Les fondamentaux de la fabrication de circuits imprimés

Les fondamentaux de la fabrication de circuits imprimés

Dans toute opération de fabrication, la longévité et la fonctionnalité d'un produit sont largement déterminées par la qualité de la construction. Les cartes de circuits imprimés, ou PCB, ne sont pas différentes.

Le processus de fabrication des PCB produit la carte de circuit imprimé nue, l'une des caractéristiques les plus importantes de tout produit. En tant que tel, le processus de fabrication est un élément clé du cycle de vie de la production électronique et joue un rôle important dans la réussite globale d'un projet. Toutefois, pour tirer le meilleur parti de ce processus, les clients doivent comprendre les réponses à trois questions essentielles :

• Qu'est-ce que la fabrication de PCB ?
• Pourquoi est-ce important ?
• Comment la fabrication joue-t-elle dans le processus d'assemblage du circuit imprimé ?

À propos des PCB

Une carte de circuit imprimé transporte des circuits électriques et permet aux signaux et à l'alimentation d'être acheminés entre les appareils. Les PCB sont constitués de plusieurs couches de matériau :

• Substrat : Au cœur de la carte se trouve un substrat ou un matériau de base. Les planches traditionnelles utilisent un matériau en fibre de verre appelé FR4, bien que d'autres planches puissent utiliser des substrats en aluminium, en céramique ou en polymère.
• Cuivre : Le substrat du PCB est recouvert d'une fine feuille de cuivre et laminé avec de la chaleur et de l'adhésif. Le nombre de "couches" dans une carte est déterminé par le nombre de couches de cuivre - par exemple, les PCB double face auront du cuivre appliqué sur les deux côtés d'un substrat, et une carte à quatre couches aura quatre couches de cuivre au total. La plupart des PCB contiennent une once de cuivre par pied carré, bien que les PCB haute puissance puissent utiliser deux ou trois onces.

Ces matériaux sont combinés dans le processus de fabrication pour créer le PCB nu. Ce PCB nu est ensuite envoyé à travers le processus d'assemblage, ou PCBA, pour appliquer la soudure et les composants électroniques, se terminant par un PCB entièrement fonctionnel.

Qu'est-ce que la fabrication de PCB ?

La fabrication de PCB est le processus par lequel les matériaux susmentionnés d'une carte sont combinés en couches fonctionnelles pour former la carte de circuit imprimé nue. La fabrication des circuits imprimés nus fonctionne comme suit :

1. Revue de conception : Le processus de fabrication ne commence pas tant que l'équipe d'ingénierie n'a pas examiné la conception. C'est ce qu'on appelle un contrôle de conception pour la fabrication, qui garantit que la conception est valide et respecte les tolérances et les spécifications pouvant être respectées pendant la fabrication.
2. Demande de film : La conception du circuit imprimé est imprimée sur des films à l'aide d'une imagerie laser directe, qui fournit des négatifs photo de la disposition de la carte. Ces films sont appliqués sur les couches de matériau et utilisés comme guide pour chaque processus de fabrication.
3. Gravure sur cuivre : À l'aide de diverses méthodes, le cuivre indésirable ou en excès est gravé ou éliminé pour créer des traces et des tampons. Ce processus implique généralement plusieurs cycles de nettoyage pour éliminer les matériaux en excès et les produits chimiques indésirables.
4. Empilement des couches et stratification : Si la carte est une carte multicouche, les couches intérieure et extérieure sont alignées les unes avec les autres après le processus de gravure du cuivre. Ceci est généralement accompli en utilisant des trous d'alignement dans la carte elle-même. Après avoir inspecté les couches, un préimprégné à base d'époxy est placé entre chaque couche, et le panneau est laminé en appliquant de la chaleur. La chaleur fait fondre l'époxy et fait adhérer les couches ensemble.
5. Perçage : Après que les couches de planche ont été laminées ensemble, une perceuse est utilisée pour créer des trous à travers la planche. Ces trous sont utilisés pour le montage de trous, de trous traversants et de vias.
6. Placage : Une fois le perçage terminé, la carte est plaquée d'une couche de cuivre d'un micron d'épaisseur, qui recouvre l'intérieur des trous percés, créant des trous traversants plaqués. Ceci est généralement suivi d'une gravure supplémentaire et d'un retrait de cuivre sur la couche externe de la carte.
7. Application du masque de soudure : Une fois les couches de cuivre terminées, les panneaux sont nettoyés et recouverts d'un masque de soudure. Le masque de soudure donne au PCB sa couleur verte caractéristique. Le masque de soudure isole les traces de cuivre d'un contact accidentel avec d'autres matériaux conducteurs qui pourraient créer des problèmes fonctionnels et aide lors de l'assemblage afin que la soudure ne soit appliquée qu'aux bons endroits. Une fois appliqué, les zones indésirables du masque de soudure sont supprimées et le PCB est placé dans un four pour durcir la couche de masque de soudure.
8. Sérigraphie :que cela soit nécessaire ou non, l'étape suivante est l'application de la sérigraphie, après quoi la carte subit l'étape finale de durcissement. Au-dessus de la couche de masque de soudure, c'est là que la couche de sérigraphie est appliquée. La sérigraphie est généralement de couleur blanche et ajoute des lettres, des chiffres et des symboles au PCB. Cette couche sérigraphiée aide à déterminer le type et l'emplacement des composants lors de l'assemblage du PCB.
9. Finition de surface :une fois le masque de soudure et la sérigraphie durcis, le PCB peut être plaqué d'or ou d'argent ou d'une autre finition de surface pour assurer la protection et la fonctionnalité.

Une fois que les cartes ont terminé ces étapes, elles subissent généralement des tests de fiabilité électrique pour s'assurer qu'elles sont fonctionnelles. Après cela, si les planches ont été produites en panneau, elles sont découpées, inspectées et réparées au besoin.

Comment la fabrication s'inscrit dans le processus de fabrication global

La fabrication n'est qu'une étape dans le processus de fabrication des PCB. Pour bien comprendre l'importance de la fabrication des circuits imprimés, il est important de savoir où elle se situe dans le cycle.

Le processus de fabrication des PCB comprend trois étapes générales, décrites plus en détail ci-dessous :

1. Développement de PCB : Le développement des PCB est la première étape du processus de fabrication. Essentiellement, c'est là que la conception du PCB est conceptualisée, modifiée et finalisée. Le développement de PCB comprend généralement plusieurs cycles de conception, de prototypage et de test, en particulier pour les conceptions plus complexes.
2. Fabrication de PCB : Une fois la conception du PCB finalisée au stade du développement, le PCB passe au processus de fabrication. La fabrication comprend deux étapes :la fabrication et l'assemblage. La fabrication produit la conception de la carte, tandis que l'assemblage applique les composants à la surface de la carte. À la fin de ce processus, les planches sont complètes.
3. Évaluation du PCB : La dernière étape du processus de fabrication est une évaluation. Cela comprend une dernière série de tests une fois le processus de fabrication terminé. Cette étape de test évalue la capacité de la carte assemblée à fonctionner comme prévu et élimine les cartes qui échouent aux tests. Dans certains cas, les tests peuvent révéler que la carte nécessite un ajustement de conception et le cycle recommence. Si les planches réussissent les tests, elles subissent une inspection finale pour tout défaut avant d'être envoyées.

Pourquoi la fabrication de PCB est importante

La fabrication de PCB est une activité externalisée réalisée par un fabricant tiers utilisant les conceptions fournies par ses clients. La fabrication est importante à comprendre car les fabricants ne voient que la conception, pas les performances prévues pour votre conception. Si les concepteurs ne gardent pas à l'esprit le processus de fabrication et les limites lors du processus de conception, les cartes fabriquées peuvent être affectées dans les domaines suivants :

• Fabricabilité : Les choix de conception ont un impact sur la fabricabilité des PCB. Les conceptions de panneaux doivent tenir compte des propriétés matérielles du panneau et permettre un dégagement adéquat entre les éléments de surface. Si la carte doit être produite en panneaux, cela devrait également avoir un impact sur la conception finale. Les conceptions qui négligent ces facteurs peuvent être impossibles à fabriquer sans refonte.
• Taux de rendement : Dans certaines circonstances, les cartes peuvent être fabriquées avec succès en utilisant la conception existante. Cependant, certains choix de conception peuvent entraîner des problèmes de fabrication qui rendent plusieurs cartes inutilisables, par exemple en étirant les limites de tolérance de votre équipement de fabrication.
• Fiabilité : La plupart des cartes sont réglementées par les spécifications de l'industrie, qui dictent un niveau requis de fiabilité des performances. Le non-respect des exigences de l'industrie en matière de conception peut entraîner des cartes non fiables ou non fonctionnelles.

La meilleure façon d'éviter ces problèmes est de prendre en compte le processus de fabrication du PCB pendant le cycle de conception. Vous pouvez le faire en utilisant les règles de conception pour la fabrication (DFM) et en vérifiant les capacités de votre fabricant de PCB pendant le cycle de conception. Lorsque vous vous associez à un fabricant de PCB de haute qualité, vous pouvez travailler en étroite collaboration avec lui pour optimiser votre conception pour le processus de fabrication de PCB.

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