Come vengono prodotti i circuiti stampati

La fabbricazione di PCB comporta la conversione di file di progettazione, inclusi Gerber e netlist, in circuiti stampati fisici su cui i componenti possono essere posizionati e saldati.

Il processo di produzione inizia con i file di output del progetto (Gerber, netlist, file drill, ecc.). Questi file di output vengono generati durante la fase di progettazione, compreso lo sviluppo di concetti di prodotto, l'input schematico, la progettazione del layout e la generazione di file. La fase successiva comprende la fabbricazione e l'assemblaggio dei circuiti stampati.

Il diagramma di flusso seguente mostra i passaggi coinvolti nella fabbricazione di PCB.

A. File di output del progetto e della scheda

Dopo aver ricevuto i file di progettazione dal progettista PCB, la produzione inizia rapidamente. I progettisti creano file di output in formato Gerber o ODB plus plus per la produzione e creano distinte base (BOM) per l'assemblaggio.

I produttori eseguono ispezioni DFM per identificare potenziali rischi ed errori che possono sorgere nel processo di produzione. I progettisti/clienti vengono avvisati se qualcosa va storto. Il file corretto viene quindi inserito in un sistema CAM (Computer Aided Manufacturing) per riconoscere il formato degli strati grafici, i dati dei fori, la netlist IPC e convertire i dati elettronici in un'immagine. Verifica anche l'ordine dei livelli, esegue i controlli delle regole di progettazione (DRC) e fa molte altre cose.

Tutti i livelli vengono analizzati utilizzando un file Gerber come input. Anche il piano di accatastamento procederà di conseguenza. Successivamente, CAM creerà i file di output per i vari reparti di produzione. I file di output includono programmi di perforazione (fori secondari e principali), livelli di imaging, output di file di solder mask, file di instradamento e netlist IPC.

B. Imaging dello strato interno

I produttori utilizzano principalmente LDI (Laser Direct Imaging) a causa della miniaturizzazione. Hanno anche usato una stampante speciale chiamata plotter, che produceva pellicole fotografiche di strati di circuiti, maschere di saldatura e strati di serigrafia per stampare immagini di circuiti. Il pannello è costituito da una pellicola fotosensibile chiamata fotoresist. I fotoresist includono uno strato di sostanze chimiche fotoreattive che polimerizzano all'esposizione alla luce ultravioletta. Il pannello è ora sotto un laser controllato da computer. Il computer esegue la scansione della superficie del circuito stampato e lo converte in un'immagine digitale. Questa immagine digitale viene abbinata a un file di progettazione CAD/CAM precaricato contenente le specifiche dell'immagine richieste. Allo stesso modo, sullo strato interno si forma un'immagine negativa.

Il flusso di processo di LDI è mostrato nella figura seguente:

Dopo aver sviluppato l'immagine, il fotoresist non indurito (il rame necessario per la protezione) viene rimosso con una soluzione alcalina.

C. Acquaforte

Nella produzione di PCB, l'incisione è il processo di rimozione del rame (Cu) indesiderato dalla scheda. Il rame indesiderato non è altro che rame senza circuito. Come risultato, si ottiene uno schema circuitale desiderato.

I produttori di circuiti stampati in genere utilizzano processi di incisione a umido. Nell'incisione a umido, i materiali indesiderati si dissolvono se immersi in soluzioni chimiche.

Parametri importanti da considerare durante il processo di incisione sono la velocità con cui il pannello viene spostato, lo spruzzo di sostanze chimiche e la quantità di rame da incidere. L'intero processo viene eseguito in una camera di nebulizzazione ad alta pressione del tipo a trasportatore.

D. Rimozione del fotoresist

Durante questo processo, il fotoresist rimanente viene inciso via dal rame. Il processo prevede l'utilizzo di un risciacquo con acqua ad alta pressione per dissolvere le particelle corrosive (agenti chimici) nell'acqua, che distruggono il fotoresist.

E. Punzone dopo ispezione e incisione

Con tutti gli strati puliti e pronti, il produttore si assicura di perforare i fori di allineamento utilizzando gli obiettivi forniti sugli strati interni per un migliore allineamento da strato a strato. Gli strati vengono posizionati in un punzone ottico per ottenere un preciso allineamento dello strato interno ed esterno.

L'ispezione in questo metodo viene eseguita scansionando visivamente la superficie del circuito stampato. Il circuito stampato è illuminato da varie sorgenti luminose, per le quali vengono utilizzate una o più telecamere ad alta definizione. Questo è il modo in cui un sistema AOI (Automated Optical Inspection) costruisce un'immagine completa della scheda per la verifica.

F. Rivestimento in ossido bruno

Qui, il motivo del circuito in rame è rivestito con ossido marrone per prevenire l'ossidazione e la corrosione degli strati interni dopo la laminazione. Inoltre, fornisce migliori proprietà di incollaggio per l'incollaggio con i prepreg.

G. Laminazione

La laminazione è il processo di incollaggio di prepreg, lamina di rame e anima interna in una pila simmetrica a temperatura e pressione controllate. È un processo in due fasi:

Preparazione dell'impilamento

Incollaggio

I pannelli multistrato sono realizzati con lamina di rame, prepreg e anima interna. Questi sono tenuti insieme applicando calore e pressione. Per una migliore adesione si utilizzano presse meccaniche sia per la pressatura a caldo che a freddo. Il computer del bonder gestisce il processo di riscaldamento della pila, applicando pressione e consentendo alla pila di raffreddarsi a una velocità controllata.

Il diagramma seguente riassume il processo LDI:

H. Perforazione

Durante il processo di perforazione, praticare fori per fori passanti e componenti di piombo. Il trapano a raggi X individua il bersaglio nello strato interno. La macchina esegue con precisione i fori pilota. La macchina è controllata da computer, dove l'operatore può selezionare uno specifico programma di foratura. Posiziona le coordinate XY nella direzione corretta. Possono essere praticati fori fino a 100 micron di diametro. La macchina può anche selezionare la punta della dimensione corretta ed eseguire di conseguenza.

I fori di perforazione creano estremità rialzate di metallo comunemente chiamate sbavature. Il processo di sbavatura rimuove eventuali sbavature o impurità dalla superficie del circuito stampato.

1. Placcatura in rame per elettrolisi

Il primo passaggio nel processo di galvanica consiste nel rendere conduttivo il cilindro del foro depositando chimicamente uno strato molto sottile di rame sulle pareti del foro. Questo processo è chiamato ramatura chimica. La reazione è iniziata da un catalizzatore. Dopo un'accurata pulizia, i pannelli passano attraverso un bagno chimico continuo. Uno strato di rame di circa {{0}}, da 08 a 0,1 micron di spessore viene depositato sul cilindro del foro e sulla superficie del pannello.

J. Imaging dello strato esterno

Utilizziamo il fotoresist sul pannello per l'imaging dello strato interno. Allo stesso modo, lo strato esterno del pannello verrà ripreso utilizzando un'immagine positiva. Qui, il processo segue il metodo di incisione della lastra di stampa. Il primo passaggio prevede la pulizia del pannello per evitare che la contaminazione e le particelle di polvere aderiscano al pannello. Successivamente, uno strato di fotoresist viene applicato al pannello. Successivamente, LDI viene utilizzato per stampare l'immagine.

K. placcatura in rame

In questa fase, i fori e le superfici vengono galvanizzati con rame. Il pannello viene caricato nello stick di volo dall'operatore. Il pannello funge da catodo per la galvanica dei fori e delle superfici, poiché i fori hanno depositato un sottile strato di rame conduttivo, pronto per la galvanica. È fatto dalla linea di placcatura automatica. Prima della galvanica, i pannelli vengono puliti e attivati ​​in più bagni. Ogni set di pannelli è controllato da computer per garantire che rimangano in ogni vasca per un periodo di tempo preciso e specifico. Tipicamente, nel cilindro del foro viene depositato rame dello spessore di 1 mil.

Dopo la placcatura in rame, segue la stagnatura. La stagnatura è usata come resist. Previene la corrosione delle caratteristiche della superficie come i cuscinetti in rame, i cuscinetti dei fori e le pareti dei fori durante l'incisione dello strato esterno.

L. Rimozione del fotoresist

Una volta che il pannello è placcato, il fotoresist diventa indesiderabile e deve essere rimosso dal pannello per esporre il rame indesiderato. Qui viene utilizzata una linea continua per dissolvere e lavare via il resist che copre il rame indesiderato. Questa è la prima fase del processo lift-etch-stripping.

M. Incisione finale

In questa fase, il rame esposto indesiderato viene rimosso utilizzando un mordenzante di ammoniaca. Allo stesso tempo, lo stagno può contenere il rame desiderato. A questo punto, le aree conduttive e le connessioni sono correttamente stabilite.

N. Stagno stripping

Dopo l'attacco, lo strato di stagno sulle tracce di rame verrà rimosso. L'acido nitrico concentrato viene utilizzato per rimuovere lo stagno, non danneggerà le piste del circuito di rame sotto di esso. Ciò si traduce in tracce di rame chiare e distinte sul PCB.

O. Applicazione della maschera di saldatura

La maschera per saldatura ha i seguenti usi:

Fornisce resistenza di isolamento per le tracce.

Distinguere le aree saldabili e non saldabili.

Fornisce protezione dalle condizioni ambientali coprendo le aree non saldabili con l'inchiostro.

Le maschere LPI (Liquid Photo Imaging) combinano solventi con polimeri per formare un rivestimento sottile che aderisce a diverse superfici dei circuiti stampati. La stampante esegue l'immagine del pannello rivestito. La luce UV nella macchina indurisce l'inchiostro nelle aree chiare. Successivamente, rimuovere tutto il resist non indurito dal pannello di imaging.

L'indurimento LPI (asciugatura) combina l'inchiostro con il dielettrico. Facilita l'adesione della solder mask. L'ultima fase di cottura avviene in forno o sotto una fonte di calore ad infrarossi.

Il verde è stato scelto come tipico colore della maschera di saldatura perché non affatica gli occhi. Prima che le macchine possano ispezionare i PCB durante la produzione e l'assemblaggio, tutte le ispezioni vengono eseguite manualmente. Le luci dall'alto che i tecnici usano per ispezionare i circuiti stampati non vengono riflesse dalla maschera di saldatura verde, rendendole più sicure per i loro occhi.

P. Finitura superficiale

La finitura PCB è la connessione metallo-metallo tra rame nudo e componenti nell'area saldabile del circuito stampato. La superficie in rame del substrato di un circuito stampato è suscettibile all'ossidazione senza un rivestimento protettivo. Pertanto, l'applicazione della finitura superficiale è fondamentale per proteggerla dall'ossidazione. Inoltre, prepara i componenti per la saldatura alla scheda durante l'assemblaggio e prolunga la durata di conservazione della scheda.

Esistono vari tipi di trattamenti superficiali. Tuttavia, le finiture superficiali senza piombo sono ampiamente utilizzate a causa delle rigide specifiche RoHS.

Fattori come il costo, l'ambiente, la selezione dei componenti, la durata di conservazione e la resa devono essere considerati quando si sceglie una finitura.

D. Serigrafia

In questo processo, viene utilizzato un proiettore a getto d'inchiostro per visualizzare la legenda direttamente dai dati digitali del circuito stampato. L'inchiostro viene serigrafato (spalmato) sulla superficie del pannello utilizzando una stampante a getto d'inchiostro. Il pannello viene quindi cotto per polimerizzare l'inchiostro. Specifica diversi tipi di testo come numeri di parte, nomi, codici, loghi, ecc.

Esistono tre metodi di stampa:

Serigrafia manuale

Stampa diretta della legenda

R. Prova elettrica

E-test sta per test elettrico del circuito stampato nudo. In questa fase, utilizzare una sonda elettronica per controllare ogni circuito stampato smontato per cortocircuiti, interruzioni, resistenza, capacità e altre caratteristiche elettriche di base. E-test verifica la conducibilità della scheda rispetto al file netlist. La netlist contiene informazioni sui modelli di interconnessione conduttiva del PCB.

Implementa il test del letto di chiodi e della sonda volante per testare la funzionalità.

Test con sonda volante

Il collaudo con sonda volante utilizza una sonda che si sposta da un punto all'altro secondo le istruzioni fornite da un software specifico. Questo è un metodo di test senza fixture. All'inizio, viene generato un programma di test con sonda volante (FPT) e quindi caricato nel tester FPT. Il tester applica segnali elettrici e potenza ai punti della sonda, che vengono quindi misurati secondo la procedura di test.

Letto di chiodi

Il letto d'aghi è il metodo tradizionale per il collaudo elettrico delle tavole nude. Richiede la creazione di un modello di test con pin allineati con le posizioni di test sul PCB. Il processo è veloce e adatto a sistemi di produzione su larga scala.

S. Analisi e punteggio v

I circuiti stampati vengono sagomati e tagliati dai pannelli di produzione nella fase di produzione finale. Il metodo utilizzato consiste nell'utilizzare un foro per palo o una fessura a forma di V. Le scanalature a V tagliano canali diagonali su entrambi i lati della tavola, mentre i buchi lasciano scanalature laterali lungo il bordo. In ogni caso le schede possono essere semplicemente espulse dal pannello.