Savoir comment une carte nue est fabriquée explique la plupart des règles de conception qui vous sont données. Une largeur de piste minimale, un diamètre de trou minimal et un anneau minimal de cuivre autour d'un trou ne sont pas arbitraires : chacun vient d'une étape ci-dessous. L'ordre décrit est celui d'une carte multicouche typique avec des trous métallisés ; les procédés diffèrent dans le détail entre usines.
1. Préparation par l'ingénierie
Avant que quoi que ce soit soit coupé, les ingénieurs de l'usine lisent vos fichiers, les vérifient par rapport au procédé, et préparent les données de production. Ils placent votre carte sur un panneau de production plus grand, ajoutent des coupons de test et des repères au bord du panneau, et ajustent les éléments pour le procédé : par exemple, ils rendent le cuivre légèrement plus large pour compenser ce que la gravure enlève. Les questions que vous recevez à ce stade portent sur les fichiers.
Ce qui peut mal se passer : une couche manquante, un mauvais contour de la carte, ou des éléments que le procédé ne peut pas réaliser. Les erreurs repérées ici ne coûtent rien.
2. Découpe du stratifié
Le stratifié revêtu de cuivre arrive en grandes feuilles. Il est découpé en panneaux de la taille de travail. Pour une carte multicouche, les âmes internes fines sont découpées aussi.
3. Couches internes : imagerie et gravure (multicouche uniquement)
Le cuivre d'une âme interne est couvert d'un film photosensible (photoresist). Un motif de votre couche est exposé à la lumière sur le film, soit à travers un masque film, soit par imagerie directe au laser. Le film non exposé ou le film exposé (selon le type de film) est éliminé par lavage, laissant le cuivre à découvert là où il doit être enlevé. Le panneau passe dans un bain de gravure, qui dissout le cuivre exposé. Le film restant est retiré, et ce qui reste est le motif en cuivre.
Ce qui peut mal se passer : la gravure latérale sous le film rend les pistes plus étroites que dessinées (sous-gravure), et les espacements très fins peuvent ne pas se dégager. C'est pourquoi la piste et l'espacement minimaux existent.
4. Inspection des couches internes
Une inspection optique automatisée (AOI) compare chaque couche interne avec vos données. Les courts-circuits et les coupures trouvés ici sont mis au rebut ou réparés. Après le laminage, ils ne peuvent plus être vus.
5. Laminage
Les âmes sont traitées pour que la résine adhère au cuivre, puis empilées avec des feuilles de préimprégné (tissu de verre partiellement durci) entre elles et une feuille de cuivre à l'extérieur. L'empilage (stack-up) passe dans une presse chauffée, qui fait fondre la résine et la durcit sous pression en un panneau solide unique.
Ce qui peut mal se passer : des couches décalées les unes par rapport aux autres (erreur d'alignement), des vides dans la résine, ou un cintrage et une torsion dus à un empilage (stack-up) déséquilibré. C'est pourquoi un empilage (stack-up) symétrique est une bonne pratique.
Étapes 1 à 5, en petites images.
- Étape 1, préparation par l'ingénierie : votre carte placée sur un panneau de production, avec des repères et un coupon de test.
- Étape 2, découpe : le stratifié découpé à la taille de travail.
- Étape 3, couches internes : la lumière à travers le film durcit le résist ; la gravure enlève le cuivre qui n'est pas couvert.
- Étape 4, inspection des couches internes : une caméra compare chaque couche avec vos données.
- Étape 5, laminage : âmes et préimprégné pressés en un panneau.
6. Perçage
Les trous sont percés à travers le panneau avec un foret en carbure en rotation, à l'aide d'un fichier de perçage. Les très petits trous sont percés avec de petits forets, qui se cassent facilement et sont percés un panneau à la fois ou en piles fines, donc les petits trous coûtent plus cher. Certains très petits trous sont réalisés au laser à la place.
Ce qui peut mal se passer : une dérive du foret, donc des trous décentrés, et l'anneau de cuivre autour d'un trou (l'anneau annulaire) devient trop fin ou se rompt d'un côté. Un trou dont la profondeur vaut de nombreuses fois son diamètre (un rapport d'aspect élevé) est difficile à métalliser à l'étape suivante.
7. Nettoyage des trous et mise en conductivité
Les parois des trous percés sont enduites de résine et n'ont pas de cuivre. Une étape chimique nettoie l'enduit. Puis une fine couche de cuivre est déposée sur tout le panneau, y compris à l'intérieur des trous, par un procédé chimique sans courant (cuivre chimique).
8. Métallisation du cuivre
Le panneau est galvanisé pour accumuler du cuivre sur la fine couche chimique, de manière à ce que les parois des trous portent un fût de cuivre robuste. C'est l'étape qui fait du trou métallisé une connexion entre couches, et elle épaissit aussi le cuivre de surface.
Ce qui peut mal se passer : des vides dans le fût, ou une métallisation fine dans les trous profonds. Ceux-ci se manifestent comme des connexions intermittentes après des cycles thermiques.
9. Couches externes : imagerie et gravure
Les couches externes sont imagées avec un photoresist comme les couches internes l'ont été. La méthode habituelle est la métallisation de motif : le résist laisse les pistes et les pads ouverts, ces zones sont métallisées au cuivre puis avec une fine couche d'étain, qui sert de résist de gravure. Puis le résist est retiré et le cuivre qui n'est pas couvert d'étain est gravé, puis l'étain est enlevé. (Une autre méthode, masquage et gravure, protège les pistes avec du résist et grave le reste.)
10. Vernis épargne
Le panneau est revêtu de vernis épargne, qui est exposé à travers votre couche de vernis épargne, développé, et durci. Voir Vernis épargne, sérigraphie et traitements des vias.
Ce qui peut mal se passer : du vernis épargne sur les pads par mauvais alignement, des ponts entre pads fins perdus, de l'encre dans des trous qui doivent rester ouverts.
Étapes 6 à 10.
- Étape 6, perçage : un foret perce à travers le panneau.
- Étape 7, nettoyage et fine couche de cuivre sur tout le panneau, parois des trous incluses.
- Étape 8, métallisation : le cuivre est accumulé en un fût robuste et sur la surface.
- Étape 9, couches externes : les pistes sont étamées comme résist de gravure, et l'autre cuivre est gravé.
- Étape 10, vernis épargne : sur les pistes, ouvert aux pads.
11. Finition de surface
Le cuivre exposé reçoit sa finition : nivellement à l'air chaud, or par immersion sur nickel, un film organique, et ainsi de suite. Voir Finitions de surface comparées.
12. Sérigraphie
La sérigraphie est imprimée sur le vernis épargne et durcie. De l'encre sur les pads est un défaut.
13. Profilage : fraisage et rainurage
Le panneau est découpé en cartes. Une fraiseuse suit votre contour de la carte, et laisse de petites attaches si les cartes restent en panneau. Sinon, une rainure en V est coupée à mi-épaisseur depuis les deux faces (rainurage en V) pour que les cartes puissent être séparées par rupture. Les fentes, les découpes et la métallisation des chants ont lieu ici aussi. Voir Panélisation et petites cartes.
Ce qui peut mal se passer : un fraisage trop proche du cuivre, qui l'expose au bord.
14. Test électrique
Chaque carte est testée en continuité et en isolation par rapport à la netlist construite à partir de vos fichiers. Deux méthodes sont utilisées : un testeur à sondes mobiles, avec des sondes mobiles, qui n'a besoin d'aucun montage et convient aux prototypes et aux petites séries ; et un montage avec de nombreuses broches fixes (un lit de clous), qui est plus rapide pour les grandes séries et coûte plus cher à préparer. Le test trouve les coupures et les courts-circuits. Il ne trouve pas une erreur de conception : il teste que la carte correspond à vos fichiers, et non que vos fichiers correspondent à votre circuit.
15. Inspection finale et emballage
Les cartes sont inspectées visuellement, mesurées en épaisseur et en taille, et vérifiées par rapport à la commande. Certaines usines découpent des microsections dans les coupons de test, pour vérifier la métallisation et les couches. Les cartes sont cuites si nécessaire, emballées sous vide avec un dessiccant, et emballées.
Étapes 11 à 15.
- Étape 11, finition de surface sur le cuivre exposé.
- Étape 12, sérigraphie imprimée sur le vernis épargne.
- Étape 13, profilage : la fraiseuse suit le contour et laisse des attaches, ou une rainure est coupée entre les cartes.
- Étape 14, test électrique : des sondes touchent les pads et vérifient les coupures et les courts-circuits.
- Étape 15, inspection finale et emballage.
Ce que vous pouvez en retenir
- Les éléments fins réduisent le rendement à l'imagerie et à la gravure, donc ils coûtent plus cher.
- Les petits trous, les trous profonds et les anneaux fins sont des risques au perçage et à la métallisation.
- Les couches doivent être équilibrées et alignées, sinon la carte se déforme.
- Une carte qui passe le test électrique est fabriquée telle que dessinée. La question de savoir si le dessin est correct relève de votre revue.
Comment cela se présente quand vous commandez ici
Les 25 vérifications au téléversement examinent les mêmes points que l'ingénieur de production examine à l'étape 1 : couches manquantes, un contour ouvert, des trous qui manquent leurs pads, des éléments en dessous de ce que le procédé réalise, et la correspondance entre les fichiers et ce que vous avez commandé. Les limites sont sur la page des capacités. Un ingénieur confirme chaque commande avant le début de la production. Pour suivre ce qui arrive à la carte nue finie, lisez Comment les cartes sont assemblées.