Come sono prodotti i circuiti stampati (PCB)
La fabbricazione PCB è un processo preciso a più stadi che trasforma un progetto di circuito in una scheda fisica con tracce di rame, via e pad per componenti. Le strutture moderne automatizzano la maggior parte dei passaggi per coerenza e produttività.
1. Progettazione e preparazione dati
- Acquisizione schematica e layout: Strumenti EDA (Altium, KiCad, Eagle, OrCAD) definiscono netlist, stackup, posizionamento componenti, routing e regole di progetto (DRC).
- Generazione output: File Gerber RS-274X (o X2), IPC-2581 o ODB++ per ogni strato (rame, maschera di saldatura, serigrafia, foratura, pasta). Include netlist per test elettrico.
- Panelizzazione: Più progetti o copie combinati in un pannello di produzione con fori di attrezzatura, fiduciali e linguette di rottura (V-score o mouse bites).
2. Fabbricazione scheda nuda
Strati interni (Multistrato)
- Preparazione materiale: Pannelli laminati (FR-4, high-Tg, Rogers, poliamide) tagliati a misura.
- Imaging strati interni: Fotoresistivo secco applicato → esposizione UV attraverso pellicola Gerber → sviluppo (resistivo non esposto rimosso).
- Incisione: Cloruro ammoniacale o cloruro cuproso incide il rame esposto; resistivo rimosso.
- Ispezione ottica automatizzata (AOI): Confronta il pattern inciso con il CAD; rileva circuiti aperti, cortocircuiti, tagli.
Laminazione
Gli strati interni sono impilati con prepreg (resina B-stage) e foglio di rame per gli strati esterni. Pressati sotto calore (180–200°C) e pressione (200–400 psi) per polimerizzare in un pannello multistrato solido.
Foratura
- Fori passanti (PTH): Trapano CNC (meccanico) per via e fori componenti. Minimo tipico 0.15–0.2 mm.
- Via cieche / sepolte: Laminazione sequenziale o trapano laser (CO₂/UV) per HDI.
- Desmear / Sbavatura: Rimozione chimica o plasma della resina di sbavatura nei fori per una placcatura affidabile.
Rame chimico ed elettrolisi
- Rame chimico: Sottile (~0.5 µm) strato di seme conduttivo depositato chimicamente sulle pareti dei fori e superfici.
- Imaging strati esterni: Stesso processo fotoresistivo degli strati interni, ma definisce tracce/pad da mantenere.
- Placcatura pattern: Elettrolisi rame (20–35 µm) nelle aree esposte → stagno/piombo o stagno come resistente all'incisione.
- Rimozione e incisione: Resistivo rimosso → incisione alcalina rimuove il rame di base indesiderato → stagno rimosso.
Finiture finali
- Maschera di saldatura (LPI): Epossidica fotoimmaginabile liquida applicata, esposta, sviluppata. Verde, nero, blu, bianco, ecc. Definisce le aree saldabili.
- Finitura superficiale (sul rame esposto):
- HASL (Hot Air Solder Leveling) – con piombo o senza piombo.
- ENIG (Electroless Ni/Immersion Au) – piatta, lunga shelf-life, bondabile con filo.
- OSP (Organic Solderability Preservative) – basso costo, breve shelf-life.
- Immersione Ag, Immersione Sn, ENEPIG, Oro duro (connettori bordo).
- Serigrafia: Legenda inkjet o serigrafata (riferimenti di progetto, polarità, loghi).
- Test elettrico: Sonda volante (prototipi) o banco di chiodi (volume) verifica continuità/isolamento per netlist.
- Routing / V-Score: Schede singole separate dal pannello.
- Ispezione finale e imballaggio: Visiva, dimensionale, microsezione (campioni). Sottovuoto con essiccante.
3. Assemblaggio (PCBA) – Breve panoramica
- Stencilatura pasta saldante: Stencil in acciaio tagliato al laser deposita pasta sui pad.
- Pick-and-Place: Macchine ad alta velocità posizionano componenti SMT (da 0201 a grandi BGA).
- Saldatura riflussi: Forno a convezione/fase vapore con profilo termico controllato.
- Foro passante (THT): Saldatura a onda o selettiva per connettori, grandi condensatori.
- Ispezione: AOI, X-ray (BGA), ICT (In-Circuit Test), Test funzionale.
- Rivestimento conformale / Stampaggio: Protezione ambientale opzionale.
Regole chiave di Design-for-Manufacturing (DFM)
- Min traccia/spazio: 3,5/3,5 mil (standard), 2/2 mil (avanzato), <1,5/1,5 mil (HDI).
- Min foratura: 8 mil (meccanica), 3–4 mil (laser).
- Rapporto aspetto (spessore/foro): ≤ 10:1 (standard), ≤ 16:1 (avanzato).
- Bilanciamento rame tra gli strati per prevenire deformazioni.
- Gocce di saldatura su giunzioni via-traccia.