Explication facile à comprendre du processus de fabrication des PCB

Introduction

Le processus de fabrication des PCB peut sembler écrasant. Le diviser en sections pour comprendre peut aider à le rendre plus compréhensible. Cet article approfondira les éléments des PCB, les procédures de fabrication étape par étape et les facteurs cruciaux à prendre en compte au préalable.

Parties d'un PCB

Avant de plonger dans les détails complexes du processus de fabrication des PCB, il est essentiel de vous familiariser avec les éléments de base d'un PCB. Un circuit imprimé est l’épine dorsale des appareils électroniques. Il fournit la base et les voies permettant aux composants électroniques de communiquer.

Substrat

Le matériau de base, connu sous le nom de substrat joue un rôle dans un circuit imprimé (PCB). Il sert de base au conseil d’administration. Est généralement fabriqué en résine époxy et en fibre de verre. Dans certains cas, la fibre de verre peut être non tissée. La couche de substrat d'un PCB est généralement constituée de fibre de verre, ce qui donne sa structure à la carte. Ces substrats sont des structures dont les propriétés sont constituées de résine époxy et de tissu de verre ou de papier. Le substrat PCB est celui qui contient les traces et les composants. Comprendre l'importance du substrat est essentiel pour comprendre comment un PCB conserve sa forme et facilite les connexions.

Revêtement métallique

Un revêtement métallique est un matériau appliqué aux PCB pour les protéger de divers facteurs environnementaux tels que la chaleur, l'humidité, la lumière UV, les produits chimiques et les abrasifs. Cette finition de surface sur un PCB consiste à appliquer une couche de métal entre les zones exposées de la carte et les plots/composants soudables pour créer une protection. Les techniques de revêtement métallique comprennent des processus de placage et de galvanoplastie qui forment des couches thermosoudables sur les surfaces en cuivre des plages de circuits imprimés.

Voies conductrices

Voies conductrices ou traces sont des motifs gravés sur le substrat PCB à base de cuivre en raison de la conductivité et de la durabilité du cuivre. Les traces ont transformé le domaine de l'électronique en remplaçant le besoin de câblage point à point par des chemins fiables. Ces voies jouent un rôle en permettant à l’électricité de circuler et d’alimenter les appareils en reliant des composants tels que des transistors, des résistances et des circuits intégrés. Les signaux voyagent le long de ces voies en cuivre, transportant des données et des instructions vers des sections du circuit. Cette conception réfléchie facilite le fonctionnement des gadgets électroniques modernes.

Modèles conducteurs

Les motifs conducteurs sont constitués de formes telles que des rectangles, des cercles et des carrés fabriqués à partir de cuivre. De longs rectangles minces servent d'interconnexions aux fils, tandis qu'une variété de formes servent de points de connexion pour les composants. Ces motifs représentent la disposition du cuivre sur le circuit imprimé englobant les traces, les plots et d'autres éléments essentiels. La disposition et le placement précis de ces traces et plots sont cruciaux pour permettre le flux du signal et la distribution de l'énergie sur le PCB afin de garantir que tous les composants collaborent efficacement.

Qu'est-ce qu'un processus de fabrication de PCB ?

Le processus de fabrication des PCB est assez complexe et impliqué. Cela commence par la conceptualisation d’un produit. Se termine par un assemblage PCB opérationnel. Initialement, un schéma est élaboré pour décrire la connectivité des circuits. Par la suite, un concepteur de PCB organise les circuits pour améliorer les caractéristiques tout en respectant les limites de conception. Cette séquence d'actions est essentielle pour garantir l'efficacité et la fiabilité du PCB. Chaque étape, de la conception à l'assemblage, joue un rôle dans la création d'un circuit imprimé à encoche répondant aux normes spécifiées.

Préparation au processus de fabrication des PCB

Maintenant que vous connaissez les principales parties d’un PCB, il faut bien sûr s’y préparer. Avant de commencer le processus de fabrication des PCB, il y a quelques facteurs clés à vérifier.

Considérations relatives à la conception et à la fabrication

Avant de passer au processus de fabrication des PCB, il est crucial de prendre en compte les considérations de conception pour la fabrication (DFM). Un principe clé est de conserver les plans d'alimentation et de masse sur la carte, ce qui permet de maintenir l'intégrité du signal et de minimiser les interférences. Au cours de la phase de planification, les experts prennent également en compte des éléments tels que la taille du produit et les matériaux requis pour la production. D'autres aspects importants incluent la préparation de la surface, les étapes de finition secondaire et l'attention portée aux détails. Il est essentiel de mettre l'accent sur les choix de matériaux, de comprendre les contraintes de fabrication et de respecter les meilleures pratiques en matière de placement des composants. Un acheminement efficace des fils et la sélection d’un fabricant jouent un rôle important pour garantir un processus de fabrication fluide.

Formats de fichiers

Se préparer à la fabrication de PCB implique de s'assurer que vos fichiers de conception sont dans les formats. Fichiers Gerber se démarquent comme le format utilisé pour les PCB détaillant les motifs pour chaque couche, tels que les traces de cuivre, les masques de soudure, les sérigraphies, les forets et les contours. Les fichiers de données de conception de PCB décrivent la disposition des PCB dans les outils logiciels de conception. De plus, les fichiers de la bibliothèque PCB CAD consistent en une collection de composants et d'empreintes utilisés. ODB++ les sorties offrent des ensembles de données, à des fins de fabrication et d’assemblage. Le HPGL Le format de fichier traceur (PLT) facilite l'échange de données liées à la fabrication des PCB.

Matériaux du Conseil

La vérification des matériaux de la carte est l'étape de préparation à la fabrication des PCB. Assurez-vous que les matières premières sont de qualité en confirmant que du cuivre, de la résine et du verre de première qualité sont utilisés. Le cuivre de qualité assure la conductivité tandis que la résine et le verre de qualité supérieure offrent durabilité et résistance à la carte. Un examen approfondi de ces matériaux est crucial pour garantir l'efficacité et la durabilité de votre produit PCB en cours d'exécution.

Le processus complet de fabrication de PCB

Maintenant que vous connaissez les parties du PCB et ce que vous devez préparer, nous passons maintenant au processus de fabrication du PCB lui-même. Voici une explication facile à comprendre sur la façon dont nous fabriquons vos PCB :

Procédé de design

Le processus de fabrication des PCB commence par le processus de conception. Dans ce processus, il comprend la création de votre conception schématique, création de votre layout PCB, définition de la conception pour la fabricabilité et impression de la conception.

• Conception schématique

Dans le processus de fabrication des PCB, le processus de conception commence par conception schématique. La complexité du schéma a un impact direct sur la conception globale. Un schéma bien organisé peut être constitué d'une seule page contenant le dessin du circuit, les références et un cartouche contenant les détails de création et de révision. Cependant, la plupart des schémas comportent plusieurs pages avec de nombreux dessins. Après avoir placé les composants, l'étape suivante consiste à connecter toutes les broches, appelées réseaux. Les réseaux fournissent des données pour la netlist, un fichier texte avec des indicateurs de référence identifiant les composants, les points de test et les interconnexions.

• PCB Layout

Circuit imprimé propose un routage manuel intelligent des signaux différentiels et à grande vitesse, un autorouteur basé sur la forme, une vérification avancée et de larges capacités d'importation/exportation. Au cours de la phase de configuration du PCB, vous configurez l'outil de conception, définissez le contour de la carte, importez la netlist et placez les composants.

• Conception pour la fabricabilité

Cet aspect du processus de fabrication des PCB vise à concevoir des pièces, des composants ou des produits plus faciles et moins chers à fabriquer. Cette approche se concentre sur la simplification, l’optimisation et l’affinement de la conception du produit pour obtenir un meilleur produit à moindre coût. Cela signifie optimiser la disposition pour garantir qu’elle puisse être fabriquée sans problème. Cela implique de vérifier que l'espacement entre les composants répond aux capacités de fabrication, de s'assurer que les traces et les vias sont correctement dimensionnés et de sélectionner des matériaux facilement disponibles et rentables.

• Imprimer la conception

Dans le processus de fabrication des PCB, l’impression du design implique l’utilisation d’une imprimante traceur et non de papier ordinaire. Cette imprimante crée un « film » du PCB, comme un négatif photo. L'encre noire est destinée aux traces et circuits de cuivre. L'encre transparente montre des zones non conductrices. Pour les couches externes, l’encre transparente marque les chemins du cuivre. L'encre noire indique où le cuivre sera retiré. Après impression, les films sont alignés à l'aide d'un trou de repérage.

Processus de fabrication

Après le processus de conception, nous allons maintenant passer au processus de fabrication. C'est ici que vous effectuez la sélection du matériau, créez le substrat, imprimez les couches et bien plus encore. C'est ici que vous voyez le fabricant créer le produit physique.

• Choix des matériaux

Les matériaux PCB sont généralement constitués de trois éléments principaux : le cuivre, la résine et le verre. Ces composants fonctionnent ensemble pour répondre aux besoins du système électronique sur la base de la conception approuvée du PCB. Lors du choix des matériaux PCB, tenez compte de la constante diélectrique, du facteur de dissipation, de la conductivité thermique et du coefficient de dilatation thermique. Évaluez des facteurs tels que l’intégrité du signal, le coût des matériaux et le coût de fabrication.

• Créer le substrat

Dans le processus de fabrication des PCB, le substrat de la carte est un matériau diélectrique qui constitue la base du PCB. Il est le plus souvent composé de résine époxy combinée à un tissage de fibres de verre, qui assure à la fois l'intégrité structurelle et l'isolation électrique. Dans certains cas, la fibre de verre peut être non tissée, en fonction des exigences spécifiques du PCB. Pour améliorer les propriétés diélectriques, des céramiques peuvent être ajoutées au mélange de résine et de verre, augmentant ainsi la constante diélectrique et améliorant les performances du substrat.

• Imprimer les couches intérieures

Le processus commence par la préparation du substrat et la découpe des planches à la taille requise. Ensuite, un prétraitement est appliqué pour garantir une bonne adhérence des couches. Des feuilles semi-durcies sont ensuite fabriquées et laminées sur le substrat. Après cela, les circuits de la couche interne sont fabriqués et gravés pour créer les motifs requis.

• Explosez sous la lumière ultraviolette

L'exposition aux UV joue un rôle crucial dans la fabrication des PCB en affectant le matériau photorésistant appliqué sur la carte. Lorsqu'elle est exposée à la lumière UV, la résine photosensible change en fonction de son type. Les photorésists négatifs durcissent lorsqu'ils sont exposés à la lumière UV, tandis que les photorésists positifs deviennent plus solubles dans les zones exposées.

• Retirez le cuivre indésirable

Ce processus consiste à éliminer le cuivre hors circuit de la carte pour ne laisser que le cuivre qui forme le motif du circuit. Le cuivre indésirable est éliminé à l’aide de solutions de gravure qui dissolvent sélectivement l’excès de matériau. Cette étape garantit que le PCB final possède la conception de circuit précise nécessaire à un bon fonctionnement.

• Inspection

Une fois le cuivre indésirable retiré, les professionnels de la fabrication inspectent soigneusement le PCB pour s’assurer qu’il ne reste aucun excès de cuivre. Ils vérifient également tout autre défaut ou problème de la carte. Cette inspection approfondie est essentielle pour vérifier que le PCB répond aux normes de qualité et fonctionnera correctement dans son application prévue.

• Stratification de couches

Au cours de ce processus, les couches internes du PCB sont exposées à des températures élevées. Elle peut atteindre environ 375 degrés Fahrenheit. La pression varie de 275 à 400 psi. Cela utilise une réserve sèche photosensible pour lier les couches ensemble. Après le durcissement, la pression est progressivement réduite et le matériau est refroidi lentement. Ce processus minutieux garantit que les couches sont fermement liées et que le PCB conserve son intégrité structurelle.

• Appuyez sur les calques

Après avoir laminé les couches du PCB, le pressage des couches est une étape essentielle qui garantit que les couches sont correctement liées. Ce processus consiste à prendre les couches ensemble à l'aide de pinces métalliques sur une table de presse spécialisée. Chaque couche est soigneusement alignée sur la table à l’aide de broches spécialisées qui garantissent un positionnement précis. La presse applique une pression uniforme sur les couches, leur permettant de se lier fermement les unes aux autres.

• Processus de forage

Après avoir appuyé sur les calques, vient ensuite le forage processus. Tout d’abord, des trous de positionnement sont réalisés ; ceux-ci servent de points de référence lors de la fabrication et des tests. Ensuite, des broches sont insérées pour assurer un bon alignement de la carte. Après avoir posé les broches, le perçage proprement dit des trous est effectué pour créer des ouvertures pour les composants et les connexions. Enfin, une inspection approfondie des trous est effectuée pour vérifier leur exactitude et leur qualité.

 

• Processus de placage

La prochaine étape est la processus de placage. Ce processus garantit à la fois la protection et la fonctionnalité de la carte. Ce processus consiste à déposer une couche métallique sur le PCB pour le protéger de l'oxydation et de la détérioration au fil du temps. En appliquant ce revêtement métallique, le panneau est protégé des facteurs environnementaux qui pourraient nuire à ses performances. Le placage améliore également l'apparence du panneau avec une finition de surface transparente, lui donnant un aspect poli. Plus important encore, la couche métallique fournit une surface de soudure précise et fiable, essentielle pour assembler et connecter en toute sécurité les composants électroniques.

• Processus d'imagerie de la couche externe

Après le processus de placage, le processus d'imagerie de la couche externe est le processus par lequel le fabricant crée une image photographique de la conception du circuit imprimé. Pour ce faire, un photomasque, qui est une image négative de la disposition du circuit imprimé, est utilisé. Le photomasque est placé sur un substrat photosensible, puis exposé à la lumière. Cette exposition transfère la conception du circuit sur le substrat, ce qui est crucial pour produire le circuit imprimé final précis et détaillé.

• Processus de gravure

Après l'imagerie de la couche externe, le processus de gravure définira avec précision les motifs du circuit imprimé. Dans un premier temps, la résine photosensible non exposée, qui protégeait certaines zones du cuivre pendant le processus d'imagerie, est éliminée par lavage. La couche de cuivre sous-jacente est ainsi révélée. Ensuite, la carte est recuite pour garantir une surface homogène et complète. Enfin, la couche externe du circuit imprimé est étamée pour protéger le cuivre de l'oxydation et des dommages.

• Application de masque de soudure

Le masque de soudure est une fine couche de polymère semblable à une laque. Il est appliqué sur les traces de cuivre du PCB pour les protéger de l'oxydation et des dommages. Cette couche aide également à prévenir les ponts de soudure, qui sont des connexions indésirables entre des plages de soudure rapprochées. En recouvrant le cuivre avec le masque de soudure, le PCB est protégé contre les courts-circuits et autres problèmes potentiels pendant le processus de soudure et tout au long de son utilisation.

• Processus de sérigraphie

Le procédé de sérigraphie implique plusieurs méthodes pour ajouter du texte et des symboles au tableau. Une technique courante est la sérigraphie manuelle, qui est la méthode la plus ancienne et la plus rentable. Cela implique l’utilisation d’un écran et d’une encre pour imprimer manuellement des dessins sur le PCB. Une autre méthode est l'imagerie photo liquide, où le stratifié est d'abord recouvert d'époxy puis exposé à la lumière pour créer les motifs nécessaires. L'impression directe de légendes est une autre approche dans laquelle le design est directement imprimé sur le PCB, offrant ainsi une précision et des détails élevés.

• Processus de finition de surface

La prochaine étape est le processus de finition de surface. Le processus de finition de surface consiste à créer un joint intermétallique entre le cuivre nu du PCB et les composants. Ceci est réalisé en immergeant les circuits imprimés dans un pot fondu contenant un liquide d'immersion. Voici quelques liquides d’immersion utilisés dans les processus de finition de surface :

• • • • Immersion argent
      • Sponsor Or
      • Nickel autocatalytique Immersion Or
      • Nivellement de soudure à air chaud
      • HASL sans plomb
      • Conservateur de soudabilité organique
      • Nickel autocatalytique Palladium autocatalytique Or par immersion

Processus de test

Des tests approfondis sont essentiels pour garantir le bon fonctionnement de la carte. Différentes méthodes sont utilisées à cet effet :

• AOI

Inspection optique automatisée est une étape clé dans le processus de fabrication des PCB qui garantit qualité et fiabilité. AOI utilise une caméra pour analyser automatiquement le PCB à la fois pour détecter les pannes majeures et les défauts subtils. Cela inclut la vérification des composants manquants, du placement incorrect des composants ou de problèmes tels qu'une taille et une forme de congé incorrectes. En inspectant de manière autonome la carte, AOI aide à identifier et à corriger les problèmes rapidement, améliorant ainsi la qualité globale du produit fini et réduisant le risque de défauts dans l'électronique finale.

• Test de sonde volante

Le test de sonde volante est une méthode importante dans le processus de fabrication des PCB. Il utilise des sondes à commande électromécanique pour tester divers composants du circuit imprimé. Les sondes se déplacent sur la carte à l'aide d'un système automatisé à deux axes. Ils entrent en contact avec différents points de test ou composants pour vérifier les connexions électriques et les défauts.

• Test de montage

Un dispositif de test PCB est une plate-forme personnalisée conçue pour maintenir et se connecter au PCB testé. Il crée une interface électrique entre le PCB et le test externe l'équipements. Cette configuration permet d'appliquer des signaux de stimulation au PCB et de prendre des mesures avec précision. En utilisant un dispositif de test, les fabricants peuvent vérifier efficacement les défauts électriques et s'assurer que le PCB répond à toutes les normes de performance et de qualité avant de passer à l'étape de production suivante.

• Inspection visuelle

Au cours de cette étape, les inspecteurs utilisent leurs yeux pour vérifier divers aspects du PCB afin d'en garantir la qualité. Une liste de contrôle d'inspection visuelle typique des PCB consiste à vérifier que l'épaisseur de la carte est correcte, à vérifier la rugosité et la déformation de la surface et à s'assurer que les dimensions de l'assemblage correspondent aux spécifications. Une attention particulière est portée aux dimensions liées aux connecteurs électriques. Ce processus permet de détecter tous les défauts visibles ou incohérences susceptibles d'affecter les performances de la carte.

Routage PCB

Le routage PCB implique la création de connexions entre composants, plots et traces sur une carte de circuit imprimé. Ce processus consiste à déterminer les chemins des traces de cuivre et à concevoir des interconnexions pour répondre aux besoins mécaniques de la conception du PCB. Chaque routage PCB doit comporter des connexions en cuivre qui relient les composants, sur la couche superficielle ou sur les couches internes appelées traces. Le routage joue un rôle car il détermine la manière dont les traces de cuivre sur un PCB relieront les composants en fonction de la liste de circuits, garantissant une fonctionnalité efficace de la carte. Il existe deux types de routage PCB :

• • • • Routage de labyrinthe – une méthode utilisée pour trouver des chemins entre deux points sur un labyrinthe basé sur une grille.
      • Routage XY – l'algorithme simple et courant utilisé dans les systèmes de réseau sur puce qui est déterministe, statique et sans blocage.

En fait, il existe un marquage en V (coupe en V standard et sautante) et un routage de profondeur de contrôle.

Cela dépend des exigences des clients.

Emballage et livraison

L'emballage et la livraison constituent la dernière étape du processus de fabrication des PCB. Une fois que les PCB ont passé tous les contrôles de qualité, ils sont soigneusement emballés pour les protéger pendant le transport. Cet emballage comprend souvent des matériaux antistatiques pour éviter les dommages causés par l'électricité statique. Les planches sont ensuite expédiées vers leur destination, que ce soit depuis un fabricant ou directement chez le client.

Quel logiciel utiliser pour la conception de PCB avant le processus de fabrication ?

La sélection du bon logiciel pour la conception de PCB est cruciale avant de commencer le processus de fabrication. Plusieurs options répondent à différents besoins et préférences. Voici quelques-uns des logiciels que vous pouvez choisir pour réaliser la conception de votre PCB :

• • • • Concepteur avancé
      • OuCAD
      • Cadence
      • AIGLE
      • FacileEDA
      • ConceptionSpark
      • KiCad
      • Artiste PCB
      • DipTrace
      • PCB123
      • CircuitStudio
      • ExpressPCB
      • Fabricant de circuits
      • Ultiboard
      • PCBWeb
      • BSc3V
      • Xcircuit
      • Gerbv
      • Pad2Pad

Est-il important de comprendre le processus de fabrication des PCB?

Oui c'est le cas! Savoir comment les PCB sont fabriqués aide à résoudre tout problème pouvant survenir pendant la production. En étant familier avec chaque étape, de la conception aux tests finaux, vous pouvez identifier rapidement les problèmes et les résoudre avant qu'ils ne deviennent des problèmes majeurs. Cette connaissance garantit que le produit final répond aux normes de qualité et fonctionne de manière fiable.

Conseils pour choisir le fabricant idéal pour votre processus de fabrication de PCB

L'expertise et l'expérience dans le processus permettent une meilleure prise de décision et une meilleure résolution des problèmes. Connaître les capacités du fabricant d'assemblages de circuits imprimés vous aide à choisir le partenaire adapté à vos besoins. Les services d’assemblage de prototypes de PCB sont cruciaux pour tester les conceptions avant la production complète. Les mesures de contrôle de qualité garantissent que le produit final répond à des normes élevées. La connaissance des installations de fabrication et de la technologie aide à comprendre l'environnement de production. Les options de personnalisation vous permettent d'adapter la conception à des exigences spécifiques, tandis que l'évolutivité et la connaissance du volume de production vous aident à planifier les besoins futurs. Comprendre la structure des coûts et des prix peut aider à la budgétisation et à la gestion des coûts.

Conclusion

L'apprentissage du processus de fabrication des PCB est crucial pour garantir des composants électroniques fonctionnels et de haute qualité. De la conception initiale et de la sélection des matériaux aux processus complexes tels que la gravure, le placage et les tests, chaque étape joue un rôle essentiel dans les performances et la fiabilité du produit final. En utilisant le bon logiciel de conception, en connaissant les étapes détaillées impliquées dans la fabrication et en ayant des connaissances sur les tests et le contrôle qualité, vous pouvez mieux résoudre les problèmes et optimiser le processus de fabrication. Ces connaissances approfondies aident également à sélectionner le meilleur fabricant d’assemblages de circuits imprimés, à comprendre les options de personnalisation et à gérer efficacement les coûts. En fin de compte, une compréhension approfondie du processus de fabrication des PCB conduit à des produits plus fiables et à une production plus efficace.