Processo de fabricação de PCB

Data: 2017-06-30 10: 12: 23De volta à lista

Processo de fabricação de PCB

Os PCBs são a base de todos os projetos de eletrônicos. Eles permitem que projetos complexos sejam fabricados de forma confiável e repetitiva. Embora o fabrico de PCB seja tipicamente manuseado por um fabricante de PCB, é importante que os designers de PCB entendam o processo de fabricação. Com uma compreensão do processo, um designer tem uma visão de algumas das oportunidades de erros serem introduzidos em seus projetos de PCB e como evitá-los. Além disso, os designers de PCB também podem se beneficiar da compreensão de todas as capacidades dos fabricantes de PCB modernos e aproveitar essas capacidades ao abordar sua próxima aplicação baseada em PCB.

Em geral, este artigo irá discutir como um PCB passa de ser produzido por software de projeto de PCB para ser fabricado em um PCB físico por umFabricante de PCB. Como um ponto de referência inicial, primeiro olhe para um diagrama de quatro camadas Placa PCB:

Partindo do centro do nosso diagrama de PCB de placa de quatro camadas e procede: A PCB é baseada em um substrato de fibra de vidro, com camadas de cobre empilhadas em cima do substrato e outras camadas de cobre separadas por camadas adicionais de substrato. Finalmente, a placa é terminada em ambos os lados em uma camada de máscara de solda. O substrato fornece a PCB com estabilidade mecânica, a camada de cobre funciona como a parte condutora da placa e a máscara de solda protege o cobre do curto-circuito para o ambiente externo. Além disso, vias são usados ​​para conectar traços de cobre de diferentes camadas do projeto. A máscara de solda também é tipicamente marcada com marcação informativa em uma camada que é chamada de serigrafia. As marcas na serigrafia incluem os nomes e referências de componentes, bem como informações sobre a revisão da placa e o fabricante.

Com a descrição geral de uma placa PCB multicamada na mão, podemos continuar a discutir como um PCB é retirado de seus componentes básicos e transformado em um produto final:

Arquivos 1.Design são enviados para um fabricante

Uma vez que os arquivos de design de PCB foram submetidos a um fabricante de PCB, o primeiro passo no processo de fabricação de PCB está executando uma verificação de regras de design nesses arquivos de design. Geralmente chamado de Design for Manufacture (DFM), quando um design é recebido por um fabricante de PCB de um cliente, o fabricante verificará os arquivos de design para verificar se eles estão de acordo com as tolerâncias mínimas do seu processo de fabricação. Algumas verificações comuns incluem a verificação de um design para a largura mínima de rastreamento, o espaçamento dos rótulos, o tamanho mínimo dos furos e o espaçamento das arestas da placa. O padrão de arquivo para projetos é Gerber, que é um formato de arquivo padrão da indústria para a descrição de PCBs. Quase todo o software de design de PCB é capaz de produzir arquivos Gerber, para que eles possam ser enviados para as casas de fabricação que o designer escolhe para fabricação.

2.Transforme arquivos de design de PCB em filmes de fotos

Uma vez que os arquivos de projeto de PCB foram confirmados, eles são enviados para um plotter, que é essencialmente uma impressora laser especial, para gerar filmes fotográficos. Os filmes fotográficos começam como folhas plásticas transparentes. Os plotters imprimem os projetos de PCB nos filmes fotográficos com tinta preta. Quando completadas, os filmes fotográficos para as camadas internas da PCB são essencialmente negativos para o projeto de PCB, onde a porção do projeto que vai ser cobre é preta e a porção que não está sendo conduzida é clara. Os filmes fotográficos utilizados nas camadas externas da PCB são o oposto. Nos filmes fotográficos para as camadas exteriores, a placa da camada onde o cobre deve permanecer é clara e a porção em que o cobre deve ser removido é preta. Os filmes fotográficos são feitos para cada camada do design de PCB e a máscara de solda, de modo que um design de duas camadas teria quatro camadas de fotos impressas, um design de quatro camadas teria seis impressões e assim por diante. O último passo na produção dos filmes fotográficos é perfurá-los para que eles possam ser alinhados com precisão em etapas posteriores do processo de fabricação de PCB.

3.Desenhos de impressão no substrato de revestimento de cobre (camadas internas)

Este passo (juntamente com 4, 5 e 6) só é concluído quando temos mais do que uma placa de duas camadas. No caso de fabricarmos uma placa de duas camadas, ignoraremos a etapa 7 (perfuração).

Com os filmes fotográficos disponíveis, podemos agora chamar nossa atenção para o substrato e as camadas de cobre base da placa PCB que serão produzidas. Placas de fibra de vidro revestidas de cobre em branco são a base da grande maioria dos Desenho de PCB. Estes painéis revestidos de cobre são inicialmente limpos e depois revestidos com uma camada fotossensível. A camada fotossensível é uma camada de substâncias químicas fotográficas que se endurecem quando expostas à luz ultravioleta. Uma vez instalada a camada fotossensível nos substratos revestidos de cobre, as películas fotográficas são colocadas na placa e a placa é exposta a uma fonte de luz ultravioleta. As porções do filme fotográfico que são opacos impedem o endurecimento da camada de resistência fotográfica, enquanto as porções claras permitem que a resistência se endureça. Após a conclusão da porção de exposição à luz ultravioleta do processo, as películas fotográficas são removidas da placa e, em seguida, a placa é lavada com uma solução alcalina para remover a foto fotográfica não endurecida. O que resta no final deste processo é uma placa revestida de cobre com resistência sobre as porções da placa que devem permanecer em cobre no projeto final.

4.Etching Inner Layer Copper

Uma vez que temos a camada de resistência impressa no cobre, agora podemos remover a porção de cobre indesejada da placa. Isso é feito expondo a placa de cobre com resistência a soluções de solventes de cobre poderosas que removem todo o cobre do substrato de fibra de vidro que não estava coberto de resistir durante o passo anterior. É de notar que diferentes pesos de cobre exigem diferentes quantidades de exposição a solventes de cobre, que, por sua vez, podem indicar diferentes requisitos de espaçamento de trilhos. Com o cobre indesejado removido, a resistência que protegeu o cobre desejado agora pode ser removida. O resultado é o substrato com a camada ou camadas de cobre desejadas.

5.Inner Layer Registration e Optical Inspection

Uma vez que o substrato com camadas internas foi produzido, o produto resultante recebe perfuradores de alinhamento para permitir que ele seja alinhado com outras camadas no processo corretamente. As camadas de cobre no processo resultante também podem ser inspecionadas quanto à exatidão neste ponto. Esse tipo de inspeção normalmente é feito usando um sistema de inspeção óptica, que compara os arquivos de design originais com os traços reais de cobre produzidos pelo processo de gravura.

6.Lay-up e Bonding of Extérieur Layer

Neste ponto, se o seu design tiver mais de duas camadas, as camadas adicionais devem ser ligadas ao substrato. Isso é feito colocando o que é chamado de pré-impregnado (curto para pré-impregnado) e uma folha de cobre na parte superior e inferior do substrato original, com ele'S traços de cobre agora gravados. Prepreg é essencialmente fibra de vidro com epóxi impregnado em sua estrutura. O empilhamento de substrato / pré-impregnação / cobre deve agora ser unido. Isso é feito colocando camadas em uma braçadeira de metal e aquecendo enquanto estão sob pressão. Isso geralmente é alcançado em prensas de ligação especializadas, que podem aquecer e resfriar as camadas da maneira correta, pois pressionam as camadas juntas para garantir que elas estejam bem unidas.

7.Drilling o PCB

Uma vez que tenhamos as camadas exteriores em branco da PCB no local, podemos prosseguir com a perfuração de todos os orifícios necessários no projeto de PCB. A perfuração é feita com uma máquina de perfuração controlada por computador. A máquina de perfuração leva o arquivo de perfuração dos arquivos de design submetidos e coloca perfurações em conformidade. A acumulação de cobre é colocada na máquina de perfuração e alinhada para garantir que os furos sejam devidamente colocados. O material de entrada e saída é usado para garantir que os furos não mare o cobre durante o processo de perfuração. Finalmente, o excesso de cobre é cortado das bordas do painel de produção usando uma ferramenta de perfil. Os furos desta etapa no processo de fabricação tornar-se-ão as vias e os orifícios de montagem mecânicos do projeto, uma vez que eles são revestidos mais tarde no processo.

8.Copper Deposition

Com os furos no lugar do nosso painel, procedemos agora a encaixar esses orifícios para conectar as diferentes camadas do projeto em conjunto. Este processo de revestimento é feito através de um processo de deposição química. O painel perfurado é limpo e depois mergulhado em uma série de banhos químicos, o que resulta em uma camada muito fina de cobre sendo chapeada em todos os orifícios do projeto e, coincidentemente, a camada externa de cobre do painel.

9.Image as camadas externas

O próximo passo no processo é a imagem das camadas externas da acumulação de cobre. Mais uma vez, uma camada de foto resistir é aplicada ao cobre externo no painel. Os filmes fotográficos com as camadas exteriores do projeto impresso sobre eles são então usados ​​para expor preferencialmente porções da PCB, onde o cobre não permanecerá na luz ultravioleta. Este é o oposto das camadas internas, onde a parte da placa que está exposta é a porção que não permanecerá. O resultado é a placa com resistência que cobre todas as áreas que eventualmente serão removidas.

10.Plating

Agora, a placa passará pelo processo de eletrocelulação. Como o quadro agora está, as porções expostas da placa são as porções da placa que foram deixadas expostas em nosso último passo e os orifícios de cobre previamente quimicamente chapeados. Uma vez que o eletro-chapeamento inicial de cobre está completo, então a placa é tipicamente chapeada com lata. Isso permitirá a remoção de todo o cobre indesejado que ainda permanece na placa, enquanto a lata protege a parte da placa que queremos permanecer durante o processo final de remoção de cobre.

11.Final Etching

Nosso quadro agora tem uma camada de resistência, juntamente com os traços de cobre revestidos de estanho que queremos permanecer. O próximo passo no processo é remover a camada de resistência e, finalmente, o cobre indesejado que fica sob a resistência. Isto é feito por um processo químico que remove o cobre exposto, mas não remove a porção estanhada das camadas externas. No final desta etapa, temos todas as nossas áreas e conexões direcionadas.

12.Apply Solder Mask

O próximo passo no processo é aplicar uma camada de máscara de solda em cada lado da placa. Os painéis devem primeiro ser limpos e depois revestidos com uma tinta de máscara de solda epoxídica. As placas são novamente expostas à luz UV através de uma máscara de solda Photo Film. As porções da placa que não são expostas à luz UV são deixadas suaves e, portanto, podem ser removidas quimicamente no processo. Uma vez que a máscara de solda indesejada foi removida, a PCB é mais curada em um forno para garantir que a máscara de solda permaneça intacta durante a vida útil da PCB.

13.Plating

Agora que temos as almofadas de cobre expostas à estanho, colocamos as placas de PCB expostas para a capacidade de solda. Comumente, os PCBs são quimicamente banhados com ouro ou prata. Os PCB também podem ser fornecidos com as almofadas submetidas a um processo de nivelamento de ar quente. O nivelamento de ar quente usa ar quente para garantir que as almofadas sejam todas fabricadas com uma profundidade muito similar e precisa.

14.Silkscreen

Agora que o quadro está em grande parte completo, é hora de aplicar uma camada de tela de seda ao quadro. A tela de seda indica quais componentes vão quando durante a montagem e como eles estão orientados. Embora esta camada seja comumente referida como a camada de tela de seda, não é mais comum implementada usando uma serigrafia. Em vez disso, normalmente é impresso diretamente na PCB usando um processo de jato de tinta. Uma vez que a serigrafia foi colocada na placa, a placa passa por um revestimento final e processo de cura.

15. Teste elétrico

Com uma placa completa na mão, a placa pode ser testada eletricamente. Isso geralmente é feito através de um processo automatizado em que a integridade das diferentes redes do projeto é testada. Isso é automatizado, ao ter o arquivo de design original definir a localização das redes a serem testadas e ter uma "Sonda voadora" Teste que as diferentes redes do projeto são de fato isoladas.

16.Profiling e V Scoring

O último passo no processo de fabricação é cortar mecanicamente as diferentes placas alojadas no painel original. Isso pode ser feito com um roteador que deixa abas pequenas ao longo das bordas da placa ou com uma ranhura em v que corta os canais diagonais ao longo de ambos os lados da placa. Ambas as abordagens permitem que as unidades individuais das placas sejam retiradas manualmente do painel. Muitas vezes, as placas permanecerão em um painel todo o caminho através da montagem.

conclusão

Espero que este artigo ajude a iluminar oFabricação de PCBprocesso. Embora os detalhes do processo possam mudar um pouco de fabricante para fabricante, o processo usado será semelhante ao descrito acima.