Preparazione e pressatura del build-up
Siete ancora lì?
Allora salite a bordo per proseguire il nostro viaggio alla scoperta del processo produttivo per la realizzazione di un circuito stampato multistrato.
Siamo appena dopo il processo di "black-oxide", abbiamo tra le mani tutti gli strati interni necessari già punzonati, “anneriti” ed essiccati, quindi pronti per essere sovrapposti e pressati insieme agli strati di pre-preg per ricavare dalla fase di pressatura un pannello robusto, la base di quello che diventerà uno o più circuiti stampati finiti.
Il pre-preg è uno dei materiali più importanti per la produzione di circuiti stampati, insieme ai laminati e al copper foil.
Il pre-preg rappresenta la "colla" necessaria per tenere insieme, e isolare l'uno dall'altro, i diversi strati interni e i due strati esterni inclusi nello stake-up. Uno strato di pre-preg è di fatto un "foglio" costituito da un tessuto in fibra di vetro pre-impregnato con resina termoindurente, dello stesso tipo di resina di ogni strato interno adiacente.
Il pre-preg è generalmente FR4, "flame retardant 4", ma, come abbiamo già spiegato per gli strati interni, il tipo di resina e le fibre di vetro possono avere caratteristiche diverse che conferiscono a ciascun PCB proprietà meccaniche ed elettriche adatte per ogni specifica applicazione.
Per scegliere adeguatamente il vostro fornitore di PCB è bene assicurarsi che sia in grado di lavorare con un’ampia gamma di materiali in modo da assistervi adeguatamente qualunque sia l'applicazione specifica del vostro PCB.
Si consideri che materiali diversi possono espandersi o restringersi in modo diverso a seconda della temperatura, e questo potrebbe causare una registrazione errata tra gli strati interni e la delaminazione alle interfacce rame-substrato.
Per questo motivo, per pressare materiali diversi o, ancora di più, per pressare materiali misti, è necessario validare e poi adottare specifici cicli temperatura-pressione.
La scelta del giusto ciclo temperatura-pressione per la pressatura dei PCB, che implica anche di scegliere la velocità per raggiungere i valori massimi di temperatura e pressione e il periodo di tempo in cui è necessario mantenere stabili questi valori una volta raggiunti, è una questione molto critica.
Ogni resina - quindi la resina inclusa negli strati interni come pure quella presente nel pre-preg - ha infatti una propria temperatura di transizione vetrosa (Tg) che è la temperatura alla quale un sistema polimerico diventa un materiale amorfo-viscoso, come un vetro fuso.
Alla temperatura Tg, infatti, le catene polimeriche acquisiscono la "libertà" di muoversi: la resina degli strati interni può aderire con la resina del pre-preg, con cui pure può combinarsi, e con il rame rimasto sopra gli strati interni dopo l'incisione, in modo da generare un blocco unico.
Si consideri inoltre che pre-preg diversi hanno diversi contenuti di resina e che resine differenti tra loro hanno capacità di "fluire" differenti al raggiungimento della relativa Tg.
Pertanto, la percentuale di resina nel pre-preg e la sua capacità di fluire è un altro parametro importante da controllare per garantire un accoppiamento ideale con gli strati interni, dato che, da un lato, la copper percentage - la percentuale di rame ancora presente sugli strati interni dopo relativa incisione - può variare ampiamente in base al progetto del PCB e che, dall'altro, è importante evitare che la resina raggiunga e incolli alcune porzioni dei PCB, come gli strati flessibili nei PCB rigido-flessibili. Inoltre, il pre-preg deve essere definito in modo estremamente preciso per PCB con "piste ad impedenza", dove la combinazione dello spessore dell'isolamento e delle dimensioni delle piste determina i valori di impedenza.
Non di meno, è importante sapere che la fase di pressatura viene eseguita in condizioni di vuoto: questo è necessario per evitare di lasciare lacune, i cosiddetti "voids", nei PCB che, in seguito, durante la fase di reflow in fase di montaggio SMT, potrebbero rendersi responsabili di delaminazione.
È ormai chiaro che durante il processo di laminazione è importante gestire alcuni parametri fondamentali:
- aumento della temperatura, sia per il riscaldamento che per il raffreddamento,
- aumento della pressione, a passi singoli o multipli
- valori di vuoto,
- tempo necessario per ogni fase di pressatura.
Tutti questi valori devono essere registrati per un corretto controllo e tracciabilità del processo.
In ultimo, ma di importanza nient’affatto trascurabile, per produrre circuiti stampati affidabili è necessario garantire condizioni di estrema pulizia. Per questo motivo, nell'area di pressa, e in particolare in fase di build-up, è necessario utilizzare procedure, strumenti e sistemi specifici per il filtraggio e il trattamento dell'aria, in modo da evitare rischi di contaminazione da parte di "oggetti estranei".