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.
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.
Une fois le contrôle DFM réussi, le concepteur effectue une revue de conception et résout les éventuels problèmes d'ingénierie afin de garantir l'exactitude et la fiabilité de la conception.
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 minutieusement chaque élément du circuit imprimé afin de garantir la présence de tous les composants et la conformité des structures. Ils vérifient également que la conception répond aux spécifications requises et respecte les consignes de fabrication. L'impression ne peut commencer qu'après validation par l'ingénieur.
Une fois toutes les vérifications effectuées, l'impression du circuit imprimé est l'étape suivante. Contrairement à d'autres plans (comme les plans d'architecture), les circuits imprimés ne sont pas imprimés directement sur du papier standard de format A4. On utilise une imprimante spéciale, appelée traceur, pour créer un « film » du circuit imprimé. Ces « films » sont en réalité des négatifs du circuit imprimé, semblables aux transparents utilisés 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 circuit imprimé et la couche de masque de soudure correspondante possèdent leur propre film ; ainsi, un circuit imprimé simple à deux couches nécessite quatre feuilles : une pour chaque couche et deux feuilles de masque de soudure d'accompagnement.
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.
La quatrième étape marque le début de la fabrication du circuit imprimé. Le processus commence par l'impression du motif du circuit imprimé sur un matériau spécial appelé stratifié. Ensuite, une couche de cuivre est appliquée sur le stratifié. Le cuivre adhère fermement au stratifié, formant ainsi la structure du circuit imprimé. Enfin, l'excédent de cuivre est retiré pour révéler le motif souhaité.
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 précisément la résine photosensible, les techniciens utilisent des trous créés précédemment. Le film laminé et la résine sont ensuite exposés à la lumière UV. Cette lumière traverse la partie transparente du film et durcit la résine. Ceci révèle les zones où le cuivre doit rester, formant ainsi des canaux. Parallèlement, l'encre noire sur la résine empêche les rayons UV d'atteindre les zones qui ne doivent pas durcir, facilitant leur élimination ultérieure.
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.
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, les couches internes du circuit imprimé subissent un traitement chimique. Le cuivre nécessaire est recouvert et protégé, tandis que le reste du circuit est exposé à un produit chimique spécifique. Ce procédé élimine avec précision tout le cuivre non protégé, ne laissant subsister que la quantité exacte de cuivre requise pour le fonctionnement du circuit imprimé.
La durée et la quantité de solvant de gravure du cuivre peuvent varier selon la taille et la structure du circuit imprimé. Pour les circuits imprimés plus grands ou ceux présentant des structures plus épaisses, une plus grande quantité de cuivre peut être nécessaire, ce qui implique un temps de gravure ou une quantité de solvant supplémentaires.
Ainsi, la gravure joue un rôle essentiel dans la perfection des pistes de cuivre du circuit imprimé, garantissant qu'elles correspondent précisément à la disposition du dessin et assurant des performances optimales de la carte.
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.
Lors de l'alignement des couches, chaque couche de cuivre interne est positionnée avec précision et liée aux couches adjacentes. Cet alignement garantit la parfaite adéquation des connexions électriques et des vias (trous reliant les couches), créant ainsi un chemin conducteur continu et fiable sur l'ensemble du circuit imprimé.
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.
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.
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.
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.
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.
Avant l'application du vernis épargne, les panneaux sont soigneusement nettoyés. Une encre époxy est ensuite appliquée pour recouvrir leur surface. La lumière ultraviolette permet de repérer les zones où le vernis épargne doit être retiré.
Une fois le vernis épargne retiré, la carte de circuit imprimé est placée dans un four pour polymérisation. Ce vernis protège efficacement le cuivre de la carte, le préservant des dommages potentiels causés par la corrosion et l'oxydation.
Lors de la fabrication des circuits imprimés, des informations importantes sont imprimées sur leur surface par sérigraphie ou impression de légendes. Il s'agit notamment des numéros d'identification de l'entreprise, des étiquettes d'avertissement, des marques du fabricant, des références et autres marquages. Après l'impression de ces données et l'application de la finition de surface, les circuits imprimés sont testés, découpés et contrôlés.
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.
Après la fabrication des circuits imprimés, les techniciens effectuent des tests électriques pour garantir leur bon fonctionnement et leur conformité à la conception d'origine. Ces tests, conformes à la norme IPC-9252, comprennent des tests de continuité et d'isolation des circuits. Le test de continuité détecte les coupures (circuits ouverts), tandis que le test d'isolation vérifie l'absence de courts-circuits sur le circuit imprimé. Ces tests garantissent non seulement le bon fonctionnement du circuit imprimé, mais permettent également d'évaluer sa résistance au processus de fabrication.
De plus, le test de résistance aux chocs est utilisé pour évaluer la fonctionnalité des circuits imprimés. Il consiste à fixer des supports à ressort sur les points de test et à les soumettre à un contact à haute pression afin d'évaluer la durabilité du circuit dans ces conditions. Ces évaluations électriques complètes garantissent la qualité et la fiabilité des circuits imprimés.
Lors des dernières étapes de la fabrication des circuits imprimés, le profilage et la découpe sont essentiels. Le profilage consiste à identifier la forme et la taille de chaque composant à partir de la plaque de construction, grâce aux informations des fichiers Gerber . Ceci guide le processus de fraisage, au cours duquel une fraiseuse ou une machine CNC crée de petits segments le long des bords de la plaque pour faciliter leur séparation sans les endommager.
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.
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 de prendre contact avec un fabricant de circuits imprimés de premier plan disposant d'équipements à la pointe de la technologie.
La réalisation d'une fabrication de cartes de circuits imprimés de premier ordre nécessite une étroite collaboration entre votre sous-traitant de circuits imprimés et le fournisseur de fabrication choisi responsable de la construction des cartes nues. Pour le niveau de qualité de fabrication souhaité, VictoryPCB définit des critères spécifiques qu'un fournisseur de fabrication doit respecter pour être jugé qualifié et adapté au projet.
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