O que é a Fabricação de PCB: Um Guia Passo a Passo para o Processo de Fabricação de PCB

A fabricação de PCB é o processo de criar placas nuas que servirão de base para a montagem de circuitos impressos. É essencial escolher seu contratante de fabricação de PCB com cuidado, pois até pequenos erros podem tornar toda a placa inútil. A comunicação eficaz entre a equipe de design e os fabricantes é fundamental, especialmente à medida que a fabricação tem se deslocado cada vez mais para o exterior.

Neste post, vamos aprofundar tudo o que você precisa saber sobre o processo de fabricação de PCB. Abordaremos o pré-processo, o processo completo de fabricação de PCB e considerações importantes ao escolher uma empresa de fabricação de PCB.

O que é fabricação de PCB

A fabricação de PCB é o processo de transformar um projeto de placa de circuito em uma estrutura física com base nas especificações fornecidas no pacote de design de PCB. Envolve uma série de etapas e técnicas para produzir um PCB funcional.

A fabricação de PCB é uma etapa crucial no processo de desenvolvimento de PCB. Ela traduz o design em uma placa física que pode ser montada com componentes eletrônicos para criar um dispositivo eletrônico funcional. A qualidade do processo de fabricação impacta diretamente a confiabilidade do PCB. Garante que o PCB atenda às especificações necessárias e forneça desempenho elétrico, transmissão de sinais e durabilidade ideais.

A fabricação de PCB é apenas uma parte do processo geral de fabricação de PCB. A montagem de PCB é uma etapa separada que segue a fabricação de PCB, envolvendo a colocação de componentes na placa para torná-la funcional. Enquanto a fabricação de PCB foca na criação da estrutura física da placa.

Qual é a Diferença Entre o Processo de Fabricação de PCB e Montagem de PCB

A fabricação de PCB e a montagem de PCB são duas etapas cruciais no processo de fabricação de PCB.

Fabricação de PCB

A fabricação de PCB envolve transformar um projeto de circuito em uma estrutura física de placa. É como criar o projeto de uma cidade, com caminhos, ruas e zoneamentos. Nesse processo, o design é transferido para a placa usando várias técnicas, como gravação ou impressão. O objetivo é criar uma base robusta e confiável para que os componentes eletrônicos sejam colocados.

Montagem de PCB

A montagem de PCB é o processo de realmente colocar componentes na placa fabricada para torná-la funcional. É como construir edifícios em uma cidade. Durante esse processo, componentes eletrônicos como resistores, capacitores e microchips são soldados na placa. Esses componentes trabalham juntos para criar o circuito eletrônico desejado. A montagem de PCB dá vida à placa e permite que ela desempenhe sua função pretendida.

A montagem de PCB é um processo delicado que requer precisão e expertise. Os componentes devem ser colocados com precisão e soldados corretamente para garantir uma PCB confiável e de alto desempenho.

A Diferença

A fabricação de PCB foca na criação da estrutura física da placa, enquanto a montagem de PCB envolve adicionar os componentes eletrônicos para tornar a placa operacional. Ambos os processos são essenciais e trabalham juntos para criar uma placa de circuito impresso funcional e confiável.

Antes do Processo de Fabricação da PCB

Fabricar uma placa de circuito impresso requer atenção cuidadosa aos detalhes. Antes de iniciar o processo, é essencial completar várias etapas importantes para garantir uma construção bem-sucedida da placa. Vamos analisar essas etapas com mais detalhes:

Realizar uma Revisão de Engenharia Abrangente para o Circuito

Antes de iniciar o processo de fabricação de PCB, é crucial realizar uma revisão de engenharia completa do circuito. Essa revisão envolve examinar cuidadosamente o design para identificar possíveis problemas ou áreas de melhoria. Ao realizar essa revisão, você pode detectar erros ou inconsistências cedo, economizando tempo e recursos a longo prazo.

Sincronizar Bancos de Dados de Esquemático e Layout

Para evitar discrepâncias ou desalinhamentos, é vital sincronizar os bancos de dados de esquemático e layout. Essa etapa garante que o design seja representado com precisão tanto no esquemático quanto no layout físico da PCB. Ao sincronizar esses bancos de dados, você pode prevenir inconsistências que possam surgir durante o processo de fabricação.

Realizar Simulação Completa de Circuito, Integridade de Sinal e Análise de Integridade de Energia

Para garantir a funcionalidade e confiabilidade da PCB, é essencial realizar uma simulação de circuito abrangente, análise de integridade de sinal e análise de integridade de energia. Essas análises ajudam a identificar possíveis problemas no projeto do circuito, como interferência de sinal ou problemas de distribuição de energia. Ao resolver essas questões antes da fabricação, você pode evitar retrabalho ou solução de problemas custosos posteriormente.

Verificar Regras e Restrições de Design da PCB

Antes de prosseguir com o processo de fabricação, é fundamental verificar se o design da PCB está de acordo com as regras e restrições de design especificadas. Essa etapa garante que o projeto atenda aos padrões e diretrizes de fabricação necessários. Ao verificar essas regras e restrições, você pode evitar problemas de fabricação ou preocupações com a qualidade que possam surgir durante a produção.

Revisar Lista de Materiais e Regras de Design para Fabricação

Por fim, é essencial revisar a lista de materiais (BOM) e as regras de design para fabricação (DFM). A BOM inclui uma lista de todos os componentes e materiais necessários para a montagem da PCB, enquanto as regras de DFM descrevem as diretrizes e especificações de fabricação. Ao revisar esses documentos, você pode garantir que a BOM seja precisa e completa, e que o projeto esteja em conformidade com as regras de DFM.

Como é fabricada a PCB

A fabricação de PCB envolve várias etapas que garantem a criação de um PCB de alta qualidade e funcional. É um procedimento complexo e intricado que requer expertise e atenção aos detalhes. Cada etapa desempenha um papel crucial na garantia da qualidade e confiabilidade do PCB final. Ao entender como funciona a fabricação de PCB, engenheiros e designers podem tomar decisões informadas durante o processo de design e fabricação, levando a dispositivos eletrônicos de melhor desempenho.

O processo de fabricação da PCB pode ser dividido nas seguintes etapas:

Impressão do Layout Desejado

A primeira etapa é imprimir o layout desejado em laminados revestidos de cobre. Isso é feito usando um software especializado para criar o layout do projeto e, em seguida, usando técnicas de imagem para transferir o layout para a superfície de cobre usando um material sensível à luz chamado fotoresist. O projeto da PCB é impresso em um filme, que é então usado para expor o fotoresist à luz ultravioleta (UV). As áreas expostas à luz endurecem, enquanto as áreas não expostas permanecem macias.

Gravação ou Remoção de Cobre Excessivo

Após a impressão do layout desejado na superfície de cobre, o próximo passo é remover o cobre excessivo para revelar as trilhas e pads, chamado de gravação. A gravação remove o cobre em excesso das camadas internas e superficiais da placa para revelar as trilhas e pads desejados. As áreas protegidas pelo fotoresist endurecido permanecem intactas, enquanto o cobre exposto é dissolvido por uma solução de ataque.

Criando a Pilha de Camadas da PCB

Depois que o cobre excessivo é removido, criamos a pilha de camadas da PCB laminando (aquecendo e pressionando) os materiais da placa em altas temperaturas. Isso envolve pressionar e aquecer os materiais da placa juntos para formar uma estrutura sólida com o número desejado de camadas. Garante o alinhamento adequado e a ligação entre as diferentes camadas da PCB.

Perfuração de Furos

Após a pilha de camadas, buracos são perfurados na PCB para acomodar furos de montagem, pinos de passagem e vias. Esses furos permitem a colocação de componentes e conexões entre as camadas. Os furos perfurados geralmente são revestidos com um material condutor para garantir continuidade elétrica.

Revestimento

A próxima etapa é o revestimento. A PCB é depositada em um banho de eletrodeposição, onde uma fina camada de metal, geralmente cobre, é depositada nas superfícies de cobre expostas e nos orifícios perfurados. Este processo de revestimento melhora a condutividade e garante conexões confiáveis. A galvanização de cobre também pode aumentar a espessura das trilhas de cobre ou criar furos revestidos. 

Máscara de Solda

Uma máscara de solda é aplicada à PCB para proteger as trilhas de cobre e evitar pontes de solda durante o processo de montagem. A máscara de solda é tipicamente verde, mas também pode estar em outras cores, como vermelho, azul ou preto.

Impressão em serigrafia

A impressão em serigrafia é o processo de adicionar rótulos de componentes, logotipos e outras marcações na superfície da PCB. Essa etapa ajuda na colocação e identificação dos componentes durante a montagem e resolução de problemas.

Acabamento de Superfície

A etapa final na fabricação da PCB é a aplicação de um acabamento de superfície nas áreas de cobre expostas da PCB. O acabamento de superfície protege as áreas de cobre e facilita a soldagem durante a montagem para evitar oxidação e melhorar a durabilidade da placa. 

Acabamentos de superfície comuns incluem HASL (Nivelamento de Solda a Ar Quente), ENIG (Ouro de Imersão de Níquel Sem Eletrodo) e OSP (Preservativo Orgânico de Soldabilidade).

Após a conclusão do processo de fabricação da PCB, as placas finalizadas passam por inspeção e testes para garantir sua funcionalidade antes da montagem ou envio. Equipamentos de teste automatizado são usados para identificar quaisquer curtos ou defeitos que possam comprometer o desempenho da PCB.

Como Implementar um Processo Eficaz de Fabricação de PCB

Quando se trata de fabricação de PCB, os processos de design e fabricação são frequentemente realizados por entidades diferentes. Na maioria dos casos, o fabricante contratado (CM) fabrica a placa de circuito impresso com base no design criado pelo fabricante de equipamentos originais (OEM). Para garantir um processo suave e eficaz, a colaboração entre esses grupos é essencial. Essa colaboração inclui discussões sobre componentes, considerações de design, formatos de arquivo e materiais da placa.

Componentes

Para agilizar o processo de fabricação, o projetista deve consultar o fabricante em relação à disponibilidade dos componentes. Idealmente, o fabricante terá todos os componentes necessários ao projeto prontamente disponíveis. No entanto, se algo estiver faltando, o projetista e o fabricante devem trabalhar juntos para encontrar um compromisso que permita uma fabricação mais rápida sem comprometer as especificações mínimas do projeto.

Considerações de Design para Fabricação (DFM)

Design para fabricação (DFM) é um aspecto crucial a ser considerado. DFM foca em quão bem o projeto pode avançar pelas várias etapas do processo de fabricação. Normalmente, o fabricante, frequentemente o CM, fornece um conjunto de diretrizes de DFM para sua instalação. Essas diretrizes podem ser consultadas pelo OEM durante a fase de projeto. Ao incorporar essas diretrizes no projeto da PCB, o projetista pode garantir que o design seja compatível com o processo de produção do fabricante.

Formatos de Arquivo

A comunicação eficaz entre o OEM e o CM é vital para garantir a fabricação precisa da PCB de acordo com as especificações de projeto do OEM. É essencial que ambas as partes usem os mesmos formatos de arquivo para o projeto. Essa prática ajuda a evitar erros ou perda de informações que podem ocorrer ao converter arquivos entre diferentes formatos.

Materiais da Placa

Os OEMs podem projetar placas de circuito impresso usando materiais mais caros do que o esperado pelo CM. Portanto, é crucial que ambas as partes concordem com os materiais a serem utilizados. Os materiais escolhidos não devem apenas atender aos requisitos do projeto da PCB, mas também permanecer econômicos para o comprador final.

Seguindo essas diretrizes e promovendo a colaboração entre o OEM e o CM, um processo de fabricação de PCB eficaz pode ser implementado. Essa colaboração garante que o projeto seja compatível com o processo de fabricação, que os componentes estejam prontamente disponíveis e que o produto final atenda às especificações desejadas, mantendo-se econômico.

Por que o Processo de Fabricação de PCB é Importante

A fabricação de PCB é importante, pois impacta diretamente a manufacturabilidade, a taxa de rendimento, a confiabilidade das placas de circuito impresso (PCBs) e o desempenho geral do PCB. As escolhas de design feitas durante o processo de fabricação podem ter uma influência significativa no desempenho e na funcionalidade geral do produto final do PCB.

Fabricabilidade

Um aspecto crucial da fabricação de PCB é a manufacturabilidade. Decisões de projeto como folgas entre elementos de superfície, seleção de materiais com coeficientes de expansão térmica (CTE) apropriados e o painel adequado de designs são críticos para garantir que a placa possa ser construída sem a necessidade de redesenho. 

Falhar em tomar decisões apropriadas de especificações de fabricação durante a fase de projeto pode resultar em problemas durante o processo de fabricação.

Taxa de rendimento

A taxa de rendimento de PCBs é outro fator importante influenciado pelo processo de fabricação. Especificar parâmetros que empurram os limites de tolerância do equipamento do fabricante contratado pode resultar em um número maior de placas inutilizáveis. 

Ao entender o processo de fabricação e fazer escolhas de projeto informadas, a taxa de rendimento pode ser otimizada, reduzindo desperdícios e aumentando a eficiência geral.

Confiabilidade

A confiabilidade também é uma consideração crítica. Dependendo do uso pretendido, as PCBs são classificadas de acordo com parâmetros específicos delineados na IPC-6011, pois é crucial para alcançar o nível desejado de confiabilidade de desempenho. Falhar em atender ao nível de classificação necessário pode resultar em operação inconsistente ou falha prematura da placa.

Desempenho Geral

A fabricação de PCB também desempenha um papel vital na durabilidade e eficiência geral de dispositivos eletrônicos. O processo de fabricação envolve a seleção de materiais e técnicas de fabricação apropriados que podem resistir a várias condições ambientais, garantindo que o dispositivo eletrônico possa operar de forma confiável em diferentes ambientes sem sofrer falhas ou mau funcionamento prematuro.

Compreender o processo de fabricação de PCB é essencial porque as escolhas de projeto feitas durante essa fase podem ter um impacto significativo em todo o ciclo de vida do desenvolvimento, produção e operação do PCB. Incorporar o conhecimento de fabricação nas decisões de projeto pode ajudar a evitar atrasos desnecessários, custos adicionais de fabricação e problemas de desempenho. Regras e diretrizes de projeto para fabricação (DFM), baseadas nas capacidades do fabricante contratado, podem ser utilizadas para garantir resultados ótimos.