Los fundamentos de la fabricación de placas de circuito impreso

Los fundamentos de la fabricación de placas de circuito impreso

Con cualquier operación de fabricación, la longevidad y la funcionalidad de un producto están determinadas en gran medida por la calidad de la construcción. Las placas de circuito impreso, o PCB, no son diferentes.

El proceso de fabricación de PCB produce la placa de circuito impreso desnuda, una de las características más importantes de cualquier producto. Como tal, el proceso de fabricación es un componente clave del ciclo de vida de producción de productos electrónicos y juega un papel importante en el éxito general de un proyecto. Sin embargo, para aprovechar al máximo este proceso, los clientes deben comprender las respuestas a tres preguntas fundamentales:

• ¿Qué es la fabricación de PCB?
• ¿Por qué es importante?
• ¿Cómo interviene la fabricación en el proceso de ensamblaje de PCB?

Acerca de los PCB

Una placa de circuito impreso transporta circuitos eléctricos y permite enrutar señales y energía entre dispositivos. Los PCB constan de varias capas de material:

• Sustrato: En el núcleo del tablero hay un sustrato o material base. Las tablas tradicionales usan un material de fibra de vidrio llamado FR4, aunque otras tablas pueden usar sustratos de aluminio, cerámica o polímero.
• Cobre: El sustrato de la PCB se cubre con una fina lámina de cobre y se lamina con calor y adhesivo. La cantidad de "capas" en una placa está determinada por la cantidad de capas de cobre; por ejemplo, las PCB de doble cara tendrán cobre aplicado a ambos lados de un sustrato, y una placa de cuatro capas tendrá cuatro capas de cobre en total. La mayoría de los PCB contienen una onza de cobre por pie cuadrado, aunque los PCB de alta potencia pueden usar dos o tres onzas.

Estos materiales se combinan en el proceso de fabricación para crear la PCB desnuda. Este PCB desnudo luego se envía a través del proceso de ensamblaje, o PCBA, para aplicar soldadura y los componentes electrónicos, finalizando en un PCB completamente funcional.

¿Qué es la fabricación de PCB?

La fabricación de PCB es el proceso mediante el cual los materiales antes mencionados de una placa se combinan en capas funcionales para formar la placa de circuito impreso desnuda. La fabricación de placas de circuito impreso desnudas funciona de la siguiente manera:

1. Revisión del diseño: El proceso de fabricación no comienza hasta que el equipo de ingeniería revisa el diseño. Esto se denomina verificación de diseño para la fabricación, que garantiza que el diseño sea válido y cumpla con las tolerancias y las especificaciones que se pueden cumplir durante la fabricación.
2. Aplicación de película: El diseño de la placa de circuito impreso se imprime en películas utilizando imágenes directas por láser, que proporcionan negativos fotográficos del diseño de la placa. Estas películas se aplican a las capas de material y se utilizan como guía para cada proceso de fabricación.
3. Grabado en cobre: Usando varios métodos, el exceso de cobre o no deseado se graba o elimina para crear rastros y almohadillas. Este proceso suele implicar varias rondas de limpieza para eliminar el exceso de material y los productos químicos no deseados.
4. Apilamiento y laminación de capas: Si la placa es una placa multicapa, las capas interior y exterior se alinean entre sí después del proceso de grabado de cobre. Esto generalmente se logra utilizando orificios de alineación en el propio tablero. Después de inspeccionar las capas, se coloca un preimpregnado a base de epoxi entre cada capa y el tablero se lamina aplicando calor; el calor derrite el epoxi y adhiere las capas.
5. Perforación: Una vez que las capas del tablero se han laminado juntas, se usa un taladro para crear agujeros a través del tablero. Estos orificios se utilizan para orificios de montaje, orificios pasantes y vías.
6. Revestimiento: Una vez que se completa la perforación, la placa se recubre con una capa de cobre de un micrómetro de espesor, que recubre el interior de los orificios perforados, creando orificios pasantes revestidos. Esto suele ir seguido de más grabado y eliminación de cobre en la capa exterior de la placa.
7. Aplicación de máscara de soldadura: Una vez que se completan las capas de cobre, los paneles se limpian y se cubren con una máscara de soldadura. La máscara de soldadura le da a la PCB su característico color verde. La máscara de soldadura aísla las trazas de cobre del contacto accidental con otros materiales conductores que podrían crear problemas funcionales y ayuda durante el montaje para que la soldadura solo se aplique en las ubicaciones correctas. Una vez aplicada, las áreas no deseadas de la máscara de soldadura se eliminan y la PCB se coloca en un horno para curar la capa de la máscara de soldadura.
8. Serigrafía:Ya sea que esto sea necesario o no, el siguiente paso es la aplicación de la serigrafía, después de lo cual la placa pasa por la etapa final de curado. En la parte superior de la capa de máscara de soldadura, es donde se aplica la capa de serigrafía. La serigrafía suele ser de color blanco y agrega letras, números y símbolos a la PCB. Esta capa de serigrafía ayuda con el tipo de componente y la ubicación durante el ensamblaje de la placa de circuito impreso.
9. Acabado de la superficie:después de curar la máscara de soldadura y la serigrafía, la placa de circuito impreso puede recubrirse con oro o plata u otro acabado superficial para garantizar la protección y la funcionalidad.

Una vez que las placas completan estos pasos, generalmente se someten a pruebas de confiabilidad eléctrica para garantizar que funcionen. Después de eso, si las tablas se produjeron en un panel, se cortan, inspeccionan y reparan según sea necesario.

Cómo se integra la fabricación en el proceso general de fabricación

La fabricación es solo un paso en el proceso de fabricación de PCB. Para comprender completamente la importancia de la fabricación de placas de circuito impreso, es importante saber dónde se encuentra en el ciclo.

El proceso de fabricación de PCB se divide en tres etapas generales, que se describen con más detalle a continuación:

1. Desarrollo de PCB: El desarrollo de PCB es la etapa inicial del proceso de fabricación. Esencialmente, aquí es donde se conceptualiza, modifica y finaliza el diseño de PCB. El desarrollo de PCB generalmente incluye múltiples rondas de diseño, creación de prototipos y pruebas, especialmente para diseños más complejos.
2. Fabricación de PCB: Una vez finalizado el diseño de PCB en la etapa de desarrollo, el PCB pasa al proceso de fabricación. La fabricación implica dos pasos:fabricación y montaje. La fabricación produce el diseño de la placa, mientras que el ensamblaje aplica los componentes a la superficie de la placa. Al final de este proceso, los tableros están completos.
3. Evaluación de PCB: La etapa final del proceso de fabricación es una evaluación. Esto incluye una ronda final de prueba después de que se completa el proceso de fabricación. Esta etapa de prueba evalúa la capacidad de la placa ensamblada para funcionar según lo previsto y elimina las placas que fallan en las pruebas. En algunos casos, las pruebas pueden revelar que la placa requiere un ajuste de diseño y el ciclo comienza de nuevo. Si las tablas pasan las pruebas, se someten a una inspección final para detectar cualquier defecto antes de enviarlas.

Por qué es importante la fabricación de PCB

La fabricación de PCB es una actividad subcontratada realizada por un fabricante externo que utiliza los diseños proporcionados por sus clientes. Es importante comprender la fabricación porque los fabricantes solo ven el diseño, no el rendimiento previsto para su diseño. Si los diseñadores no tienen en cuenta el proceso de fabricación y las limitaciones durante el proceso de diseño, las placas fabricadas pueden verse afectadas en las siguientes áreas:

• Fabricabilidad: Las opciones de diseño afectan la capacidad de fabricación de las PCB. Los diseños de tableros deben tener en cuenta las propiedades del material del tablero y permitir un espacio libre adecuado entre los elementos de la superficie. Si es necesario producir el tablero en paneles, esto también debería afectar el diseño final. Los diseños que descuidan estos factores pueden ser imposibles de fabricar sin rediseños.
• Tasa de rendimiento: En algunas circunstancias, los tableros se pueden fabricar con éxito utilizando el diseño existente. Sin embargo, ciertas opciones de diseño pueden generar problemas de fabricación que inutilicen varias placas, por ejemplo, ampliar los límites de tolerancia de su equipo de fabricación.
• Fiabilidad: La mayoría de las tarjetas están reguladas según las especificaciones de la industria, que dictan un nivel requerido de confiabilidad en el desempeño. No cumplir con los requisitos de la industria en el diseño puede resultar en tableros poco confiables o no funcionales.

La mejor manera de evitar estos problemas es considerar el proceso de fabricación de PCB durante el ciclo de diseño. Puede hacerlo utilizando las reglas de diseño para la capacidad de fabricación (DFM) y verificando las capacidades de su fabricante de PCB durante el ciclo de diseño. Cuando se asocia con un fabricante de PCB de alta calidad, puede trabajar en estrecha colaboración con ellos para ayudarlo a optimizar su diseño para el proceso de fabricación de PCB.

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