Impulsionando a inovação: processos de roteamento de profundidade - alcançando precisão incomparável em PCBs complexos

Na fabricação de PCB, a demanda por projetos cada vez mais complexos e miniaturizados ultrapassa continuamente os limites dos métodos tradicionais de fabricação, incluindo roteamento de profundidade.

O roteamento de profundidade é indispensável em várias aplicações importantes de PCB:

• PCBs rígidos-flexíveis:Essas placas híbridas combinam seções rígidas com interconexões flexíveis, exigindo roteamento de profundidade preciso para remover o "copo" na parte superior e/ou inferior da parte flexível.
• PCBs com cavidades:As cavidades são criadas estrategicamente dentro das camadas de PCB para integrar ou incorporar componentes diretamente na placa.
• PCBs de moedas de cobre para dissipadores de calor:Em aplicações de alta potência, as moedas de cobre são frequentemente incorporadas em PCBs para servir como dissipadores de calor localizados altamente eficientes. O roteamento de profundidade é usado para criar bolsos precisos para essas moedas, garantindo um ajuste perfeito.

O sucesso nessas aplicações exige não apenas máquinas robustas, mas também funções de controle sofisticadas. Os fabricantes de PCB contam com recursos avançados de máquinas e metodologias de processo para atingir suas metas precisas de roteamento de profundidade. Aqui, explorarei algumas funções cruciais que capacitam os fabricantes a dominar desafios complexos de roteamento de profundidade.

Roteamento de profundidade com um segundo sistema de medição

Um cenário comum no roteamento em profundidade envolve a criação de uma profundidade de corte constante, mesmo quando o próprio painel PCB não é perfeitamente plano - uma ocorrência frequente na fabricação. Nesses casos, confiar apenas em uma profundidade do eixo Z pré-programada a partir de um ponto de referência fixo pode levar a resultados inconsistentes.

Para superar isso, as máquinas usam um segundo sistema de medição, normalmente envolvendo um pé de pressão equipado com uma pastilha ou escova especializada que toca com precisão a superfície do PCB. A máquina calcula a profundidade a partir do momento exato do contato e a mantém de forma consistente ao longo do caminho de roteamento. Esse ajuste dinâmico garante que a profundidade roteada seja precisa em relação à superfície do painel potencialmente irregular. Uma aplicação típica e crítica dessa tecnologia é o roteamento de profundidade para eliminação de copos na fabricação de PCBs rígidos e flexíveis.

Figura 1: Roteamento de profundidade usando as segundas amostras do sistema de medição.

Roteamento de profundidade do contato elétrico

Enquanto um segundo sistema de medição geralmente usa contato mecânico para estabelecer o ponto inicial para cálculos de profundidade, o roteamento de profundidade do contato elétrico oferece um método alternativo e preciso que aproveita as propriedades elétricas do PCB. Nesta abordagem, a camada designada como ponto de partida para o cálculo da profundidade deve ser fixada. Pode ser a camada superior de cobre ou uma camada interna de cobre. A ferramenta de roteamento eletricamente condutora faz contato com essa camada aterrada, acionando um sinal preciso que define o ponto zero para medição de profundidade do eixo Z.

Este método é particularmente vantajoso para aplicações que requerem tolerâncias extremamente apertadas e referência direta a uma camada condutora. Ele elimina as pequenas variações mecânicas que podem ocorrer com os sistemas de pé de pressão, oferecendo repetibilidade superior quando o alvo é um recurso de cobre.

Figura 2: Roteamento de profundidade usando contato elétrico com a camada superior aterrada.

Figura 3: Roteamento de profundidade usando contato elétrico com a camada interna aterrada.

Polimento

Os princípios do contato elétrico também podem ser aplicados em uma função de "polimento". Esse recurso avançado garante uma superfície roteada excepcionalmente limpa e precisa, principalmente quando o roteamento de profundidade se destina a expor uma camada de cobre sem causar danos. A máquina executa uma operação de roteamento de profundidade. Quando a ferramenta faz contato elétrico com a camada de cobre alvo, o movimento do eixo Z para automaticamente. A ferramenta então avança ligeiramente ao longo dos eixos X e/ou Y, levanta minimamente no eixo Z, continua a se mover nos eixos X e/ou Y e, posteriormente, abaixa para restabelecer o contato elétrico. Esta sequência se repete como parte da operação de polimento.

Esse micromovimento iterativo garante que a máquina esteja continuamente "sentindo" a superfície de cobre. O resultado é um roteamento de profundidade altamente preciso com penetração mínima no cobre, efetivamente "polindo" a superfície removendo qualquer resíduo dielétrico remanescente ou micro-rebarbas, levando a um acabamento de cobre limpo pronto para processos subsequentes.

Possibilidades avançadas de mapeamento

Para aplicações que exigem uma espessura igual da alma restante (a distância precisa entre a extremidade do roteamento de profundidade e a superfície inferior do painel), o roteamento de profundidade constante simples geralmente é insuficiente devido às variações inerentes na espessura do painel. Em casos tão complexos, é imperativo criar um "mapa" do painel de backup (a superfície inferior) antes do início do processo de roteamento.

Esse mapeamento envolve varredura ou medição de alta resolução da topografia da superfície inferior. Os dados resultantes criam um "mapa" digital que informa com precisão a máquina de roteamento sobre as variações de espessura locais. O sistema de controle da máquina ajusta a profundidade do eixo Z para cada ponto roteado de acordo com este mapa. Isso garante que, mesmo que a espessura original do painel varie, a espessura restante da banda seja consistentemente uniforme.

Figura 6: Mapa da amostra do painel traseiro.

Sonda de toque

Com base na estabilidade fornecida por uma mesa de vácuo ou adaptador, o roteamento de profundidade com controle de sonda de toque oferece o mais alto nível de precisão para a criação de cavidades. Uma sonda de toque especializada é montada no eixo Z, fornecendo um meio independente e altamente preciso de verificar e controlar a profundidade real durante o processo de roteamento.

Existem várias maneiras de usar a tecnologia de apalpador:

1. Medição Única + Roteamento:

• Meça a superfície do painel:O apalpador mede com precisão um único ponto na superfície do painel para estabelecer uma referência definitiva
• Rota para a profundidade definida com base na superfície do painel:O caminho de roteamento é executado até a profundidade programada, referenciando o ponto de superfície medido

2. Multi-Medição + Roteamento:

• Meça a superfície do painel com um apalpador:A sonda de toque digitaliza vários pontos na superfície do painel
• Diferentes pontos de medição na superfície do painel/processo de mapeamento:Isso cria um mapa topográfico mais detalhado da área necessária
• Rota para profundidade definida com base no valor médio dos dados mapeados:O caminho de roteamento é ajustado dinamicamente com base em um valor médio ou interpolado dos pontos de dados mapeados, compensando irregularidades de superfície localizadas em áreas maiores

3. Medição após o roteamento:

• Meça a superfície do painel:Obter uma referência de superfície inicial
• Meça um nível mais baixo, já processado, e verifique a profundidade:Após uma passagem de roteamento inicial, o apalpador mede a profundidade do recurso roteado para verificar a precisão. Esta pode ser uma etapa crítica do controle de qualidade.

4. Roteamento de cavidade adaptável:Isso representa o auge da precisão, empregando um sistema de feedback de circuito fechado:

• Meça a superfície por sonda de toque:Estabelece a referência inicial
• Roteamento:Executa uma passagem de roteamento inicial
• Meça a profundidade com um apalpador:A sonda mede a profundidade alcançada após a passagem
• Encaminhamento final, se necessário:Se a profundidade medida se desviar do alvo, a máquina executa uma passagem de roteamento adaptável final para atingir a profundidade especificada. Este processo garante uma precisão incomparável.

Casos de laser: quando o roteamento mecânico atinge seus limites

Embora o roteamento mecânico de profundidade ofereça imensas capacidades, há casos em que suas limitações exigem tecnologia a laser para processos de desbaste. Esses casos geralmente surgem ao lidar com materiais difíceis de usinar mecanicamente, quando o tamanho e a precisão do recurso necessários excedem as capacidades mecânicas ou quando o impacto térmico precisa ser minimizado. Os lasers, principalmente os de última geração, como o PICO-green, são perfeitos para tarefas como remover revestimentos finos de almofadas de cobre ou acessar almofadas de contato com danos mínimos.

Um laser PICO-verde pode fazer ablação de mícrons com impacto mínimo na próxima camada. Esse fornecimento de energia sem contato, altamente preciso e localizado garante um impacto térmico mínimo no material circundante, preservando a integridade de almofadas de cobre sensíveis e estruturas de linhas finas. O desbaste a laser fornece controle e limpeza superiores em comparação com métodos mecânicos para aplicações específicas.

Resumo

A capacidade de realizar roteamento de profundidade altamente preciso é fundamental para produzir os projetos complexos de PCB de hoje, incluindo placas rígidas flexíveis, PCBs com componentes incorporados e aqueles que exigem dissipadores de calor integrados. Vários recursos da máquina desempenham um papel crucial para garantir a precisão do roteamento de profundidade. Isso inclui as funções e capacidades discutidas anteriormente, bem como fusos fixados que aumentam a estabilidade da ferramenta, acionamentos lineares que permitem movimentos precisos e rápidos e válvulas ajustáveis que permitem o controle preciso da pressão do pé de pressão, entre outros fatores.

A combinação estratégica e o uso correto dessas funções da máquina (ou combinação de funções), juntamente com ferramentas de roteamento adequadas, materiais de backup adequados e o trabalho especializado de um engenheiro de processo qualificado, tornam possível produzir os projetos de PCB mais intrincados e exigentes. Esses recursos avançados são essenciais para atender aos requisitos complexos da eletrônica moderna, garantindo desempenho, confiabilidade e miniaturização superiores.