Come viene realizzato un PCB? Dai file di progettazione al PCBA finito

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I componenti elettronici si basano su circuiti stampati, ovvero PCB. Collega e sostiene ogni parte. Il processo di creazione di un PCB è lungo e meticoloso. Le fasi sono numerose. Comprendere le fasi complete di produzione dei PCB è essenziale per chiunque sia coinvolto nella produzione di elettronica. Ogni fase del flusso di lavoro di produzione si basa su quella precedente, creando un prodotto finale preciso e affidabile. Padroneggiando queste fasi di produzione dei circuiti stampati, ingegneri e produttori possono garantire qualità e prestazioni costanti in tutti i loro progetti di circuiti stampati. Vi illustreremo l'intero processo di produzione dei PCB.

Prepara il design e i file

Il layout del circuito stampato viene prima creato da un progettista. A tal fine, utilizzano un software specializzato. Con l'aiuto del software possono posizionare tutte le parti e tracciare tutte le linee. Una volta completato il progetto, il progettista inoltra i file alla fabbrica. Il file Gerber è il più importante. Un file Gerber è più di una semplice immagine. È un file di dati. Indica alle macchine dove posizionare ogni linea, foro e componente.

I servizi professionali di produzione di PCB comprendono la revisione completa dei file di progettazione e l'ingegnerizzazione CAM per garantire che le schede soddisfino le specifiche esatte prima dell'inizio della produzione. Questo controllo viene definito ingegneria CAM. Gli ingegneri controllano il progetto alla ricerca di errori. Si assicurano che il progetto possa essere trasformato in una scheda reale. Risolvono i problemi minori. Questa fase è fondamentale perché garantisce che tutto proceda come previsto.

Realizzazione e imaging di film

La fabbrica produce quindi una pellicola. La pellicola funziona in modo simile a uno stampino. Ogni strato del progetto del circuito stampato è incluso. Il progetto viene disegnato al laser sulla pellicola da una macchina specializzata. Le posizioni delle linee di rame sono raffigurate nella pellicola. Sulla pellicola, le linee di rame sono visibili. Tutto il resto è nero. Il passo successivo utilizza questa pellicola.

Un operaio prende quindi un foglio di materiale. Questa sostanza contiene rame. Ci riferiamo ad essa come laminato rivestito di rame. L'operaio fa un ottimo lavoro pulendo il foglio. Sul foglio viene applicato un inchiostro fotosensibile speciale. Questo inchiostro è chiamato fotoresist. Il dipendente copre il foglio con la pellicola. Quindi lo espone a una luce UV intensa. In alcune aree, la luce indurisce l'inchiostro. Sotto le parti nere della pellicola, l'inchiostro rimane morbido. Attraverso questo processo, il disegno viene visualizzato sulla scheda.

Ispezione e incisione dello strato interno

Gli strati interni di schede multistrato è dove inizia il processo. L'inchiostro morbido viene rimosso dopo il processo di imaging. Il rame sottostante è visibile qui. Successivamente, la scheda viene inserita in una macchina per l'incisione. Il dispositivo utilizza una sostanza chimica speciale. Tutta la parte di rame esposta viene eliminata da questa sostanza chimica. L'inchiostro duro protegge il rame sottostante. Non viene rimosso. In questo modo si creano le linee di rame del circuito.

Una volta completata l'incisione, le schede vengono esaminate. La scheda viene esaminata da una macchina automatizzata. La scheda e il file di progettazione vengono confrontati. Viene effettuata una ricerca di eventuali cortocircuiti o linee interrotte. Si tratta di un controllo fondamentale. I problemi relativi allo strato interno non possono essere risolti in un secondo momento.

Laminazione e stratificazione

Gli strati interni vengono impilati una volta preparati. Solo le schede multistrato devono seguire questo passaggio. La fabbrica impila nuovi fogli di rame, alcuni fogli adesivi e gli strati interni uno sopra l'altro. Il termine "prepreg" indica i fogli adesivi. Il prepreg è simile alla colla.

La pila di strati è stata quindi inserita all'interno di una grande macchina. La macchina utilizza alta pressione e alta temperatura. Il prepreg si scioglie con il calore. Tutti gli strati aderiscono l'uno all'altro in modo piuttosto efficace grazie alla pressione. Il prepreg diventa quindi nuovamente duro. Tutti gli strati formano ora un unico pannello resistente.

Placcatura e foratura

Una volta che la scheda è un unico pezzo solido, è necessario praticare dei fori. Una macchina pratica migliaia di fori nella scheda. I fori servono per inserire i componenti. Inoltre, collegano i vari strati. Il punta da trapano utilizzato dalla macchina è estremamente preciso. Il file di foratura dal progetto viene seguito dalla macchina.

L'interno dei fori non viene rivestito in rame dopo la foratura.. Tuttavia, la corrente deve fluire verso altri strati attraverso i fori. La scheda viene quindi immersa in un bagno chimico speciale. Questo bagno applica uno strato molto sottile di rame alle pareti dei fori. Questa procedura è denominata "placcatura in rame". Crea un canale che consente all'elettricità di fluire tra gli strati.

Immagini e incisione dello strato esterno

Successivamente, vengono lavorati gli strati esterni della scheda. La parte superiore e inferiore della scheda costituiscono gli strati esterni. Innanzitutto, viene applicato altro rame sulla superficie e sui fori della scheda. Di conseguenza, lo strato di rame diventa più spesso. Viene quindi applicata la procedura di imaging descritta al punto 2. Attraverso questo processo, il disegno dello strato esterno viene trasferito sulla scheda.

La scheda passa quindi attraverso un'altra macchina incisore. Tutto il rame che il disegno non copre viene eliminato dalla sostanza chimica. In questo modo vengono prodotte le ultime linee e piazzole sull'esterno della scheda. Una volta completata la fabbricazione, la scheda passa al processo di assemblaggio del PCB, dove vengono montati i componenti. Il processo di assemblaggio dei PCB prevede l'inserimento di resistenze, condensatori, circuiti integrati e altri componenti elettronici sulla scheda preparata. Questa fase trasforma il circuito stampato nudo in un assemblaggio elettronico funzionale pronto per essere testato e utilizzato.

Serigrafia e maschera di saldatura

A questo punto la tavola deve essere protetta. La tavola viene ricoperta con uno strato di vernice speciale. Maschera di saldatura è il nome di questa vernice. Sebbene le maschere di saldatura possano essere di qualsiasi colore, in genere sono verdi. Le linee di rame sono nascoste dalla maschera di saldatura. In questo modo si evitano danni alle linee. Inoltre, aiuta a prevenire i cortocircuiti durante la saldatura. Le uniche piazzole che vengono lasciate aperte sono quelle a cui verranno attaccate le parti.

Una volta posizionata la maschera di saldatura, viene applicata la serigrafia. La serigrafia è il testo bianco sulla scheda. Mostra dove si trovano i componenti. Sono inoltre indicati i valori e i nomi dei componenti. È vantaggiosa per chiunque posizioni i componenti sulla scheda. È una parte essenziale della scheda.

Modellatura e finitura superficiale

È necessario un ulteriore strato protettivo per i pad in rame esposti. Questo strato è denominato finitura superficiale. Impedisce la formazione di ruggine sul rame. Inoltre, migliora l'adesione della saldatura. Esistono diversi tipi di finiture superficiali. ENIG è uno dei più diffusi. Ricopre il rame con uno strato di oro.

I pannelli vengono quindi tagliati. Un grande pezzo di pannello viene posizionato su una macchina. Ogni pannello viene tagliato dalla macchina. I pannelli vengono tagliati nella forma desiderata. In questo modo ogni pannello viene separato dal grande pannello su cui è stato creato.

Controllo qualità e test elettrici

Ogni scheda viene testata alla fine. Una macchina di prova tocca la scheda con piccole sonde. Verifica che ogni linea sia intatta. Cerca anche eventuali cortocircuiti. Questo test garantisce il funzionamento di ogni scheda. Sia che abbiate bisogno di una produzione di PCB standard o personalizzata, i rigorosi protocolli di collaudo assicurano che ogni scheda consegnata soddisfi i vostri standard di qualità e i vostri requisiti funzionali.

I dipendenti ispezionano visivamente le schede oltre a eseguire il test elettrico. Vengono esaminati gli spazi vuoti. Viene misurato lo spessore. Viene garantita la corretta costruzione della scheda. Questa ispezione finale garantisce la qualità del prodotto finale.

In conclusione

Imparare a produrre schede PCB richiede la conoscenza sia delle tecniche tradizionali che dell'automazione moderna. Il processo combina trattamenti chimici, forature precise e un attento allineamento degli strati per creare circuiti funzionali. Sia che si tratti di produrre prototipi o volumi elevati, capire come si producono le schede PCB consente di prendere decisioni informate sui requisiti di progettazione e produzione. Dalla progettazione al collaudo finale, le fasi di lavorazione sono numerose. Per creare una scheda valida e funzionale, ogni fase è fondamentale. La collaborazione con un produttore di circuiti stampati esperto, in grado di comprendere tutte le fasi di produzione, garantisce che i vostri progetti siano eseguiti in modo impeccabile dall'ideazione alla consegna.