Comment les PCB sont-ils fabriqués?

Sélection des matériaux

Les circuits imprimés sont généralement fabriqués à partir de matériaux tels que le FR-4, un stratifié époxy en fibre de verre, recouvert d’une feuille de cuivre. Le choix du matériau dépend de l’application prévue et des caractéristiques électriques du circuit imprimé.

Conception et mise en page

Les ingénieurs créent la configuration du circuit imprimé à l’aide d’un logiciel spécialisé et exportent les fichiers Gerber et de perçage pour le fabricant. Un fichier Gerber est un format de fichier standard utilisé dans l’industrie de la fabrication des circuits imprimés (PCB. Il porte le nom de la société Gerber Scientific Instrument Company, qui a développé le format à l’origine. Ces fichiers sont utilisés pour communiquer les spécifications de conception aux installations de fabrication de circuits imprimés, ce qui leur permet de produire les circuits physiques avec précision.

Les fichiers Gerber sont essentiellement un ensemble d’images vectorielles 2D qui décrivent les différentes couches de la conception du circuit imprimé. Chaque couche, telle que la couche de cuivre supérieure, la couche de cuivre inférieure, le masque de soudure et la sérigraphie, est représentée sous la forme d’un fichier Gerber distinct. Ces fichiers contiennent des coordonnées, des formes et des attributs qui définissent la disposition et les caractéristiques du circuit imprimé.

En règle générale, les logiciels de conception de circuits imprimés génèrent des fichiers Gerber dans le cadre du processus d’exportation de la conception. Ces fichiers peuvent être envoyés à un fabricant de circuits imprimés pour la fabrication. Le fabricant utilise les fichiers Gerber pour créer les photomasques et les autres outils nécessaires à la production du circuit imprimé conformément aux spécifications du concepteur.

La disposition comprend l’agencement des composants, des traces et de toutes les couches internes nécessaires. Les règles de conception doivent être respectées afin d’éviter tout problème au cours du processus de fabrication ou tout problème de fiabilité du produit final.

Impression du circuit

Les fichiers Gerber sont utilisés pour créer des masques photographiques, qui sont essentiellement des gabarits utilisés dans l’étape d’exposition. Chaque photomasque correspond à une couche spécifique de la conception du circuit imprimé, comme les traces de cuivre, le masque de soudure et la sérigraphie.

La configuration du circuit imprimé est imprimée sur une carte recouverte de cuivre, formant ainsi le motif du circuit. Une couche de matériau photosensible, appelée résine photosensible, est appliquée sur la carte recouverte de cuivre nu. La carte est ensuite précuite pour garantir une bonne adhérence de la résine photosensible.

Ensuite, la carte est immergée dans une solution de développement chimique qui élimine la résine photosensible non exposée (non durcie), laissant derrière elle les motifs souhaités de résine photosensible durcie.

Gravure

Les procédés chimiques éliminent l’excès de cuivre, laissant derrière eux les traces du circuit. La carte est placée dans une solution de gravure qui élimine le cuivre exposé (non protégé. La résine photosensible durcie agit comme un masque, protégeant les traces de cuivre et les caractéristiques définies pendant l’exposition. Ce processus ne laisse sur la carte que les traces de cuivre et les plots de composants souhaités. La résine photosensible restante est enlevée, laissant les traces de cuivre propres exposées.

Ajout de couches

Le processus d’ajout de couches consiste à laminer plusieurs feuilles minces de cuivre et de substrat isolant, créant ainsi une structure composite. Cela permet aux concepteurs d’obtenir une plus grande densité de routage et d’accueillir un plus grand nombre de composants, ce qui en fait une étape essentielle dans l’évolution des circuits imprimés modernes.

Défis en matière d’inscription: Cependant, les avantages des couches supplémentaires s’accompagnent de défis en matière d’enregistrement. Il est essentiel d’obtenir un repérage précis, ou un alignement, de chaque couche au cours du processus de fabrication afin de garantir que les chemins conducteurs et les composants s’alignent avec précision d’une couche à l’autre. Un mauvais alignement peut entraîner des courts-circuits, des variations d’impédance et compromettre l’intégrité du signal.

Atténuer les difficultés d’enregistrement: Les technologies de fabrication avancées, telles que les systèmes d’alignement optique automatisés, jouent un rôle crucial dans l’atténuation des problèmes d’enregistrement. Ces systèmes utilisent des caméras à haute résolution pour aligner et enregistrer avec précision chaque couche, minimisant ainsi le risque de désalignement. En outre, les fabricants appliquent des mesures strictes de contrôle de la qualité, y compris des processus d’inspection automatisés, afin de détecter et de rectifier les problèmes d’enregistrement avant que le produit final ne soit assemblé.

Progrès technologiques: Les innovations en matière d’équipements et de techniques de fabrication permettent de relever les défis de l’enregistrement. Les technologies de perçage et d’imagerie laser, par exemple, contribuent à l’obtention de caractéristiques plus fines et à l’amélioration de la précision de l’enregistrement d’une couche à l’autre, ce qui permet de produire des circuits imprimés fiables et de haute densité.

Inspections finales

Les essais et le contrôle de la qualité jouent un rôle essentiel dans le processus de fabrication des cartes de circuits imprimés (PCB), en garantissant la connectivité électrique, la fiabilité et la fonctionnalité des PCB. Voici un aperçu des principaux aspects des essais et du contrôle de la qualité dans la fabrication des circuits imprimés:

Inspection visuelle: L’inspection visuelle est la première étape, au cours de laquelle des professionnels qualifiés examinent le circuit imprimé pour y déceler d’éventuels défauts visibles. Les systèmes d’inspection optique automatisée (AOI) sont souvent utilisés pour des évaluations visuelles précises et efficaces.

Essais électriques: Le test électrique vérifie la fonctionnalité de la carte de circuit imprimé en contrôlant la continuité et les connexions électriques correctes. Les deux méthodes les plus courantes sont le test en circuit (ICT), qui évalue les composants et les connexions individuels, et le test fonctionnel, qui évalue la fonctionnalité globale du circuit imprimé assemblé.

Test de la sonde volante: Le test par sonde volante implique l’utilisation d’un équipement automatisé avec des sondes mobiles pour tester les circuits imprimés sans avoir recours à des montages de test dédiés. Cette méthode est particulièrement utile pour les prototypes et la production de faibles volumes, car elle permet d’effectuer des essais rapides et flexibles..

l’inspection par rayons X: L’inspection par rayons X permet d’examiner la structure interne d’un circuit imprimé et d’identifier les défauts potentiels tels que les circuits cachés, les vides ou les désalignements. Cette méthode d’essai non destructive est particulièrement utile pour inspecter les circuits imprimés complexes et densément peuplés.

Essai de contrainte thermique: Le test de contrainte thermique évalue les performances du circuit imprimé dans des conditions de température variables. Cela garantit que le circuit imprimé peut supporter des fluctuations de température sans compromettre son intégrité structurelle ou sa fonctionnalité électrique.

Documentation sur le contrôle de la qualité: Une documentation solide sur le contrôle de la qualité est essentielle pour la traçabilité et la responsabilité. Il s’agit notamment d’enregistrer les résultats des inspections et des tests, ainsi que les mesures correctives prises au cours du processus de fabrication.

En mettant en œuvre des tests rigoureux et des mesures de contrôle de la qualité, les fabricants de circuits imprimés peuvent identifier et rectifier les problèmes à un stade précoce du processus de production, ce qui garantit que les produits finaux répondent aux normes industrielles et aux attentes des clients en matière de fiabilité et de performance.