Promuovere l'innovazione: processi di routing di profondità, ottenendo una precisione senza precedenti in PCB complessi

Nella produzione di PCB, la domanda di progetti sempre più complessi e miniaturizzati spinge continuamente i confini dei metodi di fabbricazione tradizionali, incluso il routing in profondità.

L'instradamento di profondità è indispensabile in diverse applicazioni chiave per PCB:

• PCB rigidi-flessibili:Queste schede ibride combinano sezioni rigide con interconnessioni flessibili, richiedendo un instradamento preciso della profondità per rimuovere la "coppa" sulla parte superiore e/o inferiore della parte flessibile.
• PCB con cavità:Le cavità vengono create strategicamente all'interno degli strati PCB per integrare o incorporare i componenti direttamente nella scheda.
• PCB a moneta di rame per dissipatori di calore:Nelle applicazioni ad alta potenza, le monete di rame sono spesso incorporate all'interno dei PCB per fungere da dissipatori di calore localizzati altamente efficienti. Il passaggio in profondità viene utilizzato per creare tasche precise per queste monete, garantendo una vestibilità perfetta.

Il successo in queste applicazioni richiede non solo macchinari robusti, ma anche funzioni di controllo sofisticate. I produttori di PCB si affidano a funzionalità avanzate della macchina e metodologie di processo per raggiungere i loro precisi obiettivi di instradamento della profondità. In questo articolo, esplorerò alcune funzioni cruciali che consentono ai produttori di affrontare complesse sfide di routing in profondità.

Fresatura della profondità con un secondo sistema di misurazione

Uno scenario comune nella fresatura in profondità prevede la creazione di una profondità di taglio costante, anche quando il pannello PCB stesso non è perfettamente piatto, un evento frequente nella produzione. In questi casi, fare affidamento esclusivamente su una profondità dell'asse Z pre-programmata da un punto di riferimento fisso può portare a risultati incoerenti.

Per ovviare a questo problema, le macchine utilizzano un secondo sistema di misurazione, che in genere coinvolge un piedino di pressione dotato di un inserto specializzato o di una spazzola che tocca con precisione la superficie del PCB. La macchina calcola la profondità dal momento esatto del contatto e la mantiene costantemente lungo tutto il percorso di fresatura. Questa regolazione dinamica garantisce che la profondità di fresatura sia accurata rispetto alla superficie del pannello potenzialmente irregolare. Un'applicazione tipica e critica di questa tecnologia è l'instradamento in profondità per l'eliminazione delle coppe nella produzione di PCB rigidi-flessibili.

Figura 1: Instradamento della profondità utilizzando i campioni del secondo sistema di misura.

Instradamento di profondità dal contatto elettrico

Mentre un secondo sistema di misura utilizza spesso il contatto meccanico per stabilire il punto iniziale per i calcoli della profondità, l'instradamento della profondità dal contatto elettrico offre un metodo alternativo e preciso che sfrutta le proprietà elettriche del PCB. In questo approccio, il layer designato come punto di partenza per il calcolo della profondità deve essere messo a terra. Potrebbe trattarsi dello strato di rame superiore o di uno strato di rame interno. Lo strumento di instradamento elettricamente conduttivo entra in contatto con questo strato di messa a terra, attivando un segnale preciso che definisce il punto zero per la misurazione della profondità dell'asse Z.

Questo metodo è particolarmente vantaggioso per le applicazioni che richiedono tolleranze estremamente strette e un riferimento diretto a uno strato conduttivo. Elimina le piccole variazioni meccaniche che possono verificarsi con i sistemi a pedale a pressione, offrendo una ripetibilità superiore quando il bersaglio è un elemento in rame.

Figura 2: Instradamento di profondità utilizzando il contatto elettrico con lo strato superiore collegato a terra.

Figura 3: Instradamento di profondità utilizzando il contatto elettrico con lo strato interno collegato a terra.

Lucidatura

I principi del contatto elettrico possono essere applicati anche in una funzione di "lucidatura". Questa funzione avanzata garantisce una superficie di fresatura eccezionalmente pulita e precisa, in particolare quando la fresatura in profondità è destinata a esporre uno strato di rame senza causare danni. La macchina esegue un'operazione di instradamento in profondità. Quando l'utensile entra in contatto elettrico con lo strato di rame target, il movimento dell'asse Z si arresta automaticamente. L'utensile avanza quindi leggermente lungo l'asse X e/o Y, si solleva minimamente sull'asse Z, continua a muoversi sugli assi X e/o Y e successivamente si abbassa per ristabilire il contatto elettrico. Questa sequenza si ripete come parte dell'operazione di lucidatura.

Questo micromovimento iterativo assicura che la macchina "senta" continuamente la superficie del rame. Il risultato è un instradamento di profondità altamente preciso con una penetrazione minima nel rame, che "lucida" efficacemente la superficie rimuovendo eventuali residui dielettrici o micro-bave, portando a una finitura in rame pulita e pronta per i processi successivi.

Possibilità di mappatura avanzate

Per le applicazioni che richiedono uno spessore uguale dell'anima rimanente (la distanza precisa tra l'estremità della fresatura in profondità e la superficie inferiore del pannello), la semplice fresatura a profondità costante è spesso insufficiente a causa delle variazioni intrinseche dello spessore del pannello. In casi così complessi, è imperativo creare una "mappa" del pannello di backup (la superficie inferiore) prima di iniziare il processo di instradamento.

Questa mappatura comporta la scansione o la misurazione ad alta risoluzione della topografia della superficie inferiore. I dati risultanti creano una "mappa" digitale che informa con precisione la fresatrice sulle variazioni di spessore locali. Il sistema di controllo della macchina regola quindi la profondità dell'asse Z per ogni punto fresato in base a questa mappa. Ciò garantisce che, anche se lo spessore originale del pannello varia, lo spessore del nastro rimanente sia costantemente uniforme.

Figura 6: Mappa del campione del pannello posteriore.

Tastatore

Basandosi sulla stabilità fornita da un tavolo aspirante o da un adattatore, l'instradamento di profondità con controllo a tastatore offre il massimo livello di precisione per la creazione di cavità. Sull'asse Z è montato un tastatore specializzato, che fornisce un mezzo indipendente e altamente preciso per verificare e controllare la profondità effettiva durante il processo di fresatura.

Esistono diversi modi per utilizzare la tecnologia del tastatore:

1. Misurazione singola + instradamento:

• Misurare la superficie del pannello:Il tastatore misura con precisione un singolo punto sulla superficie del pannello per stabilire un riferimento definitivo
• Fresatura alla profondità definita in base alla superficie del pannello:Il percorso di instradamento viene eseguito alla profondità programmata, facendo riferimento al punto della superficie misurata

2. Multi-Misurazione + Instradamento:

• Misurare la superficie del pannello con un tastatore:Il tastatore esegue la scansione di più punti sulla superficie del pannello
• Diversi punti di misura sulla superficie del pannello/processo di mappatura:Questo crea una mappa topografica più dettagliata dell'area necessaria
• Fresatura alla profondità definita in base al valore medio dei dati mappati:Il percorso di instradamento viene regolato dinamicamente in base a un valore medio o interpolato dai punti dati mappati, compensando le irregolarità localizzate della superficie in aree più grandi

3. Misurazione dopo l'instradamento:

• Misurare la superficie del pannello:Prendere un riferimento di superficie iniziale
• Misurare un livello inferiore, già elaborato, e controllare la profondità:Dopo un passaggio di instradamento iniziale, il sistema di tastatura misura la profondità della funzione instradata per verificarne la precisione. Questa potrebbe essere una fase critica del controllo della qualità.

4. Instradamento adattivo della cavità:Questo rappresenta l'apice della precisione, impiegando un sistema di feedback a circuito chiuso:

• Misurazione della superficie con il tastatore:Stabilisce il riferimento iniziale
• Instradamento:Esegue un passaggio di routing iniziale
• Misurare la profondità con un tastatore a contatto:La sonda misura la profondità raggiunta dopo il passaggio
• Routing finale se necessario:Se la profondità misurata si discosta dal target, la macchina esegue un passaggio finale di instradamento adattivo per raggiungere la profondità specificata. Questo processo garantisce una precisione senza pari.

Custodie laser: quando il routing meccanico raggiunge i suoi limiti

Sebbene il routing meccanico di profondità offra immense capacità, ci sono casi in cui i suoi limiti richiedono la tecnologia laser per i processi di skiving. Questi casi si verificano spesso quando si ha a che fare con materiali difficili da lavorare meccanicamente, quando le dimensioni e la precisione delle caratteristiche richieste superano le capacità meccaniche o quando è necessario ridurre al minimo l'impatto termico. I laser, in particolare quelli di fascia alta come PICO-green, sono perfetti per attività come la rimozione di rivestimenti sottili dalle piazzole di rame o l'accesso alle piazzole di contatto con danni minimi.

Un laser PICO-green può ablare micron con un impatto minimo sullo strato successivo. Questa erogazione di energia senza contatto, altamente precisa e localizzata garantisce un impatto termico minimo sul materiale circostante, preservando l'integrità delle piazzole di rame sensibili e delle strutture a linee sottili. La skiving laser offre un controllo e una pulizia superiori rispetto ai metodi meccanici per applicazioni specifiche.

Sommario

La capacità di eseguire un routing di profondità altamente accurato è fondamentale per la produzione di progetti PCB complessi di oggi, tra cui schede rigide-flessibili, PCB con componenti incorporati e quelli che richiedono dissipatori di calore integrati. Diverse caratteristiche della macchina svolgono un ruolo cruciale nel garantire la precisione del fresaggio in profondità. Questi includono le funzioni e le capacità discusse in precedenza, nonché i mandrini bloccati che migliorano la stabilità dell'utensile, gli azionamenti lineari che consentono un movimento preciso e rapido e le valvole regolabili che consentono un controllo accurato della pressione del piedino di pressione, tra gli altri fattori.

La combinazione strategica e l'uso corretto di queste funzioni della macchina (o mix di funzioni), insieme a strumenti di fresatura adeguati, materiali di backup adeguati e il lavoro esperto di un ingegnere di processo qualificato, rendono possibile la produzione dei progetti PCB più complessi e impegnativi. Queste funzionalità avanzate sono essenziali per soddisfare i complessi requisiti dell'elettronica moderna, garantendo prestazioni, affidabilità e miniaturizzazione superiori.