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La produzione di PCB multilivello è la tecnologia leader che supporta lo sviluppo dell'elettronica avanzata, consentendo l'integrazione di dispositivi compatti e ad alte prestazioni con ampie applicazioni nei settori dell'elettronica di consumo, aerospaziale e degli strumenti medicali. Mentre i PCB a singolo o doppio strato si riferiscono rispettivamente a uno o due soli strati di rame, i PCB multilivello sono composti da tre o più strati di rame sovrapposti e separati da materiali isolanti, permettendo un routing del circuito più complesso, una maggiore densità di componenti e migliori prestazioni elettriche. Comprendere le fasi principali della produzione di PCB multilivello rende progettisti, ingegneri e acquirenti più consapevoli riguardo qualità, affidabilità e capacità produttiva.
Revisione del progetto e preparazione tecnica
Oltre alla produzione fisica, la realizzazione di PCB multilivello è essenzialmente un prodotto della fase di progettazione. Una volta ricevuti i file Gerber, i dettagli dello stack-up e i requisiti tecnici, gli ingegneri esaminano attentamente il progetto. Analizzano minuziosamente aspetti come larghezza delle tracce, distanze, requisiti di impedenza, allineamento dei livelli, strutture dei via e selezione dei materiali.
La simulazione e l'analisi della progettazione per la producibilità (DFM) sono obbligatorie per schede molto complesse.
Produttori come King Field possono aiutare a evitare revisioni costose e garantire un flusso di produzione regolare fornendo i risultati dell'analisi DFM, in cui vengono identificati precocemente potenziali problemi come quelli relativi all'integrità del segnale o alle difficoltà di foratura.
Imaging e incisione del layer interno
Ogni strato interno di rame viene realizzato separatamente. Inizialmente, la superficie di un laminato rivestito di rame viene pulita e su di essa viene applicato un fotoresist. In modo molto preciso, il disegno del circuito viene inciso sul fotoresist mediante raggi UV in un processo chiamato fotoincisione.
Lo sviluppo rimuove il resist esposto alla luce e il rame non protetto dal resist viene attaccato chimicamente da un agente ossidante. A questo punto viene utilizzata un'ispezione ottica automatica (AOI) per verificare che le larghezze delle piste e gli spazi siano conformi alle aspettative e che il disegno sia integro. Poiché i difetti rilevati dopo la laminazione non possono essere corretti, è fondamentale assicurarsi che gli strati interni siano di buona qualità.
Trattamento Ossidico Strati Interni
Prima della laminazione, gli strati interni vengono trattati con ossido o altre superfici che facilitano l'adesione. Durante questo trattamento, la superficie del rame viene resa microscopicamente ruvida, il che si ritiene migliori l'adesione degli strati di rame all'isolamento in prepreg durante la laminazione. L'adesione tra strati è un fattore molto importante per la stabilità meccanica e l'affidabilità a lungo termine dei PCB multistrato. Ciò è particolarmente vero per i dispositivi multistrato destinati a funzionare in ambienti caratterizzati da alte temperature o vibrazioni.
Composizione Stratificata e Laminazione
La laminazione è senza dubbio una delle fasi più caratteristiche del processo di produzione dei PCB multistrato. Gli strati interni vengono accoppiati con fogli di prepreg (fibra di vetro impregnata con resina epossidica) posizionati tra di essi, e i fogli esterni in rame vengono aggiunti sopra e sotto secondo lo schema di stratificazione approvato.
La pila viene quindi inserita in una pressa per la laminazione, dove è sottoposta a un ciclo controllato di calore e pressione. La resina del prepreg si fonde, scorre e poi si solidifica, garantendo un'ottima adesione tra tutti gli strati in un unico circuito rigido. È necessario un controllo accurato di temperatura, pressione e tempo per garantire un allineamento preciso degli strati ed evitare difetti tipici come vuoti o delaminazioni.
Foratura e formazione dei via
Dopo la laminazione, il PCB multistrato viene forato per creare i fori destinati sia ai componenti con montaggio in through-hole sia ai via, che realizzeranno il collegamento elettrico tra gli strati. Una macchina di foratura CNC realizza i fori meccanici, mentre per i microvia nei design ad alta densità interconnessa (HDI) può essere utilizzata un'unità di foratura laser.
Le pareti dei fori vengono pulite e attivate dopo la foratura, al fine di metallizzare i fori. È ovvio che la foratura deve essere estremamente precisa, altrimenti un'allineamento errato comprometterebbe il collegamento elettrico tra gli strati.
Metallizzazione dei fori e placcatura in rame
Per rendere conduttivi i vias, inizialmente viene depositato un sottile strato di rame sulle pareti dei fori mediante un processo di rame senza elettrolisi. Successivamente, si esegue la fase di placcatura elettrolitica del rame per aumentarne lo spessore fino a garantire affidabilità elettrica e meccanica.
Imaging e incisione degli strati esterni
Il circuito dell'ultimo strato viene definito esponendo gli strati esterni con una resist foto-sensibile, proprio come avviene per gli strati interni. Dopo i processi di fotolitografia e sviluppo, il rame in eccesso viene rimosso per incisione, lasciando così i circuiti completati sugli strati esterni.
In questa fase vengono definite la geometria dei pad, il routing delle piste e i punti di connessione dei componenti, influenzando così sia il rendimento dell'assemblaggio che le prestazioni elettriche.
Applicazione della maschera di saldatura
Una maschera di saldatura è uno strato di polimero simile a una vernice che viene applicato sul circuito stampato (PCB) per proteggere le piste in rame dall'ossidazione indesiderata e da contaminazioni, oltre a ridurre il rischio di ponteggi di saldatura tra pad adiacenti. Le aperture per i pad e i via da saldare sono quindi definite esclusivamente nel livello della maschera di saldatura.
L'accuratezza nell'allineamento della maschera di saldatura diventa fondamentale nella fabbricazione di PCB multistrato, specialmente quando i componenti hanno un passo ridotto. A tal fine, produttori come King Field impiegano attrezzature all'avanguardia per l'imaging e la polimerizzazione, garantendo una copertura uniforme e prestazioni durature.
Finitura superficiale
La saldabilità è uno dei vantaggi del trattamento superficiale, oltre alla protezione dei pad in rame esposti. Le opzioni più comuni di trattamento superficiale sono HASL, ENIG, OSP, argento immerso e stagno immerso. La scelta di quello più adatto dipende da fattori quali vita in magazzino, metodo di assemblaggio e prestazioni elettriche.
A causa della sua superficie piana e dell'eccellente resistenza alla corrosione, nelle applicazioni ad alta affidabilità si preferisce spesso l'ENIG.
Test Elettrico e Ispezione Finale
Il test e l'ispezione sono le fasi finali nella produzione di PCB multilivello. Per garantire che non vi siano cortocircuiti o interruzioni in alcuno strato della struttura multilivello molto complessa, viene effettuato un test elettrico per verificare le condizioni di continuità e isolamento. Inoltre, ispezioni visive, misurazioni (verifiche dimensionali) e talvolta raggi X possono essere utilizzati per controllare il corretto allineamento interno e la qualità dei via.
Solo le schede che rispettano tutte le specifiche richieste possono proseguire verso la fase di imballaggio e spedizione.
Conclusione
La produzione di PCB multistrato è estremamente complessa e richiede alta precisione, una notevole esperienza e l'adozione e il rispetto di rigorose misure di controllo qualità ad ogni passaggio. È quindi logico che le prestazioni e l'affidabilità del prodotto dipendano sicuramente dalla corretta implementazione di tutti questi passaggi, oltre che dai test, in particolare quelli finali.
King Field è riuscita a offrire PCB multistrato che consentono a diversi settori industriali di sviluppare prodotti elettronici all'avanguardia, impiegando apparecchiature sofisticate insieme a un management dei processi ben disciplinato. Comprendere meglio questi strati permette di approfondire le complessità alla base del funzionamento dell'elettronica moderna e aiuta i clienti a scegliere in modo consapevole un partner affidabile per la produzione di PCB.
