CONOCIMIENTO BASE

PROCESOS DE PRODUCCIÓN

Fabricando un circuito Multicapa

1.0

REVISIÓN DE DISEÑO Y PREPARACIÓN DE HERRAMIENTAS DE PRODUCCIÓN.

La primera etapa del proceso de fabricación implica una revisión del conjunto de datos de fabricación que proporciona el diseñador y la preparación de las herramientas de fabricación y los datos CAM.

1.1

Documentación para producción.

El resultado del diseño de PCB es un conjunto de datos que se proporcionan al fabricante en un formato estándar en esta industria: Extended Gerber u ODB ++. Los archivos de Gerber definen las capas de cobre, las capas de mascarilla anti-soldadura y las serigrafías de componentes. Además, el conjunto de datos de fabricación incluye un archivo de taladrado, lista de conexiones y especificaciones generales.

1.2

Diseño para fabricación

Nuestra ingeniería revisará el conjunto de datos y verificará que toda la información necesaria para la fabricación sea correcta y completa. También comprobaremos que el diseño y las especificaciones coincidan con las capacidades tecnológicas de fabricación

1.3

Una vez que se hayan resuelto todas las preguntas de ingeniería, se prepararán las herramientas necesarias para la producción.

1.31

Preparación de los paneles de fabricación.

Los fabricantes usan paneles de fabricación estándar. El panel de fabricación debe diseñarse para optimizar el material, teniendo en cuenta las dimensiones de los circuitos y los requisitos de fabricación: cupones de control de proceso, fiduciales y manipulación

production panel
1.32

Preparación de los films.

Con un plotter láser, se genera los films de cada capa del circuito. El plotter láser se encuentra en una habitación oscura controlada por temperatura y humedad. Las películas se registran entre sí para asegurar la alineación perfecta entre las capas. Los taladros de registro se utilizan más adelante para alinear las películas en el proceso de exposición a la radiación UV. Otro método es usar imágenes láser directas (LDI), mediante una cámara CCD en la máquina de exposición evitando el uso de films.

working film
2.0

CAPAS INTERNAS

El material base de las capas internas está compuesto de una resina epoxi y fibra de vidrio, con láminas de cobre adheridas en la superficie. De este cobre retiramos el exceso, para dejar la imagen de las pistas que se necesitan en el circuito eléctrico.

2.1

Material base

La capa interna consiste en una resina epoxi y una tela de fibra de vidrio que está recubierta en la superficie con una lámina de cobre. En la mayoría de los casos se usa material FR4.
En las capas internas, la capa de cobre en ambas caras se limpia mediante un proceso químico, de forma que se eliminan óxidos y posibles contaminantes. Al mismo tiempo, unos rodillos arañan la superficie de cobre para asegurar una buena adherencia en procesos posteriores.

base material
2.2

Laminación de film seco

Un film fotosensible se aplica sobre la capa interna, mediante par de rodillos calientes (Temperatura: aproximadamente 110 ° C Presión: 3-5 BAR) y se adhieren el film a la superficie de Cu. Este film fotosensible se activa con la luz ultravioleta y, por lo tanto, el proceso posterior se realiza solo en el área de luz amarilla.

dray film lamination
2.3

Exposición en capas internas

En una insoladora, se expone este conjunto a una radiación UV, a través del de la película que ha registrado la imagen de la capa interna. Las pistas del circuito son transparentes en esta película y el laminado subyacente está expuesto a la luz ultravioleta. Esta exposición polimerizará químicamente y las zonas de pistas en el film se endurecerán.
El área que está cubierta por la zona opaca del film se polimerizará y se eliminará en el proceso siguiente de revelado.

exposure
2.4

Proceso de revelado

El revelado se realiza rociando las capas interiores horizontalmente con una solución de carbonato de sodio y posteriormente enjuagándolas con agua fresca y secándolas. Las áreas del film no expuestas al UV ahora se eliminan.

development process
2.5

Grabado de la capa interna

La capa interna pasa por otro proceso de pulverización, enjuague y secado. Esta vez con una solución ácida. Este proceso elimina el cobre del área expuesta, dejando solo cobre que corresponde a las pistas, coronas y pads. El espesor de cobre de las capas determinará la velocidad del proceso. Las capas de cobre más gruesas limitan la resolución de las pistas.

inner layer
2.6

Stripping

El film se elimina pasando el material a través de una solución de sosa cáustica

striping
2.7

Inspección óptica automática (AOI)

Las capas internas se someten a una inspección óptica automatizada para detectar geometrías del circuito detectando cortos, así como las desviaciones de la geometrías del patrón imagen del circuito, en comparación con los datos de diseño originales.

2.8

Preparación de la oxidación marrón

Las capas internas pasan por un proceso químico de preparación de la superficie para endurecer la superficie y mejorar la adhesión entre la resina PREPREG y la superficie del cobre en el proceso de laminación.

3.0

LAMINACIÓN

3.1

Empilado

Las capas se apilan antes de la laminación. Comenzando con una lámina de cobre en la parte inferior (que se usará para construir la capa externa inferior). En la parte superior de las capas PREPREG de la capa de cobre, encima de PREPREG se colocan las capas internas, separadas por capas PREPREG y en la parte superior de las capas internas, capas PREPREG y una segunda lámina de cobre (que se usará para construir la capa externa superior). PREPREG es una resina epoxi parcialmente curada con fibra de vidrio, polimerizada por el fabricante PREGREG. Se utiliza como material aislante y adhesivo entre las capas del circuito.

material layup
3.2

Laminación a alta presión

Las capas apiladas se laminan al vacío, a alta temperatura y alta presión. Varios circuitos, separados por divisores se presionan simultáneamente. El calor lleva a la resina a la consistencia de gel y posteriormente la endurece cuando alcanza la polimerización uniendo fuertemente las capas del circuito impreso.

high pressure
3.3

Recorte

El material que sobresale del panel laminado se elimina, dejando un panel con los bordes libres de rebaba de resina.

4.0

TALADRADO

4.1

Análisis por RAYOS X

Como etapa preparatoria, los pads de las capas internas se identifican utilizando X-RAY. El análisis de rayos X permite detectar los pads y calcular taladros de referencia para el proceso de taladrado.

x-ray
4.2

Taladrado

El taladrado del circuito se realiza en máquinas de control numérico CNC de alta velocidad (hasta 280,000 revoluciones / minuto). Los taladros deben quedar libres de rebabas y las paredes del interior listas para la metalización.
Opcionalmente, se apilan y taladran hasta 3 paneles simultáneamente. Los paneles se colocan entre una placa base y una lámina de aluminio superior. Estas láminas de aluminio se emplean para conseguir en el circuito los taladros libres de rebabas y además protegen los circuitos durante el proceso de taladrado. Son máquinas altamente especializadas con controles de rotura de brocas, desgaste de brocas con la medida automática de los diámetros y carga automática de brocas.

4.3

Cepillado y “Desmearing”

Después del taladrado, la superficie del circuito se cepilla mecánicamente con un rodillo oscilante y rotativo. Los taladros se limpian con una solución de permanganato o mediante plasma de oxígeno para eliminar la resina que puede haber quedado en el interior del taladro. Los residuos de resina en el cobre pueden impedir la conductividad eléctrica adecuada que se requiere para una buena metalización.

5.0

METALIZACIÓN QUÍMICA

5.1

Metalización química

Con el fin de crear una conexión eléctrica entre las capas a través de los taladros, se deposita una película conductora, de aproximadamente 0.5-0.7 micras de espesor, con cobre químico. Esta capa conductora es la base para el proceso de metalización electrolítica que se aplica posteriormente.

electroless plating
6.0

CAPAS EXTERNAS Y METALIZACIÓN

Este proceso es similar al proceso empleado en la construcción de las capas internas. La diferencia es que, en este paso, se metaliza los taladros, coronas, las pistas y pads de las capas externas usando un proceso electrolítico de deposición de cobre.

6.1

Laminación con film seco de las capas externas

Este proceso es similar al proceso empleado en las capas internas. El panel se pasa a través de un par de rodillos calientes (Temperatura: aproximadamente 110 ° C Presión: 3-5 BAR) para la aplicación del film fotosensible y, por lo tanto, el proceso posterior se realiza solo en el área de luz amarilla.

6.2

Exposición y revelado

Este proceso es similar al proceso en las capas internas. Sin embargo, en este proceso se usa un proceso de exposición negativo. Las pistas conductoras no están cubiertas por la resistencia y pueden ser metalizados con cobre electrolítico. Las zonas entre las pistas están cubiertas con laminado polimerizado.

6.3

Recubrimiento electrolítico de cobre

Todos las pistas y taladros están recubiertos con una capa de cobre electrolítico. Así se crea la conexión eléctrica de los taladros a los conductores en las capas. Una buena conexión exige una metalización entre 20-25 micras de cobre en las paredes del orificio. El espesor total del cobre en las capas externas está determinado, por lo tanto, por el grosor del cobre del material y las 25-30 micras adicionales añadidas en el proceso de recubrimiento.

copper plating
6.4

Estañado

Se realiza un segundo proceso de recubrimiento para proteger los conductores de cobre durante el proceso de grabado que se realizará a continuación, por lo que la capa también se indica a menudo como resistencia al grabado.

tin plating
6.5

Decapado del film seco capa externa

La película de film se elimina para exponer la capa de cobre para su grabado.

6.6

Grabado y retirada capa de estañado

Se realiza un proceso de grabado para eliminar el exceso de cobre, dejando solo el cobre en las pistas y pads protegidos por el estañado. Luego, se elimina el estaño con ácido nítrico.

7.0

MÁSCARA ANTI-SOLDADURA

La máscara anti-soldadura se aplica a la mayoría de las placas de circuito impreso para proteger la superficie de cobre salvo la que debe quedar libre para el proceso de soldadura en montaje de los componentes. El resto queda protegido y eléctricamente aislado evitando cortocircuitos en el proceso de montaje de componentes.

7.1

Limpieza

7.2

El panel queda recubierto por ambos lados con una máscara anti-soldadura epoxi de 15-25 micras de espesor.

7.3

La mascarilla anti-soldadura, es una tinta fotosensible de manera que en un proceso de insolación con UV, la mascarilla anti-soldadura se endurece en el área donde queremos que permanezca.

7.4

Un revelado posterior, elimina la parte de mascarilla anti-soldadura del panel en las zonas en las que queremos quede libre de protección y preparada para soldar los componentes.

7.5

Finalmente un proceso adicional de curado endurece la mascarilla.

solder mask
8.0

ACABADO SUPERFICIAL

Finalmente se aplica al circuito un acabado sobre la superficie soldable, que no está protegida por la mascarilla anti-soldadura. Este acabado protege el cobre hasta que los componentes se ensamblan y sueldan en el circuito impreso. Varios acabados superficiales están disponibles. Los más utilizados son “Hot Air Leveling “(HAL) y el oro químico (ENIG).

8.1

HAL

El proceso HAL crea una capa de estaño en todos los pads. Todo el panel se sumerge en una aleación de estaño y al retirar el panel, un chorro de aire elimina estaño de forma que la superficie del pad quede lo más plana posible. Los pads y los taladros quedan estañados.
La aleación empleada es una aleación de estaño con plata, o bien níquel o bien cobre (soldadura sin plomo).

8.2

ENIG

En acabado superficial consta de una deposición química de níquel y una deposición química posterior ultra fina de oro. Todo el proceso está automatizado, moviendo los paneles a través de una serie de contenedores, limpiando el cobre, depositando una capa de 3-5 micrones de níquel y una capa de oro de un mínimo de 0,05 micras.

8.3

Oro electrolítico

En circuitos en los que se requiere conectores de múltiples inserciones, se emplea el acabado en oro electrolítico. Este oro electrolítico se deposita sobre una capa de estaño químico de 4 a 5 micras y el espesor de oro depende de las aplicaciones siendo entre 1 y 1,5 micras.

9.0

SERIGRAFIA COMPONENTES.

Legend is printed onto the PCB using a screen printer.

legend print
10

RUTADO

El mecanizado final del panel de fabricación se realiza mediante máquinas de control numérico CNC, obteniendo los circuitos individuales.

routing
11

TEST ELÉCTRICO

Cada circuito se testea eléctricamente de acuerdo a los datos del circuito. El test se realiza mediante máquinas automáticas bien con test de punta móvil o bien mediante “cama de agujas”

lectrical test
12

CONTROL DE CALIDAD FINAL

Esta es la inspección final del producto terminado. Comprueba si hay defectos cosméticos, como arañazos e impurezas, utilizando IPC600 como referencia.

final quality test