El proceso de fabricación de PCB de 15 pasos para PCB multicapa

No existe una placa de circuito impreso estándar, ya que cada PCB tiene una única función para un producto en particular. La producción de una PCB es un proceso complejo de varios pasos. Aquí, analizamos los pasos de fabricación más importantes para producir una PCB multicapa.

Paso 1: diseño y salida

El primer paso en el proceso de fabricación de PCB es el diseño. Los diseñadores utilizan software especializado como Extended Gerber o IX274X para crear un modelo para la placa de circuito impreso que cumpla con todos los requisitos y especificaciones. Estas herramientas de software sirven no solo para el diseño del diseño, sino también para codificar la información necesaria para el formato de salida del diseño.

Extended Gerber es un software de diseño de uso común que codifica diversa información que los diseñadores necesitan, como el recuento de capas de cobre, el recuento de capas de máscara de soldadura y el símbolo de componente. Una vez codificado el plano de la PCB, se verifican todos los aspectos del diseño para garantizar que no existan errores.

La casa de fabricación de PCB recibe el diseño de PCB completo para la preparación de la fabricación. En la planta de fabricación, el plan de diseño se somete a verificaciones de diseño para fabricación (DFM) para garantizar que el diseño cumpla con las tolerancias requeridas para el proceso de fabricación. El objetivo de la inspección DFM es garantizar la capacidad de fabricación y asegurar que la calidad del diseño esté al mejor nivel.

Una vez que el Comprobación de DFM Cuando se aprueba, el diseñador realiza una revisión del diseño y resuelve posibles problemas de ingeniería para garantizar la precisión y confiabilidad del diseño.

Paso 2: Revisión del diseño y preguntas de ingeniería

Las revisiones de diseño y las cuestiones de ingeniería son vitales en el segundo paso del proceso de fabricación de PCB. Este paso verifica el diseño en busca de posibles errores o fallas y garantiza un proceso de fabricación sin problemas.

Los ingenieros realizan revisiones de diseño y examinan cada parte del diseño de PCB para garantizar que se incluyan todos los componentes y las estructuras correctas. También verifican que el diseño cumpla con las especificaciones requeridas y no viole las pautas de fabricación. Sólo después de que el ingeniero aprueba el diseño, se pasa a la siguiente etapa: la impresión.

Paso 3: Impresión del diseño de PCB

Después de realizar todas las comprobaciones, imprimir el diseño de PCB es el siguiente paso. A diferencia de otros planos (como los dibujos arquitectónicos), los diseños de PCB no se imprimen directamente en papel normal de 8.5 x 11. En cambio, se usa una impresora especial, llamada plotter, para hacer una "película" de la PCB. Estas "películas" son en realidad negativos del propio PCB, similares a las transparencias que se encuentran comúnmente en las escuelas.

Las capas internas de la placa de circuito impreso se representan con dos colores de tinta: la tinta negra se usa para mostrar las trazas de cobre y los circuitos de la placa de circuito impreso, mientras que la tinta transparente representa las áreas no conductoras, como la base de fibra de vidrio. Sin embargo, en las capas exteriores del diseño de PCB, esta representación se invierte: la tinta transparente se refiere a las líneas de paso de cobre, mientras que la tinta negra indica las áreas de cobre que se eliminarán.

Cada capa de PCB y su correspondiente capa de máscara de soldadura tienen su propia película, por lo que una simple PCB de dos capas requiere cuatro hojas, una para cada capa y dos hojas de máscara de soldadura adjuntas.

Una vez que se han impreso las películas, deben alinearse y perforarse con un perforador, también conocido como orificio piloto, en ellas. Estos orificios de alineación sirven como puntos de referencia para alinear la película durante la fabricación posterior.

Paso 4: Impresión de las capas internas

El paso cuatro marca el comienzo de la creación de la PCB. El proceso comienza imprimiendo el diseño de PCB en un material especial llamado laminado. Luego, una capa de hoja de cobre o se aplica un revestimiento de cobre al laminado. El cobre está firmemente adherido al laminado, formando la estructura de la PCB. Luego, se elimina el exceso de cobre para revelar el diseño deseado.

A continuación, se aplica una película fotosensible llamada resist para cubrir el laminado. Los resistentes, que contienen productos químicos especiales que se endurecen bajo la luz ultravioleta (UV), permiten a los técnicos combinar perfectamente el diseño de la PCB y el fotorresistente.

Para alinear la resistencia con precisión, los técnicos usan orificios creados anteriormente en el proceso. El laminado y el protector se exponen luego a la luz ultravioleta. La luz ultravioleta pasa a través de la parte transparente de la película, endureciendo la fotoprotección. Esto indica áreas donde debe permanecer el cobre, formando canales. Mientras tanto, la tinta negra del protector evita que los rayos UV lleguen a las áreas que no deberían endurecerse, lo que facilita su eliminación posterior.

Una vez que el tablero está listo, se limpia con una solución alcalina para eliminar cualquier fotorresistente residual. A esto le sigue un lavado a presión completo para garantizar una superficie limpia. Dejar secar el plato.

Después del secado, la única resistencia restante debe estar encima del cobre que formará parte de la placa de circuito impreso final. Un técnico verifica dos veces la PCB en busca de errores. Si todo se ve bien, el proceso pasa al siguiente paso.

Este importante proceso sienta las bases para una PCB multicapa, definiendo con precisión sus conexiones eléctricas. Aquí, la precisión garantiza que la placa de circuito impreso funcione de manera correcta y confiable en su aplicación prevista.

Paso 5: grabe las capas internas o el núcleo para eliminar el cobre

Este paso se trata de eliminar con cuidado el cobre adicional de las capas internas de la PCB para revelar los rastros de cobre que coinciden con el diseño de la PCB.

Durante el grabado, el núcleo o capas internas del PCB se somete a un tratamiento químico. El cobre necesario en el tablero está cubierto y protegido, mientras que el resto del tablero está expuesto a un químico especial. Este proceso químico elimina hábilmente todo el cobre desprotegido, dejando solo la cantidad precisa de cobre necesaria para la funcionalidad de la PCB.

El tiempo y la cantidad de disolvente de grabado de cobre utilizado pueden variar según el tamaño y la estructura de la PCB. Para PCB más grandes o con estructuras más pesadas, se puede usar más cobre, lo que requiere más tiempo o solvente para el proceso de grabado.

Por lo tanto, el grabado juega un papel vital en el perfeccionamiento de las trazas de cobre de la PCB, asegurando que coincidan con la disposición del diseño con precisión y garantizando el rendimiento óptimo de la placa.

Paso 6: Alineación y unión de capas

La alineación de capas es un paso crítico en el proceso de fabricación de una PCB multicapa. Una vez que se han creado las capas de cobre internas individuales de la PCB, deben alinearse y unirse cuidadosamente para formar una PCB multicapa completa y funcional.

Durante el proceso de alineación de capas, cada capa interna de cobre se posiciona con precisión y se une a las capas adyacentes. Esta alineación asegura que las conexiones eléctricas y Vias (los orificios que conectan las capas) entre las capas están alineados con precisión, creando una vía conductora continua y confiable en toda la PCB.

Los técnicos utilizan herramientas de alineación y marcas de registro en las capas de cobre para garantizar el posicionamiento adecuado. Estas marcas de registro actúan como puntos de referencia para ayudar a emparejar las capas de cobre correctamente. Luego, las capas se laminan juntas bajo calor y presión, uniéndolas permanentemente para formar una placa de circuito impreso multicapa sólida.

Paso 7: Perforación

Se perforan pequeños agujeros llamados vías a través de la PCB para conectar eléctricamente diferentes capas. También se perforan agujeros más grandes para el montaje de componentes.

Antes de perforar, se utiliza una máquina de rayos X para localizar los puntos de perforación. Luego, se perforan los orificios de guía/registro para que la pila de PCB se pueda asegurar antes de perforar los orificios más específicos. Cuando llega el momento de perforar estos orificios, se usa un taladro guiado por computadora para hacer los orificios mismos, usando el archivo del diseño Extended Gerber como guía.

Paso 8: Enchapado y deposición de cobre

Una vez que se ha perforado el panel de PCB, el siguiente paso crucial es el revestimiento. Durante este proceso, se utilizan una serie de tratamientos químicos para fusionar todas las diferentes capas de la PCB. El PCB se limpia a fondo y luego se baña en productos químicos, lo que da como resultado la deposición de una capa de cobre de un micrón de espesor.

Esta capa de cobre cubre la capa superior de la placa de circuito impreso y llena los agujeros que se acaban de perforar. Antes del enchapado, estos orificios exponían el sustrato de fibra de vidrio dentro del panel. Sin embargo, después del enchapado, los agujeros ahora están revestidos con cobre, cubriendo efectivamente sus paredes.

Paso 9: Imágenes de la capa externa

Anteriormente en el proceso (Paso cuatro), se aplicó una fotoprotección al panel de PCB. En este paso, aplicamos fotorresistencia a las capas exteriores del panel y las exponemos a la luz ultravioleta para crear el diseño de PCB. La habitación amarilla evita que la luz ultravioleta afecte a la fotoprotección. Las transparencias de tinta negra aseguran una alineación precisa durante la exposición a la luz ultravioleta alta, lo que endurece la fotoprotección.

Las placas exteriores se someten a una inspección para garantizar que se elimine todo el fotoprotector no deseado. Más tarde, aplicamos otra capa de fotoprotector a la capa exterior para obtener imágenes. Luego, las capas exteriores se enchapan de la misma manera que las capas interiores, con la adición de un revestimiento de estaño para una protección adicional.

Paso 10: Grabado de la capa exterior y AOI

Durante el grabado final de la capa exterior, la protección de estaño protege el valioso cobre, asegurando que permanezca protegido. El cobre no deseado se elimina con el mismo solvente de cobre, mientras que el estaño conserva el cobre deseado en el área de grabado.

A diferencia de la capa interna, las tintas se invierten para la capa externa. La tinta oscura cubre las áreas no conductoras y la tinta clara se aplica al cobre, lo que permite que el estañado lo proteja. Los ingenieros eliminan el cobre innecesario y el recubrimiento de resistencia restante durante el grabado, preparando la capa exterior para la inspección óptica automatizada (AOI) y el enmascaramiento de soldadura.

Las comprobaciones de AOI garantizan que la capa cumpla con los requisitos de diseño y verifica que se elimine todo el exceso de cobre, lo que da como resultado una placa de circuito impreso completamente funcional con las conexiones eléctricas adecuadas.

Paso 11: Aplicación de la máscara de soldadura

En preparación para la aplicación de la máscara de soldadura, los paneles se someten a una limpieza exhaustiva. Luego se aplica una tinta de máscara de soldadura epoxi para cubrir la superficie de la placa. La luz ultravioleta se utiliza para indicar áreas donde máscara para soldar debería ser removido.

Después de que los técnicos retiren la máscara de soldadura designada, la placa de circuito se coloca en un horno para curar. Esta máscara proporciona una valiosa protección al cobre de la placa, protegiéndola de posibles daños causados ​​por la corrosión y la oxidación.

Paso 12: Aplicación de serigrafía y aplicación de acabado superficial

En el proceso de fabricación de PCB, se imprime información importante en la superficie de la placa a través de serigrafía aplicación o impresión de leyendas. Esto incluye números de identificación de la empresa, etiquetas de advertencia, marcas de fabricantes, números de pieza y otras marcas. Después de imprimir estos datos y aplicar el acabado superficial, los PCB se someten a pruebas, cortes e inspección.

Para mejorar la capacidad de soldadura, algunas PCB reciben un recubrimiento químico con oro o plata, y se usa nivelación con aire caliente para crear almohadillas uniformes. Esto genera el acabado de la superficie, que se puede personalizar según los requisitos del cliente.

La PCB casi terminada se escribe con chorro de tinta con información vital. Finalmente, pasa por la última etapa de recubrimiento y curado. Estos pasos aseguran una placa de circuito impreso completamente funcional y bien etiquetada, lista para su uso previsto.

Paso 13: Prueba eléctrica

Después de la fabricación de PCB, los técnicos realizan pruebas eléctricas para garantizar la funcionalidad y la conformidad con el diseño original. La prueba eléctrica sigue los estándares IPC-9252 e incluye pruebas de aislamiento y continuidad del circuito. La prueba de continuidad verifica si hay desconexiones ("aperturas"), mientras que la prueba de aislamiento verifica si hay cortocircuitos en diferentes partes de la PCB. Estas pruebas no solo garantizan la funcionalidad, sino que también evalúan qué tan bien el diseño inicial de PCB resiste el proceso de fabricación.

Además, la prueba de "cama de clavos" se utiliza para determinar la funcionalidad de PCB. Esto implica unir accesorios de resorte a los puntos de prueba y someterlos a contacto de alta presión para evaluar la durabilidad de la placa en tales condiciones. Estas evaluaciones eléctricas integrales aseguran la calidad y confiabilidad de la PCB.

Paso 14: Creación de perfiles y puntuación V

En los pasos finales de la fabricación de PCB, el perfilado y el corte son cruciales. La creación de perfiles implica identificar la forma y el tamaño de los PCB individuales del tablero de construcción, utilizando información de Archivos Gerber. Esto guía el proceso de enrutamiento, donde un enrutador o una máquina CNC crea pequeñas piezas a lo largo de los bordes del tablero para una fácil separación sin daños.

Alternativamente, algunos fabricantes usan una máquina ranurada en V para crear cortes diagonales a lo largo de los lados del tablero. Ambos métodos aseguran una separación limpia sin agrietamiento. Después de marcar las tablas, se separan de la tabla de construcción, completando esta etapa.

En el último paso, el corte, las diferentes tablas se separan del panel original utilizando un enrutador o una ranura en V. El enrutador deja pequeñas pestañas a lo largo de los bordes de la placa, mientras que la ranura en V crea canales diagonales. Ambos métodos permiten que las tablas salgan fácilmente del panel, finalizando el proceso de fabricación.

Paso 15: inspección final

En el último paso del proceso, un equipo de inspectores de mirilla de precisión le da a cada placa una delicada verificación adicional. Comprobación visual de la PCB frente a los estándares existentes de aceptación.

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