PCB per circuiti stampati di alta qualità

Capacità di processo PCB (assemblaggio PCB).

Di

I PCB si sono sviluppati da schede a strato singolo a schede a doppia faccia, multistrato e flessibili e si sviluppano costantemente nella direzione di alta precisione, alta densità e alta affidabilità. La riduzione continua delle dimensioni, la riduzione dei costi e il miglioramento delle prestazioni faranno sì che il circuito stampato mantenga una forte vitalità nello sviluppo di prodotti elettronici in futuro. In futuro, la tendenza allo sviluppo della tecnologia di produzione dei circuiti stampati è quella di svilupparsi nella direzione di alta densità, alta precisione, piccola apertura, filo sottile, passo piccolo, alta affidabilità, multistrato, trasmissione ad alta velocità, leggerezza e forma sottile.

Passaggi dettagliati e precauzioni della produzione di PCB

1. Progettazione
Prima che inizi il processo di produzione, il PCB deve essere progettato/layout da un operatore CAD sulla base di uno schema del circuito funzionante. Una volta completato il processo di progettazione, una serie di documenti viene fornita al produttore del PCB. I file Gerber sono inclusi nella documentazione, che include la configurazione livello per livello, file drill-through, dati di prelievo e posizionamento e annotazioni di testo. Elaborazione di stampe, fornitura di istruzioni di elaborazione fondamentali per la produzione, tutte le specifiche, dimensioni e tolleranze del PCB.

2. Preparazione prima della produzione
Una volta che l'azienda PCB riceve il pacchetto di file del progettista, può iniziare a creare il piano del processo di produzione e il pacchetto grafico. Le specifiche di produzione determineranno il piano elencando elementi come il tipo di materiale, la finitura superficiale, la placcatura, la gamma di pannelli di lavoro, il percorso del processo e altro ancora. Inoltre, è possibile creare una serie di opere d'arte fisiche tramite un plotter cinematografico. La grafica includerà tutti gli strati del PCB, nonché la grafica per la maschera di saldatura e la marcatura dei termini.

3. Preparazione del materiale
Le specifiche PCB richieste dal progettista determinano il tipo di materiale, lo spessore del nucleo e il peso del rame utilizzati per avviare la preparazione del materiale. I PCB rigidi monofaccia e bifacciali non richiedono alcuna lavorazione dello strato interno e passano direttamente al processo di foratura. Se il PCB è multistrato, verrà eseguita una preparazione del materiale simile, ma sotto forma di strati interni, che di solito sono molto più sottili e possono essere costruiti fino ad uno spessore finale predeterminato (stackup).
Una dimensione comune del pannello di produzione è 18″x24″, ma è possibile utilizzare qualsiasi dimensione purché rientri nelle capacità di produzione di PCB.

4. Solo PCB multistrato: elaborazione dello strato interno
Dopo aver preparato le dimensioni corrette, il tipo di materiale, lo spessore del nucleo e il peso del rame dello strato interno, viene inviato a praticare i fori lavorati e quindi a stampare. Entrambi i lati di questi strati sono rivestiti con fotoresist. Allinea i lati utilizzando la grafica dello strato interno e i fori degli strumenti, quindi esponi ciascun lato alla luce UV descrivendo in dettaglio un negativo ottico delle tracce e delle caratteristiche specificate per quello strato. La luce UV che cade sul fotoresist lega la sostanza chimica alla superficie del rame e la sostanza chimica rimanente non esposta viene rimossa in un bagno di sviluppo.

Il passo successivo è rimuovere il rame esposto attraverso un processo di incisione. Ciò lascia tracce di rame nascoste sotto lo strato di fotoresist. Durante il processo di mordenzatura, sia la concentrazione del mordenzante che il tempo di esposizione sono parametri chiave. Il resist viene poi rimosso, lasciando tracce e caratteristiche sullo strato interno.

La maggior parte dei fornitori di PCB utilizza sistemi di ispezione ottica automatizzati per ispezionare strati e punzoni post-incisione per ottimizzare i fori degli strumenti di laminazione.

5. Solo PCB multistrato – Laminato

Durante il processo di progettazione viene stabilito uno stack predeterminato del processo. Il processo di laminazione viene eseguito in un ambiente pulito con uno strato interno completo, preimpregnato, foglio di rame, piastre di pressatura, perni, distanziatori in acciaio inossidabile e piastre di supporto. Ciascuna pila di presse può ospitare da 4 a 6 schede per apertura della pressa, a seconda dello spessore del PCB finito. Un esempio di impilamento di schede a 4 strati sarebbe: piastra, separatore di acciaio, foglio di rame (4° strato), preimpregnato, nucleo 3-2 strati, preimpregnato, foglio di rame e ripetizione. Dopo aver assemblato da 4 a 6 PCB, fissare una piastra superiore e posizionarla nella pressa di laminazione. La pressa si avvicina ai contorni e applica pressione finché la resina non si scioglie, a quel punto il preimpregnato scorre, unendo insieme gli strati, e la pressa si raffredda. Quando tirato fuori e pronto

6. Perforazione
Il processo di foratura viene eseguito da una foratrice multistazione controllata da CNC che utilizza un mandrino ad alto numero di giri e una punta in metallo duro progettata per la foratura di PCB. I via tipici possono essere piccoli da 0,006″ a 0,008″ forati a velocità superiori a 100K RPM.

Il processo di perforazione crea una parete del foro pulita e liscia che non danneggia gli strati interni, ma la perforazione fornisce un percorso per l'interconnessione degli strati interni dopo la placcatura e il foro non passante finisce per ospitare i componenti del foro passante.
I fori non placcati vengono solitamente realizzati come operazione secondaria.

7. Placcatura in rame
La galvanica è ampiamente utilizzata nella produzione di PCB dove sono richiesti fori passanti placcati. L'obiettivo è depositare uno strato di rame su un substrato conduttivo attraverso una serie di trattamenti chimici e quindi attraverso successivi metodi di elettroplaccatura per aumentare lo spessore dello strato di rame fino a uno spessore di progetto specifico, in genere 1 mil o più.

8. Trattamento dello strato esterno
La lavorazione dello strato esterno è in realtà la stessa del processo precedentemente descritto per lo strato interno. Entrambi i lati degli strati superiore e inferiore sono rivestiti con fotoresist. Allinea i lati utilizzando la grafica esterna e i fori degli strumenti, quindi esponi ciascun lato alla luce UV per dettagliare il modello ottico negativo di tracce e caratteristiche. La luce UV che cade sul fotoresist lega la sostanza chimica alla superficie del rame e la sostanza chimica rimanente non esposta viene rimossa in un bagno di sviluppo. Il passo successivo è rimuovere il rame esposto attraverso un processo di incisione. Ciò lascia tracce di rame nascoste sotto lo strato di fotoresist. Il resist viene poi rimosso, lasciando tracce e caratteristiche sullo strato esterno. I difetti dello strato esterno possono essere rilevati prima della maschera di saldatura utilizzando l'ispezione ottica automatizzata.

9. Pasta saldante
L'applicazione della maschera di saldatura è simile ai processi di strato interno ed esterno. La differenza principale è l'uso di una maschera fotoimpressionabile invece del fotoresist su tutta la superficie del pannello di produzione. Quindi usa la grafica per scattare immagini sui livelli superiore e inferiore. Dopo l'esposizione, la maschera viene rimossa nell'area sottoposta all'immagine. Lo scopo è quello di esporre solo l'area in cui verranno posizionati e saldati i componenti. La maschera limita inoltre la finitura superficiale del PCB alle aree esposte.

10. Trattamento superficiale

Esistono diverse opzioni per la finitura superficiale finale. Oro, argento, OSP, saldatura senza piombo, saldatura contenente piombo, ecc. Tutti questi sono validi, ma in realtà si riducono ai requisiti di progettazione. L'oro e l'argento vengono applicati mediante galvanica, mentre le saldature senza piombo e contenenti piombo vengono applicate orizzontalmente mediante saldatura ad aria calda.

11. Nomenclatura
La maggior parte dei PCB sono schermati sui contrassegni presenti sulla loro superficie. Questi contrassegni vengono utilizzati principalmente nel processo di assemblaggio e includono esempi come contrassegni di riferimento e contrassegni di polarità. Altre marcature possono essere semplici come l'identificazione del codice prodotto o i codici della data di produzione.

12. Sottoconsiglio
I PCB vengono prodotti in pannelli di produzione completi che devono essere spostati fuori dai contorni di produzione. La maggior parte dei PCB sono disposti in array per migliorare l'efficienza dell'assemblaggio. Può esserci un numero infinito di questi array. Non posso descrivere.

La maggior parte degli array vengono profilati fresati su una fresa CNC utilizzando utensili in metallo duro o incisi utilizzando utensili seghettati con rivestimento diamantato. Entrambi i metodi sono validi e la scelta del metodo viene solitamente determinata dal team di assemblaggio, che solitamente approva l'array costruito in una fase iniziale.

13. Prova
I produttori di PCB in genere utilizzano una sonda volante o un processo di test a letto di chiodi. Metodo di prova determinato dalla quantità di prodotto e/o dall'attrezzatura disponibile

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