Stimuler l’innovation : processus de routage en profondeur — Atteindre une précision inégalée sur des circuits imprimés complexes

Dans la fabrication de circuits imprimés, la demande pour des conceptions de plus en plus complexes et miniaturisées repousse continuellement les limites des méthodes de fabrication traditionnelles, y compris le routier en profondeur.

Le routage en profondeur est indispensable dans plusieurs applications clés de PCB :

• PCB rigides :Ces planches hybrides combinent des sections rigides avec des interconnexions flexibles, nécessitant un rouage en profondeur précis pour retirer la « coupe » sur le dessus et/ou le bas de la pièce flexible.
• PCB avec caries :Les cavités sont stratégiquement créées au sein des couches PCB pour intégrer ou intégrer directement les composants dans la carte.
• PCB en pièces de cuivre pour dissipateurs thermiques :Dans les applications à haute puissance, les pièces de cuivre sont souvent intégrées dans des circuits imprimés pour servir de dissipateurs de chaleur localisés très efficaces. Le tracé en profondeur est utilisé pour créer des poches précises pour ces pièces, assurant un ajustement parfait.

Le succès dans ces applications exige non seulement des machines robustes mais aussi des fonctions de contrôle sophistiquées. Les fabricants de PCB s’appuient sur des fonctionnalités avancées des machines et des méthodologies de procédé pour atteindre leurs objectifs précis de rouage en profondeur. Ici, j’explorerai quelques fonctions cruciales qui permettent aux fabricants de maîtriser des défis complexes liés au routage en profondeur.

Aroutage en profondeur avec un second système de mesure

Un scénario courant de rouage en profondeur implique de créer une profondeur de coupe constante, même lorsque le panneau PCB lui-même n’est pas parfaitement plat — ce qui arrive fréquemment dans la fabrication. Dans de tels cas, se fier uniquement à une profondeur préprogrammée de l’axe Z à partir d’un point de référence fixe peut conduire à des résultats incohérents.

Pour y remédier, les machines utilisent un second système de mesure, généralement impliquant un pied de pression équipé d’un insert ou d’une brosse spécialisée qui touche précisément la surface du PCB. La machine calcule la profondeur à partir du moment exact du contact et la maintient de manière cohérente tout au long du parcours de routage. Cet ajustement dynamique garantit que la profondeur acheminée est précise par rapport à la surface potentiellement inégale du panneau. Une application typique et critique de cette technologie est le rouage en profondeur pour l’élimination des coupes dans la fabrication de circuits imprimés rigides.

Figure 1 : Rouage en profondeur à l’aide des échantillons du second système de mesure.

Acheminement en profondeur à partir du contact électrique

Alors qu’un second système de mesure utilise souvent le contact mécanique pour établir le point initial de calcul de profondeur, le routage en profondeur à partir du contact électrique offre une méthode alternative et précise qui exploite les propriétés électriques du PCB. Dans cette approche, la couche désignée comme point de départ pour le calcul de la profondeur doit être mise à la terre. Cela peut être la couche supérieure de cuivre ou une couche intérieure de cuivre. L’outil de routage électriquement conducteur entre en contact avec cette couche mise à la terre, déclenchant un signal précis qui définit le point zéro pour la mesure de la profondeur de l’axe Z.

Cette méthode est particulièrement avantageuse pour les applications nécessitant des tolérances extrêmement strictes et une référence directe à une couche conductrice. Il élimine les variations mécaniques mineures qui peuvent survenir avec les systèmes à pied de pression, offrant une meilleure répétabilité lorsque la cible est une caractéristique en cuivre.

Figure 2 : Rouage en profondeur via contact électrique avec la couche supérieure mise à la terre.

Figure 3 : Rouage en profondeur par contact électrique avec la couche intérieure mise à la terre.

Polissage

Les principes du contact électrique peuvent également être appliqués dans une fonction de « polissage ». Cette fonctionnalité avancée garantit une surface de fraisage exceptionnellement propre et précise, en particulier lorsque le rouage en profondeur vise à exposer une couche de cuivre sans causer d’endommagement. La machine exécute une opération de routage en profondeur. Lorsque l’outil entre en contact électrique avec la couche de cuivre cible, le mouvement de l’axe Z s’arrête automatiquement. L’outil avance ensuite légèrement le long des axes X et/ou Y, se soulève légèrement sur l’axe Z, continue de bouger sur les axes X et/ou Y, puis s’abaisse pour rétablir le contact électrique. Cette séquence se répète dans le cadre de l’opération de polissage.

Ce micro-mouvement itératif garantit que la machine « ressent » en continu la surface du cuivre. Le résultat est un tracage en profondeur très précis avec une pénétration minimale dans le cuivre, ce qui « polit » efficacement la surface en éliminant tout résidu diélectrique ou micro-meuble restant, ce qui donne une finition en cuivre propre prête à être utilisée par les procédés suivants.

Possibilités avancées de cartographie

Pour les applications nécessitant une épaisseur égale de la toile restante (la distance précise entre l’extrémité du rouage en profondeur et la surface inférieure du panneau), un simple routage en profondeur constante est souvent insuffisant en raison des variations inhérentes d’épaisseur du panneau. Dans de tels cas complexes, il est impératif de créer une « carte » du panneau de secours (la surface inférieure) avant le début du processus de routage.

Cette cartographie implique un balayage haute résolution ou une mesure de la topographie de la surface inférieure. Les données résultantes créent une « carte » numérique qui informe précisément la machine de routage des variations locales d’épaisseur. Le système de contrôle de la machine ajuste ensuite la profondeur de l’axe Z pour chaque point routé selon cette carte. Cela garantit que même si l’épaisseur du panneau d’origine varie, l’épaisseur restante de la toile reste uniforme.

Figure 6 : Carte de l’échantillon du panneau arrière.

Sonde tactile

S’appuyant sur la stabilité offerte par une table à vide ou un adaptateur, le rouage en profondeur avec contrôle par sonde tactile offre le plus haut niveau de précision pour la création de cavités. Une sonde tactile spécialisée est montée sur l’axe Z, offrant un moyen indépendant et très précis de vérifier et de contrôler la profondeur réelle lors du processus de routage.

Il existe plusieurs façons d’utiliser la technologie de la sonde tactile :

1. Mesure simple + Acheminement :

• Mesurez la surface du panneau :La sonde tactile mesure précisément un point unique sur la surface du panneau afin d’établir une référence définitive
• Parcours à la profondeur définie selon la surface du panneau :Le chemin de routage s’exécute jusqu’à la profondeur programmée, en référence au point de surface mesuré

2. Mesures multiples + Acheminement :

• Mesurez la surface du panneau avec une sonde tactile :La sonde tactile analyse plusieurs points sur la surface du panneau
• Différents points de mesure sur la surface du panneau/procédé de cartographie :Cela crée une carte topographique plus détaillée de la zone nécessaire
• Parcours jusqu’à la profondeur définie basée sur la valeur moyenne des données cartographiées :Le chemin de routage est ajusté dynamiquement en fonction d’une valeur moyenne ou interpolée à partir des points de données cartographiés, compensant les irrégularités localisées de surface sur des zones plus vastes

3. Mesure après acheminement :

• Mesurez la surface du panneau :Prendre une référence de surface initiale
• Mesurez un niveau inférieur, déjà traité, et vérifiez la profondeur :Après un passage initial de routage, la sonde tactile mesure la profondeur de la caractéristique routée pour vérifier la précision. Cela pourrait être une étape cruciale du contrôle qualité.

4. Acheminement adaptatif de cavité :Cela représente le summum de la précision, utilisant un système de rétroaction en boucle fermée :

• Mesurez la surface par la sonde tactile :Établit la référence de départ
• Routage:Effectue un passage initial de routage
• Mesurez la profondeur avec un a à l’aide d’une sonde tactile :La sonde mesure la profondeur atteinte après le passage
• Routage final si nécessaire :Si la profondeur mesurée s’écarte de la cible, la machine effectue un dernier passage de routage adaptatif pour atteindre la profondeur spécifiée. Ce procédé garantit une précision inégalée.

Boîtiers laser : lorsque le routage mécanique atteint ses limites

Bien que le rouage mécanique en profondeur offre d’immenses capacités, il existe des cas où ses limites nécessitent la technologie laser pour le découpage des procédés. Ces cas surviennent souvent avec des matériaux difficiles à usiner mécaniquement, lorsque la taille et la précision requises dépassent les capacités mécaniques, ou lorsque l’impact thermique doit être minimisé. Les lasers, en particulier les haut de gamme comme le PICO-green, sont parfaits pour des tâches comme retirer les revêtements fins des coussinets en cuivre ou accéder aux tampons de contact avec un minimum de dommages.

Un laser PICO-vert peut ablation des microns avec un impact minimal sur la couche suivante. Cette délivrance d’énergie sans contact, très précise et localisée assure un impact thermique minimal sur le matériau environnant, préservant l’intégrité des tampons en cuivre sensibles et des structures à lignes fines. Le découpage laser offre un contrôle et une propreté supérieurs par rapport aux méthodes mécaniques pour des applications spécifiques.

Résumé

La capacité à effectuer un routage en profondeur très précis est fondamentale pour produire les conceptions complexes de PCB actuelles, y compris les cartes rigides flexibles, les PCB avec composants intégrés, et ceux nécessitant des dissipateurs thermiques intégrés. Plusieurs caractéristiques de la machine jouent un rôle crucial pour garantir la précision du routage en profondeur. Cela inclut les fonctions et capacités précédemment mentionnées, ainsi que des broches serrées qui améliorent la stabilité de l’outil, des entraînements linéaires permettant des mouvements précis et rapides, et des valves réglables permettant un contrôle précis de la pression du pied de pression, entre autres facteurs.

La combinaison stratégique et l’utilisation correcte de ces fonctions de la machine (ou du mélange de fonctions), associées à des outils de routage appropriés, à des matériaux de secours adaptés et au travail expert d’un ingénieur de procédé qualifié, permettent de produire les conceptions de PCB les plus complexes et exigeantes. Ces capacités avancées sont essentielles pour répondre aux exigences complexes de l’électronique moderne, garantissant des performances, une fiabilité et une miniaturisation supérieures.