Processus de fabrication des PCB

Un guide complet de notre processus de fabrication de PCB

1.0

LA RÉVISION DE LA CONCEPTION ET LA PRÉPARATION DES OUTILS DE PRODUCTION.

La première étape du processus de fabrication des PCB consiste à examiner l'ensemble des données de fabrication fournies par le concepteur et à préparer les outils de fabrication et les données de FAO.

1.1

Paquet de données de production

Le résultat de la conception du processus de fabrication du PCB est un paquet de données fourni au fabricant dans un format standard industriel - Gerber étendu ou ODB++. Les fichiers Gerber définissent les couches de cuivre, les couches de masque de soudure, les notations des composants. En outre, le paquet de données de fabrication comprend un fichier de perçage, une liste de réseau et des spécifications générales.

1.2

Conception pour la fabrication

L'ingénierie contrôlera l'ensemble des données et vérifiera que toutes les informations nécessaires à la fabrication sont claires et complètes. Nous vérifierons également que la conception et les spécifications correspondent aux capacités de fabrication.

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1.3

Une fois que toutes les questions d'ingénierie auront été résolues, les outils nécessaires à la production seront préparés. seront préparés.

1.31

Préparation des panneaux de fabrication.

Les fabricants utilisent des panneaux de fabrication standard. Le panneau de fabrication doit être conçu pour maximiser l'utilisation des matériaux, en tenant compte des dimensions du PCB et des les exigences de fabrication : coupons de contrôle du processus, trous d'outillage et manutention.

1.32

Préparation du film de travail (outils photo).

À l'aide d'un traceur laser, un film est créé pour chaque carte à couches de l'assembleur de PCB. Le traceur laser se trouve dans une chambre noire à température et humidité contrôlées. Les films sont enregistrés les uns par rapport aux autres pour assurer un alignement parfait entre les couches.

Les trous de repérage perforés sont utilisés ultérieurement pour aligner les films lors du processus d'exposition aux UV. Une autre méthode consiste à utiliser l'imagerie directe par laser (LDI), en utilisant une caméra CCD dans la machine d'exposition afin d'enregistrer le phototool.

Tableau de brossage et de démaquillage des circuits imprimés

2.0

Couches intérieures

Pour préparer les couches internes, nous prenons un matériau de base composé d'une résine époxy et d'un tissu de verre, recouvert sur les deux faces d'une feuille de cuivre et nous enlevons l'excédent de cuivre, pour ne laisser des traces de cuivre que là où nous en avons besoin pour réaliser le circuit électrique.

2.1

Matériau de base

L'âme de la couche intérieure est constituée d'une résine époxy et d'un tissu en fibre de verre qui est recouvert des deux côtés d'une fine couche de feuille de cuivre. Dans la plupart des cas, le matériau FR4 est utilisé.

Le cuivre plaqué sur les deux faces est nettoyé par un procédé de nettoyage chimique des couches internes pour éliminer les oxydes et les éventuelles contaminations. Simultanément, les rouleaux-brosses rotatifs rendent la surface du cuivre rugueuse pour assurer une adhérence mécanique suffisante.

2.2

Pelliculage à sec

Le matériau de base est passé dans une paire de rouleaux chauffés (température : environ 110º C ; pression : 3-5 BAR). La surface du cuivre devient sensible à la lumière UV et, par conséquent, le traitement ultérieur est effectué uniquement dans la zone à lumière jaune.

2.3

Exposition sur les couches internes

Le film pour la couche est placé sur le matériau stratifié et la couche stratifiée est exposée à une lampe UV riche en énergie. Les traces du circuit imprimé sont transparentes dans le film et le stratifié sous-jacent est exposé à la lumière UV. Les parties exposées seront chimiquement polymérisées et les traces durciront.

La zone couverte par la partie noire du film ne se polymérise pas et peut être lavée lors du processus de développement.

Schéma des couches de PCB après exposition

2.4

Processus de développement

Le développement est effectué en pulvérisant horizontalement les couches internes avec une solution de carbonate de sodium, puis en les rinçant à l'eau douce et en les séchant. Les zones non exposées sont alors éliminées.

2.5

Gravure du noyau de la couche interne

L'intérieur passe par un autre processus de pulvérisation, de rinçage et de séchage. Cette fois avec une solution acide. Ce processus élimine le cuivre de la zone exposée, ne laissant que le cuivre dans les traces et les plaquettes.

L'épaisseur des couches de cuivre détermine la vitesse du processus. Des couches de cuivre plus épaisses limitent la finesse du motif conducteur.

2.6

Décapage

La couche de vernis est enlevée en faisant passer le matériau dans une solution de soude caustique.

2.7

Inspection optique automatique (AOI)

Les couches internes sont soumises à une inspection optique automatisée afin de détecter les ouvertures et les courts-circuits, ainsi que la géométrie correcte des circuits par rapport aux données de conception originales.

2.8

Préparation de l'oxyde de Braun

Les couches intérieures sont soumises à un processus de préparation chimique de la surface afin de la rendre rugueuse et d'améliorer l'adhérence entre la résine PREPREG et la surface du cuivre lors du processus de stratification.

3.0

LAMINATION

3.1

Disposition des matériaux

Les couches sont empilées avant la stratification. On commence par une feuille de cuivre en bas (qui sera utilisée pour construire la couche extérieure inférieure). Par-dessus la couche de cuivre, des couches de PREPREG, par-dessus le PREPREG, les couches internes sont placées, séparées par des couches de PREPREG et par-dessus les couches internes, des couches de PREPREG et une deuxième feuille de cuivre (qui sera utilisée pour construire la couche externe supérieure).

PREPREG est une résine époxy partiellement durcie avec de la fibre de verre, polymérisée par le fabricant de PREGREG. Elle est utilisée comme matériau isolant et adhésif entre les couches des composants du PCB.

3.2

Laminage à haute pression

Les couches empilées sont laminées sous une presse à vide, à haute température et à haute pression. Plusieurs circuits imprimés, séparés par des séparateurs, sont pressés simultanément. La chaleur et la pression font fondre et durcir la résine époxy du PREPREG, tandis que la pression fusionne le circuit imprimé.

3.3

Taillage

Le Flash (matériau qui dépasse du panneau stratifié) est détouré, laissant un panneau propre qui ressemble à un morceau de stratifié.

4.0

FORAGE

4.1

Analyse par rayons X

En guise d'étape préparatoire, les patins invisibles dans les couches internes sont identifiés à l'aide d'une radiographie. L'analyse aux rayons X permet de détecter les patins et de calculer de nouveaux trous de référence pour le forage.

4.2

Forage

Le circuit imprimé est réalisé sur une perceuse CNC à grande vitesse (jusqu'à 280 000 tours/minute). Les trous percés doivent être aussi propres et lisses que possible pour permettre un cuivrage de qualité des trous. En option, jusqu'à 3 panneaux sont empilés et percés simultanément.

Les panneaux sont placés entre une plaque de base et une tôle d'aluminium supérieure. La plaque de base empêche le perçage dans la perceuse et permet de percer plus profondément que le panneau, en évitant les bavures. La plaque supérieure en aluminium évite les bavures et empêche la déviation de la perceuse. Les deux plaques protègent les surfaces du panneau contre les dommages et les rayures.

4.3

Brossage et démaquillage

Après le perçage, la surface du circuit imprimé est brossée mécaniquement à l'aide d'une brosse à rouleaux oscillante et rotative. Les trous percés sont nettoyés à l'aide d'une solution de permanganate ou d'un plasma d'oxygène afin d'éliminer la résine qui pourrait avoir maculé le cuivre. Les résidus de résine sur le cuivre peuvent empêcher une bonne conductivité électrique entre le placage du trou et les traces dans les couches.

5.0

PLACAGE SANS COURANT

5.1

Placage sans courant

Afin de créer une connexion électrique entre les trous percés et toutes les couches, un film conducteur, d'une épaisseur d'environ 0,5-0,7 micron, est produit par du cuivre chimique. Cette couche conductrice est la base du processus de plaque de cuivre appliqué ultérieurement.

6.0

COUCHES EXTÉRIEURES ET PLACAGE

Ce processus est similaire à celui utilisé pour la construction des couches internes. La différence est que, dans cette étape, nous plaquons les trous, les traces et les pastilles des couches externes à l'aide d'un procédé de plaquage électrolytique du cuivre.

6.1

Pelliculage à sec des couches extérieures

Ce procédé correspond à celui utilisé pour les couches internes. Le panneau est passé à travers une paire de rouleaux chauffés (température : environ 110º C ; pression : 3-5 BAR). La surface en cuivre devient sensible à la lumière UV et, par conséquent, le traitement ultérieur est effectué uniquement dans la zone à lumière jaune.

6.2

Exposition et développement

Ce procédé correspond au procédé des couches internes. Cependant, dans ce procédé, un procédé d'exposition négative est utilisé. Les fils conducteurs ne sont pas recouverts par la réserve et peuvent être galvanisés par cuivrage. Les zones situées entre les traces conductrices sont recouvertes d'un stratifié polymérisé.

6.3

Placage de cuivre électrolytique

Toutes les traces et tous les trous sont recouverts d'une couche de cuivre conductrice électrodéposée. Les trous créent la connexion électrique entre les conducteurs des couches et une bonne connexion nécessite une couche de cuivre de 20-25 microns sur les parois du trou. L'épaisseur totale de cuivre sur les couches extérieures est donc déterminée par l'épaisseur de cuivre du matériau et les 25-30 microns supplémentaires ajoutés lors du processus de placage.

6.4

Placage d'étain

Un deuxième processus de placage est effectué pour protéger les conducteurs en cuivre pendant le processus de gravure qui suivra, c'est pourquoi la couche est aussi souvent désignée comme une réserve de gravure.

Schéma du PCB après le processus de cuivrage

6.5

Décapage du film sec de la couche extérieure

Le film sec est retiré pour exposer la couche de cuivre à la gravure.

6.6

Gravure et décapage de l'étain

Un processus de gravure est effectué pour éliminer l'excès de cuivre, ne laissant du cuivre que dans les traces et les plots qui sont protégés par l'étamage. L'étain est ensuite éliminé à l'aide d'acide nitrique.

7.0

MASQUE DE SOUDURE

Le masque de soudure est appliqué sur la plupart des cartes de circuits imprimés pour protéger la surface de cuivre qui ne sera pas protégée par la soudure lors du processus d'assemblage et pour éviter les courts-circuits de soudure pendant l'assemblage.

7.1

Les panneaux sont brossés et nettoyés.

7.2

Le panneau est recouvert sur les deux faces d'un masque de soudure époxy d'une épaisseur de 15 à 25 microns.

7.3

À l'aide d'une imprimante UV et d'un film photo-outil, le masque de soudure est durci sur la zone où nous où l'on veut que le masque de soudure reste.

7.4

Les panneaux sont traités par un révélateur qui enlève le masque de soudure des zones qui doivent être exposées. qui doivent être exposées.

7.5

La soudure masquée est ensuite durcie dans un four.

Schéma du processus de masque de soudure pour PCB

8.0

FINITION DE LA SURFACE

La finition de surface a appliqué une finition de surface soudable aux surfaces de cuivre qui ne sont pas couvertes par le masque de soudure. Cette finition protège le cuivre jusqu'à ce que les composants soient assemblés et soudés aux cartes de circuits imprimés. Plusieurs finitions de surface sont disponibles. Les plus couramment utilisées sont le nivellement à l'air chaud (HAL) et l'or par immersion au nickel chimique (ENIG).

8.1

HAL

Le procédé HAL crée une soudure sur toutes les pastilles. Le panneau entier est immergé dans la soudure liquide et est retiré de la soudure par de l'air comprimé chaud. L'excès de soudure (qui ne s'est pas liée au cuivre exposé) est éliminé par soufflage et les plots et trous en cuivre restent plaqués.

Le matériau de soudure utilisé dans le processus est soit un alliage d'étain et de plomb, soit de l'étain uniquement (sans plomb).

8.2

ENIG

Le nickel est déposé chimiquement sur le cuivre, puis une fine couche d'or est déposée sur le nickel. L'ensemble du processus est automatisé : les panneaux passent dans une série de cuves, le cuivre est nettoyé, une couche de nickel de 3 à 5 microns est déposée et une couche d'or de 0,05 micron minimum est déposée.

8.3

Placage en or dur

Les connecteurs de bord sont plaqués par électrolyse avec 1 à 1,5 micron d'or sur 4 à 5 microns de nickel plaqué. Ce type de placage est utilisé dans les cas où le placage doit résister à l'érosion de multiples insertions.

TABLEAU DES FINITIONS DE SURFACE DES PCB

9.0

IMPRIMÉ LÉGENDE

La légende est imprimée sur le PCB à l'aide d'une sérigraphie.

ROUTING

À l'aide d'une commande numérique, les panneaux de fabrication sont découpés en circuits imprimés individuels et les circuits imprimés sont acheminés dans leur forme en fonction des données de conception.

TEST ÉLECTRIQUE

Chaque circuit imprimé est testé électriquement par rapport aux données de conception à l'aide d'un adaptateur "lit de clous" ou d'un testeur à sonde volante.

Le responsable AQ de Fineline vérifie les rapports PCB

CONTRÔLE DE LA QUALITÉ FINALE

Il s'agit de l'inspection finale du produit PCB fini. Elle vérifie les éventuels défauts cosmétiques tels que les rayures et les impuretés, en utilisant l'IPC600 comme référence.