Collezioni

Processo di produzione dei PCB: come vengono prodotti i PCB

Processo di produzione dei PCB: come vengono prodotti i PCB

Il processo di produzione di PCB è molto importante per chiunque sia coinvolto nell'industria elettronica. I circuiti stampati, i PCB, sono ampiamente utilizzati come base per i circuiti elettronici. I circuiti stampati vengono utilizzati per fornire la base meccanica su cui il circuito può essere costruito. Di conseguenza, praticamente tutti i circuiti utilizzano circuiti stampati e sono progettati e utilizzati in quantità di milioni.

Sebbene i PCB oggi costituiscano la base di quasi tutti i circuiti elettronici, tendono ad essere dati per scontati. Tuttavia, la tecnologia in questo settore dell'elettronica sta andando avanti. Le dimensioni dei binari stanno diminuendo, il numero di strati nelle schede sta aumentando per soddisfare la maggiore connettività richiesta e le regole di progettazione vengono migliorate per garantire che i dispositivi SMT più piccoli possano essere gestiti e i processi di saldatura utilizzati nella produzione possano essere adattati.

Il processo di produzione di PCB può essere ottenuto in vari modi e sono disponibili numerose varianti. Nonostante le tante piccole variazioni, le fasi principali del processo di produzione dei PCB sono le stesse.

Costituenti PCB

I circuiti stampati, PCB, possono essere realizzati con una varietà di sostanze. Il più utilizzato in una forma di pannello a base di fibra di vetro noto come FR4. Ciò fornisce un ragionevole grado di stabilità al variare della temperatura e non si rompe male, pur non essendo eccessivamente costoso. Altri materiali più economici sono disponibili per i PCB in prodotti commerciali a basso costo. Per progetti in radiofrequenza ad alte prestazioni in cui la costante dielettrica del substrato è importante e sono necessari bassi livelli di perdita, è possibile utilizzare circuiti stampati a base di PTFE, sebbene siano molto più difficili da lavorare.

Per realizzare un PCB con piste per i componenti, si ottiene prima una scheda rivestita in rame. Questo è costituito dal materiale del substrato, tipicamente FR4, con rivestimento in rame normalmente su entrambi i lati. Questo rivestimento in rame è costituito da un sottile strato di foglio di rame legato al pannello. Questo legame è normalmente molto buono per FR4, ma la natura stessa del PTFE lo rende più difficile e questo aggiunge difficoltà alla lavorazione dei PCB in PTFE.

Processo di produzione di PCB di base

Con le schede PCB nude scelte e disponibili, il passaggio successivo è creare le tracce richieste sulla scheda e rimuovere il rame indesiderato. La produzione dei PCB viene normalmente ottenuta mediante un processo di attacco chimico. La forma più comune di incisione utilizzata con i PCB è il cloruro ferrico.

Per ottenere il modello corretto di tracce, viene utilizzato un processo fotografico. Tipicamente il rame sui circuiti stampati nudi è ricoperto da un sottile strato di fotoresist. Viene quindi esposto alla luce attraverso una pellicola fotografica o una maschera fotografica che dettaglia le tracce richieste. In questo modo l'immagine delle tracce viene passata sulla foto-resist. Con questo completo, il foto-resist viene posizionato in uno sviluppatore in modo che solo quelle aree del tabellone in cui sono necessarie le tracce siano coperte nel resist.

La fase successiva del processo consiste nel posizionare i circuiti stampati nel cloruro ferrico per incidere le aree in cui non è richiesta alcuna traccia o rame. Conoscendo la concentrazione del cloruro ferrico e lo spessore del rame sul pannello, viene posto nella schiuma di etch e per il tempo necessario. Se i circuiti stampati vengono posti nell'incisione per troppo tempo, si perde una certa definizione poiché il cloruro ferrico tenderà a tagliare la foto-resistenza.

Sebbene la maggior parte delle schede PCB produca utilizzando l'elaborazione fotografica, sono disponibili anche altri metodi. Uno è quello di utilizzare una fresatrice specializzata ad alta precisione. La macchina viene quindi controllata per fresare via il rame in quelle aree in cui il rame non è richiesto. Il controllo è ovviamente automatizzato e guidato da file generati dal software di progettazione PCB. Questa forma di produzione di PCB non è adatta per grandi quantità, ma è un'opzione ideale in molti casi in cui sono necessarie quantità molto piccole di quantità di prototipi di PCB.

Un altro metodo che viene talvolta utilizzato per un prototipo di PCB è quello di stampare inchiostri resistenti all'incisione sul PCB utilizzando un processo di serigrafia.

Circuiti stampati multistrato

Con la complessità dei circuiti elettronici in aumento, non è sempre possibile fornire tutta la connettività richiesta utilizzando solo i due lati del PCB. Ciò si verifica abbastanza comunemente quando si progettano microprocessori densi e altre schede simili. In questo caso sono necessari pannelli multistrato.

La produzione di circuiti stampati multistrato, sebbene utilizzi gli stessi processi delle schede monostrato, richiede un grado notevolmente maggiore di accuratezza e controllo del processo di produzione.

Le schede sono realizzate utilizzando schede singole molto più sottili, una per ogni strato, e queste vengono quindi unite insieme per produrre il PCB complessivo. Con l'aumentare del numero di strati, le singole schede devono diventare più sottili per evitare che il PCB finito diventi troppo spesso. Inoltre, la registrazione tra gli strati deve essere molto accurata per garantire l'allineamento di eventuali fori.

Per legare insieme i diversi strati, il pannello viene riscaldato per polimerizzare il materiale legante. Questo può portare ad alcuni problemi di curvatura. I pannelli multistrato di grandi dimensioni possono presentare una distorsione distinta se non sono progettati correttamente. Ciò può verificarsi in particolare se, ad esempio, uno degli strati interni è un power plane o un ground plane. Anche se questo di per sé va bene, se alcune aree ragionevolmente significative devono essere lasciate libere dal rame. Questo può creare tensioni all'interno del PCB che possono portare a deformazioni.

Fori e vie per PCB

I fori, spesso chiamati fori passanti o vie, sono necessari all'interno di un PCB per collegare i diversi strati insieme in punti diversi. Possono essere necessari anche dei fori per consentire il montaggio dei componenti con piombo sul PCB. Inoltre potrebbero essere necessari alcuni fori di fissaggio.

Normalmente le superfici interne dei fori hanno uno strato di rame in modo che colleghino elettricamente gli strati della scheda. Questi "fori passanti placcati" vengono prodotti utilizzando un processo di placcatura. In questo modo è possibile collegare gli strati della scheda.

La perforazione viene quindi eseguita utilizzando macchine di perforazione a controllo numerico, i dati vengono forniti dal software di progettazione CAD PCB. Vale la pena notare che la riduzione del numero di fori di diverse dimensioni può aiutare a ridurre il costo della produzione di PCB.

Potrebbe essere necessario che alcuni fori esistano solo all'interno del centro della scheda, ad esempio quando è necessario collegare gli strati interni della scheda. Queste "vie cieche" vengono perforate negli strati pertinenti prima che gli strati di PCB vengano uniti insieme.

Placcatura per saldatura PCB e resistenza per saldatura

Quando un PCB viene saldato, è necessario mantenere le aree che non devono essere saldate protette da uno strato di ciò che viene chiamato solder resist. L'aggiunta di questo strato aiuta a prevenire cortocircuiti indesiderati sulle schede PCB causati dalla saldatura. Il solder resist è normalmente costituito da uno strato di polimero e protegge la scheda dalla saldatura e da altri contaminanti. Il colore del solder resist è normalmente verde intenso o rosso.

Per consentire ai componenti aggiunti alla scheda, sia con piombo che SMT, di saldarsi facilmente alla scheda, le aree esposte della scheda sono normalmente "stagnate" o placcate con saldatura. Occasionalmente le tavole o le aree delle tavole possono essere placcate oro. Questo può essere applicabile se si devono utilizzare alcune dita di rame per i collegamenti sui bordi. Poiché l'oro non si ossida e offre una buona conduttività, fornisce una buona connessione a basso costo.

Serigrafia PCB

Spesso è necessario stampare del testo e posizionare altri piccoli ID stampati su un PCB. Questo può aiutare a identificare la scheda e anche a contrassegnare le posizioni dei componenti per aiutare nella ricerca di guasti, ecc. Una serigrafia generata dal software di progettazione PCB viene utilizzata per aggiungere i contrassegni alla scheda, dopo gli altri processi di produzione per la scheda nuda sono stati completati.

Prototipo PCB

Come parte di qualsiasi processo di sviluppo, è normalmente consigliabile realizzare un prototipo prima di impegnarsi nella piena produzione. Lo stesso vale per i circuiti stampati in cui un prototipo di PCB viene normalmente prodotto e testato prima della produzione completa. In genere un prototipo di PCB dovrà essere prodotto rapidamente poiché c'è sempre pressione per completare la fase di progettazione hardware dello sviluppo del prodotto. Poiché lo scopo principale del prototipo PCB è testare il layout effettivo, è spesso accettabile utilizzare un processo di produzione PCB leggermente diverso poiché sarà necessaria solo una piccola quantità di schede prototipo PCB. Tuttavia, è sempre consigliabile tenersi il più vicino possibile al processo di produzione finale del PCB per garantire che vengano apportate poche modifiche e pochi nuovi elementi vengono introdotti nel circuito stampato finale.

Il processo di produzione di PCB è un elemento essenziale del ciclo di vita della produzione di componenti elettronici. La produzione di PCB impiega molte nuove aree della tecnologia e questo ha permesso di apportare miglioramenti significativi sia nella riduzione delle dimensioni dei componenti e delle tracce utilizzate, sia nell'affidabilità delle schede.


Guarda il video: PCB Assembly Factory Tour Full - How To Assemble A PCB (Gennaio 2022).