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Processo de fabricação de PCB: como são feitas as PCBs

Processo de fabricação de PCB: como são feitas as PCBs

O processo de fabricação de PCB é muito importante para qualquer pessoa envolvida na indústria eletrônica. Placas de circuito impresso, PCBs, são amplamente utilizadas como base para circuitos eletrônicos. As placas de circuito impresso são usadas para fornecer a base mecânica sobre a qual o circuito pode ser construído. Consequentemente, praticamente todos os circuitos usam placas de circuito impresso e são projetados e usados ​​em quantidades de milhões.

Embora os PCBs formem a base de virtualmente todos os circuitos eletrônicos hoje, eles tendem a ser considerados óbvios. No entanto, a tecnologia nesta área da eletrônica está avançando. Os tamanhos das pistas estão diminuindo, o número de camadas nas placas está aumentando para acomodar a maior conectividade necessária e as regras de design estão sendo aprimoradas para garantir que dispositivos SMT menores possam ser manuseados e os processos de soldagem usados ​​na produção possam ser acomodados.

O processo de fabricação de PCB pode ser realizado de várias maneiras e há uma série de variantes. Apesar das muitas pequenas variações, os principais estágios do processo de fabricação de PCBs são os mesmos.

Constituintes de PCB

As placas de circuito impresso, PCBs, podem ser feitas de uma variedade de substâncias. O mais amplamente utilizado em uma forma de placa à base de fibra de vidro conhecida como FR4. Isso fornece um grau razoável de estabilidade sob variação de temperatura e não se decompõe mal, embora não seja excessivamente caro. Outros materiais mais baratos estão disponíveis para os PCBs em produtos comerciais de baixo custo. Para projetos de radiofrequência de alto desempenho em que a constante dielétrica do substrato é importante e baixos níveis de perda são necessários, placas de circuito impresso baseadas em PTFE podem ser usadas, embora sejam muito mais difíceis de trabalhar.

Para fazer um PCB com trilhas para os componentes, primeiro é obtida uma placa revestida de cobre. Consiste no material do substrato, normalmente FR4, com revestimento de cobre normalmente em ambos os lados. Este revestimento de cobre consiste em uma fina camada de folha de cobre colada à placa. Essa ligação normalmente é muito boa para FR4, mas a própria natureza do PTFE torna isso mais difícil, e isso adiciona dificuldade ao processamento de PCBs de PTFE.

Processo básico de fabricação de PCB

Com as placas PCB nuas escolhidas e disponíveis, a próxima etapa é criar as trilhas necessárias na placa e remover o cobre indesejado. A fabricação dos PCBs é normalmente realizada por meio de um processo de corrosão química. A forma mais comum de corrosão usada com PCBs é o cloreto férrico.

Para obter o padrão correto de trilhas, um processo fotográfico é usado. Normalmente, o cobre nas placas de circuito impresso nuas é coberto com uma fina camada de fotorresistente. Em seguida, ele é exposto à luz através de um filme fotográfico ou máscara fotográfica detalhando as trilhas necessárias. Desta forma, a imagem das faixas é passada para o fotorresistente. Com isso completo, o fotorresistente é colocado em um revelador de modo que apenas as áreas da placa onde as trilhas são necessárias sejam cobertas pelo resist.

A próxima etapa do processo é colocar as placas de circuito impresso no cloreto férrico para gravar as áreas onde nenhuma trilha ou cobre é necessário. Conhecendo a concentração do cloreto férrico e a espessura do cobre na placa, ele é colocado na espuma de corrosão pelo tempo necessário. Se as placas de circuito impresso forem colocadas na corrosão por muito tempo, alguma definição será perdida, pois o cloreto férrico tenderá a diminuir o fotorresistente.

Embora a maioria das placas PCB sejam fabricadas usando processamento fotográfico, outros métodos também estão disponíveis. Uma é usar uma fresadora especializada de alta precisão. A máquina é então controlada para moer o cobre nas áreas onde o cobre não é necessário. O controle é obviamente automatizado e conduzido a partir de arquivos gerados pelo software de design de PCB. Esta forma de fabricação de PCB não é adequada para grandes quantidades, mas é uma opção ideal em muitos casos onde quantidades muito pequenas de quantidades de protótipo de PCB são necessárias.

Outro método que às vezes é usado para um protótipo de PCB é imprimir tintas resistentes à corrosão no PCB usando um processo de serigrafia.

Placas de circuito impresso multicamadas

Com o aumento da complexidade dos circuitos eletrônicos, nem sempre é possível fornecer toda a conectividade necessária usando apenas os dois lados do PCB. Isso ocorre com bastante frequência quando um microprocessador denso e outras placas semelhantes estão sendo projetadas. Quando este for o caso, placas multicamadas são necessárias.

A fabricação de placas de circuito impresso multicamadas, embora use os mesmos processos das placas de camada única, requer um grau consideravelmente maior de precisão e controle do processo de fabricação.

As placas são feitas usando placas individuais muito mais finas, uma para cada camada, e essas placas são então unidas para produzir o PCB geral. Conforme o número de camadas aumenta, as placas individuais devem se tornar mais finas para evitar que o PCB acabado fique muito espesso. Além disso, o registro entre as camadas deve ser muito preciso para garantir que os furos estejam alinhados.

Para unir as diferentes camadas, a placa é aquecida para curar o material de colagem. Isso pode levar a alguns problemas de empenamento. Placas grandes com várias camadas podem ter uma deformação distinta se não forem projetadas corretamente. Isso pode ocorrer principalmente se, por exemplo, uma das camadas internas for um plano de potência ou um plano de solo. Embora isso por si só seja bom, se algumas áreas razoavelmente significativas tiverem que ser deixadas sem cobre. Isso pode criar tensões dentro do PCB que podem causar empenamento.

Furos e vias de PCB

Os furos, geralmente chamados de furos de via ou vias, são necessários em um PCB para conectar as diferentes camadas em diferentes pontos. Orifícios também podem ser necessários para permitir que componentes com chumbo sejam montados no PCB. Além disso, alguns orifícios de fixação podem ser necessários.

Normalmente as superfícies internas dos orifícios possuem uma camada de cobre para que conectem eletricamente as camadas da placa. Esses "furos passantes" são produzidos usando um processo de galvanização. Desta forma, as camadas da placa podem ser conectadas.

A perfuração é então realizada usando máquinas de perfuração controladas numericamente, os dados sendo fornecidos pelo software de design PCB CAD. É importante notar que reduzir o número de tamanhos diferentes de furos pode ajudar a reduzir o custo de fabricação da placa de circuito impresso.

Pode ser necessário que alguns orifícios existam apenas no centro da placa, por exemplo, quando as camadas internas da placa precisam ser conectadas. Essas "vias cegas" são perfuradas nas camadas relevantes antes das camadas de PCB serem ligadas entre si.

Revestimento de solda de PCB e resistência de solda

Quando um PCB é soldado, é necessário manter as áreas que não devem ser soldadas protegidas por uma camada do que é chamado de resistência de solda. A adição desta camada ajuda a prevenir curtos-circuitos indesejados nas placas PCB causados ​​pela solda. A resistência de solda normalmente consiste em uma camada de polímero e protege a placa de solda e outros contaminantes. A cor da resistência de solda é normalmente verde escuro ou vermelho.

A fim de permitir que os componentes adicionados à placa, com chumbo ou SMT, soldem à placa facilmente, as áreas expostas da placa são normalmente "estanhadas" ou revestidas com solda. Ocasionalmente, as placas ou áreas das placas podem ser banhadas a ouro. Isso pode ser aplicável se alguns dedos de cobre forem usados ​​para conexões de borda. Como o ouro não mancha e oferece boa condutividade, proporciona uma boa conexão com baixo custo.

Serigrafia PCB

Freqüentemente, é necessário imprimir texto e colocar outras pequenas identificações impressas em um PCB. Isso pode ajudar na identificação da placa e também na marcação de locais de componentes para auxiliar na localização de falhas, etc. Uma tela de seda gerada pelo software de design de PCB é usada para adicionar as marcações à placa, após os outros processos de fabricação para a placa nua foram concluídas.

Protótipo PCB

Como parte de qualquer processo de desenvolvimento, normalmente é aconselhável fazer um protótipo antes de se comprometer com a produção total. O mesmo é verdade para placas de circuito impresso onde um protótipo de PCB é normalmente fabricado e testado antes da produção total. Normalmente, um protótipo de PCB precisará ser fabricado rapidamente, pois sempre há pressão para concluir a fase de design de hardware do desenvolvimento do produto. Como o objetivo principal do protótipo de PCB é testar o layout real, muitas vezes é aceitável usar um processo de fabricação de PCB ligeiramente diferente, já que apenas uma pequena quantidade de placas de protótipo de PCB será necessária. No entanto, é sempre aconselhável manter-se o mais próximo possível do processo final de fabricação do PCB para garantir que poucas alterações sejam feitas e poucos elementos novos sejam introduzidos na placa de circuito impresso final.

O processo de fabricação de PCB é um elemento essencial do ciclo de vida da produção de eletrônicos. A fabricação de PCBs emprega muitas novas áreas de tecnologia e isso tem permitido melhorias significativas, tanto na redução dos tamanhos dos componentes e trilhos usados, quanto na confiabilidade das placas.


Assista o vídeo: Electronics Manufacturing UK - PCB Assembly (Novembro 2021).