El proceso de fabricación de PCB

Fecha: 2017-06 30 10-: 12: 23Volver a la lista

El proceso de fabricación de PCB

Los PCB son la base de todos los diseños electrónicos. Permiten que los diseños complejos sean fabricados de una manera confiable y repetible. Mientras que la fabricación de PCBs normalmente es manejada por un fabricante de PCB, es importante para los diseñadores de PCB entender el proceso de fabricación. Con una comprensión del proceso de un diseñador tiene una idea de algunas de las oportunidades para los errores que se introducirán en sus diseños de PCB y cómo evitarlos. Además, los diseñadores de PCB también pueden beneficiarse de la comprensión de todas las capacidades de los fabricantes modernos de PCB y aprovechar estas capacidades al abordar su próxima aplicación basada en PCB.

En términos generales, este artículo discutirá cómo un PCB pasa de ser producido por el software de diseño de PCB a ser fabricado en un PCB físico por un Fabricante de PCB. Como punto de referencia inicial, veamos primero un diagrama de una capa de cuatro capas Placa PCB:

El PCB se basa en un sustrato de fibra de vidrio, con capas de cobre apiladas en la parte superior del sustrato y capas de cobre adicionales separadas por capas adicionales de sustrato. Finalmente, la placa se termina en ambos lados en una capa de máscara de soldadura. El sustrato proporciona a la PCB una estabilidad mecánica, la capa de cobre funciona como la parte conductora de la placa y la máscara de soldadura protege al cobre del cortocircuito al ambiente exterior. Además, las vías se utilizan para conectar rastros de cobre de diferentes capas del diseño. La máscara de soldadura también se marca típicamente con la marca informativa en una capa que se llama la serigrafía. Las marcas en la serigrafía incluyen los nombres y referencias de los componentes, así como información sobre la revisión del tablero y el fabricante.

Con la descripción general de un tablero de PCB multicapa en la mano, podemos continuar discutiendo cómo un PCB se toma de sus componentes básicos y se convierte en un producto final:

Archivos 1.Design se envían a un fabricante

Una vez que los archivos de diseño de PCB se han enviado a un fabricante de PCB, el primer paso en el proceso de fabricación de PCB está ejecutando una comprobación de reglas de diseño en estos archivos de diseño. Comúnmente llamado Control de Diseño para Fabricación (DFM), cuando un diseñador recibe un diseño de PCB de un cliente, el fabricante comprobará los archivos de diseño para ver si se ajustan a las tolerancias mínimas de su proceso de fabricación. Algunas comprobaciones comunes incluyen la comprobación de un diseño para la anchura mínima de la traza, el espaciado de la traza, los tamaños mínimos del taladro y el espaciamiento del borde de la tabla. El estándar de archivo para los diseños se extiende a Gerber, que es un formato de archivo estándar de la industria para la descripción de los PCB. Casi todo el software de diseño de PCB es capaz de producir archivos Gerber, por lo que pueden ser enviados a las casas de fabricación que el diseñador elige para la fabricación.

2.Convertir archivos de diseño de PCB en películas de fotos

Una vez que los archivos de diseño de PCB han sido confirmados, se envían a un plotter, que es esencialmente una impresora láser especial, para generar fotos. Las películas fotográficas comienzan como hojas de plástico claras. A continuación, los trazadores imprimen los diseños de PCB en las películas fotográficas con tinta negra. Cuando se completan, las películas fotográficas para las capas internas de la PCB son esencialmente negativas del diseño de PCB, donde la parte del diseño que va a ser cobre es negra y la porción que no está conduciendo es clara. Las películas fotográficas utilizadas en las capas exteriores de la PCB son opuestas. En las películas fotográficas para las capas exteriores, la capa en la que el cobre debe permanecer es clara y la parte donde se va a quitar el cobre es negra. Las películas fotográficas se hacen para cada capa del diseño del PCB y la máscara de la soldadura, así que un diseño de dos capas tendría cuatro capas de películas fotográficas impresas, un diseño de cuatro capas tendría seis impresas y así sucesivamente. El último paso en la producción de las películas fotográficas es perforarlas para que puedan alinearse con precisión en etapas posteriores del proceso de fabricación de PCB.

3.Diseños de impresión en el substrato revestido de cobre (capas internas)

Este paso (junto con 4, 5 y 6) sólo se completa cuando tenemos más de un tablero de dos capas. En el caso de que estamos fabricando un tablero de dos capas, pasaríamos al paso 7 (perforación).

Con las películas fotográficas en mano, ahora podemos dirigir nuestra atención al sustrato ya las capas de cobre de base del tablero del PWB que va a ser producido. Los tableros de fibra de vidrio revestidos de cobre blanco son la base de la gran mayoría de Diseños de PCB. Estos paneles de revestimiento de cobre se limpian inicialmente y luego se recubren con una capa de fotorresistencia. La capa fotorresistente es una capa de productos químicos foto reactivos que se endurecen cuando se exponen a la luz ultravioleta. Una vez que la capa fotorresistente se ha instalado en los sustratos revestidos de cobre, las películas fotográficas se colocan en la placa y la placa se expone a una fuente de luz ultravioleta. Las porciones de la película fotográfica que son opacas impiden que la capa foto-resistente se endurezca, mientras que las partes transparentes permiten que la capa resistente se endurezca. Después de que la parte de exposición a la luz ultravioleta del proceso se haya completado, las películas fotográficas se retiran de la placa y luego la placa se lava con una solución alcalina para eliminar la foto-resistencia no endurecida. Lo que queda al final de este proceso es un tablero revestido de cobre con resistencia sobre las partes del tablero que deben permanecer cobre en el diseño final.

4.Etching Capa Interior Cobre

Una vez que tenemos la capa de resistencia impresa en el cobre, ahora podemos proceder a eliminar la parte de cobre no deseado de la placa. Esto se realiza exponiendo el tablero de cobre con resiste a potentes disoluciones de disolvente de cobre que eliminan todo el cobre del sustrato de fibra de vidrio que no estaba cubierto en resiste durante el paso anterior. Es de notar que diferentes pesos de cobre requieren diferentes cantidades de exposición a disolventes de cobre, que a su vez, pueden indicar diferentes requerimientos de espaciamiento de vías. Con el cobre no deseado eliminado, la resistencia que protegía el cobre deseado ahora se puede quitar. El resultado es el sustrato con la capa o capas de cobre deseadas.

5.Inserción de capa interna y inspección óptica

Una vez que se ha producido el sustrato con capas internas, se da al producto resultante punzones de alineación para permitir que se alineen a otras capas en el proceso correctamente. Las capas de cobre en el proceso resultante también pueden ser inspeccionadas para ver si son correctas en este punto. Este tipo de inspección se realiza normalmente mediante un sistema de inspección óptica, que compara los archivos de diseño originales con las trazas de cobre reales producidas por el proceso de grabado.

6.Lay-up y adhesión de capa externa

En este punto, si su diseño tiene más de dos capas, capas adicionales deben estar adheridas al sustrato. Esto se hace poniendo lo que se llama preimpregnado (corto para pre-impregnado) y una hoja de cobre en la parte superior e inferior del sustrato original, con ello'S ahora rastros grabados de cobre. Prepreg es esencialmente fibra de vidrio con epoxi impregnado en su estructura. El sustrato / prepreg / pila de cobre debe estar unido ahora. Esto se hace colocando capas en una abrazadera metálica y calentándolas mientras están bajo presión. Esto se consigue típicamente en prensas de unión especiales, que pueden calentar y enfriar las capas de la manera correcta cuando presionan las capas juntas, para asegurar que están bien unidas.

7.Drilling del PCB

Una vez que tengamos las capas exteriores en blanco del PCB en su lugar, podemos proceder con la perforación de todos los agujeros requeridos en el diseño del PCB. La perforación se realiza con una máquina de perforación controlada por ordenador. La máquina de perforación toma el archivo de perforación de los archivos de diseño presentados y coloca los taladros en consecuencia. La pila de cobre se coloca en la máquina de perforación y se alinea para asegurar que los orificios están colocados correctamente. El material de entrada y salida se utiliza para asegurar que los taladros no cubran el cobre durante el proceso de perforación. Finalmente, el cobre en exceso se corta de los bordes del panel de producción usando una herramienta de perfilado. Los taladros de este paso en el proceso de fabricación se convertirán en los vías y agujeros de montaje mecánicos del diseño, una vez que se chapas más tarde en el proceso.

Depósito 8.Copper

Con los agujeros de taladro en el lugar en nuestro panel, ahora proceder en el chapado de estos agujeros para conectar las diferentes capas del diseño juntos. Este proceso de recubrimiento se realiza mediante un proceso de deposición química. El panel perforado se limpia y luego se sumerge en una serie de baños químicos, lo que resulta en una capa muy delgada de cobre que se coloca en todos los orificios del diseño y coincidentemente la capa exterior de cobre del panel.

9.Image las capas externas

El siguiente paso en el proceso es la obtención de imágenes de las capas externas de la pila de cobre. Una vez más se aplica una capa de foto-resistencia al cobre exterior en el panel. Las películas fotográficas con las capas externas del diseño impresas en ellas se utilizan entonces para exponer preferentemente porciones de la PCB donde el cobre no permanecerá a la luz ultravioleta. Esto es lo opuesto de las capas internas, donde la parte del tablero que está expuesta es la porción que no permanecerá. El resultado es el tablero con resistencia que cubre todas las áreas que eventualmente serán eliminadas.

10.Plating

Ahora la junta pasará por el proceso de galvanoplastia. A medida que el tablero se encuentra ahora, las porciones expuestas del tablero son las porciones del tablero que quedaron expuestas en nuestro último paso y los orificios de cobre previamente chapados químicamente. Una vez que el electrochapado inicial de cobre está completo entonces la placa es típicamente chapada con estaño. Esto permitirá la eliminación de todo el cobre no deseado que todavía permanece en el tablero, mientras que el estaño protege la porción del tablero que queremos permanecer durante el proceso final del retiro del cobre.

Grabado 11.Final

Nuestro tablero ahora tiene una capa de resistir junto con las trazas de cobre estañadas que queremos permanecer. El siguiente paso en el proceso es eliminar la capa de resistencia y finalmente el cobre no deseado que queda debajo de la resistencia. Esto se hace mediante un proceso químico que elimina el cobre expuesto, pero no elimina la porción estañada de las capas externas. Al final de este paso tenemos todas nuestras áreas de conducción y conexiones en su lugar.

12.Apply Máscara de soldadura

El siguiente paso en el proceso es aplicar una capa de máscara de soldadura a cada lado del tablero. Los paneles primero deben ser limpiados y luego recubiertos con una tinta de máscara de soldadura epoxi. Las placas se exponen una vez más a la luz UV a través de una máscara de soldadura. Las partes del tablero que no están expuestas a la luz UV se dejan blandas y por lo tanto pueden quitarse químicamente más tarde en el proceso. Una vez que se ha eliminado la máscara de soldadura no deseada, la PCB se endurece adicionalmente en un horno para asegurar que la máscara de soldadura permanece intacta durante toda la vida útil de la PCB.

13.Plating

Ahora que tenemos las almohadillas de cobre expuestas acabadas de estaño, más chapa las almohadillas expuestas del PWB para la capacidad de la soldadura. Comúnmente los PCBs son chapados químicamente con oro o plata. Los PCB también pueden suministrarse con las almohadillas que han sido sometidas a un proceso de nivelación de aire caliente. La nivelación del aire caliente utiliza aire caliente para asegurar que las almohadillas están fabricadas con una profundidad muy similar y precisa.

14.Silkscreen

Ahora que el tablero está en gran parte completo es hora de aplicar una capa de la pantalla de seda a la tarjeta. La pantalla de seda indica qué componentes van donde durante el montaje y cómo se orientan. Si bien esta capa se conoce comúnmente como la capa de pantalla de seda, ya no se implementa comúnmente utilizando una serigrafía. Más bien, típicamente se imprime directamente sobre la PCB usando un proceso de tipo chorro de tinta. Una vez que la serigrafía se ha colocado en el tablero, el tablero pasa por un proceso final de revestimiento y curado.

15.Electrical Test

Con un tablero completo en la mano, el tablero se puede probar eléctricamente. Esto se realiza normalmente a través de un proceso automatizado en el que se comprueba la integridad de las diferentes redes del diseño. Esto es automatizado, al tener el archivo de diseño original definir la ubicación de las redes a probar y luego tener una "Sonda de vuelo" Prueba de que las diferentes redes del diseño están de hecho aisladas.

16.Profiling y V Puntuación

El último paso en el proceso de fabricación es cortar mecánicamente las diferentes placas alojadas en el panel original. Esto puede hacerse con un enrutador que deja pequeñas lengüetas a lo largo de los bordes del tablero o con una ranura en V que corta canales diagonales a lo largo de ambos lados del tablero. Ambas aproximaciones permiten que las unidades individuales de las tablas sean sacadas del panel manualmente. Muy a menudo las tablas permanecerán en un panel todo el camino a través del ensamblaje.

Conclusión

Esperemos que este artículo ayude a Fabricación de PCB proceso. Si bien los detalles del proceso pueden cambiar un poco de fabricante a fabricante, el proceso utilizado se asemejará mucho a lo descrito anteriormente.