Dominando la fabricación de PCB: Principios clave para placas de circuito impreso de alta calidad

Los fundamentos de la fabricación de placas de circuito impreso

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

El proceso de fabricación de PCB produce la placa de circuito impreso base, 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 electrónicos y juega una parte significativa en el éxito general de un proyecto. Para aprovechar al máximo este proceso, sin embargo, los clientes necesitan entender las respuestas a tres preguntas centrales:

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

Sobre las PCB

Una placa de circuito impreso transporta circuitos eléctricos y permite que señales y potencia se enruten entre dispositivos. Las PCB consisten en varias capas de material:

• Sustrato: En el núcleo de la placa hay un sustrato o material base. Las placas tradicionales usan un material de fibra de vidrio llamado FR4, aunque otras placas pueden usar sustratos de aluminio, cerámica o polímero.
• Cobre: El sustrato de la PCB está cubierto con una lámina delgada de cobre y laminado con calor y adhesivo. El número de "capas" en una placa está determinado por el número de capas de cobre — por ejemplo, PCB de doble cara tendrán cobre aplicado en ambos lados de un sustrato, y una placa de cuatro capas tendrá cuatro capas de cobre en total. La mayoría de las PCB contienen una onza de cobre por pie cuadrado, aunque las PCB de alta potencia pueden usar dos o tres onzas.

Estos materiales se combinan en el proceso de fabricación para crear la PCB base. Esta PCB base se envía luego a través del proceso de ensamblaje, o PCBA, para aplicar soldadura y los componentes electrónicos, terminando en una PCB completamente funcional.

¿Qué es la fabricación de PCB?

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

1. Revisión de diseño: El proceso de fabricación no comienza hasta que el equipo de ingeniería revisa el diseño. Esto se llama una verificación de Diseño para Fabricabilidad (DFM), que asegura que el diseño es válido y cumple con las tolerancias y especificaciones que pueden cumplirse durante la fabricación.
2. Aplicación de película: El diseño de PCB se imprime en películas usando imagen directa láser, que proporcionan negativos fotográficos del layout de la placa. Estas películas se aplican a las capas de material y se usan como guía para cada proceso de fabricación.
3. Grabado de cobre: Usando varios métodos, el cobre no deseado o exceso se graba o remueve para crear pistas y pads. Este proceso usualmente involucra múltiples rondas de limpieza para remover material exceso y químicos no deseados.
4. Apilado de capas y laminación: Si la placa es multicapa, las capas internas y externas se alinean entre sí después del proceso de grabado de cobre. Esto usualmente se logra usando agujeros de alineación en la propia placa. Después de inspeccionar las capas, se coloca un prepreg basado en epoxi entre cada capa, y la placa se lamina junta aplicando calor — el calor funde el epoxi y adhiere las capas juntas.
5. Taladrado: Después de que las capas de la placa han sido laminadas juntas, se usa un taladro para crear agujeros a través de la placa. Estos agujeros se usan para agujeros de montaje, through-holes y vías.
6. Plateado: Una vez que el taladrado está completo, la placa se placa con una capa de cobre de micras de espesor, que recubre el interior de los agujeros taladrados, creando through-holes plateados. Esto usualmente se sigue con más grabado y remoción de cobre en la capa externa de la placa.
7. Aplicación de máscara de soldadura: Después de que las capas de cobre están completas, los paneles se limpian y cubren con máscara de soldadura. La máscara de soldadura da a la PCB su característico color verde. La máscara de soldadura aísla las pistas de cobre de contacto accidental con otros materiales conductores que podrían crear problemas funcionales y ayuda durante el ensamblaje para que la soldadura solo se aplique en las ubicaciones correctas. Una vez aplicada, se remueven las áreas no deseadas de la máscara de soldadura, y la PCB se coloca en un horno para curar la capa de máscara de soldadura.
8. Serigrafía (Silkscreen): Ya sea que 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. Sobre la capa de máscara de soldadura, es donde se aplica la capa de serigrafía. La serigrafía es usualmente blanca y añade letras, números y símbolos a la PCB. Esta capa de serigrafía ayuda a asistir con el tipo y ubicación de componentes durante el ensamblaje de la PCB.
9. Acabado superficial: Después de que la máscara de soldadura y la serigrafía están curadas, la PCB puede ser plateada con oro, plata u otro acabado superficial para asegurar protección y funcionalidad.

Después de que las placas completan estos pasos, típicamente pasan por pruebas de fiabilidad eléctrica para asegurar que son funcionales. Después de eso, si las placas fueron producidas en un panel, se cortan separadamente, se inspeccionan y reparan según sea necesario.

Cómo la fabricación encaja en el proceso de fabricación general

La fabricación es solo un paso en el proceso de fabricación de PCB. Para entender 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 cae dentro de tres etapas generales, descritas 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 el diseño de PCB se conceptualiza, modifica y finaliza. El desarrollo de PCB usualmente incluye múltiples rondas de diseño, prototipado y pruebas, especialmente para diseños más complejos.
2. Fabricación de PCB: Después de que el diseño de PCB se finaliza en la etapa de desarrollo, la PCB pasa al proceso de fabricación. La fabricación involucra dos pasos — fabricación y ensamblaje. La fabricación produce el diseño de la placa, mientras que el ensamblaje aplica componentes a la superficie de la placa. Al final de este proceso, las placas están completas.
3. Evaluación de PCB: La etapa final del proceso de fabricación es una evaluación. Esto incluye una ronda final de pruebas después de que el proceso de fabricación está completo. Esta etapa de prueba evalúa la capacidad de la placa ensamblada para realizar como se pretende y elimina placas que fallan 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 placas pasan las pruebas, pasan por una inspección final por cualquier defecto antes de ser enviadas.

Por qué la fabricación de PCB es importante

La fabricación de PCB es una actividad externalizada realizada por un fabricante tercero usando los diseños proporcionados por sus clientes. La fabricación es importante de entender porque los fabricantes solo ven el diseño, no el rendimiento previsto para su diseño. Si los diseñadores no mantienen el proceso de fabricación y limitaciones en mente durante el proceso de diseño, las placas fabricadas pueden verse afectadas en las siguientes áreas:

• Fabricabilidad: Las elecciones de diseño impactan la fabricabilidad de las PCB. Los diseños de placa necesitan tener en cuenta las propiedades del material de la placa y permitir un despeje adecuado entre elementos de superficie. Si la placa necesita producirse en paneles, esto también debería impactar el diseño final. Los diseños que descuidan estos factores pueden ser imposibles de fabricar sin rediseños.
• Tasa de rendimiento (Yield rate): En algunas circunstancias, las placas pueden fabricarse exitosamente usando el diseño existente. Sin embargo, ciertas elecciones de diseño pueden resultar en problemas de fabricación que hacen que múltiples placas sean inutilizables — por ejemplo, estirar los límites de tolerancia de su equipo de fabricación.
• Fiabilidad: La mayoría de las placas están reguladas bajo especificaciones de la industria, que dictan un nivel requerido de fiabilidad de rendimiento. No seguir los requisitos de la industria en el diseño puede resultar en placas poco fiables o no funcionales.

La mejor manera de evitar estos problemas es considerar el proceso de fabricación de PCB durante el ciclo de diseño. Puede hacer esto utilizando reglas de diseño para fabricabilidad (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 estrechamente con ellos para ayudar a optimizar su diseño para el proceso de fabricación de PCB.

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