Le processus de fabrication de PCB en 15 étapes pour les PCB multicouches

Il n’existe pas de circuit imprimé standard car chaque PCB a une seule fonction pour un produit particulier. La production d'un PCB est un processus complexe en plusieurs étapes. Nous examinons ici les étapes de fabrication les plus importantes dans la production d'un PCB multicouche.

Étape 1 : Conception et sortie

La première étape du processus de fabrication des PCB est la conception. Les concepteurs utilisent des logiciels spécialisés tels que Extended Gerber ou IX274X pour créer un plan pour le PCB qui répond à toutes les exigences et spécifications. Ces outils logiciels servent non seulement à la conception de la mise en page, mais également à coder les informations nécessaires pour le format de sortie de la conception.

Extended Gerber est un logiciel de conception couramment utilisé qui code diverses informations dont les concepteurs ont besoin, telles que le nombre de couches de cuivre, le nombre de couches de masque de soudure et le symbole des composants. Une fois le plan du PCB codé, tous les aspects de la conception sont vérifiés pour garantir qu’aucune erreur n’existe.

L'usine de fabrication de PCB reçoit la conception complète du PCB pour la préparation de la fabrication. À l'usine de fabrication, le plan de conception est soumis à des contrôles de conception pour la fabrication (DFM) pour garantir que la conception répond aux tolérances requises pour le processus de fabrication. Le but de l’inspection DFM est de garantir la fabricabilité et de garantir que la qualité de la conception est au meilleur niveau.

Après le Vérification DFM est réussi, le concepteur procède à une revue de la conception et résout les éventuels problèmes d'ingénierie pour garantir l'exactitude et la fiabilité de la conception.

Étape 2 : Examen de la conception et questions d'ingénierie

Les revues de conception et les problèmes d'ingénierie sont essentiels dans la deuxième étape du processus de fabrication des PCB. Cette étape vérifie la conception pour déceler des erreurs ou des défauts potentiels et garantit un processus de fabrication fluide.

Les ingénieurs effectuent des revues de conception et examinent chaque partie de la conception du PCB pour garantir que tous les composants et structures correctes sont inclus. Ils vérifient également que la conception répond aux spécifications requises et ne viole pas les directives de fabrication. Ce n’est qu’une fois que l’ingénieur a approuvé la conception que l’étape suivante est lancée : l’impression.

Étape 3 : Impression de la conception du circuit imprimé

Une fois toutes les vérifications effectuées, l'impression de la conception du PCB est la prochaine étape. Contrairement à d'autres plans (tels que les dessins d'architecture), les conceptions de circuits imprimés ne sont pas imprimées directement sur du papier ordinaire 8.5 x 11. Au lieu de cela, une imprimante spéciale, appelée traceur, est utilisée pour fabriquer un "film" du PCB. Ces "films" sont en fait des négatifs du PCB lui-même, similaires aux transparents que l'on trouve couramment dans les écoles.

Les couches internes du PCB sont représentées à l'aide de deux couleurs d'encre : l'encre noire est utilisée pour montrer les traces de cuivre et les circuits du PCB, tandis que l'encre transparente représente les zones non conductrices telles que la base en fibre de verre. Sur les couches externes de la conception du circuit imprimé, cependant, cette représentation est inversée : l'encre transparente fait référence au cuivre via des lignes, tandis que l'encre noire indique les zones de cuivre qui seront supprimées.

Chaque couche de PCB et la couche de masque de soudure correspondante ont son propre film, donc un simple PCB à deux couches nécessite quatre feuilles : une pour chaque couche et deux feuilles de masque de soudure associées.

Une fois les films imprimés, ils doivent être alignés et perforés avec une perforatrice, également appelée trou pilote. Ces trous d'alignement servent de points de référence pour aligner le film lors de la fabrication ultérieure.

Étape 4 : Impression des couches internes

La quatrième étape marque le début de la création du PCB. Le processus commence par l'impression de la conception du circuit imprimé sur un matériau spécial appelé stratifié. Ensuite, une couche de feuille de cuivre ou un revêtement de cuivre est appliqué sur le stratifié. Le cuivre est fermement attaché au stratifié, formant la structure du PCB. Ensuite, l'excès de cuivre est retiré pour révéler la conception souhaitée.

Ensuite, un film photosensible appelé résine est appliqué pour recouvrir le stratifié. Les résines, qui contiennent des produits chimiques spéciaux qui durcissent sous la lumière ultraviolette (UV), permettent aux techniciens de faire correspondre parfaitement la conception du PCB et la photorésist.

Pour aligner la résine avec précision, les techniciens utilisent des trous créés plus tôt dans le processus. Le stratifié et la réserve sont ensuite exposés à la lumière UV. La lumière UV traverse la partie transparente du film, durcissant la résine photosensible. Cela indique les zones où le cuivre doit rester, formant des canaux. Pendant ce temps, l'encre noire sur la réserve empêche les rayons UV d'atteindre les zones qui ne devraient pas durcir, ce qui les rend plus faciles à éliminer plus tard.

Une fois que la carte est prête, elle est nettoyée avec une solution alcaline pour éliminer tout photorésist résiduel. Ceci est suivi d'un lavage sous pression approfondi pour assurer une surface propre. Laisser sécher la plaque.

Après séchage, la seule réserve restante doit être au-dessus du cuivre qui fera partie du PCB final. Un technicien revérifie le PCB pour toute erreur. Si tout semble bon, le processus passe à l'étape suivante.

Ce processus important jette les bases d'un PCB multicouche, définissant avec précision ses connexions électriques. La précision garantit ici que le PCB fonctionnera correctement et de manière fiable dans son application prévue.

Étape 5 : Graver les couches intérieures ou le noyau pour enlever le cuivre

Cette étape consiste à retirer soigneusement le cuivre supplémentaire des couches internes du PCB pour révéler les traces de cuivre qui correspondent à la conception de la disposition du PCB.

Lors de la gravure, le noyau ou couches internes des PCB subissent un traitement chimique. Le cuivre nécessaire sur la carte est recouvert et protégé, tandis que le reste de la carte est exposé à un produit chimique spécial. Ce processus chimique élimine habilement tout le cuivre non protégé, ne laissant que la quantité précise de cuivre nécessaire au fonctionnement du PCB.

Le temps et la quantité de solvant de gravure du cuivre utilisés peuvent varier en fonction de la taille et de la structure du PCB. Pour les PCB plus grands ou ceux avec des structures plus lourdes, plus de cuivre peut être utilisé, ce qui nécessite plus de temps ou de solvant pour le processus de gravure.

Ainsi, la gravure joue un rôle essentiel dans le perfectionnement des traces de cuivre du PCB, en s'assurant qu'elles correspondent avec précision à la disposition de conception et en garantissant les performances optimales de la carte.

Étape 6 : Alignement et collage des couches

L'alignement des couches est une étape critique dans le processus de fabrication d'un PCB multicouche. Une fois que les couches de cuivre internes individuelles du PCB ont été créées, elles doivent être soigneusement alignées et collées ensemble pour former un PCB multicouche complet et fonctionnel.

Pendant le processus d'alignement des couches, chaque couche de cuivre interne est positionnée avec précision et liée aux couches adjacentes. Cet alignement garantit que les connexions électriques et vias (les trous reliant les couches) entre les couches sont alignés avec précision, créant un chemin conducteur continu et fiable dans tout le PCB.

Les techniciens utilisent des outils d'alignement et des marques d'enregistrement sur les couches de cuivre pour assurer le bon positionnement. Ces repères servent de points de référence pour aider à faire correspondre correctement les couches de cuivre. Les couches sont ensuite laminées ensemble sous chaleur et pression, les liant de manière permanente pour former un PCB multicouche solide.

Étape 7: forage

De petits trous appelés vias sont percés à travers le PCB pour connecter électriquement différentes couches. Des trous plus grands sont également percés pour le montage des composants.

Avant le forage, une machine à rayons X est utilisée pour localiser les points de forage. Ensuite, des trous d'enregistrement/de guidage sont percés afin que la pile de circuits imprimés puisse être sécurisée avant que les trous plus spécifiques ne soient percés. Lorsque vient le temps de percer ces trous, une perceuse guidée par ordinateur est utilisée pour faire les trous eux-mêmes, en utilisant le fichier de la conception Extended Gerber comme guide.

Étape 8 : Placage et dépôt de cuivre

Une fois que le panneau PCB a été percé, la prochaine étape cruciale est le placage. Au cours de ce processus, une série de traitements chimiques sont utilisés pour fusionner toutes les différentes couches du PCB ensemble. Le PCB est soigneusement nettoyé puis baigné de produits chimiques, ce qui entraîne le dépôt d'une couche de cuivre d'un micron d'épaisseur.

Cette couche de cuivre recouvre la couche supérieure du PCB et remplit les trous qui viennent d'être percés. Avant le placage, ces trous exposaient le substrat en fibre de verre à l'intérieur du panneau. Cependant, après le placage, les trous sont maintenant recouverts de cuivre, recouvrant efficacement leurs parois.

Étape 9 : Imagerie de la couche externe

Plus tôt dans le processus (étape quatre), un photorésist a été appliqué sur le panneau PCB. Dans cette étape, nous appliquons de la résine photosensible sur les couches externes du panneau et les exposons à la lumière UV pour créer la conception du PCB. La chambre jaune empêche la lumière UV d'affecter la résine photosensible. Les transparents à l'encre noire assurent un alignement précis lors de l'exposition à une lumière UV élevée, durcissant la résine photosensible.

Les plaques extérieures sont inspectées pour s'assurer que toute la résine photosensible indésirable est éliminée. Plus tard, nous appliquons une autre couche de résine photosensible sur la couche extérieure pour l'imagerie. Les couches extérieures sont ensuite plaquées de la même manière que les couches intérieures, avec l'ajout d'un placage d'étain pour une protection supplémentaire.

Étape 10 : Gravure de la couche externe et AOI

Lors de la gravure finale de la couche externe, la protection en étain protège le précieux cuivre, garantissant qu'il reste protégé. Le cuivre indésirable est éliminé à l'aide du même solvant de cuivre, tandis que l'étain préserve le cuivre souhaité dans la zone de gravure.

Contrairement à la couche interne, les encres sont inversées pour la couche externe. L'encre foncée recouvre les zones non conductrices et l'encre claire est appliquée sur le cuivre, permettant à l'étamage de le protéger. Les ingénieurs éliminent tout cuivre inutile et le revêtement de réserve restant pendant la gravure, préparant la couche externe pour l'inspection optique automatisée (AOI) et le masquage de la soudure.

Les contrôles AOI garantissent que la couche répond aux exigences de conception et vérifient que tout excès de cuivre est éliminé, ce qui donne une carte de circuit imprimé entièrement fonctionnelle avec des connexions électriques appropriées.

Étape 11 : Application du masque de soudure

En préparation à l'application du masque de soudure, les panneaux sont soumis à un nettoyage en profondeur. Une encre de masque de soudure époxy est ensuite appliquée pour recouvrir la surface de la carte. La lumière ultraviolette est utilisée pour indiquer les zones où masque de soudure devrais être retiré.

Une fois que les techniciens ont retiré le masque de soudure désigné, la carte de circuit imprimé est placée dans un four pour durcissement. Ce masque offre une protection précieuse au cuivre de la carte, le protégeant des dommages potentiels causés par la corrosion et l'oxydation.

Étape 12 : Application de sérigraphie et application de finition de surface

Dans le processus de fabrication des PCB, des informations importantes sont imprimées sur la surface de la carte via sérigraphie impression d'application ou de légende. Cela inclut les numéros d'identification de l'entreprise, les étiquettes d'avertissement, les marques des fabricants, les numéros de pièces et autres marques. Après avoir imprimé ces données et appliqué la finition de surface, les PCB sont soumis à des tests, à une découpe et à une inspection.

Pour améliorer la capacité de soudure, certains PCB reçoivent un placage chimique avec de l'or ou de l'argent, et un nivellement à l'air chaud est utilisé pour créer des pastilles uniformes. Cela génère la finition de surface, qui peut être personnalisée en fonction des exigences du client.

Le PCB presque terminé est ensuite écrit par jet d'encre avec des informations vitales. Enfin, il passe par la dernière étape de revêtement et de durcissement. Ces étapes garantissent une carte de circuit imprimé entièrement fonctionnelle et bien étiquetée, prête pour l'utilisation prévue.

Étape 13 : Test électrique

Après la fabrication des PCB, les techniciens effectuent des tests électriques pour garantir la fonctionnalité et la conformité à la conception d'origine. Les tests électriques suivent les normes IPC-9252 et comprennent des tests de continuité et d'isolement du circuit. Le test de continuité vérifie les déconnexions ("ouvertures"), tandis que le test d'isolement vérifie s'il y a des courts-circuits dans différentes parties du PCB. Ces tests garantissent non seulement la fonctionnalité, mais évaluent également la résistance de la conception initiale du PCB au processus de fabrication.

De plus, le test du "lit de clous" est utilisé pour déterminer la fonctionnalité du PCB. Cela implique de fixer des fixations à ressort aux points de test et de les soumettre à un contact à haute pression pour évaluer la durabilité de la planche dans de telles conditions. Ces évaluations électriques complètes garantissent la qualité et la fiabilité du PCB.

Étape 14 : Profilage et V-Scoring

Dans les dernières étapes de la fabrication des PCB, le profilage et la découpe sont cruciaux. Le profilage implique l'identification de la forme et de la taille des PCB individuels du panneau de construction, en utilisant les informations provenant de Fichiers Gerber. Cela guide le processus de routage, au cours duquel un routeur ou une machine CNC crée de petits morceaux le long des bords de la carte pour une séparation facile sans dommage.

Alternativement, certains fabricants utilisent une machine à rainure en V pour créer des coupes diagonales le long des côtés de la planche. Les deux méthodes assurent une séparation propre sans fissure. Après avoir marqué les planches, elles sont séparées de la planche de construction, complétant cette étape.

Lors de la dernière étape, la découpe, différentes planches sont séparées du panneau d'origine à l'aide d'une défonceuse ou d'une rainure en V. Le routeur laisse de petites languettes le long des bords de la carte, tandis que la rainure en V crée des canaux diagonaux. Les deux méthodes permettent aux planches de sortir facilement du panneau, finalisant ainsi le processus de fabrication.

Étape 15: Inspection finale

Dans la dernière étape du processus, une équipe d'inspecteurs de la vue de précision donne à chaque plaque un contrôle supplémentaire délicat. Vérification visuelle du PCB par rapport aux normes d'acceptation existantes.

Remarque : Assurez-vous d'être en contact avec un Fabricant de PCB qui dispose d'équipements à la pointe de la technologie.

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