Como PCBs são fabricados

A fabricação de PCB envolve a conversão de arquivos de projeto, incluindo Gerbers e netlists, em placas de circuito físico nas quais os componentes podem ser colocados e soldados.

O processo de fabricação começa com os arquivos de saída do projeto (Gerbers, netlists, drill files, etc.). Esses arquivos de saída são gerados durante a fase de projeto, incluindo o desenvolvimento de conceitos de produtos, entrada esquemática, projeto de layout e geração de arquivos. A próxima etapa inclui a fabricação e montagem das placas de circuito.

O fluxograma abaixo mostra as etapas envolvidas na fabricação de PCB.

A. Arquivos de saída de design e placa

Depois de receber os arquivos de design do projetista de PCB, a fabricação começa rapidamente. Os designers criam arquivos de saída em formato Gerber ou ODB plus plus para fabricação e criam listas de materiais (BOMs) para montagem.

Os fabricantes realizam inspeções DFM para identificar possíveis riscos e erros que possam surgir no processo de fabricação. Designers/clientes são alertados se algo der errado. O arquivo corrigido é então alimentado em um sistema CAM (Computer Aided Manufacturing) para reconhecer o formato das camadas de arte, dados de furos de perfuração, netlist IPC e converter os dados eletrônicos em uma imagem. Ele também verifica a ordem das camadas, executa Design Rule Checks (DRC) e faz muitas outras coisas.

Todas as camadas são analisadas usando um arquivo Gerber como entrada. O plano de empilhamento também prosseguirá de acordo. Posteriormente, o CAM criará arquivos de saída para os vários departamentos de fabricação. Os arquivos de saída incluem programas de perfuração (furos secundários e principais), camadas de imagem, saída de arquivo de máscara de solda, arquivos de roteamento e listas de rede IPC.

B. Imagem da Camada Interna

Os fabricantes usam principalmente LDI (Laser Direct Imaging) devido à miniaturização. Eles também usaram uma impressora especial chamada plotter, que fez filmes fotográficos de camadas de circuito, máscara de solda e camadas de serigrafia para imprimir imagens de circuito. O painel consiste em um filme fotossensível chamado fotorresistente. Os fotorresistentes incluem uma camada de produtos químicos fotorreativos que se polimerizam quando expostos à luz ultravioleta. O painel está agora sob um laser controlado por computador. O computador escaneia a superfície da placa de circuito e a converte em uma imagem digital. Essa imagem digital corresponde a um arquivo de design CAD/CAM pré-carregado contendo as especificações de imagem necessárias. Da mesma forma, uma imagem negativa é formada na camada interna.

O fluxo do processo do LDI é mostrado na figura a seguir:

Depois de revelar a imagem, o fotorresiste não endurecido (o cobre necessário para proteção) é removido com uma solução alcalina.

C. Gravura

Na fabricação de PCB, a corrosão é o processo de remoção de cobre indesejado (Cu) da placa. Cobre indesejado nada mais é do que cobre fora do circuito. Como resultado, um padrão de circuito desejado é obtido.

Os fabricantes de placas de circuito normalmente usam processos de corrosão úmida. Na corrosão úmida, os materiais indesejados se dissolvem quando imersos em soluções químicas.

Parâmetros importantes a serem considerados durante o processo de corrosão são a velocidade com que o painel é movido, a pulverização de produtos químicos e a quantidade de cobre a ser removida. Todo o processo é realizado em uma câmara de atomização de alta pressão do tipo transportador.

D. Decapagem fotorresistente

Durante esse processo, o fotorresistente remanescente é removido do cobre. O processo envolve o uso de um enxágue com água de alta pressão para dissolver partículas corrosivas (agentes químicos) na água, que destroem o fotorresistente.

E. Perfuração após inspeção e corrosão

Com todas as camadas limpas e prontas, o fabricante faz furos de alinhamento usando os alvos fornecidos nas camadas internas para melhor alinhamento camada a camada. As camadas são colocadas em um punção óptico para obter um alinhamento preciso das camadas interna e externa.

A inspeção neste método é realizada pela varredura visual da superfície da placa de circuito. A placa de circuito é iluminada por várias fontes de luz, para as quais são utilizadas uma ou mais câmeras de alta definição. É assim que um sistema AOI (Automated Optical Inspection) constrói uma imagem completa da placa para verificação.

F. Revestimento de óxido marrom

Aqui, o padrão do circuito de cobre é revestido com óxido marrom para evitar oxidação e corrosão das camadas internas após a laminação. Além disso, fornece melhores propriedades de ligação para ligação com pré-impregnados.

G. Laminação

A laminação é o processo de colagem de pré-impregnados, folha de cobre, núcleo interno em uma pilha simétrica sob temperatura e pressão controladas. É um processo de duas etapas:

Preparação de empilhamento

Vínculo

Placas multicamadas são feitas de folha de cobre, pré-impregnados e núcleo interno. Estes são mantidos juntos pela aplicação de calor e pressão. Para uma melhor colagem, são utilizadas prensas mecânicas tanto para prensagem a quente quanto a frio. O computador de ligação gerencia o processo de aquecimento da pilha, aplicando pressão e permitindo que a pilha esfrie a uma taxa controlada.

O diagrama a seguir resume o processo LDI:

H. Perfuração

Durante o processo de perfuração, faça furos para furos passantes e componentes de chumbo. A broca de raios X localiza o alvo na camada interna. A máquina perfura com precisão os orifícios piloto. A máquina é controlada por computador, onde o operador pode selecionar um programa de perfuração específico. Posiciona as coordenadas XY na direção correta. Furos de até 100 mícrons de diâmetro podem ser perfurados. A máquina também pode selecionar a broca de tamanho correto e executar de acordo.

Os furos de perfuração criam extremidades elevadas de metal comumente chamadas de rebarbas. O processo de rebarbação remove quaisquer rebarbas ou impurezas da superfície da placa de circuito.

1. Revestimento de cobre sem eletrodos

O primeiro passo no processo de galvanoplastia é tornar o barril do furo condutivo depositando quimicamente uma camada muito fina de cobre nas paredes do furo. Este processo é chamado de revestimento de cobre sem eletrodos. A reação é iniciada por um catalisador. Após limpeza minuciosa, os painéis passam por um banho químico contínuo. Uma camada de cobre com cerca de {{0}}0,08 a 0,1 mícrons de espessura é depositada no cilindro do furo e na superfície do painel.

J. Imagem da Camada Externa

Usamos fotorresistente no painel para imagens da camada interna. Da mesma forma, a camada externa do painel será gerada usando uma imagem positiva. Aqui, o processo segue o método de gravação da placa de impressão. A primeira etapa envolve a limpeza do painel para evitar que a contaminação e partículas de poeira adiram ao painel. Em seguida, uma camada de fotorresiste é aplicada ao painel. Depois disso, o LDI é usado para imprimir a imagem.

K. Revestimento de Cobre

Nesta etapa, os furos e superfícies são galvanizados com cobre. O painel é carregado no stick de voo pelo operador. O painel atua como um cátodo para galvanoplastia dos orifícios e superfícies, pois os orifícios depositaram uma fina camada de cobre condutor, pronto para galvanoplastia. É feito pela linha de chapeamento automática. Antes da galvanoplastia, os painéis são limpos e ativados em banhos múltiplos. Cada conjunto de painéis é controlado por computador para garantir que eles permaneçam em cada banheira por um período de tempo específico e preciso. Normalmente, cobre de 1 mil de espessura é depositado no barril do furo.

Após o chapeamento de cobre, o chapeamento de estanho é o próximo. O revestimento de estanho é usado como resistência. Ele evita a corrosão de características de superfície, como almofadas de cobre, almofadas de furos e paredes de furos durante a corrosão da camada externa.

L. Decapagem fotorresistente

Depois que o painel é revestido, o fotorresiste torna-se indesejável e precisa ser retirado do painel para expor o cobre indesejado. Aqui, uma linha contínua é usada para dissolver e lavar a resistência que cobre o cobre indesejado. Este é o primeiro estágio do processo de decapagem de decapagem.

M. Gravação final

Nesta etapa, o cobre exposto indesejado é removido usando um ácido de amônia. Ao mesmo tempo, o estanho pode conter o cobre desejado. Neste ponto, as áreas condutoras e conexões estão devidamente estabelecidas.

N. Decapagem de estanho

Após a corrosão, a camada de estanho nos traços de cobre será removida. O ácido nítrico concentrado é usado para remover o estanho, não danificando os trilhos do circuito de cobre abaixo dele. Isso resulta em traços de cobre claros e distintos no PCB.

O. Aplicação de máscara de solda

A máscara de solda tem os seguintes usos:

Ele fornece resistência de isolamento para traços.

Distinguir áreas soldáveis ​​e não soldáveis.

Fornece proteção contra condições ambientais cobrindo áreas não soldáveis ​​com tinta.

As máscaras LPI (Liquid Photo Imaging) combinam solventes com polímeros para formar um revestimento fino que adere a diferentes superfícies de placas de circuito. A impressora cria imagens do painel revestido. A luz UV na máquina endurece a tinta nas áreas claras. Depois disso, retire toda a resistência não endurecida do painel de imagem.

A cura LPI (secagem) combina a tinta com o dielétrico. Facilita a adesão da máscara de solda. A etapa final de cozimento ocorre em um forno ou sob uma fonte de calor infravermelha.

O verde foi escolhido como uma cor típica de máscara de solda porque não sobrecarrega os olhos. Antes que as máquinas possam inspecionar PCBs durante a produção e montagem, todas as inspeções são feitas manualmente. As luzes do teto que os técnicos usam para inspecionar as placas de circuito não são refletidas pela máscara de solda verde, tornando-as mais seguras para os olhos.

P. Acabamento da superfície

O acabamento PCB é a conexão metal-metal entre o cobre nu e os componentes na área soldável da placa de circuito. A superfície de cobre do substrato de uma placa de circuito é suscetível à oxidação sem um revestimento protetor. Portanto, a aplicação do acabamento superficial é fundamental para protegê-la da oxidação. Além disso, prepara os componentes para serem soldados na placa durante a montagem e prolonga a vida útil da placa.

Existem vários tipos de tratamentos de superfície. No entanto, os acabamentos de superfície sem chumbo são amplamente utilizados devido às rígidas especificações RoHS.

Fatores como custo, meio ambiente, seleção de componentes, prazo de validade e rendimento devem ser considerados ao escolher um acabamento.

Q. Serigrafia

Nesse processo, um projetor a jato de tinta é usado para gerar a imagem da legenda diretamente dos dados digitais da placa de circuito. A tinta é impressa em tela (manchada) na superfície do painel usando uma impressora a jato de tinta. O painel é então cozido para curar a tinta. Ele especifica diferentes tipos de texto, como números de peças, nomes, códigos, logotipos, etc.

Existem três métodos de impressão:

Impressão de tela manual

Impressão de legenda direta

R. Teste Elétrico

E-test significa teste elétrico de placa de circuito impresso nua. Nesta etapa, use uma sonda eletrônica para verificar cada placa de circuito não montada quanto a curtos, aberturas, resistência, capacitância e outras características elétricas básicas. O teste eletrônico verifica a condutividade da placa em relação ao arquivo netlist. A netlist contém informações sobre os padrões de interconexão condutiva do PCB.

Implemente o teste de cama de pregos e sonda voadora para testar a funcionalidade.

Teste de sonda voadora

O teste de sonda voadora utiliza uma sonda que se move de um ponto a outro de acordo com as instruções fornecidas por um software específico. Este é um método de teste sem acessórios. No início, um programa de teste de sonda voadora (FPT) é gerado e, em seguida, carregado no testador FPT. O testador aplica sinais elétricos e energia aos pontos da sonda, que são então medidos de acordo com o procedimento de teste.

Cama de pregos

A cama de pregos é o método tradicional de teste elétrico de tábuas nuas. Isso requer a criação de um modelo de teste com pinos alinhados com os locais de teste no PCB. O processo é rápido e adequado para sistemas de produção em larga escala.

S. Análise e V-score

As placas de circuito são moldadas e cortadas dos painéis de produção na fase final de fabricação. O método usado é usar um orifício de poste ou uma ranhura em forma de V. As ranhuras em V cortam canais diagonais em ambos os lados da placa, enquanto os orifícios deixam ranhuras laterais ao longo da borda. Em qualquer caso, as placas podem ser simplesmente ejetadas do painel.