RÉFÉRENCES

PCB PROCESSUS DE PRODUCTION D'UN CIRCUIT IMPRIMÉ

Fabrication d'un circuit imprimé multicouche

1.0

Examen de la conception et préparation des outils de production.

La première étape du processus de fabrication est d'examiner le jeu de données de fabrication fourni par le concepteur et de préparer les outils de fabrication et les données de FAO.

1.1

Données de production

Le résultat de la conception d'un circuit imprimé est un jeu de données fourni par le client, dans un format conforme aux normes de l'industrie (Extended Gerber ou ODB++). Les fichiers Gerber définissent les couches de cuivre, les couches de masque de soudure et les notations des composants. De plus, les données de fabrication incluent un fichier de perçage, une liste des interconnexions et des spécifications générales.

1.2

Conception en vue de la fabrication

Les ingénieurs contrôlent les données et vérifient que toutes les informations nécessaires à la fabrication sont claires et complètes. Nous vérifions également que la conception et les spécifications correspondent aux capacités de fabrication.

1.3

Une fois que toutes les questions relatives à l'ingénierie ont été résolues, les outillages nécessaires à la production sont préparés.

1.31

Préparation des panneaux de fabrication.

Les fabricants utilisent des panneaux de fabrication standard. Le panneau de fabrication doit être conçu de manière à optimiser l'utilisation du matériau et doit donc tenir compte des dimensions du circuit imprimé et des exigences de fabrication : coupons de contrôle du processus, trous de positionnement et manipulation.

production panel
1.32

Préparation du film de travail (masques photographiques).

À l'aide d'un traceur laser, un film est créé pour chaque couche du circuit imprimé. Ce traceur est placé dans une pièce sombre dont la température et l'humidité sont contrôlées. Les films sont ajustés les uns aux autres afin de garantir un alignement parfait entre les couches. Les trous d'ajustement poinçonnés sont utilisés ultérieurement pour aligner les films lors du processus d'exposition aux UV. Une autre méthode consiste à utiliser une imagerie laser directe, qui se sert d'une caméra afin d'ajuster le masque photographique.

working film
2.0

internes

Lors de la préparation des couches internes, nous utilisons un matériau de base en résine époxy et tissu de verre, recouvert des deux côtés d'une feuille de cuivre, puis nous retirons l'excédent de cuivre afin de laisser des pistes de cuivre uniquement aux emplacements nécessaires à la réalisation du circuit imprimés.

2.1

Matériau de base

Le laminé ou stratifié de base est composé de tissu en fibre de verre imprégnée de résine époxy et recouvert des deux côtés par un feuillard de cuivre. Dans la majorité des cas, le matériau FR4 est utilisé.
Le matériau de base plaqué de cuivre des deux côtés est nettoyé par un processus de nettoyage chimique adapté aux couches internes afin de retirer les oxydes et les potentielles contaminations. Parallèlement, les rouleaux de la brosse rotative dépolissent la surface en cuivre afin d'assurer une adhérence mécanique suffisante.

base material
2.2

Stratification

du film sec Le matériau de base est passé entre deux rouleaux chauffés (température d'environ 110 ºC et pression de 3-5 bars) afin d’appliquer le film photosensible. La surface en Cu devient alors sensible à la lumière UV. La suite du processus se poursuit donc uniquement dans une pièce à lumière jaune.

dray film lamination
2.3

Exposition des couches internes

Le film de la couche est placé sur le stratifié, puis la couche stratifiée est exposée à une lampe UV puissante. Les tracés du circuit imprimé sont transparents dans le film et le stratifié sous-jacent est donc exposé à la lumière UV. Les parties exposées sont polymérisées par un procédé chimique et les tracés vont durcir.
TLa zone qui est recouverte par la partie noire du film n’est pas polymérisée et peut être nettoyée lors du processus de développement.

exposure
2.4

Processus de développement

Le développement consiste à pulvériser une solution de carbonate de sodium sur les couches internes, puis de les rincer à l'eau claire et de les faire sécher. Les zones non exposées sont ensuite retirées.

development process
2.5

Gravure des couches internes

Les couches internent subissent un nouveau processus de pulvérisation, de rinçage et de séchage. Cette fois, avec une solution acide. Ce processus retire le cuivre de la zone exposée, ce qui laisse du cuivre uniquement dans les tracés et les pastilles. L'épaisseur de cuivre des couches détermine la rapidité du processus. Des couches de cuivre épaisses limitent la largeur des pistes.

inner layer
2.6

Décapage

La couche de film sec qui a servi à protéger les pistes de cuivre est retirée en passant le matériau dans une solution de soude caustique.

striping
2.7

Inspection optique automatisée (AOI)

Les couches internes subissent une inspection optique automatisée afin de détecter des circuits ouverts ou des courts-circuits, ainsi que pour vérifier que l’image du circuit correspond aux données de conception d'origine.

2.8

Préparation de surface

Les couches internes sont ensuite soumises au processus chimique de préparation de surface (oxydation brune) du cuivre afin d’améliorer l'adhérence de la résine de pré-imprégné et du cuivre lors du processus de stratification. surface in the lamination process.

3.0

Stratification

3.1

Superposition des matériaux

Le pré-imprégné est une résine époxy partiellement durcie avec de la fibre de verre, polymérisé par le fabricant de pré-imprégné. Il est utilisé comme matériau isolant et adhésif entre les couches du circuit imprimé. Le pré-imprégné est une résine époxy partiellement durcie avec de la fibre de verre, polymérisé par le fabricant de pré-imprégné. Il est utilisé comme matériau isolant et adhésif entre les couches du circuit imprimé.

material layup
3.2

Stratification haute pression

Les couches empilées sont stratifiées sous vide, à haute température et sous haute pression. Plusieurs circuits imprimés, intercalés par des éléments de séparation, sont pressés simultanément. La chaleur ramollit la résine dans le pré-imprégné pendant que la pression répartit la résine sur toute la surface du panneau.

high pressure
3.3

Ébavurage

Les bavures (matériau dépassant du panneau stratifié) sont retirées afin de créer un panneau propre qui ressemble à une pièce de stratifié.

4.0

Perçage

4.1

Analyse aux rayons X

Il s'agit d'une étape préparatoire au cours de laquelle les pastilles invisibles présentes dans les couches internes sont identifiées à l'aide de rayons X. L'analyse aux rayons X permet de détecter les pastilles et de calculer de nouveaux trous de référence pour le perçage.

x-ray
4.2

Le perçage

du circuit imprimé est effectué sur une perceuse à commande numérique et à grande vitesse (jusqu'à 280 000 tours/minute). Les trous percés doivent être aussi propres et lisses que possible pour permettre une métallisation des trous de qualité. Il est possible d'empiler et de percer simultanément jusqu'à 3 panneaux. Les panneaux sont placés entre une plaque de base et une feuille d'aluminium au-dessus. La plaque de base ou plaque \"martyr \" évite de percer dans la perceuse et permet de percer au-delà du panneau, ce qui évite les bavures. La plaque supérieure en aluminium évite les bavures et empêche le foret de dévier. Les deux plaques protègent les surfaces du panneau contre les dommages et les rayures.

4.3

Brossage et déglaçage

Après le perçage, la surface du circuit imprimé est brossée mécaniquement à l'aide de rouleaux à brosse oscillants et rotatifs. Les trous percés sont nettoyés à l'aide d'une solution de permanganate ou par plasma d'oxygène afin de retirer la résine qui peut s'être étalée sur le cuivre. Les résidus de résine situés sur le cuivre peuvent empêcher une bonne métallisation entre le revêtement métallique du trou et les pistes dans les couches.

5.0

Dépôt autocatalytique

5.1

Dépôt autocatalytique

Pour créer une connexion électrique entre les trous percés et toutes les couches, un dépôt de cuivre chimique d'environ 0,5-0,7 micron est déposé. Cette couche conductrice est la base du processus de métallisation.

electroless plating
6.0

Couches externes et métallisation

Ce processus est similaire au processus utilisé dans la construction des couches internes. La différence est que, dans cette étape, nous métallisons les trous, ainsi que les tracés et les pastilles des couches externes à l'aide d'un processus de cuivrage électrolytique.

6.1

Lamination du film sec des couches externes

Ce processus correspond à celui utilisé pour les couches internes. Le panneau est passé entre deux rouleaux chauffés (température d'environ 110 ºC et pression de 3-5 bars). La surface en Cu devient alors sensible à la lumière UV. La suite du processus se poursuit donc uniquement dans une pièce à lumière jaune.

6.2

Exposition et développement

Ce processus correspond à celui utilisé pour les couches internes. Un processus d'exposition négative est toutefois utilisé dans ce cas. Les zones cuivrées ne sont pas recouvertes par la résine et peuvent être métallisé de cuivre. Les zones entre les conducteurs sont recouvertes de film polymérisé.

6.3

Cuivrage électrolytique

Tous les trous et les tracés sont recouverts d'une couche de cuivre déposée par électrolyse. Les trous créent la connexion électrique entre les conducteurs des couches internes. Une bonne connexion nécessite une épaisseur de 20-25 microns de cuivre sur les parois du trou. L'épaisseur générale de cuivre sur les couches externes est donc déterminée par l'épaisseur de cuivre de base (matériau de base) et les 25-30 microns supplémentaires ajoutés lors du processus de métallisation.

copper plating
6.4

Étamage

Un second processus de métallisation est effectué pour protéger les conducteurs en cuivre qui restera après gravure des couches externes.

tin plating
6.5

Décapage du film sec

De la couche externe Le film sec est retiré afin d'exposer la couche de cuivre pour la gravure.

6.6

Gravure et décapage de l'étain

Un processus de gravure est réalisé pour retirer l'excédent de cuivre et laisser le cuivre uniquement sur les pistes et les pastilles qui sont protégés par la couche d’étain. L'étain est ensuite retiré à l'aide d'acide nitrique.

7.0

Vernis épargne

Le vernis épargne est appliqué sur la plupart des circuits imprimés afin de protéger la surface en cuivre qui ne sera pas protégée par une soudure lors du processus de câblage et d'empêcher les courts-circuits de soudure pendant le montage.

7.1

Le panneau est brossé et nettoyé.

7.2

Le panneau est recouvert des deux côtés par un vernis épargne en époxy de 15-25 microns d'épaisseur puis précuit dans un four.

7.3

"À l'aide d'une imprimante UV et d'un film de masque photographique, le vernis épargne est durci au niveau de la zone où nous voulons qu'il reste.

7.4

Les panneaux sont passés dans un révélateur qui retire le vernis épargne des zones qui ont été exposées.

7.5

Le durcissement du vernis épargne se poursuit dans un four.

solder mask
8.0

Finition de surface La finition

de surface est appliquée sur le cuivre non recouvert par le vernis épargne. Cette finition protège le cuivre jusqu'à ce que les composants soient assemblés et soudés. Plusieurs finitions sont disponibles. Les plus couramment utilisées sont la finition étamage à chaud (ou Hot Air Leveling (HAL)) et la finition Nickel/Or chimique (ou Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)).

8.1

HAL

Le processus HAL est un étamage de toutes les zones de cuivre. La totalité du panneau est immergée dans un bain d’alliage en fusion puis l’excès est retiré à l'aide d'air chaud. L'excédent d’alliage (qui ne s'est pas fixé au cuivre) est soufflé et les pastilles et trous en cuivre sont métallisés.
Pendant ce processus, l’alliage utilisé pour la finition est de l'étain/plomb ou de l'étain uniquement (sans plomb).

8.2

ENIG

Dans le cadre de ce processus, du nickel est déposé sur le cuivre par un procédé chimique, puis une fine couche d'or est déposée sur le nickel. L'intégralité du processus est automatisée : déplacement des panneaux à travers une série de cuves, nettoyage du cuivre, dépôt d'une couche de nickel de 3-5 microns et d'une couche d'or d'au moins 0,05 micron.

8.3

Métallisation en or épais

Les connecteurs plats sont métallisés avec 1-1,5 microns d'or sur 4-5 microns de nickel. Ce type de métallisation est utile lorsque les zones conductrices doivent résister à de multiples insertions.

9.0

Impression de la légende

La légende est imprimée sur le circuit imprimé à l'aide d'une machine à sérigraphie.

legend print
10

Détourage

À l'aide d'une commande numérique, les panneaux de fabrication sont découpés en circuits imprimés individuels. Ces circuits sont ensuite détourés selon leur forme, en fonction des données de conception.

routing
11

Test électrique

Chaque circuit imprimé est testé électriquement par rapport aux données de conception, à l'aide d'un outillage \"lit de clous\" ou d'un testeur à sondes mobiles.

lectrical test
12

Contrôle qualité final

Il s'agit de l'inspection finale du produit fini. Ce contrôle permet de vérifier qu'il n'y a aucun défaut esthétique, comme des rayures et des impuretés, en utilisant la norme IPC600 comme référence.

final quality test