Guidare l'innovazione: processi di instradamento in profondità—raggiungere una precisione senza pari in PCB complessi

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

Il routing a profondità è indispensabile in diverse applicazioni chiave per PCB:

• PCB rigidi a flessibile:Queste tavole ibride combinano sezioni rigide con interconnessioni flessibili, richiedendo un intrecciamento preciso in profondità per rimuovere la "coppa" sopra e/o sotto la parte flessibile.
• PCB con carie:Le cavità sono create strategicamente all'interno degli strati PCB per integrare o incorporare direttamente i componenti nella scheda.
• PCB a monete di rame per dissipatori di calore:In 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 depth routing viene utilizzato per creare tasche precise per queste monete, garantendo un incastro perfetto.

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 delle macchine e metodologie di processo per raggiungere i loro precisi obiettivi di routing in profondità. Qui esplorerò alcune funzioni cruciali che permettono ai produttori di gestire complesse sfide di routing in profondità.

Instradamento in profondità con un secondo sistema di misurazione

Uno scenario comune di routing 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 tali casi, affidarsi esclusivamente a una profondità preprogrammata sull'asse Z da un punto di riferimento fisso può portare a risultati incoerenti.

Per superare questo problema, le macchine utilizzano un secondo sistema di misura, tipicamente con un piede a pressione dotato di un inserto o spazzola specializzato che tocca con precisione la superficie della PCB. La macchina calcola la profondità dal momento esatto del contatto e la mantiene costantemente lungo tutto il percorso di instradamento. Questa regolazione dinamica garantisce che la profondità instradata sia accurata rispetto alla superficie potenzialmente irregolare del pannello. Un'applicazione tipica e critica di questa tecnologia è il routing in profondità per l'eliminazione a coppa nella produzione di PCB rigid-flex.

Figura 1: Instradamento in profondità utilizzando i campioni del secondo sistema di misurazione.

Instradamento in profondità dal contatto elettrico

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

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

Figura 2: Instradamento in profondità usando contatto elettrico con lo strato superiore messo a terra.

Figura 3: Instradamento in profondità usando il contatto elettrico con lo strato interno messo a terra.

Lucidatura

I principi del contatto elettrico possono essere applicati anche in una funzione di "lucidatura". Questa caratteristica avanzata garantisce una superficie instradata eccezionalmente pulita e precisa, soprattutto quando la fresatura in profondità è pensata per esporre uno strato di rame senza causare danni. La macchina esegue un'operazione di instradamento in profondità. Quando lo strumento entra in contatto elettrico con lo strato di rame bersaglio, il movimento dell'asse Z si ferma automaticamente. Lo strumento poi avanza leggermente lungo gli assi X e/o Y, si solleva minimamente nell'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 micro-movimento iterativo assicura che la macchina "sentisse" continuamente la superficie del rame. Il risultato è una fresatura in profondità altamente precisa con penetrazione minima nel rame, che "lucida" efficacemente la superficie rimuovendo residui dielettrici o micro-bave, portando a una finitura pulita in rame pronta per i processi successivi.

Possibilità avanzate di mappatura

Per applicazioni che richiedono uno spessore uguale della rete rimanente (la distanza precisa tra la fine della fresatura in profondità e la superficie inferiore del pannello), la semplice fresatura a profondità costante è spesso insufficiente a causa delle variazioni intrinseche nello spessore del pannello. In casi così complessi, è fondamentale creare una "mappa" del pannello di riserva (la superficie inferiore) prima che inizi il processo di instradamento.

Questa mappatura prevede la scansione ad alta risoluzione o la misurazione della topografia della superficie inferiore. I dati risultanti creano una "mappa" digitale che informa con precisione la macchina di routing sulle variazioni locali di spessore. Il sistema di controllo della macchina poi regola la profondità dell'asse Z per ogni punto instradato secondo questa mappa. Questo garantisce che, anche se lo spessore originale del pannello varia, lo spessore residuo della rete sia costantemente uniforme.

Figura 6: Mappa del campione del pannello posteriore.

Sonda a contatto

Basandosi sulla stabilità fornita da un tavolo a vuoto o da un adattatore, il routing di profondità con controllo a sonda touch offre il massimo livello di precisione per la creazione delle cavità. Una sonda touch specializzata è montata sull'asse Z, fornendo un mezzo indipendente e altamente preciso per verificare e controllare la profondità effettiva durante il processo di instradamento.

Ci sono diversi modi per utilizzare la tecnologia del touch probe:

1. Misurazione singola + instradamento:

• Misura la superficie del pannello:La sonda a contatto misura con precisione un singolo punto sulla superficie del pannello per stabilire un riferimento definitivo
• Percorso fino a una profondità definita in base alla superficie del pannello:Il percorso di instradamento viene eseguito alla profondità programmata, facendo riferimento al punto di superficie misurato

2. Misurazione multipla + instradamento:

• Misura la superficie del pannello con una sonda a tocco:La sonda touch scansiona 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
• Rientrare in profondità definita basandosi sul 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 superficiali localizzate su aree più ampie

3. Misurazione dopo l'instradamento:

• Misura la superficie del pannello:Prendi un riferimento superficiale iniziale
• Misura un livello più basso, già processato, e controlla la profondità:Dopo un passaggio iniziale di instradamento, la sonda touch misura la profondità della caratteristica instradata per verificare la precisione. Questo potrebbe essere un passaggio critico per il controllo qualità.

4. Instradamento adattivo della cavità:Questo rappresenta il culmine della precisione, impiegando un sistema di feedback a circuito chiuso:

• Misura la superficie con la sonda tattile:Stabilisce il riferimento iniziale
• Instradamento:Effettua un passaggio di routing iniziale
• Misura la profondità con una sonda a tatto:La sonda misura la profondità raggiunta dopo il passaggio
• Instradamento finale se necessario:Se la profondità misurata si discosta dal bersaglio, la macchina esegue un passaggio finale adattivo di instradamento per raggiungere la profondità specificata. Questo processo garantisce un'accuratezza senza pari.

Custodie laser: quando l'instradamento meccanico raggiunge i suoi limiti

Sebbene il routing a profondità meccanica offra capacità immense, ci sono casi in cui le sue limitazioni richiedono la tecnologia laser per la scuratura dei processi. Questi casi si verificano spesso quando si tratta di materiali difficili da lavorare meccanicamente, quando la dimensione e la precisione richieste superano le capacità meccaniche, o quando l'impatto termico deve essere minimizzato. I laser, in particolare quelli di fascia alta come il PICO-green, sono perfetti per compiti come rimuovere sottili rivestimenti dai pad di rame o accedere ai pad a contatto con danni minimi.

Un laser PICO-verde può ablare microni con un impatto minimo sullo strato successivo. Questa erogazione di energia non a contatto, altamente precisa e localizzata garantisce un impatto termico minimo sul materiale circostante, preservando l'integrità dei pad sensibili in rame e delle strutture a linea fine. Lo skiving laser offre un controllo e una pulizia superiori rispetto ai metodi meccanici per applicazioni specifiche.

Sommario

La capacità di eseguire un routing in profondità altamente accurata è fondamentale per produrre i complessi progetti di PCB odierni, inclusi schede rigid-flex, PCB con componenti incorporati e quelli che richiedono dissipatori di calore integrati. Diverse caratteristiche della macchina svolgono un ruolo cruciale nel garantire l'accuratezza del routing in profondità. Queste includono le funzioni e capacità già menzionate, nonché mandrini a pinzetta che migliorano la stabilità dell'utensile, propulsioni lineari che permettono movimenti precisi e rapidi, e valvole regolabili che consentono un controllo accurato della pressione del piede di pressione, tra gli altri fattori.

La combinazione strategica e il corretto utilizzo di queste funzioni (o combinazione di funzioni), insieme a strumenti di routing adeguati, materiali di backup appropriati e il lavoro esperto di un ingegnere di processo esperto, rendono possibile produrre i progetti di PCB più complessi ed impegnativi. Queste capacità avanzate sono essenziali per soddisfare i complessi requisiti dell'elettronica moderna, garantendo prestazioni superiori, affidabilità e miniaturizzazione.