Come vengono prodotti i PCB?

Selezione del materiale

Normalmente i PCB sono realizzati con materiali quali FR-4, laminato epossidico in fibra di vetro, rivestito con fogli di rame. La scelta del materiale dipende dall’applicazione prevista e dalle caratteristiche elettriche del PCB.

Design e layout

Gli ingegneri creano il layout del PCB utilizzando un software specializzato ed esportano i file Gerber e di foratura per il produttore. Un file Gerber è un formato di file standard utilizzato nel settore della produzione di circuiti stampati (PCB). Deve il suo nome alla Gerber Scientific Instrument Company, che ha originariamente sviluppato il formato. Questi file vengono utilizzati per comunicare le specifiche di progettazione alle strutture di produzione di PCB, consentendo loro di produrre i circuiti fisici con precisione.

I file Gerber sono essenzialmente un insieme di immagini vettoriali 2D che descrivono i diversi strati del design del PCB. Ogni strato, come lo strato di rame superiore, lo strato di rame inferiore, la maschera di saldatura e la serigrafia, è rappresentato come un file Gerber separato. Contengono coordinate, forme e attributi che definiscono il layout e le caratteristiche del PCB.

In genere, i software di progettazione di PCB generano file Gerber come parte del processo di esportazione dei progetti. Questi file possono essere inviati a un produttore di PCB per la fabbricazione. Il produttore utilizza i file Gerber per creare le fotomaschere e gli altri strumenti necessari per produrre il PCB secondo le specifiche del progettista.

Il layout comprende la disposizione dei componenti, delle tracce e degli eventuali strati interni necessari. Le regole di progettazione devono essere rispettate per evitare problemi durante il processo di produzione o problemi di affidabilità nel prodotto finale.

Stampa del circuito

I file Gerber vengono utilizzati per creare fotomaschere, che sono essenzialmente modelli utilizzati nella fase di esposizione. Ogni fotomaschera corrisponde a uno strato specifico del design del PCB, come le tracce di rame, la maschera di saldatura e la serigrafia.

Il layout del PCB viene stampato su una scheda rivestita di rame, formando lo schema del circuito. Uno strato di materiale fotosensibile, chiamato fotoresistenza, viene applicato alla scheda rivestita di rame. La scheda viene quindi precotta per garantire che la fotoresistenza aderisca correttamente.

Quindi, la scheda viene immersa in una soluzione chimica di sviluppo che lava via la fotoresistenza non esposta (non indurita), lasciando dietro di sé i disegni desiderati di fotoresistenza indurita.

Incisione

I processi chimici rimuovono il rame in eccesso, lasciando le tracce del circuito. La scheda viene posta in una soluzione mordenzante che rimuove il rame esposto (non protetto). La fotoresistenza indurita funge da maschera, proteggendo le tracce di rame e le caratteristiche definite durante l’esposizione. Questo processo lascia sulla scheda solo le tracce di rame e le piazzole dei componenti desiderate. La fotoresistenza rimanente viene rimossa, lasciando esposte le tracce di rame pulite.

Aggiunta di livelli

Il processo di aggiunta degli strati prevede la laminazione di più fogli sottili di rame e substrato isolante, creando una struttura composita. Ciò consente ai progettisti di ottenere una maggiore densità del percorso e di ospitare un numero più elevato di componenti, il che lo rende un passaggio essenziale nell’evoluzione dei moderni PCB.

Sfide di registrazione: Tuttavia, i vantaggi dei livelli aggiuntivi comportano sfide di registrazione. Il raggiungimento di una registrazione precisa, o allineamento, di ogni strato durante il processo di produzione è fondamentale per garantire che i percorsi conduttivi e i componenti si allineino accuratamente tra gli strati. Il disallineamento può provocare cortocircuiti, variazioni di impedenza e compromissione dell’integrità del segnale.

Attenuare le sfide di registrazione: le tecnologie di produzione avanzate, come i sistemi di allineamento ottico automatizzato, svolgono un ruolo cruciale nell’attenuare i problemi di registrazione. Questi sistemi utilizzano telecamere ad alta risoluzione per allineare e registrare con precisione ogni strato, riducendo al minimo il rischio di disallineamento. Inoltre, i produttori adottano rigorose misure di controllo della qualità, tra cui processi di ispezione automatizzati, per individuare e correggere i problemi di registrazione prima che il prodotto finale venga assemblato.

Progressi tecnologici: le innovazioni nelle apparecchiature e nelle tecniche di produzione continuano a rispondere alle sfide della registrazione. Le tecnologie di foratura laser e di imaging, ad esempio, contribuiscono a ottenere dimensioni più fini degli elementi e una migliore precisione di registrazione da strato a strato, consentendo la produzione di PCB affidabili e ad alta densità.

Ispezioni finali

I test e il controllo qualità svolgono un ruolo fondamentale nel processo di produzione dei circuiti stampati (PCB), garantendo la connettività elettrica, l’affidabilità e la funzionalità del PCB. Ecco una panoramica degli aspetti principali dei test e del controllo qualità nella produzione di PCB:

Ispezione visiva: l’ispezione visiva è la fase iniziale, in cui professionisti qualificati esaminano il PCB per verificarne eventuali difetti visibili. I sistemi di ispezione ottica automatizzata (AOI) sono spesso utilizzati per valutazioni visive precise ed efficienti.

Test elettrici: i test elettrici verificano la funzionalità del PCB controllando la continuità e i collegamenti elettrici corretti. Due metodi comuni sono il test in-circuit (ICT), che valuta i singoli componenti e le connessioni, e il test funzionale, che valuta la funzionalità complessiva del PCB assemblato.

Test Flying Probe (sonda mobile): Il test Flying Probe (sonda mobile) prevede l’uso di apparecchiature automatizzate con sonde mobili per testare i circuiti stampati senza la necessità di attrezzature di prova dedicate. Questo metodo è particolarmente utile per i prototipi e la produzione di bassi volumi, in quanto consente di eseguire test rapidi e flessibili..

Ispezione a raggi X: l’ispezione a raggi X viene impiegata per esaminare la struttura interna di un PCB, identificando potenziali difetti come problemi di circuiti nascosti, vuoti o disallineamenti. Questo metodo di controllo non distruttivo è particolarmente utile per ispezionare PCB complessi e densamente popolati.

Test di stress termico: i test di stress termico valutano le prestazioni del PCB in condizioni di temperatura variabili. Ciò garantisce che il PCB possa resistere alle fluttuazioni di temperatura senza compromettere l’integrità strutturale o la funzionalità elettrica.

Documentazione del controllo qualità: una solida documentazione di controllo della qualità è essenziale per la tracciabilità e la responsabilità. Ciò include la conservazione di registri dei risultati delle ispezioni, degli esiti dei test e di qualsiasi azione correttiva intrapresa durante il processo di produzione.

Grazie all’implementazione di rigorosi test e misure di controllo della qualità, i produttori di PCB possono identificare e correggere i problemi nelle prime fasi del processo di produzione, garantendo che i prodotti finali soddisfino gli standard del settore e le aspettative dei clienti in termini di affidabilità e prestazioni.