Introduction
Les PCB (circuits imprimés) constituent la base des appareils électroniques contemporains, des appareils portables comme les téléphones portables aux technologies spatiales avancées. Ils sont essentiels pour connecter les composants électroniques et leur fournir une plateforme stable pour leur fonctionnement. La fabrication de PCB est un processus complexe comportant plusieurs étapes complexes, chacune cruciale et exigeant une attention méticuleuse aux détails pour garantir des circuits imprimés sans défaut. Le processus commence par les phases de conception et de validation, utilisant conception assistée par ordinateur (CAO) outils pour Conception de circuits imprimés, et se poursuit jusqu'à la fabrication de la carte. Pour améliorer l'efficacité et réduire le risque d'erreur humaine, des techniques assistées par ordinateur et par machine sont mises en œuvre pour éviter les circuits incomplets ou les courts-circuits. Pour garantir une qualité élevée, les cartes sont soumises à des tests rigoureux à différentes étapes de la fabrication, y compris les tests finaux une fois terminées, avant d'être emballées et expédiées.
Processus de fabrication de circuits imprimés : étape par étape
Étape 1 : Conception du PCB
La première étape de la fabrication d'un circuit imprimé (PCB) est sa conception. La fabrication et la conception d'un circuit imprimé commencent toujours par un plan. Le concepteur établit un plan du circuit imprimé répondant à toutes les exigences requises. Une fois le plan de conception encodé par le logiciel, tous les aspects et composants de la conception sont vérifiés à nouveau pour s'assurer de l'absence d'erreurs.
Une fois l'inspection du concepteur terminée, le circuit imprimé finalisé est envoyé à un atelier de fabrication pour sa fabrication. À son arrivée, le plan de conception du circuit imprimé est soumis à une deuxième vérification par le fabricant, appelée « contrôle de qualité ». Conception pour la fabrication (DFM) vérifier. Un contrôle DFM approprié confirme que la conception du PCB respecte, au moins, les tolérances requises pour la fabrication.
Étape 2 : Imprimer la conception du circuit imprimé
Une fois toutes les vérifications effectuées avec succès, le Conception de PCB Peut être imprimé. Contrairement à d'autres plans, comme les dessins d'architecture, les plans de circuits imprimés ne s'impriment pas sur une feuille de papier ordinaire de 8.5 x 11 pouces. On utilise plutôt une imprimante spéciale, appelée traceur. Ce traceur développe un « film » du circuit imprimé. Il s'agit en fait d'un négatif photo de la carte elle-même.
Les couches intérieures du PCB sont caractérisées par deux couleurs d'encre :
Encre transparente : désigne les zones non conductrices du PCB, telles que la base en fibre de verre.
Encre noire : utilisée pour les circuits et les traces de cuivre du PCB
Sur les couches extérieures de la conception du PCB, cette tendance est inversée, l'encre noire fait également référence aux zones où le cuivre sera retiré et l'encre claire fait référence à la ligne de chemins de cuivre.
Chaque couche de PCB et le masque de soudure qui l'accompagne reçoivent leur propre film, donc un simple PCB à deux couches Il faut quatre feuilles : une pour chaque couche et une pour le masque de soudure associé. Une fois le film imprimé, elles sont alignées et un trou, appelé trou de repérage, est percé. Ce trou sert de guide pour aligner les films ultérieurement.
Étape 3 : Imprimer le cuivre pour les couches intérieures
Cette étape est la première étape du processus où le Fabricant de PCB Le développement du circuit imprimé commence. Une fois le design imprimé sur un stratifié, du cuivre est pré-collé sur ce même stratifié, contribuant ainsi à la structure du circuit imprimé. Le cuivre est ensuite imprimé pour révéler le plan initial.
Le panneau stratifié est ensuite recouvert d'un film photosensible appelé « résine ». Cette résine est constituée d'une couche de produits chimiques photoréactifs qui durcissent après exposition aux ultraviolets. Elle permet aux techniciens d'obtenir une correspondance parfaite entre les photos du plan et l'impression sur la résine.
Lorsque la résine et le stratifié sont alignés grâce aux trous précédemment percés, ils reçoivent un rayonnement ultraviolet. Ce rayonnement traverse les parties translucides du film, durcissant la résine. Cela permet d'identifier les zones de cuivre destinées à servir de passages. À l'inverse, l'encre noire empêche la lumière d'atteindre les zones non durcies, qui peuvent ensuite être retirées.
Une fois la carte préparée, elle est lavée avec une solution alcaline pour éliminer les résidus de résine photosensible. La carte est ensuite lavée sous pression pour éliminer tout résidu en surface, puis laissée à sécher. Après le séchage, la seule résine qui doit rester sur le circuit imprimé est celle qui recouvre le cuivre qui reste intégré au circuit imprimé une fois celui-ci détaché. Un technicien examine les circuits imprimés pour s'assurer qu'ils ne présentent aucune erreur. Si aucune erreur n'est détectée, l'étape suivante est franchie.
Étape 4 : Évitez le cuivre inutile
L'étape suivante du processus de fabrication des PCB consiste à éliminer le cuivre indésirable. Tout comme la solution alcaline utilisée précédemment, un autre produit chimique puissant est utilisé pour ronger le cuivre non recouvert de résine photosensible. Une fois le cuivre non protégé éliminé, la résine photosensible durcie précédemment doit également être retirée.
Remarque : lorsqu'il s'agit d'éliminer le cuivre indésirable de votre PCB, les cartes plus lourdes peuvent nécessiter une exposition plus importante au solvant ou davantage de solvant à base de cuivre.
Étape 5 : Inspection et alignement des couches
Une fois les couches du circuit imprimé nettoyées individuellement, elles sont prêtes pour une inspection optique et un alignement. Les trous précédemment réalisés servent à aligner les couches externes et internes. Un technicien place les couches sur une machine à poinçonner optique pour les aligner. Cette machine enfonce ensuite une broche dans les trous pour positionner les couches du circuit imprimé.
Après le poinçonnage optique, une autre machine effectue une inspection optique pour vérifier l'absence de défauts. Cette inspection est essentielle car une fois les couches assemblées, les erreurs éventuelles sont irrémédiables. Pour confirmer l'absence de défauts, la machine AOI compare le circuit imprimé à inspecter avec le modèle Gerber étendu, qui sert de modèle au fabricant.
Une fois que le PCB a passé l'inspection (c'est-à-dire que ni le technicien ni la machine AOI n'ont trouvé de défauts), on passe aux dernières étapes de la fabrication du PCB.
Étape 6 : Stratifier les couches du PCB
À ce stade du processus de fabrication des circuits imprimés, les couches sont assemblées, en attente de laminage. Une fois l'absence de défaut confirmée, elles sont prêtes à être fusionnées. Le processus de laminage des circuits imprimés se déroule en deux étapes : la superposition et la stratification.
À l'extérieur du circuit imprimé se trouvent des pièces de fibre de verre pré-enduites/pré-imprégnées de résine époxy. Le substrat d'origine est également recouvert d'une fine feuille de cuivre contenant les gravures des pistes de cuivre. Une fois les couches externe et interne prêtes, il est temps de les assembler.
L'insertion de ces couches s'effectue à l'aide de pinces métalliques sur une table de presse spéciale. Chaque couche est fixée sur la table à l'aide d'une goupille spéciale. Le technicien chargé du laminage commence par déposer une couche de résine époxy pré-imprégnée dans le bac d'alignement de la table. Une couche de substrat est ensuite déposée sur la résine pré-imprégnée, suivie d'une couche de feuille de cuivre. Cette feuille de cuivre est ensuite suivie d'autres feuilles de résine pré-imprégnée, qui sont ensuite complétées par une plaque de presse en cuivre.
Une fois la plaque de presse en cuivre en place, l'empilement est prêt à être pressé. Le technicien le place sur une presse mécanique et presse les couches ensemble. Au cours de ce processus, des broches sont ensuite enfoncées dans l'empilement pour garantir leur bonne fixation.
Si les couches sont correctement fixées, l'empilement de circuits imprimés est acheminé vers la presse suivante, une presse de laminage. Cette presse utilise deux plaques chauffantes pour appliquer pression et chaleur à l'empilement de couches. La chaleur des plaques fait généralement fondre l'époxy à l'intérieur du préimprégné. Cette fusion, combinée à la pression de la presse, fusionne les couches du circuit imprimé.
Une fois les couches du circuit imprimé pressées ensemble, une petite étape de déballage est nécessaire. Le technicien doit retirer les broches et la plaque de pressage supérieure précédemment installées, ce qui lui permet ensuite de retirer le circuit imprimé lui-même.
Étape 7: forage
Avant le perçage, un appareil à rayons X est utilisé pour localiser les points de perçage. Des trous de guidage/d'enregistrement sont ensuite percés afin de protéger l'empilement de circuits imprimés avant le perçage des trous plus précis. Au moment de percer ces trous, une perceuse guidée par ordinateur est utilisée, en utilisant le fichier de conception comme guide.
Une fois le perçage terminé, tout cuivre supplémentaire restant sur les bords est limé.
Étape 8 : placage de PCB
Une fois le panneau percé, il est prêt à être plaqué. Ce procédé utilise un produit chimique pour fusionner les différentes couches du circuit imprimé. Après un nettoyage minutieux, le circuit imprimé est baigné dans une série de produits chimiques. Ce bain recouvre le panneau d'une couche de cuivre de quelques microns d'épaisseur, déposée sur la couche supérieure et dans les trous fraîchement percés. Avant que les trous ne soient entièrement remplis de cuivre, ils exposent simplement le substrat en fibre de verre qui constitue l'intérieur du panneau. Le bain de cuivre recouvre les parois des trous précédemment percés.
Étape 9 : Imagerie et placage de la couche externe
Au début du processus (étape 3), une résine photosensible a été appliquée sur le panneau du circuit imprimé. Il est maintenant temps d'appliquer une autre couche de résine photosensible. Cette fois, la résine photosensible est appliquée uniquement sur la couche extérieure, car elle doit encore être imagée. Une fois les couches extérieures recouvertes de résine photosensible et imagées, elles sont plaquées de la même manière que les couches intérieures du circuit imprimé à l'étape précédente. Cependant, bien que le processus soit identique, les couches extérieures sont étamées pour protéger le cuivre de la couche extérieure.
Étape 10 : La dernière gravure
Lors de la gravure finale de la couche externe, la protection en étain est utilisée pour protéger le cuivre pendant le processus de gravure. Tout cuivre indésirable est éliminé à l'aide du même solvant pour cuivre que celui mentionné précédemment, l'étain protégeant le précieux cuivre de la zone de gravure.
Une fois tout le cuivre indésirable retiré, les connexions du PCB ont été correctement établies et il est prêt pour le masquage de soudure.
Étape 11 : Appliquer le masque de soudure
Pour que les panneaux soient parfaitement prêts à recevoir le masque de soudure, ils doivent être nettoyés. Une fois les panneaux nettoyés, une encre époxy est appliquée ainsi qu'un film de masque de soudure. Les cartes sont ensuite traitées au jet d'ultraviolets pour marquer certaines zones du masque de soudure à retirer.
Une fois les morceaux inutiles de masque de soudure complètement retirés, le PCB est placé dans un four et chauffé afin que le masque de soudure durcisse.
Étape 12 : Terminer le PCB et la sérigraphie
Dans le cadre du processus de finition, le PCB est plaqué d'argent, d'or ou de HASL afin que les composants puissent être soudés aux pastilles créées et protéger le cuivre.
Après avoir été plaqué argent ou or, le circuit imprimé est sérigraphié. Ce procédé permet d'imprimer toutes les informations actives sur le circuit imprimé, telles que les numéros d'identification de l'entreprise, les marques du fabricant et les étiquettes d'avertissement.
Une fois que le PCB a été plaqué et sérigraphié avec les informations correctes, il peut être envoyé à l'étape de durcissement finale.
Étape 13 : Test de fiabilité de l'électricité
Une fois le circuit imprimé revêtu et durci (si nécessaire), un technicien effectue une batterie de tests électriques sur les différentes zones du circuit imprimé afin de garantir son bon fonctionnement. Les principaux tests effectués sont les tests d'isolement et de continuité du circuit. Le test de continuité du circuit vérifie l'absence d'interruptions dans le circuit imprimé, appelées « coupures ». Le test d'isolement du circuit, quant à lui, vérifie les valeurs d'isolement des différents composants du circuit imprimé afin de détecter d'éventuels courts-circuits. Si les tests électriques servent principalement à garantir le bon fonctionnement, ils permettent également de vérifier la résistance de la conception initiale du circuit imprimé au processus de fabrication.
D'autres tests permettent de déterminer si un circuit imprimé est parfaitement fonctionnel. L'un des principaux tests utilisés à cet effet est le test du « lit de clous ». Lors de ce test, de nombreux ressorts sont fixés aux points de test du circuit imprimé. Ces ressorts soumettent ensuite ces points de test à une pression pouvant atteindre 200 grammes afin de vérifier la résistance du circuit imprimé à un contact à haute pression.
Si le PCB a complètement réussi ses tests de fiabilité électrique et tous les autres tests que le fabricant choisit de mettre en œuvre, il peut passer à l'étape suivante : la découpe.
Étape 14 : Découpe et profilage
La dernière étape du processus de fabrication d'un circuit imprimé est la découpe et le rainurage. Cela implique de découper les différents circuits imprimés du panneau d'origine. Il existe deux méthodes pour découper les circuits imprimés à partir de leurs panneaux d'origine :
En utilisant une rainure en V, qui coupe un canal diagonal le long des côtés de la planche
À l'aide d'un routeur ou d'une machine CNC, qui découpe de petites languettes sur les bords du PCB.
Dans tous les cas, votre PCB pourra facilement se détacher du panneau de construction.
Normalement, les panneaux PCB ont des matrices plus grandes ou des cartes individuelles, le cas échéant, rainurées et acheminées afin qu'elles puissent être séparées du panneau de construction après avoir été assemblées.
Lorsque les cartes sont séparées du panneau de construction, il y a une phase d'inspection finale de la fabrication du PCB :
Les planches sont vérifiées pour leur propreté générale afin de garantir l'absence d'arêtes vives, de bavures ou d'autres risques de fabrication.
Une inspection visuelle peut être réalisée, si nécessaire, pour s'assurer que les cartes répondent aux spécifications de l'industrie et correspondent aux détails indiqués dans les données : le technicien peut également utiliser l'inspection visuelle pour vérifier les dimensions physiques et les tailles des trous du PCB si nécessaire.
Des fentes, des chanfreins, des biseaux et des fraisures sont ajoutés pendant le processus de routage et de fabrication, si nécessaire
Si possible, les courts-circuits sont réparés : les cartes court-circuitées sont ensuite retestées en utilisant les mêmes tests de fiabilité électrique que ci-dessus.
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Comme indiqué ci-dessus, la fabrication de circuits imprimés comporte de nombreuses étapes. Chaque étape doit être exécutée correctement pour garantir la qualité du produit. La moindre erreur peut impacter les performances des circuits imprimés. Par conséquent, si vous n'êtes pas expert en fabrication de circuits imprimés, vous pouvez confier cette fabrication à un fabricant fiable. Technologie MOKOForte de nombreuses années d'expérience dans le secteur, s'est imposée comme un leader dans la fabrication de circuits imprimés répondant aux besoins de clients de divers secteurs. Nos installations de pointe, notre technologie de fabrication de circuits imprimés avancée et notre équipe expérimentée garantissent que chaque circuit imprimé produit est de la plus haute qualité et répond aux normes les plus strictes. De plus, nous proposons une gamme d'options de personnalisation pour répondre aux besoins spécifiques de chaque client. Contact pour démarrer votre projet de fabrication de PCB maintenant !
