Sapere come viene prodotta una scheda nuda spiega la maggior parte delle regole di progettazione che Le vengono fornite. Una larghezza minima della pista, una dimensione minima del foro e un anello minimo di rame intorno a un foro non sono arbitrari: ciascuno deriva da una fase seguente. L'ordine descritto è per una tipica scheda multistrato con fori metallizzati; i processi differiscono nei dettagli tra le fabbriche.
1. Preparazione tecnica
Prima che qualsiasi cosa venga tagliata, gli ingegneri della fabbrica leggono i Suoi file, li controllano rispetto al processo e preparano i dati di produzione. Adattano la Sua scheda su un pannello di produzione più grande, aggiungono coupon di collaudo e fiducial al bordo del pannello e regolano le caratteristiche per il processo: per esempio, rendono il rame leggermente più largo per compensare ciò che l'incisione rimuove. Le domande che Lei riceve a questo punto riguardano i file.
Cosa può andare storto: uno strato mancante, un contorno errato, o caratteristiche che il processo non può realizzare. Gli errori rilevati qui non costano nulla.
2. Taglio del laminato
Il laminato rivestito in rame arriva in grandi fogli. Viene tagliato in pannelli della dimensione di lavoro. Per una scheda multistrato, vengono tagliati anche i sottili nuclei interni.
3. Strati interni: esposizione e incisione (solo multistrato)
Il rame su un nucleo interno è coperto con una pellicola fotosensibile (photoresist). Un modello del Suo strato viene esposto alla luce sulla pellicola, attraverso una maschera a pellicola o per esposizione diretta con un laser. La pellicola non esposta o quella esposta (a seconda del tipo di pellicola) viene lavata via, lasciando il rame scoperto dove deve essere rimosso. Il pannello passa attraverso un bagno di incisione, che dissolve il rame esposto. La pellicola rimanente viene rimossa e ciò che resta è il modello in rame.
Cosa può andare storto: l'incisione lateralmente sotto la pellicola rende le piste più strette di quanto disegnato (sottoincisione) e spazi molto sottili potrebbero non liberarsi. Per questo esistono la pista minima e lo spazio minimo.
4. Ispezione degli strati interni
Un'ispezione ottica automatizzata (AOI) confronta ogni strato interno con i Suoi dati. Cortocircuiti e interruzioni trovati qui vengono scartati o riparati. Dopo la laminazione non possono essere visti di nuovo.
5. Laminazione
I nuclei vengono trattati in modo che la resina aderisca al rame, poi impilati con fogli di prepreg (tessuto di vetro parzialmente polimerizzato) tra loro e lamina di rame all'esterno. La pila entra in una pressa riscaldata, che fonde la resina e la polimerizza sotto pressione in un unico pannello solido.
Cosa può andare storto: strati spostati l'uno rispetto all'altro (errore di registrazione), vuoti nella resina, o incurvamento e torsione da una pila sbilanciata. Per questo uno stack-up simmetrico è una buona pratica.
Fasi da 1 a 5, come piccole immagini.
- Fase 1, preparazione tecnica: la Sua scheda adattata su un pannello di produzione, con fiducial e un coupon di collaudo.
- Fase 2, taglio: il laminato tagliato alla dimensione di lavoro.
- Fase 3, strati interni: la luce attraverso la pellicola indurisce il resist; l'incisione rimuove il rame che non è coperto.
- Fase 4, ispezione degli strati interni: una telecamera confronta ogni strato con i Suoi dati.
- Fase 5, laminazione: nuclei e prepreg pressati in un unico pannello.
6. Foratura
I fori vengono forati attraverso il pannello con una punta rotante in carburo, usando un file di foratura. I fori molto piccoli vengono forati con punte piccole, che si rompono facilmente e vengono forate un pannello alla volta o in pile sottili, quindi i fori piccoli costano di più. Alcuni fori molto piccoli sono invece realizzati con il laser.
Cosa può andare storto: deviazione della punta, quindi i fori sono fuori centro e l'anello di rame intorno a un foro (l'anello anulare) diventa troppo sottile o si rompe su un lato. Un foro la cui profondità è molte volte il suo diametro (un rapporto d'aspetto elevato) è difficile da metallizzare nella fase successiva.
7. Pulizia dei fori e renderli conduttivi
Le pareti dei fori forati sono sporche di resina e non hanno rame. Una fase chimica pulisce lo sporco. Poi un sottile strato di rame viene depositato su tutto il pannello, incluso l'interno dei fori, con un processo chimico senza corrente (rame chimico).
8. Metallizzazione del rame
Il pannello viene galvanizzato per accumulare rame sul sottile strato chimico, in modo che le pareti dei fori portino un robusto cilindro di rame. Questa è la fase che rende il foro metallizzato una connessione tra strati e ispessisce anche il rame superficiale.
Cosa può andare storto: vuoti nel cilindro, o metallizzazione sottile nei fori profondi. Questi si manifestano come connessioni intermittenti dopo cicli termici.
9. Strati esterni: esposizione e incisione
Gli strati esterni vengono esposti con photoresist come lo erano gli strati interni. Il metodo abituale è la metallizzazione del modello: il resist lascia piste e pad aperti, quelle aree vengono metallizzate con rame e poi con un sottile strato di stagno, che agisce come resist per l'incisione. Poi il resist viene rimosso e il rame che non è coperto dallo stagno viene inciso via, poi lo stagno viene rimosso. (Un altro metodo, tent and etch, protegge le piste con resist e incide il resto.)
10. Maschera di saldatura
Il pannello viene rivestito con maschera, che viene esposta attraverso il Suo strato maschera, sviluppata e polimerizzata. Veda Maschera di saldatura, serigrafia e trattamenti delle vie.
Cosa può andare storto: maschera sui pad per cattiva registrazione, ponti tra pad fini persi, inchiostro nei fori che dovrebbero restare aperti.
Fasi da 6 a 10.
- Fase 6, foratura: una punta fora attraverso il pannello.
- Fase 7, pulizia e un sottile strato di rame su tutto il pannello, pareti dei fori incluse.
- Fase 8, metallizzazione: il rame viene accumulato in un robusto cilindro e sulla superficie.
- Fase 9, strati esterni: le piste vengono stagnate come resist per l'incisione e l'altro rame viene inciso via.
- Fase 10, maschera di saldatura: sopra le piste, aperta in corrispondenza dei pad.
11. Finitura superficiale
Il rame esposto riceve la sua finitura: livellamento con saldatura ad aria calda, oro a immersione sopra nichel, una pellicola organica e così via. Veda Finiture superficiali a confronto.
12. Serigrafia
La legenda viene stampata sopra la maschera e polimerizzata. L'inchiostro sui pad è un difetto.
13. Profilatura: fresatura e incisione
Il pannello viene tagliato in schede. Un router segue il Suo contorno e lascia piccole linguette se le schede restano in un pannello. In alternativa una scanalatura a V viene tagliata a metà spessore da entrambi i lati (incisione a V) in modo che le schede possano essere separate a rottura. Asola, ritagli e metallizzazione del bordo avvengono anche qui. Veda Pannellizzazione e schede piccole.
Cosa può andare storto: fresatura troppo vicino al rame, che lo espone al bordo.
14. Collaudo elettrico
Ogni scheda viene collaudata per continuità e isolamento rispetto alla netlist costruita dai Suoi file. Vengono usati due metodi: un tester a sonde volanti, con sonde mobili, che non richiede attrezzatura e si adatta a prototipi e piccole produzioni; e un'attrezzatura con molti pin fissi (un letto di aghi), che è più veloce per produzioni più grandi e costa di più da attrezzare. Il collaudo trova interruzioni e cortocircuiti. Non trova un errore di progettazione: collauda che la scheda corrisponda ai Suoi file, non che i Suoi file corrispondano al Suo circuito.
15. Ispezione finale e imballaggio
Le schede vengono ispezionate visivamente, misurate per spessore e dimensione e controllate rispetto all'ordine. Alcune fabbriche tagliano microsezioni dai coupon di collaudo, per controllare la metallizzazione e gli strati. Le schede vengono cotte se richiesto, imballate sottovuoto con essiccante e imballate.
Fasi da 11 a 15.
- Fase 11, finitura superficiale sul rame esposto.
- Fase 12, legenda stampata sopra la maschera.
- Fase 13, profilatura: il router segue il contorno e lascia linguette, o una scanalatura viene tagliata tra le schede.
- Fase 14, collaudo elettrico: le sonde toccano i pad e controllano interruzioni e cortocircuiti.
- Fase 15, ispezione finale e imballaggio.
Cosa Lei può trarne
- Le caratteristiche fini riducono la resa all'esposizione e all'incisione, quindi costano di più.
- Fori piccoli, fori profondi e anelli sottili sono rischi alla foratura e alla metallizzazione.
- Gli strati devono essere bilanciati e registrati, altrimenti la scheda si deforma.
- Una scheda che supera il collaudo elettrico è costruita come disegnata. Se il disegno è corretto è Suo compito verificarlo.
Come si presenta quando Lei ordina qui
I 25 controlli al caricamento esaminano le stesse cose che l'ingegnere di produzione esamina nella fase 1: strati mancanti, un contorno aperto, fori che mancano i loro pad, caratteristiche al di sotto di ciò che il processo realizza e la corrispondenza tra i file e ciò che Lei ha ordinato. I limiti sono nella pagina delle capacità produttive. Un ingegnere conferma ogni ordine prima che la produzione inizi. Per seguire cosa accade alla scheda nuda finita, legga Come vengono assemblate le schede.