Impulsionando a Inovação: Processos de Roteamento em Profundidade — Alcançando Precisão Incomparável em PCBs Complexas

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

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

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

O sucesso nessas aplicações exige não apenas máquinas robustas, mas também funções de controle sofisticadas. Os fabricantes de PCB dependem de recursos avançados de máquinas e metodologias de processo para atingir seus objetivos precisos de roteamento em profundidade. Aqui, vou explorar algumas funções cruciais que capacitam os fabricantes a dominar desafios complexos de roteamento de profundidade.

Roteamento em profundidade com um segundo sistema de medição

Um cenário comum no roteamento profundo envolve criar uma profundidade de corte constante, mesmo quando o próprio painel da PCB não está perfeitamente plano — algo frequente na fabricação. Nesses casos, confiar exclusivamente em uma profundidade pré-programada no eixo Z a partir de um ponto de referência fixo pode levar a resultados inconsistentes.

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

Figura 1: Roteamento em profundidade usando amostras do segundo sistema de medição.

Roteamento em profundidade a partir do contato elétrico

Enquanto um segundo sistema de medição frequentemente utiliza contato mecânico para estabelecer o ponto inicial para cálculos de profundidade, o roteamento em profundidade a partir do contato elétrico oferece um método alternativo e preciso que aproveita as propriedades elétricas da PCB. Nessa abordagem, a camada designada como ponto de partida para o cálculo da profundidade deve ser aterrada. Isso 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, disparando um sinal preciso que define o ponto zero para a medição de profundidade no eixo Z.

Esse método é particularmente vantajoso para aplicações que exigem tolerâncias extremamente rigorosas e referência direta a uma camada condutora. Ele elimina as pequenas variações mecânicas que podem ocorrer com sistemas de pé de pressão, oferecendo uma repetibilidade superior quando o alvo é uma característica de cobre.

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

Figura 3: Roteamento em 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 de roteamento excepcionalmente limpa e precisa, especialmente quando o fresamento em profundidade tem a intenção de expor uma camada de cobre sem causar danos. A máquina executa uma operação de roteamento em 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-se minimamente no eixo Z, continua a se mover nos eixos X e/ou Y, e subsequentemente desce para restabelecer contato elétrico. Essa 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 encaminhamento em profundidade altamente preciso com penetração mínima no cobre, efetivamente "polindo" a superfície ao remover qualquer resíduo dielétrico ou micro-rebarbas, resultando em um acabamento de cobre limpo pronto para processos subsequentes.

Possibilidades Avançadas de Mapeamento

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

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

Figura 6: Mapa da amostra do painel traseiro.

Sonda de Toque

Com base na estabilidade proporcionada por uma mesa de vácuo ou adaptador, o roteamento de profundidade com controle por 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 formas de usar a tecnologia da sonda de toque:

1. Medição única + Roteamento:

• Meça a superfície do painel:A sonda de toque mede com precisão um único ponto na superfície do painel para estabelecer uma referência definitiva
• Traçado até profundidade definida com base na superfície do painel:O caminho de roteamento é executado até a profundidade programada, referenciando-se ao ponto de superfície medido

2. Medição Multi-Múltipla + Roteamento:

• Meça a superfície do painel com uma sonda de toque:A sonda de toque escaneia múltiplos 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
• Rastreio até a profundidade definida com base no valor médio dos dados mapeados:O caminho de roteamento é ajustado dinamicamente com base em uma média ou valor interpolado dos pontos de dados mapeados, compensando irregularidades localizadas na superfície em áreas maiores

3. Medição após o roteamento:

• Meça a superfície do painel:Faça uma referência superficial inicial
• Meça um nível mais baixo, já processado, e verifique a profundidade:Após uma passagem inicial de roteamento, a sonda de toque mede a profundidade da característica roteada para verificar a precisão. Isso pode ser uma etapa crítica de controle de qualidade.

4. Roteamento adaptativo de cavidades:Isso representa o auge da precisão, empregando um sistema de feedback em malha fechada:

• Meça a superfície pela sonda de toque:Estabelece a referência inicial
• Roteamento:Realiza uma passagem inicial de roteamento
• Meça a profundidade com um com uma sonda de toque:A sonda mede a profundidade alcançada após a passagem
• Roteamento final, se necessário:Se a profundidade medida se desviar do alvo, a máquina realiza uma passada final de roteamento adaptativa para alcançar a profundidade especificada. Esse processo garante uma precisão incomparável.

Estojos a laser: Quando o roteamento mecânico atinge seus limites

Embora o roteamento mecânico por profundidade ofereça capacidades imensas, há casos em que suas limitações exigem tecnologia a laser para desmembrar processos. Esses casos frequentemente ocorrem ao lidar com materiais difíceis de usinar mecanicamente, quando o tamanho e a precisão exigidos excedem as capacidades mecânicas, ou quando o impacto térmico precisa ser minimizado. Lasers, especialmente os de alta qualidade como 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 ablar micrômetros com impacto mínimo na próxima camada. Essa entrega de energia sem contato, altamente precisa e localizada garante impacto térmico mínimo no material ao redor, preservando a integridade das almofadas sensíveis de cobre e das estruturas de linhas finas. O skiving a laser oferece controle e limpeza superiores em comparação com métodos mecânicos para aplicações específicas.

Resumo

A capacidade de realizar roteamento em profundidade altamente preciso é fundamental para produzir os projetos complexos de PCB atuais, incluindo placas rígidas flexíveis, PCBs com componentes embutidos e aqueles que exigem dissipadores de calor integrados. Diversos recursos da máquina desempenham um papel crucial para garantir a precisão do roteamento em profundidade. Incluem as funções e capacidades mencionadas anteriormente, bem como fusos fixos que melhoram a estabilidade da ferramenta, acionamentos lineares que permitem movimentos precisos e rápidos, e válvulas ajustáveis que permitem 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 adequadas de roteamento, materiais de backup adequados e o trabalho especializado de um engenheiro de processos qualificado, tornam possível produzir os projetos de PCB mais complexos e exigentes. Essas capacidades avançadas são essenciais para atender aos requisitos complexos da eletrônica moderna, garantindo desempenho, confiabilidade e miniaturização superiores.