneau et l’encre de blocage de soudure époxy recouvrira le panneau. Le rayonnement UV est appliqué à la plaque à travers le film photographique du masque de soudage. La partie superposée reste non durcie et sera supprimée. Placez maintenant le circuit imprimé dans le four pour réparer le film de soudure.

Étape 13 : Traitement de surface

HASL (Hot Air Solder Leveling) offre des capacités de soudage supplémentaires pour les PCBS. RayPCB (https://raypcb.com/pcb-fabrication/) propose l’immersion en or et l’immersion en argent HASL. HASL fournit des coussinets uniformes. Il en résulte une finition de surface.

Étape 14 : Sérigraphie

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Les PCB sont en phase finale et acceptent l’impression/écriture jet d’encre sur la surface. Ceci est utilisé pour représenter des informations importantes liées au PCB.

Étape 15 : Test électrique

La dernière étape est le test électrique du PCB final. Le processus automatique vérifie que la fonctionnalité du PCB correspond à la conception d’origine. Chez RayPCB, nous proposons des tests à l’aiguille volante ou des tests de lit d’ongle.

Étape 16 : Analyser

La dernière étape consiste à découper la plaque du panneau d’origine. Le routeur est utilisé à cette fin en créant de petites étiquettes le long des bords de la planche afin que la planche puisse être facilement éjectée du panneau.