Spiegazione facile da comprendere del processo di produzione dei PCB

Il processo di creazione del PCB può sembrare travolgente. Dividerlo in sezioni per capirlo può aiutare a renderlo più comprensibile. Questo articolo approfondirà gli elementi dei PCB, le procedure di produzione passo dopo passo e i fattori cruciali da considerare in anticipo.

Parti di un PCB

Prima di immergersi negli intricati dettagli del processo di produzione dei PCB, è essenziale familiarizzare con le parti fondamentali di un PCB. Un circuito stampato è la spina dorsale dei dispositivi elettronici. Fornisce le basi e i percorsi per la comunicazione dei componenti elettronici.

Substrato

Il materiale di base, noto come substrato gioca un ruolo, in un circuito stampato (PCB). Serve come fondamento delle tavole. È tipicamente realizzato in resina epossidica e tessuto in fibra di vetro. In alcuni casi la fibra di vetro può essere non tessuta. Lo strato di substrato di un PCB è comunemente costituito da fibra di vetro che conferisce alla scheda la sua struttura. Questi substrati sono strutture con proprietà costituite da resina epossidica e tessuto di vetro o carta. Il substrato PCB è quello che contiene le tracce e i componenti. Comprendere l'importanza del substrato è fondamentale per comprendere come un PCB mantiene la sua forma e facilita le connessioni.

Rivestimento in metallo

Un rivestimento metallico è un materiale applicato ai PCB per proteggerli da vari fattori ambientali come calore, umidità, luce UV, prodotti chimici e abrasivi. Questa finitura superficiale su un PCB prevede l'applicazione di uno strato di metallo tra le aree esposte sulla scheda e cuscinetti/componenti saldabili per creare protezione. Le tecniche di rivestimento dei metalli includono processi di placcatura ed elettroplaccatura che formano strati saldabili a caldo sulle superfici di rame dei pad PCB.

Percorsi conduttivi

Vie conduttive o tracce sono motivi incisi sul substrato PCB a base di rame grazie alla conduttività e alla durata del rame. Le tracce hanno trasformato il campo dell'elettronica sostituendo la necessità di cablaggio punto a punto con percorsi affidabili. Questi percorsi svolgono un ruolo nel consentire all’elettricità di circolare e alimentare i dispositivi collegando componenti come transistor, resistori e circuiti integrati. I segnali viaggiano lungo questi percorsi di rame trasportando dati e istruzioni alle sezioni del circuito. Questo design studiato facilita le operazioni dei moderni gadget elettronici.

Modelli conduttivi

I modelli conduttivi sono costituiti da forme come rettangoli, cerchi e quadrati realizzati in materiale di rame. Rettangoli lunghi e sottili funzionano come interconnessioni ai fili mentre una varietà di forme funge da punti di connessione per i componenti. Questi modelli descrivono la disposizione del rame sul circuito stampato comprendendo tracce, pad e altri elementi essenziali. Il layout e il posizionamento precisi di queste tracce e pad sono fondamentali per consentire il flusso del segnale e la distribuzione della potenza attraverso il PCB per garantire che tutti i componenti collaborino in modo efficiente.

Che cos'è un processo di produzione di PCB?

Il processo di produzione dei PCB è piuttosto complesso e coinvolto. Si inizia con la concettualizzazione di un prodotto. Si conclude con un assemblaggio PCB operativo. Inizialmente viene realizzato uno schema per delineare la connettività dei circuiti. Successivamente un progettista PCB organizza i circuiti per migliorare le caratteristiche rispettando al tempo stesso i limiti di progettazione. Questa sequenza di azioni è fondamentale per garantire l'efficacia e l'affidabilità del PCB. Ogni fase, dalla progettazione all'assemblaggio, gioca un ruolo importante nella creazione di un circuito stampato con notch che soddisfi gli standard specificati.

Preparazione per il processo di produzione di PCB

Ora che conosci le parti principali di un PCB, ovviamente devi prepararti. Prima di iniziare il processo di produzione del PCB, ci sono alcuni fattori chiave da verificare.

Considerazioni sulla progettazione per la produzione

Prima di passare al processo di produzione dei PCB, è fondamentale tenere conto delle considerazioni di progettazione per la produzione (DFM). Un principio chiave è mantenere i piani di alimentazione e di terra collegati alla scheda, il che aiuta a mantenere l'integrità del segnale e a ridurre al minimo le interferenze. Durante la fase di pianificazione gli esperti tengono conto anche di elementi quali le dimensioni del prodotto e i materiali necessari per la produzione. Altri aspetti importanti includono la preparazione della superficie, le fasi di finitura secondarie e l'attenzione ai dettagli. È essenziale enfatizzare la scelta dei materiali, comprendere i vincoli di fabbricazione e aderire alle migliori pratiche di posizionamento dei componenti. Un efficiente instradamento dei cavi e la selezione di un produttore svolgono un ruolo importante nel garantire un processo di produzione regolare.

Formati di file

La preparazione per la produzione di PCB implica garantire che i file di progettazione siano nei formati desiderati. File Gerber si distinguono come formato utilizzato per i modelli di dettaglio PCB per ogni strato come tracce di rame, maschere di saldatura, serigrafie, forature e contorni. I file di dati di progettazione PCB delineano il layout PCB all'interno degli strumenti software di progettazione. Inoltre, i file della libreria CAD PCB sono costituiti da una raccolta di componenti e impronte usati. ODB++ gli output offrono set di dati, per scopi di fabbricazione e assemblaggio. IL HPGL Il formato file plotter (PLT) facilita lo scambio di dati relativi alla fabbricazione di PCB.

Materiali di bordo

Il controllo dei materiali per la scheda è la fase di preparazione alla produzione di PCB. Assicurati che le materie prime siano di qualità confermando che vengono utilizzati rame, resina e vetro di prima qualità. Il rame di qualità garantisce conduttività mentre la resina e il vetro di qualità superiore offrono durata e resistenza alla scheda. L'esame approfondito di questi materiali è fondamentale per garantire l'efficacia e la durata del prodotto PCB durante il funzionamento.

Il processo completo di produzione di PCB

Ora che conosci le parti del PCB e cosa devi preparare, passiamo al processo di produzione del PCB stesso. Ecco la spiegazione di facile comprensione su come produciamo i tuoi PCB:

Processo di progettazione

Il processo di produzione del PCB inizia con il processo di progettazione. In questo processo, include la creazione del tuo disegno schematico, creazione del layout del PCB, definizione del progetto per la producibilità e stampa del progetto.

Progettazione schematica

Nel processo di produzione dei PCB, il processo di progettazione inizia con disegno schematico. La complessità dello schema influisce direttamente sulla progettazione complessiva. Uno schema ben organizzato potrebbe essere una singola pagina con il disegno del circuito, i riferimenti e un cartiglio che include i dettagli di creazione e revisione. Tuttavia, la maggior parte degli schemi sono costituiti da più pagine con numerosi disegni. Dopo aver posizionato i componenti, il passo successivo è collegare tutti i pin, chiamati reti. Le reti forniscono dati per la netlist, un file di testo con indicatori di riferimento che identificano componenti, punti di test e interconnessioni.

Layout PCB

Layout PCB dispone di instradamento manuale intelligente di segnali differenziali e ad alta velocità, un autorouter basato sulla forma, verifica avanzata e ampie funzionalità di importazione/esportazione. Durante la fase di layout del PCB, imposti lo strumento di progettazione, definisci il contorno della scheda, importi la netlist e posizioni i componenti.

Design per la producibilità

Questo aspetto del processo di produzione dei PCB mira a progettare parti, componenti o prodotti che siano più facili ed economici da produrre. Questo approccio si concentra sulla semplificazione, ottimizzazione e perfezionamento della progettazione del prodotto per ottenere un prodotto migliore a un costo inferiore. Significa ottimizzare il layout per garantire che possa essere prodotto senza problemi. Ciò include la verifica che la spaziatura tra i componenti soddisfi le capacità di produzione, la garanzia che le tracce e le vie siano dimensionate correttamente e la selezione di materiali prontamente disponibili ed economici.

Stampa il disegno

Nel processo di produzione dei PCB, la stampa del progetto implica l'utilizzo di una stampante plotter, non di carta normale. Questa stampante crea una "pellicola" del PCB, come un negativo fotografico. L'inchiostro nero è per le tracce e i circuiti in rame. L'inchiostro trasparente mostra aree non conduttive. Per gli strati esterni, l'inchiostro trasparente segna i percorsi del rame. L'inchiostro nero indica dove verrà rimosso il rame. Dopo la stampa, le pellicole vengono allineate utilizzando un foro di registrazione.

Processo di fabbricazione

Dopo il processo di progettazione, procederemo ora con il processo di fabbricazione. Qui è dove effettui la selezione del materiale, crei il substrato, stampi gli strati e altro ancora. Qui è dove vedi il produttore creare il prodotto fisico.

Selezione dei materiali

I materiali PCB sono generalmente costituiti da tre elementi principali: rame, resina e vetro. Questi componenti lavorano insieme per soddisfare le esigenze del sistema elettronico basato sul progetto PCB approvato. Quando si scelgono i materiali per PCB, considerare la costante dielettrica, il fattore di dissipazione, la conduttività termica e il coefficiente di dilatazione termica. Valutare fattori quali l'integrità del segnale, il costo del materiale e il costo di produzione.

Crea il substrato

Nel processo di produzione del PCB, il substrato della scheda è un materiale dielettrico che costituisce la base del PCB. È più comunemente composto da resina epossidica combinata con una trama di fibra di vetro, che fornisce sia integrità strutturale che isolamento elettrico. In alcuni casi, la fibra di vetro può essere non tessuta, a seconda dei requisiti specifici del PCB. Per migliorare le proprietà dielettriche, è possibile aggiungere ceramica alla miscela di resina e vetro, aumentando la costante dielettrica e migliorando le prestazioni del substrato.

Stampa gli strati interni

Il processo inizia con la preparazione del substrato e il taglio delle tavole nella dimensione richiesta. Successivamente viene applicato il pretrattamento per garantire la corretta adesione degli strati. I fogli semistagionati vengono quindi prodotti e laminati sul substrato. Successivamente, i circuiti dello strato interno vengono fabbricati e incisi per creare i modelli richiesti.

Esplosione sotto la luce ultravioletta

L'esposizione ai raggi UV svolge un ruolo cruciale nella fabbricazione del PCB in quanto influisce sul materiale fotoresist applicato alla scheda. Quando esposto alla luce UV, il fotoresist cambia in base al suo tipo. I fotoresist negativi si induriscono dove esposti alla luce UV, mentre i fotoresist positivi diventano più solubili nelle aree esposte.

Rimuovere il rame indesiderato

Questo processo prevede l'eliminazione del rame non circuitale dalla scheda per lasciare solo il rame che forma lo schema circuitale. Il rame indesiderato viene rimosso utilizzando soluzioni di attacco, che dissolvono selettivamente il materiale in eccesso. Questo passaggio garantisce che il PCB finale abbia il progetto circuitale preciso necessario per un corretto funzionamento.

Ispezione

Dopo che il rame indesiderato è stato rimosso, i professionisti della produzione ispezionano attentamente il PCB per garantire che non rimanga rame in eccesso. Controllano anche eventuali altri difetti o problemi nella scheda. Questa ispezione approfondita è essenziale per verificare che il PCB soddisfi gli standard di qualità e funzioni correttamente nell'applicazione prevista.

Laminazione degli strati

Durante questo processo, gli strati interni del PCB sono esposti ad alte temperature. Può raggiungere circa 375 gradi Fahrenheit. La pressione varia da 275 a 400 psi. Questo utilizza un dry resist fotosensibile per unire insieme gli strati. Dopo la polimerizzazione, la pressione viene gradualmente ridotta e il materiale viene raffreddato lentamente. Questo attento processo garantisce che gli strati siano saldamente legati e che il PCB mantenga la sua integrità strutturale.

Premi i livelli

Dopo la laminazione degli strati del PCB, la pressatura degli strati è un passaggio essenziale che garantisce che gli strati siano adeguatamente incollati. Questo processo prevede l'inserimento degli strati insieme utilizzando morsetti metallici su un tavolo pressato specializzato. Ogni strato è accuratamente allineato sul tavolo con l'ausilio di perni specializzati, che garantiscono un posizionamento accurato. La pressa applica una pressione uniforme sugli strati, consentendo loro di aderire saldamente insieme.

Processo di perforazione

Dopo aver premuto gli strati, il prossimo è il perforazione processo. Innanzitutto vengono realizzati i fori di posizionamento; questi servono come punti di riferimento sia durante la produzione che durante i test. Successivamente, vengono inseriti i perni per garantire il corretto allineamento della scheda. Dopo aver posizionato i perni, si procede alla realizzazione vera e propria dei fori per creare le aperture per i componenti e le connessioni. Infine, viene eseguita un'ispezione approfondita dei fori per verificarne l'accuratezza e la qualità.

Processo di placcatura

Il prossimo è il processo di placcatura. Questo processo garantisce sia la protezione che la funzionalità della scheda. Questo processo prevede il deposito di uno strato metallico sul PCB per preservarlo dall'ossidazione e dal deterioramento nel tempo. Applicando questo rivestimento metallico, la scheda è protetta da fattori ambientali che potrebbero danneggiarne le prestazioni. La placcatura migliora inoltre l'aspetto della tavola con una finitura superficiale trasparente, conferendole un aspetto lucido. Ancora più importante, lo strato metallico fornisce una superficie di saldatura precisa e affidabile, essenziale per assemblare e collegare in modo sicuro i componenti elettronici.

Processo di imaging dello strato esterno

Dopo il processo di placcatura, il processo di imaging dello strato esterno è il processo in cui il produttore crea un'immagine fotografica del design del circuito. Per fare ciò viene utilizzata una fotomaschera, che è un'immagine negativa del layout del circuito. La fotomaschera viene posizionata su un substrato fotosensibile e quindi esposta alla luce. Questa esposizione trasferisce il progetto del circuito sul substrato, che è fondamentale per produrre il circuito finale accurato e dettagliato.

Processo di incisione

Dopo l'imaging dello strato esterno, il processo di incisione definirà accuratamente i pattern dei circuiti sulla scheda. Inizialmente, il fotoresist non esposto, che proteggeva alcune aree del rame durante il processo di imaging, viene lavato via. Questo rivela lo strato di rame sottostante. Quindi, la scheda viene ri-placcata con rame per garantire una superficie uniforme e completa. Nella fase finale, lo strato esterno del PCB viene rivestito con stagno per proteggere il rame dall'ossidazione e dai danni.

Applicazione della maschera di saldatura

maschera di saldatura è un sottile strato di polimero simile alla lacca. Viene applicato sulle tracce di rame sul PCB per proteggerle dall'ossidazione e dai danni. Questo strato aiuta anche a prevenire i ponti di saldatura, che sono connessioni indesiderate tra piazzole di saldatura ravvicinate. Coprendo il rame con la maschera di saldatura, il PCB è protetto da cortocircuiti e altri potenziali problemi durante il processo di saldatura e durante il suo utilizzo.

Applicazione della maschera di saldatura per PCB

Processo di serigrafia

processo di serigrafia prevede diversi metodi per aggiungere testo e simboli al tabellone. Una tecnica comune è la serigrafia manuale, che è il metodo più antico ed economico. Implica l'utilizzo di uno schermo e di inchiostro per stampare manualmente i disegni sul PCB. Un altro metodo è il Liquid Photo Imaging, in cui il laminato viene prima rivestito con resina epossidica e poi esposto alla luce per creare i motivi necessari. La stampa diretta della legenda è un altro approccio in cui il disegno viene stampato direttamente sul PCB, fornendo elevata precisione e dettaglio.

Processo di finitura superficiale

Il passo successivo è il processo di finitura superficiale. Il processo di finitura superficiale prevede la creazione di un giunto intermetallico tra il rame nudo sul PCB e i componenti. Ciò si ottiene immergendo i circuiti stampati in un recipiente fuso contenente un liquido di immersione. Ecco alcuni liquidi per immersione utilizzati nei processi di finitura superficiale:

Processo di finitura superficiale del PCB

Processo di test

Test approfonditi sono essenziali per garantire il corretto funzionamento della scheda. A questo scopo vengono utilizzati vari metodi:

Ispezione ottica automatizzata è un passaggio fondamentale nel processo di produzione dei PCB che garantisce qualità e affidabilità. AOI utilizza una fotocamera per scansionare automaticamente il PCB sia per guasti gravi che per difetti sottili. Ciò include il controllo di componenti mancanti, posizionamento errato dei componenti o problemi come dimensioni e forma errate del raccordo. Ispezionando autonomamente la scheda, AOI aiuta a identificare e correggere tempestivamente i problemi, migliorando la qualità complessiva del prodotto finito e riducendo la probabilità di difetti nell'elettronica finale.

Test della sonda volante

Il test con sonda volante è un metodo importante nel processo di produzione di PCB. Utilizza sonde controllate elettromeccanicamente per testare vari componenti sul circuito stampato. Le sonde si muovono attorno al pannello utilizzando un sistema automatizzato a due assi. Entrano in contatto con diversi punti di prova o componenti per verificare collegamenti elettrici e guasti.

Prove di fissaggio

Un dispositivo di prova per PCB è una piattaforma personalizzata progettata per contenere e connettersi al PCB in fase di test. Crea un'interfaccia elettrica tra il PCB e il test esterno. materialiQuesta configurazione consente di applicare segnali di stimolo al PCB e di effettuare misurazioni accurate. Utilizzando un dispositivo di prova, i produttori possono controllare in modo efficiente i guasti elettrici e garantire che il PCB soddisfi tutti gli standard di prestazioni e qualità prima di passare alla fase di produzione successiva.

Ispezione visuale

Durante questa fase, gli ispettori usano gli occhi per controllare vari aspetti del PCB per garantirne la qualità. Una tipica checklist di ispezione visiva del PCB include la verifica che lo spessore della scheda sia corretto, il controllo della ruvidità e della deformazione della superficie e la garanzia che le dimensioni dell'assieme corrispondano alle specifiche. Particolare attenzione è data alle dimensioni relative ai connettori elettrici. Questo processo aiuta a individuare eventuali difetti o incoerenze visibili che potrebbero influire sulle prestazioni della scheda.

Instradamento PCB

Il routing PCB prevede la creazione di connessioni tra componenti, pad e tracce su un circuito stampato. Questo processo include la determinazione dei percorsi per le tracce di rame e la progettazione delle interconnessioni per soddisfare le esigenze meccaniche della progettazione PCB. Ogni percorso PCB deve avere connessioni in rame che collegano i componenti, sullo strato superficiale o sugli strati interni, definiti tracce. Il routing gioca un ruolo importante in quanto determina il modo in cui le tracce di rame su un PCB collegheranno i componenti in base alla netlist del circuito garantendo un funzionamento efficiente della scheda. Esistono due tipi di routing PCB:

- - - Percorso nel labirinto – un metodo utilizzato per trovare percorsi tra due punti su un labirinto basato su griglia.
    - Itinerario XY – L’algoritmo semplice e comune utilizzato nei sistemi network-on-chip che è deterministico, statico e privo di deadlock.

Sono infatti presenti il V-scoring (V-cut standard e jumping) e il routing della profondità di controllo.

Dipende dalle esigenze dei clienti.

Imballaggio e Consegna

L'imballaggio e la consegna rappresentano la fase finale del processo di produzione del PCB. Una volta che i PCB superano tutti i controlli di qualità, vengono accuratamente imballati per proteggerli durante il trasporto. Questo imballaggio spesso include materiali antistatici per prevenire danni causati dall'elettricità statica. Le tavole vengono poi spedite a destinazione, sia dal produttore che direttamente al cliente.

Quale software utilizzare per la progettazione PCB prima del processo di produzione?

Selezionare il software giusto per la progettazione PCB è fondamentale prima di iniziare il processo di produzione. Diverse opzioni soddisfano esigenze e preferenze diverse. Ecco alcuni dei software che puoi scegliere per realizzare la progettazione del tuo PCB:

- - - Progettista Altium
    - oCAD
    - Cadenza
    - AQUILA
    - Facile EDA
    - DesignSpark
    - KiCad
    - Artista PCB
    - DipTrace
    - PCB123
    - Circuit Studio
    - ExpressPCB
    - Circuitmaker
    - Multiboard
    - PCBWeb
    - BSCH3V
    - Xcircuit
    - gerbv
    - Pad2pad

È importante comprendere il processo di produzione dei PCB?

Sì! Sapere come vengono realizzati i PCB aiuta a risolvere eventuali problemi che potrebbero verificarsi durante la produzione. Avendo familiarità con ogni fase, dalla progettazione al collaudo finale, è possibile identificare rapidamente i problemi e risolverli prima che diventino problemi importanti. Questa conoscenza garantisce che il prodotto finale soddisfi gli standard di qualità e funzioni in modo affidabile.

Suggerimenti su come scegliere il produttore perfetto per il processo di produzione di PCB

Competenza ed esperienza nel processo consentono un migliore processo decisionale e di risoluzione dei problemi. Conoscere le capacità del produttore di assemblaggi PCB aiuta a scegliere il partner giusto per le proprie esigenze. I servizi di assemblaggio di prototipi PCB sono fondamentali per testare i progetti prima della produzione completa. Le misure di controllo della qualità garantiscono che il prodotto finale soddisfi standard elevati. La familiarità con gli impianti di produzione e la tecnologia aiuta a comprendere l'ambiente di produzione. Le opzioni di personalizzazione consentono di adattare il progetto a requisiti specifici, mentre la scalabilità e la conoscenza del volume di produzione aiutano nella pianificazione delle esigenze future. Comprendere la struttura dei costi e dei prezzi può aiutare nella definizione del budget e nella gestione dei costi.

Conclusione

Imparare il processo di produzione dei PCB è fondamentale per garantire componenti elettronici funzionali e di alta qualità. Dalla progettazione iniziale e dalla selezione dei materiali ai processi complessi come l'incisione, la placcatura e il test, ogni fase gioca un ruolo fondamentale nelle prestazioni e nell'affidabilità del prodotto finale. Utilizzando il software giusto per la progettazione, conoscendo le fasi dettagliate coinvolte nella fabbricazione e avendo informazioni approfondite sui test e sul controllo qualità, è possibile risolvere meglio i problemi e ottimizzare il processo di produzione. Questa conoscenza completa aiuta anche a selezionare il miglior produttore di assemblaggi PCB, a comprendere le opzioni di personalizzazione e a gestire i costi in modo efficace. In definitiva, una conoscenza approfondita del processo di produzione dei PCB porta a prodotti più affidabili e a una produzione più efficiente.