Quais São as Etapas Principais na Fabricação de PCBs Multicamada?

A fabricação de PCBs multicamadas é a tecnologia líder que apoia o desenvolvimento da eletrônica avançada, permitindo a integração de dispositivos compactos e de alto desempenho com amplas aplicações nos setores de eletrônicos de consumo, aeroespacial e instrumentação médica. Enquanto os PCBs de uma ou duas camadas referem-se apenas a uma ou duas camadas de cobre, os PCBs multicamadas possuem três ou mais camadas de cobre empilhadas e separadas por materiais isolantes, possibilitando um roteamento de circuitos mais complexo, maior densidade de componentes e melhor desempenho elétrico. Compreender as principais etapas da fabricação de PCBs multicamadas tornará designers, engenheiros e compradores mais bem informados sobre qualidade, confiabilidade e capacidade de produção.

Revisão do Projeto e Preparação de Engenharia

Além da fabricação física, a produção de PCBs multicamada é essencialmente um produto da fase de projeto. Uma vez recebidos os arquivos Gerber, detalhes de empilhamento e requisitos técnicos, os engenheiros analisam minuciosamente o design. Eles examinam cuidadosamente o projeto quanto às larguras das trilhas, espaçamentos, requisitos de impedância, alinhamento de camadas, estruturas de vias e seleção de materiais.

Simulação e análise de projetabilidade para fabricação (DFM) são obrigatórias para placas muito complexas.

Fabricantes como a King Field podem ajudar a evitar revisões custosas e garantir que o fluxo de produção seja suave, fornecendo os resultados da DFM em que problemas potenciais são identificados precocemente, como questões de integridade de sinal e dificuldades de perfuração.

Imagem e Gravação da Camada Interna

Cada camada interna de cobre é fabricada separadamente. Inicialmente, a superfície de um laminado revestido com cobre é limpa e uma resistência fotográfica é aplicada sobre ela. De maneira muito precisa, o padrão do circuito é gravado na resistência fotográfica usando raios UV em um processo chamado fotogravação.

O revelador remove a resistência exposta à luz e o cobre que não é protegido pela resistência é quimicamente removido por meio de um agente oxidante. Uma inspeção óptica automatizada (AOI) é utilizada neste momento para garantir que as larguras das trilhas e os espaçamentos estejam conforme esperado e que o padrão esteja intacto. Como os defeitos detectados após a laminação não podem ser corrigidos, é essencial assegurar que as camadas internas sejam de boa qualidade.

Tratamento de Óxido de Camada Interna

Antes da laminação, as camadas internas são tratadas com óxido ou outras superfícies que facilitam a adesão. A superfície do cobre é atomicamente rugosizada durante esse tratamento, o que se acredita melhorar a aderência das camadas de cobre ao isolamento de prepreg quando a laminação é realizada. A adesão entre camadas é um fator muito importante para a estabilidade mecânica e confiabilidade a longo prazo de PCBs multicamada. Isso é particularmente verdadeiro para dispositivos multicamada que operarão em ambientes caracterizados por altas temperaturas ou vibrações.

Sequência de Camadas e Laminação

A laminação é, sem dúvida, uma das fases mais características do processo de fabricação de PCBs multicamada. As camadas internas são montadas com pedaços de prepreg (fibra de vidro impregnada com resina epóxi) entre elas, e folhas externas de cobre são adicionadas na parte superior e inferior conforme o projeto de empilhamento aprovado.

A pilha é então introduzida em uma prensa de laminação, onde é submetida a um ciclo controlado de calor e pressão. A resina prepreg derrete, flui e depois se solidifica, resultando em uma boa adesão de todas as camadas em uma única placa. É necessário um controle preciso de temperatura, pressão e tempo para garantir o alinhamento exato das camadas e evitar defeitos típicos, como vazios ou deslaminação.

Furação e Formação de Vias

Após a laminação, a PCB multicamada é furada para criar furos destinados a componentes com furação passante e vias que conectarão eletricamente as camadas. Uma máquina de furação CNC forma os furos mecânicos, enquanto para microvias em projetos de interconexão de alta densidade (HDI) pode ser utilizada uma unidade de furação a laser.

As paredes dos furos são limpas e ativadas após a furação, a fim de metalizar os furos. É evidente que a furação deve ser muito precisa, pois qualquer desalinhamento irá deteriorar a conexão elétrica entre as camadas.

Metalização de Furos e Galvanoplastia a Cobre

Para tornar os furos condutivos, inicialmente é depositada uma fina camada de cobre nas paredes dos furos por meio de um processo químico de cobre. Em seguida, realiza-se a etapa de galvanoplastia eletrolítica para aumentar a espessura até um nível que garanta confiabilidade elétrica e mecânica.

Imagem e Gravação da Camada Externa

O circuito da camada final é definido ao aplicar resistência fotossensível nas camadas externas, da mesma forma que nas camadas internas. Após os processos de fotolitografia e revelação, o cobre excedente será removido por gravação, deixando assim os circuitos concluídos nas camadas externas.

Nesta etapa, são definidas a geometria dos pads, o roteamento das trilhas e os pontos de conexão dos componentes, afetando, portanto, diretamente o rendimento da montagem e o desempenho elétrico.

A aplicação da máscara de solda

Uma máscara de solda é uma camada de polímero semelhante a uma laca que é aplicada sobre o PCB com o objetivo de proteger as trilhas de cobre contra oxidação e contaminação indesejadas, bem como reduzir a possibilidade de pontes de solda entre pads adjacentes. Assim, as aberturas para pads e vias que devem ser soldados são definidas apenas na camada da máscara de solda.

A precisão no alinhamento da máscara de solda torna-se muito crucial na fabricação de PCBs multilayer, especialmente quando os componentes possuem passo fino. Para tanto, fabricantes como a King Field utilizam equipamentos avançados de imagem e cura para garantir cobertura uniforme e desempenho duradouro.

Acabamento da superfície

Soldabilidade é um dos benefícios do acabamento de superfície, além da proteção dos pads de cobre expostos. As opções mais comuns de acabamento de superfície são HASL, ENIG, OSP, prata imersa e estanho imerso. A seleção da opção mais adequada depende de fatores como vida útil em armazenamento, método de montagem e desempenho elétrico.

Devido à sua superfície plana e excelente resistência à corrosão, aplicações de alta confiabilidade frequentemente preferem optar pelo ENIG.

Teste Elétrico e Inspeção Final

Os testes e inspeções são as etapas finais na fabricação de PCBs multicamada. Para garantir que não existam curtos-circuitos ou interrupções em qualquer camada da estrutura multicamada muito complexa, realiza-se teste elétrico para verificar as condições de continuidade e isolamento. Além disso, inspeções visuais, medições (verificações dimensionais) e, às vezes, raio-x podem ser utilizados para verificar o alinhamento interno correto e a qualidade dos furos metálicos.

Apenas as placas que atendem a todas as especificações exigidas têm permissão para avançar para a etapa de embalagem e expedição.

Conclusão

A fabricação de PCBs multicamadas é extremamente desafiadora, exigindo alta precisão, grande experiência e a criação e adesão a rigorosas medidas de controle de qualidade em cada etapa. Portanto, é absolutamente lógico que o desempenho e a confiabilidade do produto dependam definitivamente da correta implementação de todas essas etapas, além dos testes, especialmente os finais.

A King Field conseguiu oferecer PCBs multicamadas que permitem a diferentes indústrias desenvolver produtos eletrônicos de última geração, utilizando equipamentos sofisticados em conjunto com uma gestão de processos bem disciplinada. Conhecer essas camadas revela ainda mais as complexidades por trás do funcionamento da eletrônica moderna e ajuda os clientes a fazerem as escolhas certas ao selecionar um parceiro confiável de fabricação de PCBs.