Prima di iniziare il processo di prototipazione PCB, assicurati che la prototipazione sia adatta alle tue esigenze. Sebbene sia vantaggiosa per molti progetti, non è necessaria per ogni tipo. Se decidi di creare un prototipo, avrai bisogno di alcune informazioni di base sul tuo progetto per iniziare.
Decidere se hai bisogno di un prototipo
I prototipi sono ideali quando vuoi testare il tuo design o eseguire un controllo di qualità della tua scheda.
Dovresti utilizzare un prototipo ogni volta che usi un nuovo design per un nuovo progetto. Se hai già prodotto con successo un prodotto elettronico con quella scheda, potresti non aver bisogno di un prototipo. Tuttavia, se apporti qualsiasi modifica al design o crei un progetto PCB o un prodotto completamente nuovo, dovresti ordinare un prototipo.
Attraverso il nostro servizio di prototipazione rapida, possiamo realizzare schede di test con non più di otto strati e fornire schede di qualità standard IPC1 utilizzando materiale RF-4 standard. Per i prototipi, possiamo evadere ordini da 5 a 100 pezzi e offrire un tempo di realizzazione diquattro o cinque giorni lavorativi.
Una volta approvato il prototipo, puoi ordinare una produzione completa di schede con più strati e materiali diversi in quantità maggiori.
Prepararsi al processo di prototipazione
Per inviare il tuo progetto per la prototipazione o per ottenere un preventivo per servizi di prototipazione PCB, dovrai preparare alcune informazioni sul tuo progetto. In generale, più dettagli fornisci, meglio è: questo ti aiuterà a ottenere i risultati che desideri. Ecco alcune informazioni che dovresti includere:
• Il numero di livelli di cui hai bisogno
• Spessore della tavola
• Dimensioni della tavola
• Spessore e peso del rame
• Tracciatura e spaziatura minime
• Dimensione minima del foro
• Anello anulare minimo
• Finitura superficiale
• Soldermask e colore
• Serigrafia e colore
• File di foratura NC Excellon
• Elenco utensili del file di foratura
Puoi inviare i tuoi file di progettazione utilizzando vari software. Convertiremo il file in Gerber RS-274X, che è il tipo di file ottimale. Se stiamo convertendo il tuo file in RS-247X, assicurati di includere i layer Gerber positivi, un file di foratura NC Excellon, un elenco degli utensili di foratura e le informazioni relative ad aperture, soldermask e serigrafia.
Una volta che sai di cosa hai bisogno dai tuoi prototipi e hai raccolto le informazioni necessarie, puoi iniziare il processo di prototipazione. Un’azienda di PCB esperta può fornirti supporto durante tutto questo processo. Scegli un’azienda che offraservizio clienti reattivoe risorse utili per rendere il processo il più semplice possibile.
Lavorare con un partner che fornisce soluzioni complete chiavi in mano può aiutare a semplificare il processo, poiché si evita di dover comunicare con più aziende.
1. Design
La prima fase nella realizzazione di un PCB prototipo è la sua progettazione. Come accennato in precedenza, puoi utilizzare uno dei numerosi software di progettazione PCB per creare il tuo progetto. Assicurati solo di indicarci la versione che hai utilizzato nelle tue note o nei file di progetto.
2. Progettazione schematica
Il progetto schematico descrive informazioni cruciali che i produttori e gli ingegneri utilizzeranno durante il processo di produzione. Include informazioni sui materiali, i componenti e l’hardware utilizzati nella produzione e determina la funzione della scheda, le sue caratteristiche e il posizionamento dei componenti. Alcuni aspetti fondamentali di questa fase sono la scelta della giusta dimensione del pannello e della griglia.
Questo schema fa parte della fase iniziale di progettazione. Una volta che il progettista ha terminato il primo schema, eseguirà un controllo preliminare per individuare potenziali difetti e correggere quelli che emergono. È quindi possibile eseguire simulazioni utilizzando uno strumento specializzato di progettazione PCB per assicurarsi che la scheda funzioni correttamente e che ciò costituisca un controllo di progettazione più approfondito. Il progettista converte poi il progetto elettronico in quello che è noto come netlist, che descrive l’interconnettività dei componenti inclusi.
È utile eseguire regolarmente i controlli delle regole di progettazione durante l’intero processo di progettazione, anziché solo alla fine. Questo approccio consente di risolvere i problemi man mano che si presentano, rendendo il processo di progettazione più efficiente.
3. Distinta base
Avrai anche bisogno dicreare una distinta baseo BOM (Bill of Materials). Questo è un elenco di tutti i componenti e materiali necessari per la produzione e dei relativi dettagli. Se ti affidi a un produttore per l’approvvigionamento dei tuoi componenti, questo è il documento che utilizzerà per assicurarsi di ottenere quelli corretti.
La distinta base include informazioni vitali per ciascun componente, tra cui:
• Quantità: Il numero di componenti richiesti.
• Designatori di riferimento: codici utilizzati per identificare i singoli componenti.
• Valore: Le specifiche per ciascun componente descritte nelle unità appropriate, come ohm o farad.
• Ingombro: La posizione di ciascun componente sulla scheda.
• Codice del produttore: Il codice utilizzato dal produttore del componente.
Una volta completati la distinta base (BOM) e lo schema elettrico, un progettista di layout e un ingegnere componentista controlleranno il documento e raccoglieranno i componenti necessari. L’ingegnere componentista è responsabile della selezione dei componenti che funzioneranno per il progetto e rientreranno nei requisiti di costo e dimensioni del cliente.
4. Progettazione del routing
Devi quindi progettare il routing, tramite le piste, che utilizzerai per collegare ciascun elemento del PCB. Vari fattori giocano un ruolo nella pianificazione del routing, tra cui i livelli di potenza, la generazione di rumore di segnale e la sensibilità al rumore.
La maggior parte dei software di progettazione PCB utilizza la netlist che hai già sviluppato per pianificare il routing. Molti di questi programmi possono calcolare automaticamente i percorsi ottimali in base al numero di strati disponibili e ad altri fattori. Questo processo può richiedere un po’ di tempo, soprattutto per circuiti stampati di grandi dimensioni o schede con molti componenti.
5. Controlli
Dovresti controllare regolarmente il tuo progetto durante tutto il processo per eventuali problemi di funzionalità, ma prima di passare alla fase di fabbricazione, effettua un ultimo esame completo per valutare ogni aspetto del tuo progetto alla ricerca di potenziali problemi.
I problemi comuni da tenere sotto controllo includono le problematiche termiche come i punti caldi. Il tuo progetto dovrebbe mantenere la scheda a una temperatura uniforme. Alcune caratteristiche di progettazione, come la presenza di percorsi termici, spessori di rame variabili, un’ampia dimensione del PCB e il numero di strati del PCB, possono contribuire alla formazione di punti caldi e a temperature non uniformi.
Oltre al controllo termico, dovresti eseguire un design rule check, un controllo layout-versus-schematic (LVS), un electrical rule check (ERC) e un controllo dell’antenna. Molti produttori eseguono anche altre verifiche per un’ulteriore garanzia di qualità.
Dopo aver completato i controlli, puoi inviare i tuoi progetti per i passaggi successivi, che insieme costituiscono il processo di fabbricazione.
6. Creazione del film fotografico
Utilizzando il progetto da te fornito, i professionisti di PCBCart creano innanzitutto una pellicola fotografica del PCB con una stampante chiamata plotter per ogni strato e per la solder mask della scheda. Questa pellicola è un foglio di plastica stampato con un negativo fotografico della scheda, che indica le parti che saranno in rame conduttivo e quelle che saranno non conduttive.
7. Stampa degli strati interni
In questo passaggio applichiamo il rame al materiale del substrato. Iniziamo pre-incollando il rame al substrato, quindi applichiamo uno strato di fotoresist, una pellicola fotosensibile che si indurisce quando viene esposta alla luce ultravioletta. Usiamo la luce UV per indurirla. Qualsiasi area bloccata dall’inchiostro nero del plotter rimane non indurita.
Quindi rimuoviamo qualsiasi fotoresist non indurito, il che lascia il fotoresist indurito a coprire e proteggere il punto in cui dovrebbe trovarsi il rame. Successivamente, rimuoviamo il fotoresist indurito, rivelando il rame esattamente nei punti in cui il progetto indica che dovrebbe trovarsi.
8. Allineare i livelli
Se hai più strati, dovremo allinearli e praticare fori di registro precisi. È fondamentale che combacino perfettamente, perché non potremo correggere gli strati interni una volta che saranno stati combinati.
9. Fusione degli strati insieme
A questo punto, abbiamo i materiali dello strato esterno, noti come prepeg, e il substrato originale ricoperto da un foglio di rame e contenente le incisioni delle piste in rame. Questo passaggio consiste nel fondere insieme questi strati, operazione che avviene in due fasi: stratificazione e laminazione.
Iniziamo posizionando lo strato di prepeg sopra una vaschetta di allineamento, quindi impiliamo lo strato di substrato, il foglio di rame, altro prepeg e un foglio di alluminio e una piastra di pressatura in rame. Questi strati si inseriscono in perni fissati a un tavolo d’acciaio.
Un computer della pressa di laminazione controlla quindi un processo che riscalda il pacco, applica pressione e poi lo raffredda. Possiamo quindi disimballare il pacco rimuovendo i perni e la piastra di pressione. Ciò che rimane è un PCB.
10. Foratura dei fori
Successivamente, pratichiamo dei fori nello stack, che useremo in seguito quando aggiungeremo i componenti. I fori devono essere realizzati con grande precisione, con un diametro di circa 100 micron. Usiamo un localizzatore a raggi X per individuare le posizioni corrette dei fori e un computer controlla le punte di perforazione, che utilizzano mandrini ad aria compressa che ruotano a 150.000 giri al minuto. Sebbene la punta si muova rapidamente, questo processo può richiedere un po’ di tempo: i PCB hanno in genere più di 100 fori.
11. Placcatura in rame
La fase successiva è la placcatura, che utilizza un bagno chimico per depositare uno strato di rame di circa un micron di spessore sulla superficie del pannello. Il rame ricopre l’intero pannello, comprese le pareti interne dei fori. In questo modo viene coperto il materiale in fibra di vetro all’interno del pannello che i fori avevano precedentemente esposto. Computer controllano questo processo con estrema precisione.
12. Imaging dello strato esterno
Successivamente, applichiamo un altro strato di fotoresist sul pannello per esporre gli strati esterni con il tuo design PCB. Questo segue un processo simile a quello utilizzato in precedenza e crea un’inversione degli strati interni.
13. Placcatura in Rame e Stagno
Procediamo quindi con un altro ciclo di placcatura del rame. Lo strato di fotoresist garantisce che il rame si depositi solo sulle parti desiderate della scheda. Successivamente, la scheda riceve solitamente una placcatura di stagno, che serve a proteggere il rame durante la fase successiva.
14. Incisione finale
Le soluzioni chimiche rimuovono quindi l’eventuale rame in eccesso, mentre la placcatura di stagno protegge il rame che crea le aree conduttive. Una volta completata questa fase, i collegamenti conduttivi vengono stabiliti.
15. Applicazione della solder mask
Successivamente, dobbiamo pulire il pannello e applicare un inchiostro di solder mask epossidico. La scheda viene quindi esposta alla luce UV, che attraversa il fotofilm della solder mask e indurisce il film. Le parti coperte e non indurite vengono rimosse.
16. Applicazione della finitura superficiale
Quindi, depositiamo altro rivestimento, spesso in oro o argento. Potremmo anche utilizzare la livellatura ad aria calda per garantire che i pad siano uniformi. A questo punto si ottiene una finitura superficiale.
17. Applicazione della serigrafia
Applichiamo quindi una serigrafia sulla superficie del PCB con una stampa a getto d’inchiostro che riporta informazioni critiche sulla scheda.
18. Taglio
Dopo aver effettuato un test elettrico finale per garantire che la scheda funzioni come previsto, separiamo la singola scheda dal pannello più grande utilizzando un fresatore oppure una scanalatura a V. Dopo il taglio con uno di questi metodi, possiamo facilmente staccare le schede dal pannello.
19. Approvvigionamento
Per prepararti alla fase di prototipazione dell’assemblaggio PCB, dovrai procurarti tutti i componenti. Puoi farlo tu stesso oppure PCBCart puòsorgenta i tuoi componentiper te. Acquisteremo i componenti dai principali distributori autorizzati o dai canali da te consigliati, a seconda delle tue preferenze. Non effettueremo mai una sostituzione senza aver prima ricevuto la tua approvazione.
In questa fase del processo entrerà in gioco la tua distinta base (BOM). È ciò che useremo per assicurarci di approvvigionare i componenti che desideri.
20. Assemblaggio
La fase successiva è l'assemblaggio — o PCBA perassemblaggio di circuiti stampati— in cui alleghiamo i componenti richiesti alla tua scheda.
21. Stencilatura della pasta saldante
Per prima cosa applichiamo una pasta saldante sulla scheda, che si mescola con un flussante per aiutare lo stagno a fondere e ad aderire alla superficie del PCB.
Posizioniamo uno stencil in acciaio inox sopra il PCB in modo che l’applicatore depositi la pasta saldante solo nei punti in cui saranno presenti i componenti nel PCB finito. La distribuisce uniformemente su ogni area aperta. Poi lo stencil viene rimosso, lasciando la pasta saldante nelle posizioni desiderate.
22. Prelievo e Posizionamento
Utilizziamo quindi una macchina pick and place per posizionare i componenti a montaggio superficiale, o SMD, sul PCB. Questo dispositivo colloca questi componenti non connettori sopra la pasta saldante in posizioni preprogrammate.
23. Saldatura a rifusione
Il processo di rifusione solidifica la pasta saldante, che fissa i componenti a montaggio superficiale alla scheda.
In questo passaggio, posizioniamo il PCB su un nastro trasportatore che fa passare la scheda attraverso un forno di rifusione. Questo forno è dotato di una serie di riscaldatori che riscaldano lentamente la scheda fino a circa 480 gradi Fahrenheit, fondendo lo stagno presente nella pasta saldante. Successivamente, la temperatura viene ridotta gradualmente, raffreddando e solidificando lo stagno fuso e fissando in modo permanente i componenti SMD alla scheda.
Per i PCB a doppia faccia, è necessario applicare lo stencil ed eseguire il riflusso separatamente su ciascun lato.
24. Ispezione e Controllo di Qualità
I movimenti accidentali durante il reflow possono causare una scarsa qualità di connessione, la completa assenza di una connessione e cortocircuiti elettrici. A causa di questi rischi, verifichiamo la presenza di errori dopo il completamento della fase di reflow effettuando valutazioni quali controlli manuali, ispezioni ottiche automatiche e ispezioni a raggi X. Testiamo inoltre la funzionalità e la qualità della connessione.
25. Inserimento di componenti a foro passante
Alcune schede richiedono altri componenti oltre agli SMD. Questi componenti sono noti come componenti a foro passante metallizzato, o componenti PTH, e sono metallizzati per tutto lo spessore della scheda in modo da poter inviare un segnale elettrico da un lato all’altro.
La pasta saldante non funziona per i componenti PTH perché passerà direttamente attraverso il foro senza aderire. Devi eseguire la saldatura manualmente oppure usare la saldatura a onda, che consiste nel posizionare la scheda su un nastro trasportatore che la fa passare attraverso un forno specializzato che ricopre completamente il lato inferiore della scheda con stagno fuso. Questo processo salda tutti i pin contemporaneamente. Tuttavia, questo metodo non funziona per le schede a doppia faccia, perché saldare l’intera superficie di un lato di un PCB con componenti elettrici montati lo renderebbe inutilizzabile.
26. Esecuzione di un test di funzionalità
L'ultima fase del processo di assemblaggio del prototipo PCB è un test finale di funzionalità che simula le normali condizioni operative a cui sarà esposto.
