Non Lasciarti Intimorire Dalla Fotolitografia PCB

Creato: December 22, 2017
Aggiornato: September 19, 2021

Proiettore acceso in una stanza con persone

I proiettori possono essere uno degli apparecchi tecnologici più fastidiosi da utilizzare. Vorresti organizzare una serata di cinema con un vecchio proiettore e dei buoni popcorn al burro, ma non riesci a raddrizzare l'immagine. Oppure potresti aver bisogno di tenere una presentazione importante per il tuo capo e scoprire che il proiettore ha deformato tutte le immagini e i grafici. O magari stai cercando di tenere una lezione ma il tuo proiettore trasmette solo immagini in bianco e nero. Tutte le ore passate a curare i tuoi contenuti sono andate sprecate, tutto per colpa di un proiettore che non funziona. Poter controllare l'allineamento del proiettore e dello schermo risolverebbe molti dei tuoi grattacapi.

Questa è una situazione molto simile a ciò che avviene durante la fabbricazione dei circuiti stampati e durante l'allineamento ottico. Non c'è motivo di soffrire per una diapositiva storta, proprio come non c'è motivo di patire le conseguenze di un componente mal allineato nel progetto PCB. Impara come pianificare correttamente il tuo processo di litografia, e scopri quali sono i fattori che potrebbero influenzarlo e causare difetti.

Come influisce la litografia sulla produzione PCB?

I processi di incisione e galvanostegia utilizzati nella produzione PCB non sono particolarmente direzionali. Senza marchi protettivi sulla scheda, tutto sarebbe inciso, placcato o rivestito indiscriminatamente. Questi possono essere uno stencil di metallo, un foglio di poliammide o un substrato resist; è il processo di produzione a determinare la scelta del materiale. Ad esempio, non si dovrebbe utilizzare uno stencil di metallo durante l’incisione, poiché lo stencil diventerebbe inutilizzabile dopo poche schede.

I resist sono fotosensibili, cioè sensibili a specifiche lunghezze d'onda della luce, solitamente quella ultravioletta. Il processo di fotolitografia viene utilizzato per esporre aree specifiche della scheda alla luce per poi polimerizzare e indurire il resist in quelle aree. Il resto viene quindi lavato via, lasciando libere le aree destinate alle fasi successive della lavorazione. La maschera (una sorta di stencil per la luce) utilizzata per stabilire le aree da stampare, deve essere allineata con la fonte di luce e il PCB per evitare strane deformazioni come nel caso del proiettore. Se questo non dovesse succedere, si potrebbero iniziare a notare difetti nella litografia.

Chip di computer illuminato
Una sorgente di luce più debole intorno agli angoli causerà problemi durante la produzione.

Principali cause dei difetti litografici

Un allineamento perfetto del proiettore potrebbe essere impossibile da ottenere, sappiamo bene che alcune cose sono al di fuori del nostro controllo. Tuttavia, è possibile conoscere le principali cause dei difetti litografici e prepararsi di conseguenza. Eccone alcune da tenere a mente:

Ombre: in un ambiente di produzione pulito, non dovresti mai avere questo problema. A volte, però, potresti notare particelle che ricadono sulla maschera, proiettando ombre dove la luce dovrebbe indurire il resist. È un po' come mettere una sedia davanti al proiettore e bloccare parte dell'immagine. Di conseguenza, alcune parti non si induriranno come dovrebbero e verranno rimosse durante le successive fasi di lavorazione.

Problemi di quantità ed esposizione: la "quantità" di luce a cui viene esposto un resist viene calcolata come un integrale: corrisponde alla luminosità della luce durante il tempo di esposizione totale. Se il tempo non è corretto, o la luce è troppo debole, il resist potrebbe non ottenere una quantità di luce sufficiente per indurirsi completamente. A volte, la fonte di luce non è uniforme, portando a un indurimento irregolare del resist. I risultati qui variano. Potresti cavartela se il processo di incisione e placcatura è rapido e se il tuo produttore usa un resist forte. Se così non fosse, il resist potrebbe iniziare a sfaldarsi durante le fasi di produzione successive, esponendo la basetta nei posti sbagliati.

Rapporti d'aspetto: questi problemi insorgono in presenza di un leggero disallineamento angolare della luce, della maschera o del PCB. Proprio come un proiettore storto, un'angolazione sbagliata potrebbe far risultare i margini superiore e inferiore della tua basetta di due dimensioni diverse. Questo vuol dire che la maschera resist verrà applicata con un rapporto di aspetto errato (la larghezza dell'apertura rispetto allo spessore dello stencil). Questo potrebbe comportare saldature scadenti nella basetta finita, provocando circuiti aperti. Se la scheda non è polimerizzata correttamente, potresti anche trovarti con layer interni ed esterni che subiscono restringimento, espansione e deformazione a velocità diverse. Anche questo può causare problemi di disallineamento. Questo non influisce solo sulla fotolitografia, e può causare altre deformazioni della basetta. Questo tipo di restringimento ed espansione è spesso dovuto a un calcolo incorretto del coefficiente di dilatazione termica, che è anche influenzato dalle dimensioni complessive del PCB. Le schede di grandi dimensioni sono infatti più facilmente soggette a questo tipo di problemi.

Allineamento: il disallineamento può anche essere una traslazione orizzontale o verticale, ovvero il posizionamento sbagliato della stampa. Più piccoli sono i componenti e più un disallineamento, anche minimo, avrà impatto negativo sulla scheda. Su schede molto piccole, è infatti possibile mancare completamente un pad di saldatura o un foro di via. Assicurati quindi che il tuo produttore sia in grado di produrre e allineare componenti piccoli abbastanza da soddisfare i requisiti della tua scheda.

Tolleranze: le tolleranze sono così cruciali da meritare qualche nota aggiuntiva. Le tolleranze intorno ai vari elementi dipendono dal processo di produzione. Alcuni mordenzanti tendono a incidere eccessivamente nelle regioni da proteggere ed è opportuno tenerne conto nella creazione del layer di maschera. Lo stencil e la serigrafia sono processi molto più indulgenti.

Incisione PCB in cloruro ferrico
L'incisione, o etching, è un processo che richiede una maschera anche per la produzione domestica di PCB.

Che si tratti di una presentazione di lavoro o la produzione di un circuito stampato, gli imprevisti sono sempre dietro l'angolo. Sono infatti molti i fattori che possono influenzare la buona riuscita della tua produzione PCB. Le dimensioni dei componenti e la loro posizione influenzeranno le tolleranze. Pad minuscoli e molto vicini tra loro non offrono molto margine d’errore. Alcune incisioni sono direzionali e richiedono uno strato di resist più spesso o una maggiore tolleranza nella direzione x o y. La soluzione è lavorare a stretto contatto con il produttore e assicurarsi di comprendere appieno i limiti e i requisiti dei processi che verranno utilizzati per produrre i PCB. Pianificare fin da subito il tuo progetto in base alle capacità di produzione ti farà risparmiare parecchi grattacapi.

Le maschere utilizzate nella litografia sono solitamente generate dai file Gerber nel tuo progetto PCB. Gli utenti possono implementare le pratiche DFM nelle loro tecniche di progettazione PCB con le funzionalità di progettazione e layout PCB di Altium Designer®. Altium Designer offre una piattaforma di progettazione integrata con funzionalità di progettazione e layout PCB per la creazione di circuiti stampati. Quando hai finito un progetto e sei pronto per mandarlo in produzione, la piattaforma Altium 365 semplifica la collaborazione e la condivisione dei tuoi lavori.

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