La guida definitiva al flusso del processo di produzione dei PCB

Before the advent of circuit boards, circuit connections were made by point-to-point wiring. However, as the service life of electronic products increases, the aging phenomenon of circuits becomes more and more detailed. This is a serious line reliability problem, and the rupture of the line will lead to an open circuit or short circuit of the line node. In order to deal with these issues, new PCB manufacturing technologies have been adopted. In this article, FS Technology will split each step of the PCB fabrication process and give a detailed explanation and presentation. Next, let’s watch a video of the PCB manufacturing process from youtube.

I believe that after watching the above PCB manufacturing process video, you have a deeper understanding of how to manufacture PCB boards, then we will enhance your impression in the form of text.

PCB Manufacturing Process Flow Chart

Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, ci sono sempre più tipi di PCB. In base al numero di facce e di strati, i PCB possono essere suddivisi in PCB a singolo strato, a doppio strato, a più strati, a singola faccia, a doppia faccia, ecc. Il processo di produzione dei diversi tipi di circuiti stampati è diverso. Maggiore è il numero di lati, più complesse sono le fasi di fabbricazione dei PCB. Di seguito è riportato il diagramma di flusso della produzione di PCB di FS Technology:

Single-sided PCB manufacturing flow chart:

Single-layer boards are the simplest type of boards, so the manufacturing process is relatively simple, but as the number of stacked layers of printed circuit boards increases, the complexity and number of steps increases.

Complete single-layer PCB manufacturing flow chart

Double-sided PCB fabricazione flow chart:

The difference between the manufacturing steps of single-layer and double-layer PCB can be clearly found from the upper and lower comparison diagrams. In fact, PCB manufacturers do not need to carry out copper sinking e pattern plating when manufacturing single-layer panels, but circuit structures with more than two layers do.

manufacturing process of double sided pcb

Multilayer PCB manufacturing process flow chart

We call a circuit structure with more than two layers a multilayer printed circuit board. As the number of layers increases, manufacturers need to add more inner layer processes and laminations when manufacturing these boards.

processo di produzione di pcb multistrato

Complete PCB manufacturing process

Il primo passo nella realizzazione di un PCB: la progettazione

Design is an important step in PCB production, usually, we call it PCB design or PCB layout. The boards should be strictly compatible and designers create a PCB layout using Strumenti per la progettazione di PCB.  The PCB design steps can be subdivided into the following links:

Schema PCB: Schema utilizzato per rappresentare il collegamento dei componenti su un circuito stampato. Si può dire che il disegno del diagramma schematico è il fulcro del processo di produzione dei circuiti stampati e la linfa vitale del circuito stampato. La qualità dello schema è strettamente legata alla qualità del progetto.

Schema PCB: Si riferisce allo schema di installazione dei componenti elettronici di base. La scheda PCB deve coprire la lamina metallica sulla piastra isolante, quindi corrodere la parte non necessaria della lamina metallica. Il foglio di metallo rimanente viene utilizzato come collegamento dei componenti PCBA e, infine, i componenti vengono assemblati in base ai segni sullo schema PCB.

File di distinta base: Si riferisce ai documenti di approvvigionamento, per i progetti "chiavi in mano", questi documenti sono richiesti per Approvvigionamento di componenti PCBA e l'elaborazione e la saldatura di patch.

Libreria di impronte di componenti: Una libreria di prototipi di componenti utilizzati negli schemi.

Libreria di pacchetti PCB: È la libreria esterna di resistenze e condensatori su scheda PCB.

File CAM: si riferisce ai file Gerber e di foratura NC, che possono essere emessi da tutti i software di progettazione, utilizzati principalmente dai produttori di PCB.

Designing printed circuit boards requires the use of design tools, here FS Technology recommends several popular applications for you: Altium, Eagle, KiCad, Cadence, OrCAD, Pads, etc.

NOTE: Before PCB fabrication processo, designers should inform their contract manufacturers about the version of the PCB design software used to design the circuit, it helps to avoid problems caused by differences. Una volta che il progetto di un PCB è stato approvato per la produzione, i progettisti esportano il progetto in un formato supportato dal produttore. Il programma più comunemente usato si chiama Gerber.

La seconda fase del processo di produzione dei PCB: Produzione CCL

CCL is a substrate material divided into rigid CCL and flexible CCL. The copper-clad laminate is the key to determining the signal transmission speed, energy loss, and characteristic impedance in the circuit. It plays the role of interconnection conduction, insulation, and support in the PCB. The detailed CCL manufacturing process is as follows: PP cutting → pre-stacking → combination → pressing → disassembly → cutting inspection → packaging → storage → shipment. As the core of the circuit board, dust on the surface of the CCL may cause the final circuit to short circuit or open-circuit, so we need to add a cleaning link in PCB manufacturing process.

Produzione di laminati rivestiti in rame

La figura seguente illustra in dettaglio lo strato interno del PCB a 10 strati. In realtà, il circuito stampato è legato dal laminato rivestito di rame e dal film di rame attraverso il prepreg. La sequenza di produzione consiste nel partire dalla scheda centrale, impilarla continuamente e fissarla.

Schema degli strati interni di un PCB a 10 strati

La terza fase del processo di fabbricazione dei PCB: Linea interna

Dopo aver pulito il CCL, è necessario incollare la pellicola fotosensibile sulla superficie del substrato del PCB per preparare il successivo trasferimento dell'immagine. Questa pellicola ha la proprietà di polimerizzare quando viene esposta alla luce. Pertanto, possiamo utilizzare questa pellicola per formare un film protettivo sulla lamina di rame del CCL.

Coprire il CCL con una pellicola asciutta

Per posizionare con precisione la posizione di impilamento della pellicola di layout del PCB, è necessario inserire la pellicola di layout del PCB a due strati e il laminato di rame a doppio strato nello strato superiore della pellicola di layout del PCB.

Posizionamento preciso del film di laminazione del PCB

Una volta completate le preparazioni di cui sopra, la pellicola fotosensibile viene esposta alla luce e polimerizzata, con lo scopo di trasferire l'immagine del substrato sulla pellicola fotosensibile. Nella pellicola ci sono parti che trasmettono la luce e parti opache. Quando la pellicola fotosensibile passa attraverso il fotorecettore, la lampada UV polimerizza la pellicola fotosensibile nella posizione di trasmissione della luce. La parte polimerizzata è il circuito interno del PCB di cui abbiamo bisogno, mentre la parte non polimerizzata viene rimossa con la soda caustica.

Esporre la pellicola fotosensibile PCB

Con la pellicola fotosensibile rimossa e la resistenza indurita che copre il rame che vogliamo conservare, il CCL passa alla fase successiva: la rimozione del rame indesiderato. Proprio come le soluzioni alcaline rimuovono la resistenza, le sostanze chimiche più forti rimuovono il rame in eccesso. Un bagno di solvente di rame rimuove tutto il rame esposto. Allo stesso tempo, il rame desiderato rimane completamente protetto sotto lo strato indurito di fotoresistenza.

Non tutte le lastre di rame sono uguali. Alcune schede più pesanti richiedono quantità maggiori di solvente di rame e tempi di esposizione diversi. Inoltre, le schede di rame più pesanti richiedono una maggiore attenzione alla spaziatura delle tracce. La maggior parte dei PCB standard si basa su specifiche simili.

Il processo finale di produzione dello strato interno del PCB

The fourth step of the PCB construction process: AOI Inspection

Test PCBA comprende molti tipi: ispezione visiva, ispezione ottica AOI, ispezione elettrica, test funzionali, ecc. Di solito il test AOI viene utilizzato dopo il completamento dell'assemblaggio SMT, ma per garantire la resa del PCB, il test AOI è necessario anche dopo il completamento del processo di produzione dello strato interno del circuito. Infatti, quando il circuito entra nel processo di laminazione, anche se lo strato interno risulta sbagliato, non può essere modificato. Il laminato rivestito di rame entra nell'apparecchiatura di ispezione AOI. Dopo la scansione, l'apparecchiatura trasmette i dati dell'immagine difettosa al VRS e il commissario è responsabile della revisione.

Test AOI

Collegamento formale alla produzione di PCB: Laminazione

Come suggerisce il nome, la laminazione si riferisce all'unione degli strati di un PCB per collegare gli strati esterni a quelli interni, un processo che avviene in due fasi: la delaminazione e l'incollaggio. Questa fase è un vero e proprio Produzione di PCB Il processo di laminazione è stato avviato con un processo di laminazione, il che significa che la scheda verde (o di altri colori) che vediamo si è formata dopo la laminazione. La forma di base del PCB consiste in laminati, i cui materiali di base sono la resina epossidica e la fibra di vetro, noti anche come materiali di supporto, ovvero il laminato rivestito di rame menzionato in precedenza. In questo collegamento è necessario utilizzare una nuova materia prima, il prepreg. Questo materiale ha un buon isolamento e può favorire l'incollaggio tra il pannello centrale e il pannello centrale, il pannello centrale e la lamina di rame esterna.

Stratificazione: Nella struttura a strati interna del PCB, la lamina di rame inferiore e i due strati di prepreg sono fissati in anticipo attraverso il foro di allineamento e la piastra di ferro inferiore, quindi la scheda centrale fabbricata viene inserita nel foro di allineamento e infine i due strati di prepreg, uno strato di lamina di rame e uno strato di piastra di alluminio a pressione coprono la scheda centrale.

PCB lamination process

Incollaggio: Una volta completata la laminazione, il circuito stampato bloccato dalla piastra di ferro viene posizionato sul supporto e quindi inviato a una pressa termica sotto vuoto per la laminazione. L'alta temperatura fonde la resina epossidica del preimpregnato e infine, sotto l'azione della pressione atmosferica, il circuito stampato e il foglio di rame vengono fissati insieme.

Laminazione di PCB mediante stampa a caldo sotto vuoto

Una volta completato il processo di cui sopra, la piastra di ferro e la piastra di alluminio a pressione sullo strato superiore del PCB vengono rimosse. A questo punto, entrambi i lati del PCB saranno coperti da uno strato di foglio di rame liscio e il processo di laminazione sarà completato. PS: Oltre alla funzione di cuscinetto a pressione, la piastra di alluminio ha anche il compito di isolare i diversi PCB e di lisciare il foglio di rame esterno del PCB.

Le fasi sopra descritte sono utilizzate solo per la produzione di circuiti stampati con più di quattro strati.

The sixth step in the PCB fabrication process: Drilling

PCB Spaziatura dei fori

Lo scopo della foratura della scheda impilata è quello di collegare i 4 strati di rame senza contatto, e tutti i componenti montati sul PCB dipendono dalla precisione della foratura di precisione. Il diametro della punta è più sottile di un capello umano, circa 100 micron. Per ottenere una foratura precisa, è necessario eseguire le seguenti operazioni con l'aiuto di strumenti compatti:

Per prima cosa, dobbiamo attraversare l'intero circuito stampato e poi metallizzare la parete del foro per condurre l'elettricità. Per trovare questi minuscoli fori, è necessario un posizionamento preciso del nucleo interno del PCB attraverso sofisticate apparecchiature di perforazione a raggi X. Dopo aver individuato la posizione del foro sul CCL, per garantire che il foro passi attraverso il centro del foro durante la foratura, è necessario eseguire un foro di posizionamento sul PCB. Per non strappare il foglio di rame sul PCB durante la punzonatura, è necessario coprire uno strato di lamiera di alluminio sugli strati superiore e inferiore del circuito stampato e infine inserire il tutto nella punzonatrice per la punzonatura. Per migliorare l'efficienza della produzione di PCB, di solito perforiamo insieme diverse pile di PCB identiche.

Apparecchiatura a raggi X per localizzare i PCB
Inserire il circuito stampato nella punzonatrice

Il settimo anello del processo di produzione dei PCB: Placcatura del pannello

Le connessioni tra i diversi strati del circuito stampato avvengono attraverso le perforazioni. Una volta completata la perforazione, è necessaria la galvanizzazione. FS Technology ritiene che una buona connessione sia costituita da uno spessore del film di rame superiore a 25 micron sulla parete del foro, ma poiché la parete del foro è composta da resina epossidica non conduttiva e da pannelli in fibra di vetro, ciò rende difficile la realizzazione. Pertanto, è necessario immergere il PCB in un bagno di ramatura contenente acido solforico e solfato di rame, in modo da depositare uno strato di materiale conduttivo sulla parete del foro. Quando si conduce l'elettricità nella soluzione, il rame si deposita sulla superficie della sostanza conduttiva del circuito stampato. Una volta completata la ramatura, è necessaria la stagnatura e la placcatura sulla superficie del PCB costituisce una barriera all'incisione. 

Il processo di trasferimento del layout del PCB dello strato esterno alla lamina di rame richiede l'uso di una pellicola fotocopiata e di una pellicola fotosensibile, che è simile al principio del trasferimento del layout del laminato rivestito di rame dello strato interno. La differenza è che nel trasferimento del layout del PCB esterno, la posizione in cui il film fotosensibile viene polimerizzato non è la linea. È necessario ramare e poi stagnare dove non c'è la pellicola. Una volta completata la galvanizzazione, si procede alla rimozione della pellicola e al trattamento di rimozione dello stagno. Grazie alla protezione dello stagno, il circuito stampato viene preservato.

Come già detto, lo spessore del film di rame è superiore a 25 micron. Pertanto, per garantire che i fori abbiano una buona conducibilità elettrica, l'intero processo di ramatura è controllato automaticamente da un computer.

L'ottava fase del processo di produzione dei circuiti stampati: Ispezione secondaria

Per il circuito stampato, la cosa più importante è la traccia. Sappiamo che le schede nude non funzionano. Il principio di funzionamento del PCB è quello di realizzare il collegamento elettrico tra i componenti attraverso le tracce, in modo da completare varie istruzioni, per cui è necessario eseguire il rilevamento AOI secondario sulle tracce. L'ispezione secondaria della PCB è identica a quella precedente, quindi non la descriverò troppo in questa sede.

L'anello finale del processo di produzione dei PCB: Lavorazione dello strato esterno

Gli strati che compongono un PCB comprendono: Strato serigrafico, maschera di saldatura, strato di rame e strato di substrato. Il contenuto dello strato interno è stato trattato in precedenza, qui si vuole spiegare principalmente la parte esterna del PCB. Strato PCB - Strato serigrafico e strato della maschera di saldatura.

Strato della maschera di saldatura del PCB
Strato serigrafico PCB

Strato della maschera di saldatura

L'applicazione della maschera di saldatura è una parte importante del processo di produzione dei PCB, in grado di proteggere la scheda. Prima di applicare la maschera di saldatura su entrambi i lati della scheda, pulire il PCB e coprire con inchiostro epossidico per maschere di saldatura. 

Per quanto riguarda la pulizia, FS Technology utilizza decapaggio, lavaggio a ultrasuoni e altri processi di pulizia per rimuovere gli ossidi della scheda e aumentare la rugosità della superficie del rame. Una volta completata la pulizia, inizia la produzione della maschera di saldatura del PCB. Il processo è il seguente:

Coprire l'inchiostro resistente per saldatura nella posizione che non deve essere saldata → Asciugare il solvente nell'inchiostro resistente per saldatura → Formare un polimero irradiando l'inchiostro resistente per saldatura indurito con una lampada UV → Rimuovere la soluzione di carbonato di sodio nell'inchiostro non polimerizzato → Essiccazione secondaria

Strato serigrafico

Il circuito stampato quasi finito riceve una scritta a getto d'inchiostro sulla sua superficie per indicare tutte le informazioni importanti relative al PCB. 

Additional PCB Fabrication Processes: Paid Items

By reading the full text, you will find that the PCB process flow presentation provided by FS Technology has only 9 steps, while the PCB fabrication process flow chart is more complicated. In fact, what is displayed in the flow chart is the full range of services that the manufacturer provides to customers, including procurement, repair and payment services.

Rivestimento di superficie

Per aggiungere un'ulteriore capacità di saldatura al PCB, li placchiamo elettronicamente con oro o argento. In questa fase, alcuni PCB possono anche ricevere pad piatti ad aria calda. Il livellamento ad aria calda consente di ottenere un pad uniforme. Questo processo porta alla creazione di una finitura superficiale. FS Technology è in grado di gestire molti tipi di trattamenti superficiali in base alle esigenze specifiche dei clienti.

Test elettrico

Come ultima risorsa, i tecnici eseguono test elettrici sul PCB. Le procedure automatizzate confermano la funzionalità del PCB e la sua coerenza con il progetto originale. A Tecnologia FSOffriamo un tipo avanzato di test elettrico chiamato flying probe test, che si basa su sonde in movimento per testare le prestazioni elettriche di ciascuna rete su una scheda di circuito nuda.

The above is all the answers to “how is a PCB made step by step?”. In fact, in the professional PCB manufacturing process, due to the different requirements of customers for different circuit board materials and different requirements for PCB process, there will be slight gaps in PCB board fabrication process.  Tecnologia FS will continue to update this topic in the PCB Knowledge Blog, of course, if you have unique insights into the manufacturing steps of PCB, you can leave us a message at any time.

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