Introduzione
I PCB (circuiti stampati) costituiscono la base dei dispositivi elettronici contemporanei, dai dispositivi portatili come i telefoni cellulari alle tecnologie avanzate dei veicoli spaziali. Sono essenziali per collegare i componenti elettronici e fornire una piattaforma stabile su cui operare. La produzione di PCB è un processo complesso con diverse fasi complesse, ciascuna delle quali è cruciale e richiede una meticolosa attenzione ai dettagli per garantire circuiti stampati privi di difetti. Il processo inizia con le fasi di progettazione e revisione, utilizzando progettazione assistita da computer (CAD) strumenti per Progettazione di circuiti stampati PCBe prosegue fino alla produzione della scheda. Per migliorare l'efficienza e ridurre il rischio di errore umano, vengono implementate tecniche guidate da computer e da macchine per evitare circuiti incompleti o cortocircuiti. Per garantire un'elevata qualità, le schede vengono sottoposte a rigorosi test in varie fasi di fabbricazione, incluso il collaudo finale come schede complete, prima di essere imballate e spedite per la consegna.
Processo di produzione di PCB - Passo dopo passo
Fase 1: Progettazione del PCB
Il primo passo per qualsiasi produzione di PCB è la progettazione. La produzione e la progettazione di PCB iniziano sempre con una sorta di piano. Il progettista definisce un progetto per il PCB che soddisfi tutti i requisiti necessari. Una volta che il progetto per il PCB è codificato dal software, tutti i diversi aspetti e componenti del progetto vengono nuovamente controllati per assicurarsi che non vi siano errori.
Una volta completata l'ispezione da parte del progettista, il progetto PCB finito viene inviato a un'azienda di fabbricazione di PCB per la produzione. All'arrivo, il piano di progettazione del PCB viene sottoposto a un secondo controllo da parte del produttore, noto come Progettazione per la produzione (DFM) controllo. Un controllo DFM adeguato conferma che il progetto del PCB soddisfa almeno le tolleranze richieste per la produzione.
Fase 2: Stampa del progetto PCB
Dopo che tutti i controlli sono stati completati con successo, il Progettazione PCB Possono essere stampati. A differenza di altri progetti, come i disegni architettonici, i progetti PCB non vengono stampati su un normale foglio di carta 8.5 x 11. Viene invece utilizzata una stampante speciale, nota come stampante plotter. Una stampante plotter sviluppa una "pellicola" del PCB. Si tratta essenzialmente di un negativo fotografico della scheda stessa.
Gli strati interni del PCB sono caratterizzati da due colori di inchiostro:
Inchiostro trasparente: indica le aree non conduttive del PCB, come la base in fibra di vetro.
Inchiostro nero: utilizzato per i circuiti e le tracce di rame del PCB
Sugli strati esterni del design del PCB, questa tendenza è invertita: l'inchiostro nero si riferisce anche alle aree in cui verrà rimosso il rame, mentre l'inchiostro trasparente si riferisce alla linea dei percorsi del rame.
Ogni strato del PCB e la relativa maschera di saldatura ricevono la propria pellicola, quindi un semplice PCB a due strati necessita di quattro fogli: uno per ogni strato e uno per la relativa maschera di saldatura. Dopo la stampa della pellicola, i fogli vengono allineati e viene praticato un foro, detto foro di registrazione, al loro interno. Il foro di registrazione viene utilizzato come guida per allineare le pellicole in seguito.
Fase 3: Stampare il rame per gli strati interni
Questo passaggio è il primo passo del processo in cui il Produttore PCB Inizia a sviluppare il PCB. Dopo che il progetto del PCB è stato stampato su un foglio di laminato, il rame viene pre-incollato allo stesso foglio di laminato, contribuendo alla struttura del PCB. Il rame viene quindi rimosso per lasciare il segno grafico precedente.
Successivamente, il pannello laminato viene ricoperto da un tipo di pellicola fotosensibile chiamata resist. Il resist è costituito da uno strato di sostanze chimiche fotoreattive che si induriscono dopo essere state esposte alla luce ultravioletta. Il resist consente ai tecnici di ottenere una corrispondenza perfetta tra le foto del progetto e ciò che è stampato sul resist.
Quando il fotoresist e il laminato vengono allineati utilizzando i fori praticati in precedenza, ricevono un'ondata di luce ultravioletta. La luce ultravioletta attraversa le parti traslucide della pellicola, indurendo il fotoresist. Questo indica le aree di rame che devono essere mantenute come percorsi. Al contrario, l'inchiostro nero impedisce alla luce di raggiungere le aree che non devono indurire, consentendone la successiva rimozione.
Una volta preparata, la scheda viene lavata con una soluzione alcalina per rimuovere eventuali residui di fotoresist. La scheda viene quindi lavata a pressione per rimuovere eventuali residui in superficie e lasciata asciugare. Dopo il processo di asciugatura, l'unico fotoresist che dovrebbe rimanere sul PCB è quello sopra il rame che rimane come parte del PCB quando viene finalmente rimosso. Un tecnico controlla i PCB per assicurarsi che non vi siano errori. Se non sono presenti errori, si passa alla fase successiva.
Fase 4: evitare il rame non necessario
La fase successiva del processo di produzione del PCB consiste nella rimozione del rame indesiderato. Analogamente alla soluzione alcalina di cui sopra, viene utilizzata un'altra potente sostanza chimica per rimuovere il rame non coperto dal fotoresist. Una volta rimosso il rame non protetto, è necessario rimuovere anche il fotoresist indurito precedentemente.
Nota: quando si tratta di rimuovere il rame indesiderato dal PCB, le schede più pesanti potrebbero richiedere una maggiore esposizione al solvente o una maggiore quantità di solvente per rame.
Fase 5: Ispezione e allineamento degli strati
Dopo che gli strati del PCB sono stati puliti singolarmente, sono pronti per un'ispezione ottica e l'allineamento degli strati. I fori praticati in precedenza vengono utilizzati per allineare gli strati esterni e interni. Un tecnico posiziona gli strati su una macchina punzonatrice, nota come punzone ottico, per allinearli. Quindi, la punzone ottica inserisce un perno attraverso i fori per disporre gli strati del PCB.
Dopo la punzonatura ottica, un'altra macchina esegue un'ispezione ottica per verificare l'assenza di difetti. Questa ispezione ottica è estremamente importante perché, una volta uniti gli strati, eventuali errori non possono essere corretti. Per confermare l'assenza di difetti, la macchina AOI confronta il PCB da ispezionare con il progetto Gerber esteso, che funge da modello del produttore.
Una volta che il PCB ha superato l'ispezione, ovvero quando né il tecnico né la macchina AOI hanno rilevato alcun difetto, si passa alle ultime fasi della produzione del PCB.
Fase 6: laminare gli strati del PCB
A questo punto del processo di produzione dei PCB, gli strati del PCB sono tutti assemblati, in attesa di essere laminati. Una volta che gli strati sono stati confermati privi di difetti, sono pronti per essere fusi insieme. Il processo di laminazione dei PCB si svolge in due fasi: la fase di lay-up e la fase di laminazione.
All'esterno del PCB si trovano pezzi finiti in fibra di vetro pre-rivestiti/impregnati con resina epossidica. Il pezzo originale del substrato è inoltre ricoperto da uno strato di sottile lamina di rame che ora contiene le incisioni per le tracce di rame. Una volta che gli strati esterno e interno sono pronti, è il momento di assemblarli.
L'inserimento di questi strati viene gestito tramite morsetti metallici su uno speciale tavolo pressa. Ogni strato si inserisce sul tavolo tramite un perno specifico. Il tecnico che esegue il processo di laminazione inizia applicando uno strato di resina epossidica prerivestita, nota come preimpregnata o prepreg. Nella vasca di allineamento del tavolo, un singolo strato del substrato viene posizionato sopra la resina preimpregnata, seguito da uno strato di lamina di rame. La lamina di rame è a sua volta seguita da altri fogli di resina preimpregnata, che vengono poi rifiniti con un pezzo e un ultimo pezzo di rame, noto come piastra pressa.
Una volta posizionata la piastra di rame, la pila è pronta per essere pressata con forza. Il tecnico la porta a una pressa meccanica e comprime gli strati l'uno contro l'altro. Durante questo processo, vengono poi inseriti dei perni nella pila di strati per assicurarsi che siano fissati correttamente.
Se gli strati sono fissati correttamente, la pila di PCB viene trasferita alla pressa successiva, una pressa di laminazione. La pressa di laminazione utilizza una coppia di piastre riscaldate per applicare sia pressione che calore alla pila di strati. Il calore delle piastre solitamente fonde la resina epossidica all'interno del preimpregnato. Questo calore, unito alla pressione della pressa, si combina per fondere insieme la pila di strati di PCB.
Una volta pressati gli strati del PCB, è necessario completare un piccolo disimballaggio. Il tecnico deve rimuovere i pin e la piastra di pressatura superiore precedentemente, il che gli consente di estrarre il PCB vero e proprio.
Passaggio 7: perforazione
Prima del processo di foratura, viene utilizzata una macchina a raggi X per individuare i punti di foratura. Successivamente, vengono praticati dei fori di guida/registrazione in modo da proteggere la pila di PCB prima di praticare i fori più precisi. Al momento di praticare i fori, viene utilizzato un trapano computerizzato per realizzarli, utilizzando il file del progetto come guida.
Una volta completata la foratura, il rame rimasto sui bordi viene limato.
Passaggio 8: placcatura PCB
Dopo aver forato il pannello, è pronto per la placcatura. Il processo di placcatura utilizza una sostanza chimica per fondere insieme tutti i diversi strati del PCB. Dopo essere stato accuratamente pulito, il PCB viene immerso in una serie di sostanze chimiche. Parte di questo processo di placcatura ricopre il pannello con uno strato di rame spesso pochi micron, che viene depositato sullo strato superiore e nei fori appena praticati. Prima che i fori siano completamente riempiti di rame, servono semplicemente a esporre il substrato in fibra di vetro che costituisce l'interno del pannello. Il rivestimento di questi fori con il rame ricopre le pareti dei fori precedentemente praticati.
Fase 9: Imaging e placcatura dello strato esterno
In precedenza (Fase 3), è stato applicato un fotoresist al pannello PCB. In questo caso, è il momento di applicare un altro strato di fotoresist. Tuttavia, questa volta il fotoresist viene applicato solo allo strato esterno, poiché deve ancora essere sottoposto a imaging. Una volta che gli strati esterni sono stati rivestiti di fotoresist e sottoposti a imaging, vengono placcati esattamente come gli strati interni del PCB sono stati placcati nella fase precedente. Tuttavia, sebbene il processo sia lo stesso, gli strati esterni vengono placcati in stagno per proteggere il rame dello strato esterno.
Fase 10: L'ultima incisione
Quando arriva il momento di incidere lo strato esterno per l'ultima volta, la protezione in stagno viene utilizzata per proteggere il rame durante il processo di incisione. Qualsiasi traccia di rame indesiderata viene rimossa utilizzando lo stesso solvente per rame menzionato in precedenza, mentre lo stagno protegge il rame prezioso dell'area di incisione.
Una volta rimosso tutto il rame indesiderato, i collegamenti del PCB sono stati stabiliti correttamente ed è pronto per la mascheratura della saldatura.
Fase 11: applicare la maschera di saldatura
Per preparare i pannelli completamente all'applicazione della maschera di saldatura, è necessario pulirli. Una volta puliti, i pannelli PCB vengono ricoperti con un inchiostro epossidico e una pellicola per la maschera di saldatura. Successivamente, le schede vengono sottoposte a sabbiatura con luce ultravioletta per evidenziare alcune porzioni della maschera di saldatura da rimuovere.
Dopo aver rimosso completamente i pezzi di maschera di saldatura non necessari, il PCB viene inserito in un forno e riscaldato in modo che la maschera di saldatura si indurisca.
Fase 12: Completamento del PCB e serigrafia
Come parte del processo di finitura, il PCB viene placcato in argento, oro o HASL in modo che i componenti possano essere saldati ai pad creati e proteggere il rame.
Dopo che il PCB è stato placcato in argento o oro, a seconda dei casi, viene serigrafato. Il processo di serigrafia stampa tutte le informazioni attive sul PCB, come i numeri di identificazione dell'azienda, i marchi del produttore e le etichette di avvertenza.
Una volta che il PCB è stato placcato e serigrafato con le informazioni corrette, può essere inviato alla fase di polimerizzazione finale.
Fase 13: Test di affidabilità elettrica
Dopo che il PCB è stato rivestito e polimerizzato (se necessario), un tecnico esegue una serie di test elettrici sulle diverse aree del PCB per garantirne la funzionalità. I test principali eseguiti sono i test di isolamento e di continuità del circuito. Il test di continuità del circuito verifica la presenza di eventuali interruzioni nel PCB, note come "aperture". Il test di isolamento del circuito, invece, controlla i valori di isolamento delle varie parti del PCB per verificare la presenza di cortocircuiti. Sebbene i test elettrici servano principalmente a verificarne la funzionalità, servono anche a verificare la resistenza del progetto iniziale del PCB al processo di produzione.
Esistono altri test che possono essere utilizzati per determinare se un PCB è completamente funzionale. Uno dei pochi test principali utilizzati a questo scopo è noto come test del "letto d'aghi". Durante questo test, numerose molle vengono fissate ai punti di prova sul circuito stampato. Le molle sottopongono quindi i punti di prova sul circuito stampato a una pressione fino a 200 grammi per verificare la resistenza del PCB al contatto ad alta pressione sui suoi punti di prova.
Se il PCB ha superato completamente i test di affidabilità elettrica e qualsiasi altro test che il produttore decide di implementare, può passare alla fase successiva: il taglio.
Fase 14: Taglio e profilatura
La fase finale del processo di produzione del PCB è il taglio e la scoring. Questo comporta il taglio dei diversi PCB dal pannello originale. Esistono due modi per tagliare i PCB dai loro pannelli originali:
Utilizzando una scanalatura a V, che taglia un canale diagonale lungo i lati della tavola
Utilizzando una fresatrice o una macchina CNC, che ritaglia piccole linguette lungo i bordi del PCB.
In entrambi i casi, il PCB potrà essere facilmente staccato dai pannelli di rivestimento.
Di solito, i pannelli PCB sono costituiti da matrici più grandi o da singole schede, se applicabile, incise e fresate in modo da poter essere staccate dalla scheda di costruzione dopo essere state assemblate.
Una volta staccate le schede dal pannello di costruzione, si verifica una fase di ispezione finale della produzione del PCB:
Le tavole vengono controllate per la pulizia generale per garantire che non vi siano bordi taglienti, sbavature o altri pericoli di fabbricazione
Se necessario, è possibile effettuare un'ispezione visiva per accertarsi che le schede soddisfino le specifiche del settore e corrispondano ai dettagli indicati nei dati: il tecnico può anche utilizzare l'ispezione visiva per verificare le dimensioni fisiche e le dimensioni dei fori del PCB, se necessario.
Durante il processo di fresatura e fabbricazione, se necessario, vengono aggiunti slot, smussi, smussi e svasature.
Se possibile, eventuali cortocircuiti vengono riparati: le schede in cortocircuito vengono quindi sottoposte nuovamente a test utilizzando gli stessi test di affidabilità elettrica descritti sopra.
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Come indicato sopra, la produzione di PCB prevede numerosi passaggi, ognuno dei quali deve essere eseguito correttamente per garantire l'elevata qualità del prodotto. Qualsiasi piccolo errore potrebbe compromettere le prestazioni dei circuiti stampati. Pertanto, se non si ha una solida esperienza nella produzione di PCB, è possibile esternalizzare i servizi di produzione a un produttore di PCB affidabile. Tecnologia MOKOCon anni di esperienza nel settore, siamo diventati leader nella fornitura di servizi di produzione di PCB che soddisfano le esigenze di clienti in diversi settori. Le nostre strutture all'avanguardia, la tecnologia avanzata di fabbricazione di PCB e il nostro team esperto garantiscono che ogni PCB prodotto sia della massima qualità e soddisfi i più rigorosi standard. Inoltre, offriamo una gamma di opzioni di personalizzazione per soddisfare le esigenze specifiche di ogni cliente. Contattaci per iniziare subito il tuo progetto di produzione di PCB!
