Circuito stampato (PCB) sono la pietra angolare di quasi tutti i dispositivi elettronici. Questi fantastici PCB possono essere trovati in molti dispositivi elettronici avanzati e di base, inclusi telefoni Android, laptop, computer, calcolatrici, smartwatch e altro ancora. In un linguaggio molto semplice, un PCB è una scheda che instrada segnali elettronici in un dispositivo, il che determina le prestazioni elettriche e i requisiti del dispositivo impostati dal progettista.

Il PCB è costituito da un substrato in materiale FR-4 e percorsi in rame in tutto il circuito con segnali in tutta la scheda.

Prima della progettazione PCB, il progettista di circuiti elettronici deve visitare l’officina di produzione PCB per comprendere appieno la capacità e i limiti della produzione PCB. Strutture. Questo è importante perché molti progettisti di PCB non sono consapevoli dei limiti delle strutture di produzione di PCB e quando inviano un documento di progettazione a un negozio/impianto di produzione di PCB, restituiscono e richiedono modifiche per soddisfare la capacità/i limiti del processo di produzione di PCB. Tuttavia, se il progettista di circuiti lavora per un’azienda che non dispone di un negozio di produzione PCB interno e l’azienda esternalizza il lavoro a un impianto di produzione PCB estero, il progettista deve contattare il produttore online e chiedere limiti o specifiche come come spessore massimo della lastra di rame al minuto, numero massimo di strati, apertura minima e dimensione massima dei pannelli PCB.

In questo documento, ci concentreremo sul processo di produzione dei PCB, quindi questo documento sarà utile ai progettisti di circuiti per comprendere gradualmente il processo di produzione dei PCB, per evitare errori di progettazione.

Fasi del processo di produzione di PCB

Passaggio 1: progettazione PCB e file GERBER

< p> I progettisti di circuiti disegnano diagrammi schematici nel software CAD per la progettazione di layout PCB. Il progettista deve coordinarsi con il produttore del PCB in merito al software utilizzato per disporre il progetto del PCB in modo che non vi siano problemi di compatibilità. Il software di progettazione CAD PCB più popolare è Altium Designer, Eagle, ORCAD e Mentor PADS.

Dopo che il progetto del PCB è stato accettato per la produzione, il progettista genererà un file dal progetto accettato dal produttore del 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 del PCB, come gli strati di tracciamento in rame e le maschere di saldatura. I file Gerber sono file di immagini vettoriali 2D. Il Gerber esteso fornisce un output perfetto.

Il software dispone di algoritmi definiti dall’utente/progettista con elementi chiave come la larghezza della pista, la spaziatura del bordo della piastra, la spaziatura della traccia e dei fori e la dimensione del foro. L’algoritmo viene eseguito dal progettista per verificare eventuali errori nella progettazione. Dopo che il progetto è stato convalidato, viene inviato al produttore del PCB dove viene controllato per DFM. I controlli DFM (Manufacturing Design) vengono utilizzati per garantire tolleranze minime per i progetti PCB.

< b> Passaggio 2: GERBER alla foto

La stampante speciale utilizzata per stampare le foto PCB è chiamata plotter. Questi plotter stamperanno circuiti stampati su pellicola. Questi film sono usati per l’immagine dei PCB. I plotter sono molto accurati nelle tecniche di stampa e possono fornire progetti PCB altamente dettagliati.

Il foglio di plastica rimosso dal plotter è un PCB stampato con inchiostro nero. Nel caso dello strato interno, l’inchiostro nero rappresenta la pista di rame conduttiva, mentre la parte vuota è la parte non conduttiva. D’altra parte, per lo strato esterno, l’inchiostro nero verrà inciso e l’area vuota verrà utilizzata per il rame. Queste pellicole devono essere conservate correttamente per evitare contatti o impronte digitali non necessari.

Ogni strato ha il suo film. La maschera di saldatura ha un film separato. Tutti questi film devono essere allineati insieme per disegnare l’allineamento del PCB. Questo allineamento del PCB si ottiene regolando il banco di lavoro su cui si adatta la pellicola e l’allineamento ottimale può essere ottenuto dopo una piccola calibrazione del banco di lavoro. Questi film devono avere fori di allineamento per tenersi l’un l’altro con precisione. Il perno di posizionamento si inserirà nel foro di posizionamento.

Passaggio 3: stampa interna: fotoresist e rame

Queste pellicole fotografiche sono ora stampate su lamina di rame. La struttura di base di un PCB è in laminato. Il materiale del nucleo è resina epossidica e fibra di vetro chiamata materiale di base. Il laminato riceve il rame che compone il PCB. Il substrato fornisce una potente piattaforma per PCB. Entrambi i lati sono ricoperti di rame. Il processo prevede la rimozione del rame per rivelare il design del film.

La decontaminazione è importante per pulire i PCB dai laminati di rame. Assicurati che non ci siano particelle di polvere sul PCB. In caso contrario, il circuito potrebbe essere corto o aperto

La pellicola Photoresist è ora utilizzata. Il fotoresist è composto da sostanze chimiche fotosensibili che si induriscono quando vengono applicate le radiazioni ultraviolette. È necessario assicurarsi che la pellicola fotografica e la pellicola fotoresist corrispondano esattamente.

Queste pellicole fotografiche e fotolitografiche sono fissate al laminato mediante perni di fissaggio. Ora viene applicata la radiazione ultravioletta. L’inchiostro nero sulla pellicola fotografica bloccherà la luce ultravioletta, impedendo così il rame sottostante e non indurendo il fotoresist sotto le tracce di inchiostro nero. L’area trasparente sarà sottoposta a luce UV, indurendo così il fotoresist in eccesso che verrà rimosso.

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

I PCB ora possono coprire i fili di rame utilizzati per realizzare le piste dei circuiti con repellenti contro la corrosione. Se la scheda è a due strati, verrà utilizzata per la perforazione, altrimenti verranno eseguiti più passaggi.

Passaggio 4: rimuovere il rame indesiderato

Utilizzare una potente soluzione di solvente al rame per rimuovere il rame in eccesso, proprio come una soluzione alcalina rimuove il fotoresist in eccesso. Il rame sotto il fotoresist indurito non verrà rimosso.

Il fotoresist ora indurito verrà rimosso per proteggere il rame richiesto. Questo viene fatto lavando via il PCB con un altro solvente.

Passaggio 5: allineamento dei livelli e ispezione ottica

Dopo che tutti gli strati sono stati preparati, si allineano tra loro. Questo può essere fatto timbrando il foro di registrazione come descritto nel passaggio precedente. I tecnici posizionano tutti gli strati in una macchina chiamata “punch ottico”. Questa macchina eseguirà i fori con precisione.

Il numero di livelli posizionati e gli errori che si verificano non possono essere invertiti.

Un rilevatore ottico automatico utilizzerà un laser per rilevare eventuali difetti e confrontare l’immagine digitale con un file Gerber.

Passaggio 6: aggiungi livelli e associazioni

In questa fase, tutti gli strati, compreso lo strato esterno, sono incollati insieme. Tutti gli strati verranno impilati sopra il substrato.

Lo strato esterno è in fibra di vetro “preimpregnato” con una resina epossidica detta preimpregnata. La parte superiore e inferiore del substrato saranno ricoperte da sottili strati di rame incisi con linee di traccia di rame.

Tavolo in acciaio pesante con morsetti in metallo per incollare/pressare strati. Questi strati sono fissati saldamente al tavolo per evitare movimenti durante la calibrazione.

Installare lo strato di preimpregnato sul tavolo di calibrazione, quindi installare lo strato di substrato su di esso e quindi posizionare la piastra di rame. Altre lastre preimpregnate vengono posizionate in modo simile e infine il foglio di alluminio completa la pila.

Il computer automatizzerà il processo della pressa, riscaldando la pila e raffreddandola a una velocità controllata.

Ora i tecnici rimuoveranno il perno e la piastra di pressione per aprire la confezione.

Passaggio 7: praticare i fori

Ora è il momento di praticare i fori nei PCB impilati. Le punte da trapano di precisione possono raggiungere fori di diametro di 100 micron con alta precisione. La punta è pneumatica e ha una velocità del mandrino di circa 300K RPM. Ma anche con quella velocità, il processo di perforazione richiede tempo, perché ogni foro richiede tempo per perforare perfettamente. Identificazione accurata della posizione del bit con identificatori basati su raggi X.

Anche i file di perforazione vengono generati dal progettista di PCB in una fase iniziale per il produttore di PCB. Questo file di trapano determina il movimento minuto della punta e determina la posizione del trapano.Questi fori verranno ora placcati attraverso fori e fori.

Passaggio 8: placcatura e deposizione di rame

Dopo un’accurata pulizia, il pannello PCB è ora depositato chimicamente. Durante questo tempo, sulla superficie del pannello si depositano sottili strati (spessore 1 micron) di rame. Il rame scorre nel pozzo. Le pareti dei fori sono completamente ramate. L’intero processo di immersione e rimozione è controllato da un computer

Passaggio 9: immagine dello strato esterno

Come per lo strato interno, il fotoresist viene applicato allo strato esterno, il pannello preimpregnato e il film di inchiostro nero collegati insieme sono ora esplosi nella stanza gialla con luce ultravioletta. Il fotoresist si indurisce. Il pannello viene ora lavato a macchina per rimuovere il resist di indurimento protetto dall’opacità dell’inchiostro nero.

Passaggio 10: placcatura dello strato esterno:

Una lastra elettrolitica con un sottile strato di rame. Dopo la ramatura iniziale, il pannello viene stagnato per rimuovere l’eventuale rame rimasto sulla piastra. Lo stagno durante la fase di attacco impedisce che la porzione richiesta del pannello venga sigillata dal rame. L’incisione rimuove il rame indesiderato dal pannello.

Passaggio 11: incidere

Il rame e il rame indesiderati verranno rimossi dallo strato di resist residuo. I prodotti chimici sono usati per pulire il rame in eccesso. Lo stagno, d’altra parte, copre il rame richiesto. Ora porta finalmente alla connessione e alla traccia corrette

Passaggio 12: applicazione della maschera di saldatura

Pulisci il pannello e l’inchiostro bloccante per saldatura epossidica coprirà il pannello. La radiazione UV viene applicata alla lastra attraverso la pellicola fotografica della maschera di saldatura. La parte sovrapposta rimane non indurita e verrà rimossa. Ora posiziona il circuito nel forno per riparare il film di saldatura.

Passaggio 13: trattamento superficiale

HASL (Hot Air Solder Leveling) fornisce funzionalità di saldatura aggiuntive per PCB. RayPCB (https://raypcb.com/pcb-fabrication/) offre HASL per immersione in oro e immersione in argento. HASL fornisce pastiglie uniformi. Ciò si traduce in finitura superficiale.

Passaggio 14: serigrafia

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I PCB sono nella fase finale e accettano la stampa/scrittura a getto d’inchiostro sulla superficie. Questo è usato per rappresentare informazioni importanti relative al PCB.

Passaggio 15: test elettrico

La fase finale è il test elettrico del PCB finale. Il processo automatico verifica la funzionalità del PCB in modo che corrisponda al design originale. In RayPCB, offriamo test con aghi volanti o test del letto ungueale.

Passaggio 16: analizzare

Il passaggio finale consiste nel tagliare la lastra dal pannello originale. Il router viene utilizzato per questo scopo creando piccole etichette lungo i bordi della scheda in modo che la scheda possa essere facilmente espulsa dal pannello.