Avant la conception de PCB, il est recommandé aux concepteurs de circuits de visiter un magasin de cartes de circuits imprimés et de communiquer face à face avec les fabricants au sujet de leurs exigences en matière de fabrication de PCB. Cela permet d'éviter que les concepteurs commettent des erreurs inutiles qui soient transmises pendant la phase de conception. Cependant, à mesure que de plus en plus d’entreprises confient leurs demandes de fabrication de PCB à des fournisseurs étrangers, cela devient peu pratique. C'est pour cette raison que nous présentons cet article afin de fournir une bonne compréhension des étapes du processus de fabrication des cartes PCB. Espérons que cela donne aux concepteurs de circuits et aux nouveaux venus dans l'industrie des PCB une vision claire de la façon dont les cartes de circuits imprimés sont fabriquées et évite de commettre ces erreurs inutiles.

Étapes du processus de fabrication des PCB

Étape 1 : Conception et sortie

Les cartes de circuits imprimés doivent être rigoureusement compatibles avec une configuration de PCB créée par le concepteur à l'aide d'un logiciel de conception de PCB. Les logiciels de conception de circuits imprimés couramment utilisés incluent Altium Designer, OrCAD, Pads, KiCad, Eagle, etc. REMARQUE : avant la fabrication des circuits imprimés, les concepteurs doivent informer leur fabricant sous contrat de la version du logiciel de conception de circuits imprimés utilisée pour concevoir le circuit, car cela permet d'éviter les problèmes causés par des divergences.

Une fois que la conception du PCB est approuvée pour la production, les concepteurs exportent la conception dans un format pris en charge par leurs fabricants. Le programme le plus fréquemment utilisé s’appelle Extended Gerber. La campagne publicitaire des années 1980 sur les aliments pour bébés recherchait de beaux bébés, et ce logiciel crée une progéniture magnifiquement conçue. Gerber porte également le nom de IX274X.

L'industrie des PCB a donné naissance au Gerber étendu comme format de sortie idéal. Différents logiciels de conception de PCB nécessitent éventuellement différentes étapes de génération de fichiers Gerber, ils codent tous des informations vitales complètes, notamment les couches de suivi du cuivre, les dessins de perçage, les ouvertures, les notations des composants et d'autres options. Tous les aspects de la conception du PCB sont soumis à des contrôles à ce stade. Le logiciel exécute des algorithmes de surveillance sur la conception pour garantir qu'aucune erreur ne passe inaperçue. Les concepteurs examinent également le plan en ce qui concerne les éléments relatifs à la largeur des voies, à l'espacement des bords des planches, à l'espacement des traces et des trous et à la taille des trous.

Après un examen approfondi, les concepteurs transmettent le fichier PCB aux sociétés de cartes PC pour la production. Pour garantir que la conception répond aux exigences de tolérances minimales pendant le processus de fabrication, presque toutes les maisons de fabrication de PCB effectuent un contrôle de conception pour la fabrication (DFM) avant la fabrication des cartes de circuits imprimés.

Étape 2 : Du fichier au film

L'impression des PCB commence une fois que les concepteurs ont sorti les fichiers schématiques des PCB et que les fabricants ont effectué une vérification DFM. Les fabricants utilisent une imprimante spéciale appelée traceur, qui réalise des films photo à partir des PCB, pour imprimer les circuits imprimés. Les fabricants utiliseront les films pour imager les PCB. Bien qu’il s’agisse d’une imprimante laser, ce n’est pas une imprimante laser à jet standard. Les traceurs utilisent une technologie d'impression incroyablement précise pour fournir un film très détaillé de la conception du PCB.

Le produit final donne une feuille de plastique avec un négatif photo du PCB à l'encre noire. Pour les couches internes du PCB, l’encre noire représente les parties conductrices en cuivre du PCB. La partie claire restante de l'image désigne les zones de matériau non conducteur. Les couches externes suivent le schéma inverse : transparentes pour le cuivre, mais noires font référence à la zone qui sera gravée. Le traceur développe automatiquement le film et celui-ci est stocké en toute sécurité pour éviter tout contact indésirable.

Chaque couche de PCB et de masque de soudure reçoit sa propre feuille de film transparente et noire. Au total, un PCB à deux couches nécessite quatre feuilles : deux pour les couches et deux pour le masque de soudure. Il est important que tous les films correspondent parfaitement les uns aux autres. Lorsqu'ils sont utilisés en harmonie, ils tracent l'alignement du PCB.

Pour obtenir un alignement parfait de tous les films, des trous de repérage doivent être percés dans tous les films. L'exactitude du trou se produit en ajustant la table sur laquelle repose le film. Lorsque les petits calibrages de la table aboutissent à une correspondance optimale, le trou est percé. Les trous s'inséreront dans les broches d'enregistrement lors de la prochaine étape du processus d'imagerie.

Étape 3 : Impression des couches intérieures : où ira le cuivre ?

La création des films à l'étape précédente vise à tracer une figure de parcours en cuivre. Il est maintenant temps d'imprimer la figure sur le film sur une feuille de cuivre.

Cette étape de la fabrication des PCB prépare à la fabrication de véritables PCB. La forme de base du PCB comprend une carte stratifiée dont le matériau de base est une résine époxy et de la fibre de verre, également appelées matériau de substrat. Le stratifié constitue un corps idéal pour recevoir le cuivre qui structure le PCB. Le matériau du substrat fournit un point de départ robuste et résistant à la poussière pour le PCB. Le cuivre est pré-collé des deux côtés. Le processus consiste à tailler le cuivre pour révéler le motif des films.

Dans la construction de PCB, la propreté est importante. Le stratifié aux faces en cuivre est nettoyé et passé dans un environnement décontaminé. Durant cette étape, il est essentiel qu’aucune particule de poussière ne se dépose sur le stratifié. Un grain de saleté errant pourrait autrement provoquer un court-circuit ou rester ouvert.

Ensuite, le panneau propre reçoit une couche de film photosensible appelé photorésist. La photorésiste comprend une couche de produits chimiques photoréactifs qui durcissent après exposition à la lumière ultraviolette. Cela garantit une correspondance exacte entre les films photo et la résine photo. Les films s'ajustent sur des broches qui les maintiennent en place sur le panneau stratifié.

Le film et le carton s’alignent et reçoivent une explosion de lumière UV. La lumière traverse les parties transparentes du film, durcissant la photorésiste sur le cuivre en dessous. L'encre noire du traceur empêche la lumière d'atteindre les zones non destinées à durcir et elles doivent être supprimées.

Une fois le panneau préparé, il est lavé avec une solution alcaline qui élimine toute photorésist non durcie. Un dernier lavage sous pression élimine tout ce qui reste sur la surface. La planche est ensuite séchée.

Le produit émerge avec une résine couvrant correctement les zones de cuivre censées rester dans leur forme finale. Un technicien examine les cartes pour s'assurer qu'aucune erreur ne se produit lors de cette étape. Toute la réserve présente à ce stade désigne le cuivre qui émergera dans le PCB fini.

Cette étape s'applique uniquement aux planches comportant plus de deux couches. Les planches simples à deux couches passent directement au perçage. Les cartes multicouches nécessitent plus d'étapes.

Étape 4 : Suppression du cuivre indésirable

Une fois la photorésiste retirée et la réserve durcie recouvrant le cuivre que nous souhaitons conserver, la carte passe à l'étape suivante : l'élimination indésirable du cuivre. Tout comme la solution alcaline éliminait la réserve, une préparation chimique plus puissante ronge l’excès de cuivre. Le bain de solution de solvant de cuivre élimine tout le cuivre exposé. Pendant ce temps, le cuivre souhaité reste entièrement protégé sous la couche durcie de photorésist.

Toutes les cartes en cuivre ne sont pas égales. Certaines cartes plus lourdes nécessitent de plus grandes quantités de solvant de cuivre et des durées d'exposition variables. En remarque, les cartes en cuivre plus lourdes nécessitent une attention supplémentaire en termes d'espacement des pistes. La plupart des PCB standards reposent sur des spécifications similaires.

Maintenant que le solvant a éliminé le cuivre indésirable, la réserve durcie protégeant le cuivre préféré doit être lavée. Un autre solvant accomplit cette tâche. La carte brille désormais avec uniquement le substrat en cuivre nécessaire au PCB.

Étape 5 : Alignement des couches et inspection optique

Une fois toutes les couches propres et prêtes, les couches nécessitent des poinçons d'alignement pour garantir qu'elles sont toutes alignées. Les trous d'enregistrement alignent les couches internes avec les couches externes. Le technicien place les couches dans une machine appelée poinçon optique, qui permet une correspondance exacte afin que les trous d'enregistrement soient perforés avec précision.

Une fois les calques placés ensemble, il est impossible de corriger les erreurs survenues sur les calques internes. Une autre machine effectue une inspection optique automatique des panneaux pour confirmer une absence totale de défauts. Le modèle original de Gerber, reçu par le fabricant, sert de modèle. La machine scanne les couches à l’aide d’un capteur laser et procède à une comparaison électronique de l’image numérique avec le fichier Gerber original.

Si la machine détecte une incohérence, la comparaison est affichée sur un moniteur pour que le technicien puisse l'évaluer. Une fois que la couche passe l’inspection, elle passe aux étapes finales de la production de PCB.

Étape 6 : Superposition et liaison

À ce stade, le circuit imprimé prend forme. Toutes les couches séparées attendent leur union. Une fois les couches prêtes et confirmées, il leur suffit de les fusionner. Les couches extérieures doivent se joindre au substrat. Le processus se déroule en deux étapes : la superposition et le collage.

Le matériau de la couche externe est constitué de feuilles de fibre de verre pré-imprégnées de résine époxy. Le raccourci pour cela s’appelle préimprégné. Une fine feuille de cuivre recouvre également le haut et le bas du substrat d'origine, qui contient les traces de cuivre gravées. Il est maintenant temps de les mettre en sandwich.

Le collage s'effectue sur une lourde table en acier avec des pinces métalliques. Les couches s'insèrent solidement dans les épingles fixées à la table. Tout doit être bien ajusté pour éviter tout déplacement pendant l'alignement.

Un technicien commence par placer une couche de préimprégné sur le bassin d'alignement. La couche de substrat s'adapte sur le préimprégné avant que la feuille de cuivre ne soit placée. D’autres feuilles de préimprégné reposent sur la couche de cuivre. Enfin, une feuille d'aluminium et une plaque de presse en cuivre complètent la pile. Il est maintenant prêt à être pressé.

L'ensemble de l'opération est soumis à une routine automatique exécutée par l'ordinateur de la presse à encoller. L'ordinateur orchestre le processus de chauffage de la pile, le point auquel appliquer la pression et le moment où permettre à la pile de refroidir à une vitesse contrôlée.

Ensuite, un certain nombre de déballages ont lieu. Avec toutes les couches moulées ensemble dans un super sandwich de gloire PCB, le technicien déballera simplement le produit PCB multicouche. Il suffit de retirer les goupilles de retenue et de jeter la plaque de pression supérieure. La bonté des PCB sort victorieuse de sa coque de plaques de presse en aluminium. La feuille de cuivre, incluse dans le processus, constitue toujours les couches externes du PCB.

Étape 7 : Percer

Enfin, des trous sont percés dans le panneau empilé. Tous les composants prévus pour venir plus tard, tels que les vias de liaison en cuivre et les aspects en plomb, reposent sur la précision des trous de forage de précision. Les trous sont percés à la largeur d'un cheveu - le foret atteint 100 microns de diamètre, tandis que les cheveux ont une moyenne de 150 microns.

Pour trouver l'emplacement des cibles de forage, un localisateur à rayons X identifie les points cibles de forage appropriés. Ensuite, des trous d'enregistrement appropriés sont percés pour sécuriser la pile pour la série de trous plus spécifiques.

Avant le forage, le technicien place une planche de matériau tampon sous la cible de forage pour garantir un forage propre. Le matériau de sortie empêche toute déchirure inutile à la sortie du foret.

Un ordinateur contrôle chaque micro-mouvement de la perceuse. Il est tout à fait naturel qu'un produit qui détermine le comportement des machines s'appuie sur des ordinateurs. La machine pilotée par ordinateur utilise le fichier de perçage de la conception originale pour identifier les endroits appropriés à percer.

Les perceuses utilisent des broches pneumatiques qui tournent à 150 000 tr/min. À cette vitesse, on pourrait penser que le forage se fait en un éclair, mais il y a de nombreux trous à percer. Un PCB moyen contient bien plus d’une centaine de points intacts. Lors du forage, chacun a besoin de son moment privilégié avec la perceuse, cela prend donc du temps. Les trous abritent plus tard les vias et les trous de montage mécanique du PCB. L'apposition définitive de ces pièces intervient plus tard, après le placage.

Une fois le perçage terminé, le cuivre supplémentaire qui tapisse les bords du panneau de production est retiré à l'aide d'un outil de profilage.

Étape 8 : Placage et dépôt de cuivre

Après perçage, le panneau passe au placage. Le processus fusionne les différentes couches par dépôt chimique. Après un nettoyage minutieux, le panneau subit une série de bains chimiques. Pendant les bains, un processus de dépôt chimique dépose une fine couche – d’environ un micron d’épaisseur – de cuivre sur la surface du panneau. Le cuivre va dans les trous récemment forés.

Avant cette étape, la surface intérieure des trous expose simplement le matériau en fibre de verre qui constitue l'intérieur du panneau. Les bains de cuivre recouvrent complètement, ou plaquent, les parois des trous. L'ensemble du panneau reçoit d'ailleurs une nouvelle couche de cuivre. Plus important encore, les nouveaux trous sont recouverts. Les ordinateurs contrôlent l'ensemble du processus de trempage, d'enlèvement et de procession.

Étape 9 : Imagerie de la couche externe

À l’étape 3, nous avons appliqué du photorésist sur le panneau. Dans cette étape, nous répétons l'opération - sauf que cette fois, nous imaginons les couches externes du panneau avec une conception PCB. Nous commençons par les couches dans une pièce stérile pour empêcher tout contaminant de coller à la surface de la couche, puis appliquons une couche de photorésist sur le panneau. Le panneau préparé passe dans la salle jaune. Les lumières UV affectent la photorésistance. Les longueurs d'onde de la lumière jaune ne transportent pas de niveaux d'UV suffisants pour affecter la photorésiste.

Les transparents à l'encre noire sont fixés par des épingles pour éviter tout désalignement avec le panneau. Lorsque le panneau et le pochoir sont en contact, un générateur les projette avec une lumière UV élevée, ce qui durcit la photorésiste. Le panneau passe ensuite dans une machine qui enlève la réserve non durcie, protégée par l'opacité de l'encre noire.

Le processus constitue une inversion par rapport à celui des couches internes. Enfin, les plaques extérieures sont soumises à une inspection pour garantir que toute la résine photosensible indésirable a été éliminée lors de l'étape précédente.

Étape 10 : Placage

Nous retournons à la salle de placage. Comme nous l'avons fait à l'étape 8, nous plaquons le panneau avec une fine couche de cuivre. Les sections exposées du panneau provenant de l'étape de photorésistation de la couche externe reçoivent le placage électrolytique de cuivre. Après les premiers bains de cuivrage, le panneau reçoit généralement un étamage, ce qui permet d'éliminer tout le cuivre laissé sur le panneau destiné à être retiré. L'étain protège la section du panneau censée rester recouverte de cuivre lors de la prochaine étape de gravure. La gravure supprime la feuille de cuivre indésirable du panneau.

Étape 11 : Gravure finale

L'étain protège le cuivre désiré durant cette étape. Le cuivre exposé indésirable et le cuivre sous la couche de réserve restante sont éliminés. Encore une fois, des solutions chimiques sont appliquées pour éliminer l’excès de cuivre. Pendant ce temps, l’étain protège le cuivre précieux pendant cette étape.

Les zones conductrices et les connexions sont désormais correctement établies.

Étape 12 : Application du masque de soudure

Avant que le masque de soudure ne soit appliqué sur les deux côtés de la carte, les panneaux sont nettoyés et recouverts d'une encre de masque de soudure époxy. Les cartes reçoivent un jet de lumière UV qui traverse un film photo de masque de soudure. Les parties couvertes ne sont pas durcies et seront retirées.

Enfin, la carte passe dans un four pour durcir le masque de soudure.

Étape 13 : Finition de surface

Pour ajouter une capacité de soudure supplémentaire au PCB, nous les plaquons chimiquement avec de l'or ou de l'argent. Certains PCB reçoivent également des coussinets nivelés par air chaud au cours de cette étape. Le nivellement par air chaud donne des coussinets uniformes. Ce processus conduit à la génération d’un état de surface. PCBCart peut traiter plusieurs types de finitions de surface selon les demandes spécifiques des clients.

Étape 14 : Sérigraphie

La carte presque terminée reçoit une écriture à jet d'encre sur sa surface, utilisée pour indiquer toutes les informations vitales relatives au PCB. Le PCB passe enfin à la dernière étape de revêtement et de durcissement.

Étape 15 : Test électrique

Comme dernière précaution, un technicien effectue des tests électriques sur le PCB. La procédure automatisée confirme la fonctionnalité du PCB et sa conformité à la conception originale. Chez PCBCart, nous proposons une version avancée de tests électriques appelée Flying Probe Testing, qui repose sur des sondes mobiles pour tester les performances électriques de chaque réseau sur un circuit imprimé nu.

Étape 16 : Profilage et V-Scoring

Nous arrivons maintenant à la dernière étape : la découpe. Différentes planches sont découpées dans le panneau d'origine. La méthode employée se concentre soit sur l’utilisation d’un routeur, soit sur une rainure en V. Une toupie laisse de petites languettes le long des bords de la planche tandis que la rainure en V coupe des canaux diagonaux des deux côtés de la planche. Les deux manières permettent aux planches de sortir facilement du panneau.

Besoin de quelqu'un pour fabriquer votre PCB ? JIEFU peut vous aider !

Comme vous pouvez le constater, le processus de fabrication des circuits imprimés nécessite beaucoup de travail. Pour garantir que les PCB soient fabriqués avec la qualité, les performances et la durabilité attendues, vous devez choisir un fabricant possédant un haut niveau d'expertise et axé sur la qualité à chaque étape.

Avec l'idée que notre succès se mesure par celui de nos clients, nous nous concentrons sur le soin et l'attention aux détails que nécessite chaque étape de fabrication de PCB. Nous proposons également l'emballage sous vide, le pesage et la livraison pour nous assurer que votre commande de PCB arrive en toute sécurité et sans dommage. Jusqu'à présent, nous disposons de circuits imprimés pour des entreprises de toutes tailles dans plus de 80 pays et nous visons à livrer nos circuits imprimés fabriqués aux quatre coins du monde dans les années à venir.

Nous proposons des services de prototypes de PCB rapides, de production de masse de PCB et d'assemblage. Le devis est toujours rapide et GRATUIT.

OU consultez les articles suivants pour en savoir plus sur nos services. Si vous avez des questions ou préférez discuter directement avec nous, veuillez nous écrire ici.