Etapas do Processo de Fabricação de PCB: Um Guia Abrangente para a Construção de Placas de Circuito

A fabricação de placas de circuito impresso (PCB) é um processo preciso e de várias etapas que transforma um projeto digital em uma plataforma física para componentes eletrônicos.Cada etapa, desde a selecção do material até ao ensaio final, exige precisão para garantir que o PCB funcione de forma fiável na sua aplicação pretendida.Seja para um simples sensor de IoT ou uma complexa estação base 5G, entender o processo de fabricação é fundamental para otimizar o projeto, custo e desempenho.

Este guia descreve as 10 etapas principais da fabricação de PCB, destacando as principais tecnologias, verificações de qualidade e diferenças entre processos padrão e avançados.Você terá um roteiro claro de como seu projeto se torna uma placa de circuito funcional.

Principais conclusões
a. A fabricação de PCB envolve 10 etapas críticas, desde o corte do material até ao ensaio final, sendo que cada etapa afeta o desempenho e o custo.
b.Os processos avançados (por exemplo, perfuração a laser, inspecção óptica automatizada) melhoram a precisão, mas aumentam os custos de produção em 10 a 30% em comparação com os métodos padrão.
c. A seleção de materiais (FR4 versus Rogers) e a contagem de camadas (2 versus 16 camadas) afetam significativamente a complexidade da fabricação e o tempo de execução.
d.Os controlos de qualidade em cada fase reduzem as taxas de defeito de 10% (sem inspecções) para < 1% (teste abrangente), reduzindo os custos de retrabalho em 70%.

Visão geral da fabricação de PCB: do projeto à produção
A fabricação de PCB converte um arquivo CAD (Computer-Aided Design) em uma placa física através de uma série de processos subtrativos e aditivos.e aplicação mas segue uma sequência de núcleo consistenteAbaixo está uma visão geral de alto nível antes de mergulhar em detalhes:
1.Revisão do projeto e preparação do ficheiro CAM
2.Corte de material
3. Imagem da camada interna
4.Capa interna de gravação
5.Laminagem de camadas
6- Perfuração.
7- Está a plantar.
8. Imagem de camada externa e gravação
9. Aplicação de acabamento superficial
1.Teste final e inspecção

Passo 1: Revisão do projeto e preparação do ficheiro CAM
Antes do início da fabricação, o projecto deve ser validado e convertido em ficheiros prontos para fabrico.
a. Verificação do desenho para a fabricação (DFM): os engenheiros revisam o desenho CAD para garantir que ele satisfaz as restrições de fabricação (por exemplo, largura mínima de traço de 0,1 mm, tamanho do orifício ≥ 0,2 mm).Problemas como espaçamento apertado ou recursos não suportados são sinalizados para evitar atrasos de produção.
b.Conversão de ficheiros CAM: o projecto é convertido em ficheiros CAM (Computer-Aided Manufacturing), que incluem dados de camadas, coordenadas de perfuração e especificações de materiais.Software como Gerber e formatos ODB++ são padrão.
c.Panelagem: pequenos PCBs são agrupados em painéis maiores (por exemplo, 18 "× 24") para maximizar o uso de materiais e agilizar a produção.
Métrica-chave: uma verificação completa do DFM reduz o retrabalho pós-fabricação em 40%.

Etapa 2: Corte do material
O substrato de base (normalmente FR4, um epoxi reforçado com vidro) é cortado até ao tamanho do painel necessário.
a. Seleção de substrato: FR4 é usado para 90% dos PCBs devido ao custo e versatilidade.
b.Processo de corte: Tesouras automáticas ou cortadores a laser cortam o substrato até às dimensões do painel (por exemplo, 12 "x 18") com uma tolerância de ± 0,1 mm. O corte a laser é mais preciso (± 0,01 mm).05 mm) mas 20% mais lento do que o corte mecânico.
c. Desbarramento: as bordas são alisadas para remover as barragens, evitando danos ao equipamento nas etapas subsequentes.

Passo 3: Imagem da camada interna
Para PCBs multicamadas, as camadas internas são padronizadas com traços de cobre usando fotolitografia.
a.Limpeza: Os painéis são limpos quimicamente para remover óleo, poeira e oxidação, garantindo a adequação adequada do fotoresistente.
b. Aplicação fotoresistente: um polímero fotoresistente (fotoresistente) é aplicado através de revestimento em rolos (espessura: 10 ‰ 20 μm).filme seco para desenhos maiores.
c. Exposição: o painel é exposto à luz UV através de uma fotomasca (estêncil do projeto do circuito).
d. Desenvolvimento: O fotoresistente não endurecido é lavado com uma solução química (por exemplo, carbonato de sódio), deixando o padrão de traço desejado protegido.
Tecnologia avançada: a imagem direta a laser (LDI) substitui as máscaras fotográficas pela digitalização a laser, permitindo larguras de traço tão pequenas quanto 0,025 mm para PCBs HDI (High-Density Interconnect).

Passo 4: Gravação da camada interna
A gravação remove o cobre indesejado, deixando apenas os traços de padrão.
a. Tipos de gravadores:
Cloreto de ferro: acessível, mas mais lento; usado para produção de baixo volume.
Persulfato de amónio: mais rápido, mais preciso; ideal para projetos de alto volume e de tom fino.
b. Processo: o painel é imerso ou pulverizado com gravador, que dissolve o cobre desprotegido.O tempo de gravação (2-5 minutos) é calibrado para evitar gravações excessivas (marcas de estreitamento) ou subgravações (cobre residual).
c. Resistência à destilação: o fotoresistente remanescente é removido com solvente ou solução alcalina, revelando os vestígios de cobre.
Verificação de qualidade: AOI (Automated Optical Inspection) verifica defeitos como traços ausentes, shorts ou gravações abaixo, detectando 95% dos erros antes da laminação.

Etapa 5: Laminagem de camadas
PCBs de várias camadas são ligados entre si usando calor e pressão.
a.Preparação do pré-preg: folhas de pré-preg (fibra de vidro impregnada com epoxi não curado) são cortadas ao tamanho.
b.Embalagem: as camadas internas, a prepreg e as folhas de cobre externas são alinhadas usando pinos de ferramenta (tolerância: ± 0,05 mm)..
c.Prensagem: A pilha é aquecida (170-180 °C) e pressionada (300-500 psi) durante 60 a 90 minutos, curando as camadas de prepreg e de ligação num único painel.
Desafio: as bolhas de ar entre as camadas causam a delaminação. A pressão a vácuo (que remove o ar antes do curado) reduz este risco em 90%.

Etapa 6: Perfuração
Os furos são perfurados para conectar camadas (vias) e montar componentes (buracos).
a. Tipos de perfuração:
Perfuradores mecânicos: para furos ≥ 0,2 mm; rápidos, mas menos precisos.
Excavadoras a laser: para microvias (0,05 ∼0,2 mm); utilizadas em PCB HDI.
b.Processo: máquinas de perfuração CNC seguem as coordenadas do arquivo CAM, perfurando até 10.000 furos por hora.
c. Descabeçamento: os furos são limpos para remover as cascas de cobre, garantindo uma cobertura fiável.

Etapa 7: Revestimento
Os furos e as camadas externas são revestidos de cobre para criar conexões elétricas entre as camadas.
a. Desmanchar: Os produtos químicos (por exemplo, o permanganato) removem as manchas epóxi dos furos perfurados, garantindo a adesão do cobre.
b. Revestimento de cobre sem eletricidade: Uma fina camada (0,5 μm) de cobre é depositada nas paredes dos furos e nas superfícies externas sem eletricidade, criando uma base condutora.
c. Eletroplatação: o painel é submerso num banho de sulfato de cobre e a corrente é aplicada a cobre espesso (15 ‰ 30 μm) em traços e paredes de buracos.
Opção avançada: através do preenchimento (eletroplatação para preencher completamente os furos) acrescenta resistência mecânica, ideal para aplicações de alta vibração (automóvel, aeroespacial).

Passo 8: Imagem e gravação da camada externa
As camadas externas são desenhadas de forma semelhante às camadas internas, mas com passos adicionais para máscara de solda e serigrafia.
a. Imagem: A fotoresistência é aplicada, exposta e desenvolvida para definir traços externos.
b. Gravatagem: é removido o cobre desprotegido, deixando vestígios externos e almofadas.
c. Aplicação de máscara de solda: um polímero verde (mais comum) ou colorido é aplicado para cobrir vestígios, deixando as almofadas expostas para solda.
d. Impressão em serigrafia: a tinta é impressa na máscara de solda para rotular os componentes (por exemplo, "R1", "+5V"), facilitando a montagem e a resolução de problemas.
Tendência: As máscaras de solda transparentes e a tela de seda branca estão a ganhar popularidade para os PCB LED, melhorando a difusão da luz.

Etapa 9: Aplicação de acabamento de superfície
Os acabamentos de superfície protegem as almofadas de cobre expostas da oxidação e garantem uma solda confiável.

Etapa 10: Ensaios e inspecções finais
O painel acabado é submetido a testes rigorosos para garantir a qualidade.
a. Teste elétrico: um testador de sonda voadora verifica a presença de calções curtos, aberturas e resistência em todas as redes, verificando a conectividade.
b.AOI: Câmaras de alta resolução inspeccionam defeitos (por exemplo, máscara de solda desalinhada, tela de seda ausente).
c. Inspecção por raios-X: Utilizada para PCB BGA e HDI para verificar juntas de solda ocultas e qualidade.
d. Ensaios de impedância: para PCB de alta velocidade, um TDR (Time Domain Reflectometer) verifica a impedância controlada (por exemplo, 50Ω, 100Ω) para garantir a integridade do sinal.
e.Depanelização: o painel é cortado em PCBs individuais usando roteamento, pontuação ou corte a laser, dependendo do projeto.

Fabricação padrão versus avançada: principais diferenças

Perguntas frequentes
P: Quanto tempo leva a fabricação de PCB?
R: 5 ‰ 7 dias para PCBs padrão de 2 camadas; 10 ‰ 14 dias para placas HDI de 16 camadas.

P: O que causa defeitos na fabricação de PCB?
R: Os problemas comuns incluem erro de registo da camada (lamação deficiente), baixo/excesso de gravação e desalinhamento da perfuração.

P: Posso alterar o meu desenho após o início da fabricação?
R: As alterações após a laminação de camadas são dispendiosas (50% do custo original).

P: Quanto custa a fabricação de PCB?
R: (5 ¢) 15 para PCBs padrão de 2 camadas (1000 unidades); (20 ¢) 50 para placas HDI avançadas de 16 camadas.

P: Qual é o número máximo de camadas para PCB?
R: Os PCBs comerciais atingem mais de 40 camadas (por exemplo, supercomputadores), mas a maioria das aplicações usa 2 ∼ 16 camadas.

Conclusão
A fabricação de PCB é um processo de precisão que equilibra a complexidade do projeto, a ciência dos materiais e a tecnologia de fabricação.Cada passo desempenha um papel crítico na garantia da placa atende a requisitos elétricos, requisitos mecânicos e de fiabilidade.
A compreensão destas etapas ajuda os engenheiros a otimizar os projetos em função do custo e do desempenho, quer seja escolhendo o ENIG em vez do HASL para um dispositivo médico ou especificando a perfuração a laser para um PCB HDI para smartphones.À medida que a eletrónica evolui, os processos de fabrico continuarão a avançar, permitindo PCBs menores, mais rápidos e mais confiáveis para as tecnologias do amanhã.

Ao fazer parceria com um fabricante que prioriza as verificações de qualidade e usa equipamentos avançados, pode garantir que os seus PCBs atendam às demandas das aplicações mais desafiadoras.