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Dévoilement de la fabrication de PCB multicouches : guide étape par étape

Les cartes de circuits imprimés (PCB) constituent l'épine dorsale des appareils électroniques modernes, fournissant les connexions nécessaires entre les composants.

Les PCB multicouches, avec leurs multiples couches de circuits empilées, représentent une avancée technologique significative, permettant des dispositifs plus complexes et plus compacts.

La production de PCB commence par un document de conception, tel qu'un Gerber, qui décrit le Conception de PCB en détail. Dès réception du dossier Gerber du client, nos ingénieurs effectuent un examen préliminaire pour s'assurer que la conception répond aux exigences de production.

Cet article se penche sur le processus de fabrication des PCB multicouches, mettant en lumière les étapes complexes impliquées dans la réalisation de ces composants essentiels.

Étape 1 : Découpe du substrat

La première étape de la fabrication de PCB multicouches est la préparation du substrat. Ce processus commence par la découpe du stratifié brut cuivré en feuilles d'une taille et d'une forme spécifiques pour la manipulation sur la chaîne de production.

Remarque : Deux processus sont impliqués : la découpe du matériau et le meulage des bords.

Étape 2 : Formation de la couche interne

L'étape suivante consiste à constituer la couche interne de la carte, qui est l'une des parties les plus vitales du processus de fabrication des PCB multicouches. Voici les deux procédures depuis l’image de la couche interne jusqu’au processus de gravure :

Image de la couche interne

Préparation : Le stratifié cuivré, qui sert de matériau de base pour les couches internes, est soigneusement nettoyé et préparé pour le processus afin de garantir que la surface est exempte de tout contaminant susceptible d'affecter l'adhérence de la résine photosensible.

Application de photorésist : Une couche de résine photosensible, qui est un matériau sensible à la lumière, est appliquée uniformément sur la surface du stratifié cuivré. Cela peut être réalisé soit en stratifiant un film photorésistant sec sur la surface, soit en recouvrant la surface d'un photorésist liquide.

Exposition à la lumière UV : Le stratifié, désormais recouvert de résine photosensible, est exposé à la lumière ultraviolette. Un photomasque, qui contient le motif de circuit tel que défini par le fichier Gerber, est placé sur la résine photosensible. Les zones de la résine photosensible exposées à la lumière UV durcissent, tandis que les zones non exposées restent molles. Le photomasque garantit que la lumière UV ne durcit que la résine photosensible dans le motif du circuit.

Développement: Après exposition, la carte est développée dans une solution chimique qui élimine la résine photosensible non durcie, révélant le cuivre sous-jacent dans le motif du circuit. La résine photosensible durcie reste sur le cuivre qui fait partie de la conception du circuit, le protégeant pendant le processus de gravure.

Gravure de la couche intérieure

Gravure

Utilisez une solution chimique pour graver la partie en cuivre exposée après le développement afin de former le motif de circuit souhaité.

Retirez le film

Appliquez une solution alcaline pour éliminer l'encre photopolymérisée (film bleu) du motif du circuit en préparation des étapes de stratification.

Étape 3: Laminage

La procédure de stratification dans le processus de fabrication de PCB multicouches comprend quatre étapes : oxyde noir, pré-empilage, stratification et fraisage. Les procédures d'empilement et de stratification des couches visent généralement à disposer et à lier les couches en utilisant de la chaleur et de la pression.

Traitement à l'oxyde brun

Cette étape est cruciale pour améliorer l’adhésion entre les surfaces en cuivre des couches internes et le matériau préimprégné (pré-imprégné). Le processus consiste à traiter chimiquement la surface du cuivre pour créer une surface micro-rugueuse, ce qui améliore la liaison mécanique entre le cuivre et les couches préimprégnées. 

Pré-empilage

Les multiples couches internes passent par ce processus et sont laminées ensemble. La présence de rivets dans ce processus est essentielle pour garantir que les couches internes ne glisseront pas lors des étapes suivantes.

Laminage

La pile est fusionnée en un panneau solide et unifié en appliquant une chaleur et une pression élevées, provoquant l'écoulement et le durcissement du matériau préimprégné (PP), liant ainsi de manière permanente le préimprégné, la feuille de cuivre et les couches internes ensemble.

Fraisage

Il s'agit du post-traitement dans le processus de stratification. Les couches stratifiées ou le panneau lui-même prendront alors une forme spécifique.

Étape 4 : Perçage et placage des trous

Forage HORIZONTAUX

Des perceuses de haute précision sont utilisées pour percer des trous dans carte PCB multicouche avec précision, selon les documents de conception. Ces trous sont utilisés pour établir des connexions électriques entre les couches de la carte et les composants de la carte.

Une fois le perçage terminé, la planche est nettoyée pour éliminer les débris et la poussière générés pendant le processus de perçage afin de garantir que les trous sont propres et prêts pour le processus de placage suivant.

Placage

Les parois des trous percés sont traitées chimiquement pour améliorer leur adhérence au cuivre. Ensuite, une fine couche de cuivre est déposée sur les parois des trous par dépôt chimique pour servir de substrat au cuivrage.

Ensuite, une couche de cuivre plus épaisse est déposée sur les parois des trous et sur la surface de la plaque au moyen d'un processus de galvanoplastie pour renforcer la connexion électrique et améliorer la conductivité électrique.

Étape 5 : Formation de la couche externe

L'étape suivante concerne le processus de fabrication de la couche externe, et la formation de la couche externe se produit également sur la surface du cuivre, de la même manière que la couche interne. Il y a trois processus dans cette étape :

Image de la couche externe

Le motif du circuit extérieur est transféré sur la feuille de cuivre à l'aide de photolithographie, et la feuille de cuivre est modelée à l'aide d'un film photolithographique.

Ensuite, le motif de circuit est formé en recouvrant une réserve photosensible et en l'exposant à l'aide d'un photomasque et d'une lumière UV pour durcir le matériau photosensible dans une zone spécifique.

Enfin, un processus de développement est effectué pour éliminer la réserve non durcie, révélant ainsi la surface du cuivre sur laquelle le motif du circuit est formé.

Pattern Plating

placage de motifs

La couche externe est fabriquée en appliquant une fine couche de métal protecteur (généralement de l'étain ou un alliage plomb-étain) sur le motif du circuit via le processus de placage afin d'éviter l'oxydation et la corrosion des pistes en cuivre.

Gravure de la couche externe

Après développement, la réserve photosensible non durcie et le cuivre situé en dessous sont éliminés par la solution chimique, ne laissant que les pistes de cuivre protégées par la réserve durcie pour former le motif de circuit souhaité.

Étape 6 : Masque de soudure

Vient ensuite la fabrication du masque de soudure pour un autre niveau de couverture visant à protéger le cuivre contre les courts-circuits et à recouvrir les pièces sans adhérence à la soudure.

La couche de soudure fournit non seulement une couche de protection supplémentaire aux PCB multicouches contre les courts-circuits et les mauvaises soudures dans les zones non soudées, mais ajoute également à la durabilité et à l'isolation globales de la carte.

Remarque : Le vert est la couleur du masque de soudure la plus courante, mais la production moderne de PCB permet différents choix de couleurs, notamment le bleu, le rouge, le jaune, le noir, etc.

Étape 7 : Application de la sérigraphie

Application de sérigraphie

Matériaux de sérigraphie : Sélectionnez des encres de sérigraphie appropriées, généralement des encres durables et résistantes aux produits chimiques, pour garantir que le contenu imprimé reste visible pendant toute la durée de vie du PCB.

Processus de demande: Imprimez les désignations de référence des composants, les marquages ​​de polarité et d'autres détails sur le masque de soudure selon les exigences du client, à l'aide de techniques de sérigraphie. En fonction des exigences de production et de la taille des lots, ce processus peut être manuel ou automatisé.

Étape 8: Finition de surface

La finition de surface dans le processus de fabrication des PCB multicouches est considérée comme le traitement final du cuivre exposé. Les zones exposées devront être soudables pour se protéger contre les courts-circuits potentiels, la corrosion et les problèmes d'oxydation. Différentes finitions tels que ENIG, OSP et HASL sont couramment utilisés dans la fabrication de PCB multicouches.

Étape 9 : Le processus de moulage

Le processus de moulage

Dans la dernière étape, des machines CNC sont utilisées pour couper avec précision les circuits imprimés à la taille et à la forme finales spécifiées par le client. De plus, d'autres équipements tels que la découpe laser, le poinçonnage ou le V-CUT peuvent être utilisés pour éliminer l'excès de matériau et des traitements de bords sont effectués pour éliminer les bavures et les arêtes vives afin de garantir la sécurité et la propreté des planches.

Inspection et contrôle qualité

Une gestion approfondie du contrôle qualité est essentielle dans la fabrication de PCB multicouches, de la vérification de l'alignement des couches à l'inspection optique. D'autres niveaux de tests et d'inspections sont également nécessaires, depuis les inspections de qualité et les tests électriques, pour garantir que les spécifications de conception sont respectées.

1.Inspections après la production de la couche intérieure et la gravure

  • En utilisant une réflexion optique sous le Inspection optique automatisée (AOI), les couches internes seront soumises à une analyse minutieuse pour vérifier les défauts du PCB et s'il existe des erreurs et des défauts potentiels.
  • Le système de réparation de vérification (VRS) est toujours connecté à l'AOI, mais son objectif principal est de tester manuellement les informations et les données de la carte pour garantir que l'AOI dispose de tous les emplacements des défauts et des erreurs.

2.Après le processus de fabrication de la couche externe

  • Vérification détaillée des défauts de la couche externe à l’aide de l’inspection optique automatisée (AOI).
  • Utilisez Verify Repair System (VRS) pour une analyse approfondie des erreurs dans la couche externe.
  • Effectuez un test électrique du système d’exploitation pour localiser d’éventuels défauts du système d’exploitation.
  • Vérifiez à nouveau les spécifications des mesures de l’épaisseur du cuivre et de la largeur de la ligne de la couche externe.
  • Démarrez le test d'impédance pour vérifier correctement les circuits défectueux.

3.Tests pour le PCB moulé final

  • Effectuer des tests électriques, tels que tests de sonde volante, pour garantir la connectivité du PCB et identifier tout défaut potentiel.

Conclusion

La production de PCB multicouches implique une manipulation délicate et un contrôle précis, depuis la configuration de la couche interne jusqu'à l'usinage de la couche externe jusqu'à la découpe et le formage finaux.

Chaque étape est conçue pour garantir les performances, la fiabilité et la conformité de la carte aux spécifications de conception, y compris le transfert de motif, la gravure, le laminage, le perçage, le placage, l'application d'un masque de soudure, la sérigraphie et le moulage de la forme finale.

Un PCB simple ou double couche sautera quelques étapes, tandis qu'un PCB multicouche complexe peut comporter jusqu'à vingt étapes ou plus. Si vous avez des questions ou souhaitez en discuter, n'hésitez pas entrez en contact avec Venture Electronics.

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