Cales son as etapas clave na fabricación de PCBs multicapa?

A fabricación de PCBs multicapa é a tecnoloxía líder que posibilita o desenvolvemento da electrónica avanzada, permitindo a integración de dispositivos compactos e de alto rendemento con aplicacións amplas nas industrias de electrónica de consumo, aeroespacial e de instrumentación médica. Mentres que os PCBs dunha ou dúas capas fan referencia só a unha ou dúas capas de cobre, os PCBs multicapa constan de tres ou máis capas de cobre apiladas e separadas con materiais illantes, o que posibilita un encamiñamento de circuítos máis complexo, maior densidade de compoñentes e mellor rendemento eléctrico. Comprender os principais pasos do proceso de fabricación de PCBs multicapa permite que deseñadores, enxeñeiros e compradores teñan un coñecemento máis profundo sobre a calidade, a confiabilidade e a capacidade de produción.

Revisión do deseño e preparación técnica

Ademais da fabricación física, a fabricación de PCBs multicapa é esencialmente un produto da fase de deseño. Unha vez recibidos os ficheiros Gerber, os detalles da estrutura de capas e os requisitos técnicos, os enxeñeiros analizan detalladamente o deseño. Examinan o deseño en relación coas anchuras de trazas, espazamentos, requisitos de impedancia, aliñamento de capas, estruturas de vías e selección de materiais.

A simulación e o deseño para análise de fabricabilidade (DFM) son obrigatorios para placas moi complicadas.

Fabricantes como King Field poden axudar a evitar revisións costosas e garantir que o fluxo de produción sexa sinxelo ao fornecer os resultados do DFM onde se identifican cedo problemas potenciais, como problemas de integridade do sinal e dificultades de furado.

Impresión e gravado da capa interior

Cada capa interior de cobre faise por separado. Inicialmente, límpase a superficie dun laminado recuberto de cobre e aplícase unha resina fotosensible. De forma moi precisa, o patrón do circuíto grávase na resina fotosensible mediante raios UV nun proceso chamado fotograbado.

O revelado elimina a resina exposta á luz e o cobre que non está cuberto pola resina é eliminado quimicamente por medio dun axente oxidante. Neste punto emprégase unha inspección óptica automática (AOI) para asegurarse de que os grossos das liñas e os espazamentos sexan os esperados e de que o patrón estea intacto. Dado que os defectos atopados despois da laminación non poden corrixirse, é esencial asegurarse de que as capas interiores teñan boa calidade.

Tratamento de Óxido da Capa Interior

Antes do laminado, as capas interiores trátanse con óxido ou outras superficies que facilitan a unión. Durante este tratamento, a superficie do cobre vólvese atomicamente áspera, o que se pensa que mellora a adhesión das capas de cobre ao illamento de prepreg cando se realiza o laminado. A adhesión entre capas é un factor moi importante na estabilidade mecánica e na fiabilidade a longo prazo dos PCBs multicapa. Isto é especialmente certo para dispositivos multicapa que operarán en ambientes caracterizados por altas temperaturas ou vibracións.

Distribución das Capas e Laminado

O laminado é sen dúbida unha das fases máis características do proceso de fabricación de PCBs multicapa. As capas interiores colócanse cunhas pezas de prepreg (fibra de vidro impregnada con resina epoxi) entre medias, e engádense as follas exteriores de cobre na parte superior e inferior segundo o deseño de distribución aprobado.

A pila introdúcese entón nunha prensa de laminación onde se somete a un ciclo controlado de calor e presión. A resina prepreg funde, flúe e despois solidifícase, orixinando un bo enlace de todas as capas nun só conxunto sólido. É necesario un control preciso da temperatura, a presión e o tempo para garantir un aliñamento exacto das capas e evitar os defectos típicos como baleiros ou deslaminación.

Perfuración e formación de vías

Despois da laminación, perfúrase o PCB multicapa para fornecer furos tanto para compoñentes de orificio pasante como para vías que conectaran electricamente as capas. Unha máquina de perfuración CNC forma os furos mecánicos, mentres que para microvías en deseños de interconexión de alta densidade (HDI) pode empregarse unha unidade de perforación láser.

As paredes dos furos límpianse e activánse despois da perforación para metalizar os furos. Está claro que a perforación debe ser moi precisa, pois en caso contrario un mal aliñamento deteriorará a conexión eléctrica entre as capas.

Metalización de furos e chapado con cobre

Para facer que os vías sexan condutores, inicialmente depositase unha película fina de cobre nas paredes dos furos mediante un proceso de cobre sen corrente. Despois, leva a cabo o paso de chapado electrolítico con cobre para aumentar o grosor ata un punto no que sexa electricamente e mecanicamente fiabil.

Imaxe e gravado da capa exterior

O circuíto da capa final révelese ao imprimirse nas capas exteriores resistencia fotolitográfica tal como se fixo coas capas interiores. Tras os procesos de fotolitografía e revelado, eliminarase o cobre en exceso, deixando así os circuítos rematados nas capas exteriores.

Nesta etapa, decídese a xeometría dos pads, o trazado das pistas e os puntos de conexión dos compoñentes, afectando así tanto ao rendemento de montaxe como ao desempeño eléctrico.

Aplicación da máscara de soldadura

Unha máscara de soldadura é unha capa de polímero semellante a unha laca que se aplica sobre o PCB co obxectivo de protexer as pistas de cobre da oxidación e contaminación indeseadas, así como de reducir a posibilidade de pontes de soldadura entre pads adxacentes. As aberturas para pads e vías que deben ser soldados defínense, pois, só na capa da máscara de soldadura.

A precisión no aliñamento da máscara de soldadura é moi crucial no momento da fabricación dun PCB multicapa, especialmente se os compoñentes teñen paso fino. Con este fin, fabricantes como King Field empregan equipos de imaxe e curado de última xeración para fornecer unha cobertura uniforme e un rendemento duradeiro.

Finalización da superficie

A soldabilidade é unha das vantaxes do acabado superficial, ademais de protexer os pads de cobre expostos. As opcións de acabado superficial máis comúns son HASL, ENIG, OSP, prata por inmersión e estaño por inmersión. A selección da máis axeitada depende de factores como a vida útil en almacenamento, o método de montaxe e o rendemento eléctrico.

Debido á súa superficie plana e excelente resistencia á corrosión, nas aplicacións de alta fiabilidade adoita preferirse o ENIG.

Proba Eléctrica e Inspección Final

As probas e inspeccións son os pasos finais na fabricación de PCBs multicapa. Para asegurar que non hai cortocircuitos nin circuitos abertos en ningunha capa da moi complexa estrutura multicapa, realízase unha proba eléctrica para comprobar as condicións de continuidade e illamento. Ademais, poden utilizarse inspeccións visuais, medicións (comprobacións dimensionais) e ás veces raios X para verificar o correcto aliñamento interno e a calidade dos vías.

Só se permite que avancen á etapa de empaquetado e envío os paneis que cumpren todas as especificacións requiridas.

Conclusión

A fabricación de PCB multicapa é extremadamente desafiante, xa que require alta precisión, unha gran cantidade de experiencia e idear e seguir medidas estritas de control de calidade en cada paso. Por tanto, é lóxico que o rendemento e a confiabilidade do produto dependan definitivamente da correcta implementación de todos eses pasos ademais das probas, especialmente as finais.

King Field conseguiu ofrecer PCBs multicapa que permiten a diferentes industrias desenvolver produtos electrónicos punteiros empregando equipos sofisticados xunto cunha xestión de procesos ben disciplinada. Coñecer estas capas mellora a comprensión das complexidades detrás do funcionamento da electrónica moderna así como axuda aos clientes a tomar as decisións axeitadas en canto a un socio fiable para a fabricación de PCBs.