Le guide ultime du déroulement du processus de fabrication des circuits imprimés

Avant l'avènement des cartes de circuits imprimés, les connexions des circuits étaient réalisées par un câblage point à point. Cependant, à mesure que la durée de vie des produits électroniques augmente, le phénomène de vieillissement des circuits devient de plus en plus détaillé. Il s'agit d'un grave problème de fiabilité des lignes, et la rupture de la ligne entraînera un circuit ouvert ou un court-circuit du nœud de ligne. Afin de faire face à ces problèmes, de nouvelles technologies de fabrication de PCB ont été adoptées. Dans cet article, FS Technology décortique chaque étape du processus de fabrication des PCB et en donne une explication et une présentation détaillées.

Organigramme du processus de fabrication des PCB

Avec le développement de la science et de la technologie, il y a de plus en plus de... types de PCB. Selon le nombre de faces et de couches, les circuits imprimés peuvent être divisés en circuits imprimés à une couche, à deux couches, à plusieurs couches, à une face, à deux faces, etc. Le processus de fabrication des différents types de cartes de circuits imprimés est différent. Plus le nombre de faces est élevé, plus les étapes de fabrication des PCB sont complexes. Voici l'organigramme de fabrication des PCB de FS Technology :

Diagramme de fabrication de PCB simple face

Organigramme du circuit imprimé simple face

PCB double face Fabrication Organigramme

Organigramme de fabrication de PCB double face

PCB multicouche Manufacturing Processus Organigramme

processus de fabrication de pcb multicouches

Processus complet de fabrication de PCB

La première étape de la fabrication d'un PCB : le design

La conception est une étape importante de la production de circuits imprimés. On parle généralement de conception de circuits imprimés ou de mise en page de circuits imprimés. Les cartes doivent être strictement compatibles et les concepteurs créent une mise en page du circuit imprimé à l'aide de Outils de conception de PCB. Les étapes de la conception du PCB peuvent être subdivisées selon les liens suivants :

Schéma de circuit imprimé : Un diagramme utilisé pour représenter la connexion des composants sur une carte de circuit imprimé. On peut dire que le dessin du schéma est le point central du processus de fabrication d'une carte de circuit imprimé et l'élément vital de cette dernière. La qualité du schéma est étroitement liée à la qualité du projet.

Diagramme du PCB : Il s'agit du schéma d'installation des composants électroniques de base. La carte PCB doit couvrir la feuille de métal sur la plaque isolante, puis corroder la partie inutile de la feuille de métal. La feuille de métal restante est utilisée comme connexion des composants du PCBA, et enfin, les composants sont assemblés selon les marques sur le diagramme du PCB.

Fichier de nomenclature : Il s'agit des documents d'approvisionnement. Pour les projets clés en main, ces documents sont nécessaires pour Approvisionnement en composants PCBA et le traitement et la soudure des patchs.

Bibliothèque d'empreintes de composants : Une bibliothèque de prototypes de composants utilisés sur les schémas.

Bibliothèque de paquets de PCB : Il s'agit de la bibliothèque de paquets externes de résistances et de condensateurs de puce sur la carte PCB.

Fichier CAM : fait référence aux fichiers Gerber et NC Drill, qui peuvent être générés par tous les logiciels de conception, principalement utilisés par les fabricants de PCB.

La conception de cartes de circuits imprimés nécessite l'utilisation d'outils de conception. FS Technology vous recommande ici plusieurs applications populaires : Altium, Eagle, KiCad, Cadence, OrCAD, Pads, etc.

NOTE : Avant la fabrication du PCB processusLes concepteurs de circuits imprimés doivent informer leurs fabricants contractuels de la version du logiciel de conception de circuits imprimés utilisé pour concevoir le circuit, afin d'éviter les problèmes causés par des différences. Une fois que la conception d'un PCB est approuvée pour la production, les concepteurs exportent la conception dans un format pris en charge par leur fabricant. Le programme le plus couramment utilisé est appelé Gerber.

La deuxième étape du processus de fabrication des PCB : La fabrication des CCL

Le CCL est un matériau de substrat divisé en CCL rigide et CCL flexible. Le stratifié plaqué cuivre est la clé pour déterminer la vitesse de transmission du signal, la perte d'énergie et l'impédance caractéristique dans le circuit. Il joue le rôle de conduction d'interconnexion, d'isolation et de support dans le PCB. Le processus de fabrication détaillé du CCL est le suivant : Découpage PP → pré-empilage → combinaison → pressage → désassemblage → inspection de la découpe → emballage → stockage → expédition. En tant que noyau de la carte de circuit imprimé, la poussière sur la surface de la CCL peut provoquer un court-circuit ou un circuit ouvert dans le circuit final, nous devons donc ajouter un maillon de nettoyage dans le processus de fabrication du PCB.

Fabrication de laminés recouverts de cuivre

La figure ci-dessous est une explication détaillée de la couche interne du circuit imprimé à 10 couches. En fait, le circuit imprimé est lié par le stratifié à revêtement de cuivre et le film de cuivre à travers le préimprégné. La séquence de production consiste à commencer par la carte centrale la plus centrale, à les empiler en continu, puis à les fixer.

Diagramme des couches internes d'un PCB à 10 couches

La troisième étape du processus de fabrication d'un PCB : Ligne intérieure

Après avoir nettoyé la CCL, nous devons coller le film photosensible sur la surface du substrat du PCB pour préparer le transfert ultérieur de l'image. Ce film a la propriété de durcir lorsqu'il est exposé à la lumière. Par conséquent, nous pouvons utiliser ce film pour former un film protecteur sur la feuille de cuivre de la CCL.

Recouvrez le CCL d'un film sec

Afin de placer avec précision la position d'empilement du film d'implantation du circuit imprimé, nous devons insérer le film d'implantation du circuit imprimé à deux couches et le stratifié à double couche de cuivre dans la couche supérieure du film d'implantation du circuit imprimé.

Placement précis du film de stratification du PCB

Une fois les préparations ci-dessus terminées, le film photosensible est exposé à la lumière et durci, et le but est de transférer l'image du substrat sur le film photosensible. Le film comporte des parties transmettant la lumière et des parties opaques. Lorsque le film photosensible traverse le photorécepteur, la lampe UV durcit le film photosensible dans la position de transmission de la lumière. La partie durcie est le circuit interne du PCB dont nous avons besoin, et la partie non durcie est éliminée avec de la soude.

Exposer le film photosensible du PCB

Une fois le film photosensible retiré et la réserve durcie recouvrant le cuivre que nous voulons conserver, le CCL passe à l'étape suivante : l'élimination du cuivre indésirable. Tout comme les solutions alcalines éliminent la résine, les produits chimiques plus puissants éliminent l'excès de cuivre. Un bain de solution de solvant de cuivre élimine tout le cuivre exposé. Dans le même temps, le cuivre souhaité reste entièrement protégé sous la couche durcie de photoréserve.

Toutes les plaques de cuivre ne sont pas identiques. Certaines plaques plus lourdes nécessitent une plus grande quantité de solvant de cuivre et des temps d'exposition différents. De même, les plaques de cuivre plus lourdes exigent une attention particulière à l'espacement des pistes. La plupart des PCB standard reposent sur des spécifications similaires.

Le processus final de fabrication de la couche interne du PCB

La quatrième étape du processus de construction d'un PCB : Inspection AOI

Test de PCBA comprend de nombreux types de tests : inspection visuelle, inspection optique AOI, inspection électrique, tests fonctionnels, etc. Habituellement, le test AOI est utilisé après l'assemblage SMT, mais afin de garantir le rendement du circuit imprimé, le test AOI est également nécessaire après la fin du processus de fabrication du circuit de la couche interne. En effet, lorsque le circuit imprimé entre dans le processus de laminage, même si la couche interne s'avère être incorrecte, elle ne peut être modifiée. Le laminé recouvert de cuivre entre dans l'équipement d'inspection AOI. Après le balayage, l'équipement transmet les données de la mauvaise image au VRS, puis le commissaire est chargé de la révision.

Test AOI

Lien formel de production de PCB : Lamination

Comme son nom l'indique, le laminage fait référence à la liaison des couches d'un PCB entre elles afin de connecter les couches extérieures aux couches intérieures, un processus qui se déroule en deux étapes : le délaminage et le collage. Cette étape est une véritable Fabrication de PCB Ce qui signifie que la carte verte (ou d'autres couleurs) que nous voyons est formée après le laminage. La forme de base du PCB est constituée de stratifiés, dont les matériaux de base sont la résine époxy et la fibre de verre, également connus sous le nom de matériaux de substrat, qui est le stratifié plaqué de cuivre mentionné ci-dessus. Dans ce lien, nous devons utiliser une nouvelle matière première - le prepreg. Ce matériau possède une bonne isolation et peut faciliter la liaison entre le panneau central et le panneau de base, le panneau central et la feuille de cuivre extérieure.

Mise en couche : Dans la structure de la couche intérieure du PCB, la feuille de cuivre inférieure et deux couches de préimprégné sont fixées à l'avance par le trou d'alignement et la plaque de fer inférieure, puis la carte mère fabriquée est placée dans le trou d'alignement, et enfin les deux couches de préimprégné, une couche de feuille de cuivre et une couche de plaque d'aluminium sous pression recouvrent la carte mère.

Stratification de PCB

Collage : Une fois le laminage terminé, la carte de circuit imprimé serrée par la plaque de fer est placée sur le support, puis envoyée dans une presse thermique sous vide pour le laminage. La haute température fera fondre la résine époxy dans le pré-imprégné, et finalement, sous l'action de la pression atmosphérique, la carte centrale et la feuille de cuivre sont fixées ensemble.

Stratification de circuits imprimés par presse à chaud sous vide

Une fois le processus ci-dessus terminé, la plaque de fer et la plaque d'aluminium porteuse de pression sur la couche supérieure du PCB sont retirées. À ce moment-là, les deux côtés du PCB seront recouverts d'une couche de feuille de cuivre lisse, et le processus de stratification est terminé. PS : En plus de la fonction de support de pression, la plaque d'aluminium joue également le rôle d'isoler les différents PCB et de lisser la feuille de cuivre extérieure du PCB.

Les étapes ci-dessus ne sont utilisées que pour la fabrication de circuits imprimés comportant plus de quatre couches.

La sixième étape du processus de fabrication d'un PCB : Le perçage

PCB Espacement des trous

Le but du perçage des trous dans la carte empilée est de connecter les 4 couches de cuivre sans contact, et tous les composants montés sur le PCB dépendent de la précision du perçage. Le diamètre du foret est plus fin qu'un cheveu humain, environ 100 microns. Afin de réaliser un perçage précis, nous devons effectuer les étapes suivantes à l'aide d'instruments compacts :

Il faut d'abord traverser tout le circuit imprimé, puis métalliser la paroi du trou pour conduire l'électricité. Pour trouver ces minuscules trous, il faut positionner avec précision le noyau interne du circuit imprimé à l'aide d'un équipement de forage à rayons X sophistiqué. Après avoir trouvé la position du trou sur la CCL, afin de s'assurer que le trou passe par le centre du trou lors du perçage, il est nécessaire de faire un trou de positionnement sur le PCB. Afin de ne pas déchirer la feuille de cuivre sur le PCB lors du poinçonnage, il est nécessaire de recouvrir une couche de plaque d'aluminium sur les couches supérieure et inférieure du circuit imprimé, puis de placer le tout dans la machine à poinçonner pour le poinçonnage. Pour améliorer l'efficacité de la fabrication des circuits imprimés, nous perforons généralement plusieurs piles de circuits imprimés identiques ensemble.

                                                     Équipement à rayons X pour localiser les PCB                      Placez la carte de circuit imprimé dans le poinçon

Le septième maillon du processus de fabrication des PCB : Le placage du panneau

Les connexions entre les différentes couches du circuit imprimé passent toutes par des perforations. Une fois le perçage terminé, il faut procéder à une galvanisation. FS Technology considère qu'une bonne connexion correspond à une épaisseur de film de cuivre supérieure à 25 microns sur la paroi du trou, mais comme la paroi du trou est composée de résine époxy non conductrice et de panneau de fibre de verre, cela rend la tâche difficile. Par conséquent, nous devons mettre le PCB dans un bain de cuivre contenant de l'acide sulfurique et du sulfate de cuivre, de sorte qu'une couche de matériau conducteur soit déposée sur la paroi du trou. Lorsque nous conduisons l'électricité dans la solution, le cuivre se dépose sur la surface de la substance conductrice du circuit imprimé. Une fois le cuivrage terminé, il faut procéder à l'étamage, et le placage sur la surface du circuit imprimé constitue une barrière de gravure. 

Le processus de transfert de la disposition de la couche extérieure du PCB sur la feuille de cuivre nécessite l'utilisation d'un film photocopié et d'un film photosensible, ce qui est similaire au principe du transfert de la disposition de la couche intérieure du stratifié plaqué cuivre. La différence est que dans le transfert de la disposition du PCB extérieur, la position où le film photosensible est durci n'est pas la ligne. Il faut donc cuire puis étamer là où il n'y a pas de film. Une fois la galvanisation terminée, on procède au traitement de décapage du film et de décapage de l'étain. Le motif du circuit est préservé sur le PCB grâce à la protection de l'étain.

Comme mentionné précédemment, l'épaisseur du film de cuivre est supérieure à 25 microns. Par conséquent, afin de garantir une bonne conductivité électrique des trous, l'ensemble du processus de cuivrage est contrôlé automatiquement par un ordinateur.

La huitième étape du processus de fabrication des cartes de circuits imprimés : Inspection secondaire

Pour le circuit imprimé, la chose la plus importante est la trace. Nous savons que les cartes nues ne fonctionnent pas. Le site principe de fonctionnement du PCB consiste à réaliser la connexion électrique entre les composants par le biais de traces, afin de compléter diverses instructions, il est donc nécessaire d'effectuer une détection AOI secondaire sur les traces. L'inspection secondaire du PCB est la même que l'inspection précédente, je ne vais donc pas trop la décrire ici.

Le dernier maillon du processus de fabrication des PCB : Traitement de la couche extérieure

Les couches qui composent un PCB comprennent : La couche de sérigraphie, le masque de soudure, la couche de cuivre, les couches de substrat. Le contenu de la couche interne a été couvert ci-dessus, il s'agit ici principalement d'expliquer la partie externe du Couche PCB - Couche de sérigraphie et couche de masque de soudure.

                                                 Couche de masque de soudure pour PCB                                Couche de sérigraphie pour PCB

Couche de masque de soudure

L'application du masque de soudure est une partie importante du processus de fabrication des circuits imprimés, qui permet de protéger la carte. Avant d'appliquer le masque de soudure sur les deux côtés de la carte, nettoyer le PCB et recouvrir d'encre époxy pour masque de soudure. 

En termes de nettoyage, FS Technology utilise le décapage, le lavage par ultrasons et d'autres procédés de nettoyage pour éliminer les oxydes des cartes et augmenter la rugosité de la surface du cuivre. Une fois le nettoyage terminé, la fabrication du masque de soudure du circuit imprimé commence. Le processus est le suivant :

Recouvrir l'encre de réserve de soudure à l'endroit qui ne doit pas être soudé → Sécher le solvant dans l'encre de réserve de soudure → Former un polymère en irradiant l'encre de réserve de soudure durcie avec une lampe UV → Éliminer la solution de carbonate de sodium dans l'encre non polymérisée → Séchage secondaire.

Couche de sérigraphie

Le circuit imprimé presque terminé reçoit une inscription à jet d'encre sur sa surface pour indiquer toutes les informations importantes relatives au circuit imprimé. 

Procédés supplémentaires de fabrication de PCB : Articles payants

En lisant le texte intégral, vous constaterez que la présentation du processus de fabrication des circuits imprimés fournie par FS Technology ne comporte que 9 étapes, alors que le diagramme de processus de fabrication des circuits imprimés est plus compliqué. En fait, ce qui est affiché dans le diagramme de flux est la gamme complète des services que le fabricant fournit aux clients, y compris les services d'approvisionnement, de réparation et de paiement.

Revêtement de surface

Pour ajouter une capacité de soudure supplémentaire au PCB, nous les plaquons sans courant avec de l'or ou de l'argent. À ce stade, certains PCB peuvent également recevoir des pastilles plates à l'air chaud. Le nivelage à l'air chaud permet d'obtenir un pad uniforme. Ce processus aboutit à la création d'une finition de surface. FS Technology peut prendre en charge de nombreux types de traitements de surface en fonction des exigences spécifiques des clients.

Test électrique

En dernier recours, les techniciens effectuent des tests électriques sur le PCB. Les procédures automatisées confirment la fonctionnalité du PCB et sa cohérence avec la conception originale. Sur Technologie FSNous proposons un type avancé de test électrique appelé test par sonde volante, qui repose sur des sondes mobiles pour tester les performances électriques de chaque réseau sur une carte de circuit imprimé nue.

Tout ce qui précède est la réponse à la question "comment fabrique-t-on un PCB, étape par étape". En fait, dans le processus de fabrication des PCB professionnels, en raison des différentes exigences des clients concernant les différents matériaux des circuits imprimés et des différentes exigences concernant le processus de fabrication des PCB, il y aura de légers écarts dans le processus de fabrication des circuits imprimés.  Technologie FS Nous continuerons à mettre à jour ce sujet dans le blog sur les connaissances en matière de PCB. Bien entendu, si vous avez des idées originales sur les étapes de fabrication des PCB, vous pouvez nous laisser un message à tout moment.

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