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Proceso de fabricación de PCB: cómo se fabrican los PCB

Proceso de fabricación de PCB: cómo se fabrican los PCB

El proceso de fabricación de PCB es muy importante para cualquier persona involucrada en la industria electrónica. Las placas de circuito impreso, PCB, son muy utilizadas como base para circuitos electrónicos. Las placas de circuito impreso se utilizan para proporcionar la base mecánica sobre la que se puede construir el circuito. En consecuencia, prácticamente todos los circuitos utilizan placas de circuito impreso y se diseñan y utilizan en cantidades de millones.

Aunque los PCB constituyen la base de prácticamente todos los circuitos electrónicos de hoy, tienden a darse por sentados. Sin embargo, la tecnología en esta área de la electrónica avanza. Los tamaños de las pistas están disminuyendo, la cantidad de capas en las placas aumenta para adaptarse a la mayor conectividad requerida y las reglas de diseño se están mejorando para garantizar que se puedan manejar dispositivos SMT más pequeños y que se puedan acomodar los procesos de soldadura utilizados en la producción.

El proceso de fabricación de PCB se puede lograr de diversas formas y existen diversas variantes. A pesar de las muchas pequeñas variaciones, las etapas principales del proceso de fabricación de PCB son las mismas.

Componentes de PCB

Las placas de circuito impreso, PCB, se pueden fabricar a partir de una variedad de sustancias. El más utilizado en una forma de tablero a base de fibra de vidrio conocido como FR4. Esto proporciona un grado razonable de estabilidad ante variaciones de temperatura y no se descompone demasiado, aunque no es excesivamente caro. Otros materiales más baratos están disponibles para los PCB en productos comerciales de bajo costo. Para diseños de radiofrecuencia de alto rendimiento donde la constante dieléctrica del sustrato es importante y se necesitan bajos niveles de pérdida, se pueden utilizar placas de circuito impreso basadas en PTFE, aunque es mucho más difícil trabajar con ellas.

Para hacer un PCB con pistas para los componentes, primero se obtiene un tablero revestido de cobre. Este consiste en el material del sustrato, típicamente FR4, con revestimiento de cobre normalmente en ambos lados. Este revestimiento de cobre consta de una fina capa de lámina de cobre adherida al tablero. Esta unión es normalmente muy buena para FR4, pero la propia naturaleza del PTFE lo hace más difícil, y esto agrega dificultad al procesamiento de PCB de PTFE.

Proceso básico de fabricación de PCB

Con las placas de PCB desnudas elegidas y disponibles, el siguiente paso es crear las pistas necesarias en la placa y eliminar el cobre no deseado. La fabricación de los PCB se realiza normalmente mediante un proceso de grabado químico. La forma más común de grabado utilizada con PCB es el cloruro férrico.

Para obtener el patrón correcto de pistas, se utiliza un proceso fotográfico. Normalmente, el cobre de las placas de circuito impreso desnudas está cubierto con una fina capa de fotorresistencia. Luego se expone a la luz a través de una película fotográfica o fotomáscara que detalla las pistas requeridas. De esta manera, la imagen de las pistas se transmite a la fotorresistencia. Con esto completo, la fotorresistencia se coloca en un revelador de modo que solo aquellas áreas del tablero donde se necesitan pistas queden cubiertas con la capa protectora.

La siguiente etapa en el proceso es colocar las placas de circuito impreso en el cloruro férrico para grabar las áreas donde no se requieren pistas o cobre. Conociendo la concentración del cloruro férrico y el espesor del cobre en el tablero, se coloca en la espuma de grabado durante el tiempo requerido. Si las placas de circuito impreso se colocan en el grabado durante demasiado tiempo, se pierde algo de definición ya que el cloruro férrico tenderá a socavar la fotorresistencia.

Aunque la mayoría de las placas de circuito impreso se fabrican mediante procesamiento fotográfico, también hay otros métodos disponibles. Una es utilizar una fresadora especializada de alta precisión. Luego, la máquina se controla para eliminar el cobre en aquellas áreas donde no se requiere cobre. Obviamente, el control está automatizado y se maneja a partir de archivos generados por el software de diseño de PCB. Esta forma de fabricación de PCB no es adecuada para grandes cantidades, pero es una opción ideal en muchos casos donde se necesitan cantidades muy pequeñas de un prototipo de PCB.

Otro método que se utiliza a veces para un prototipo de PCB es imprimir tintas resistentes al grabado en el PCB mediante un proceso de serigrafía.

Placas de circuitos impresos multicapa

Con el aumento de la complejidad de los circuitos electrónicos, no siempre es posible proporcionar toda la conectividad que se requiere utilizando solo los dos lados de la PCB. Esto ocurre con bastante frecuencia cuando se diseñan microprocesadores densos y otras placas similares. Cuando este es el caso, se requieren placas multicapa.

La fabricación de placas de circuito impreso multicapa, aunque utiliza los mismos procesos que las placas monocapa, requiere un grado considerablemente mayor de precisión y control del proceso de fabricación.

Las placas se fabrican utilizando placas individuales mucho más delgadas, una para cada capa, y luego se unen para producir la PCB general. A medida que aumenta el número de capas, las placas individuales deben volverse más delgadas para evitar que la PCB terminada se vuelva demasiado gruesa. Además, el registro entre las capas debe ser muy preciso para garantizar que los agujeros se alineen.

Para unir las diferentes capas, la placa se calienta para curar el material de unión. Esto puede provocar algunos problemas de deformación. Las tablas grandes de varias capas pueden tener una deformación distinta si no están diseñadas correctamente. Esto puede ocurrir particularmente si, por ejemplo, una de las capas internas es un plano de potencia o un plano de tierra. Si bien esto en sí mismo está bien, si algunas áreas razonablemente significativas deben dejarse libres de cobre. Esto puede crear tensiones dentro de la PCB que pueden provocar deformaciones.

Orificios y vías de PCB

Los orificios, a menudo llamados orificios de paso o vías, son necesarios dentro de una PCB para conectar las diferentes capas en diferentes puntos. También pueden ser necesarios orificios para permitir el montaje de componentes con plomo en la PCB. Además, pueden ser necesarios algunos orificios de fijación.

Normalmente, las superficies internas de los orificios tienen una capa de cobre para que conecten eléctricamente las capas de la placa. Estos "agujeros pasantes chapados" se producen mediante un proceso de chapado. De esta forma se pueden conectar las capas de la placa.

Luego, la perforación se realiza utilizando máquinas de perforación controladas numéricamente, los datos se suministran desde el software de diseño de PCB CAD. Vale la pena señalar que reducir el número de orificios de diferentes tamaños puede ayudar a reducir el costo de fabricación de la PCB.

Puede ser necesario que algunos orificios solo existan en el centro del tablero, por ejemplo, cuando las capas internas del tablero deben conectarse. Estas "vías ciegas" se perforan en las capas relevantes antes de que las capas de PCB se unan entre sí.

Placa de soldadura de PCB y resistencia de soldadura

Cuando se suelda una PCB, es necesario mantener las áreas que no se van a soldar protegidas por una capa de lo que se denomina resistencia de soldadura. La adición de esta capa ayuda a prevenir cortocircuitos no deseados en las placas de PCB causados ​​por la soldadura. La resistencia de soldadura normalmente consiste en una capa de polímero y protege la placa de la soldadura y otros contaminantes. El color de la resistencia de soldadura es normalmente verde oscuro o rojo.

Para permitir que los componentes agregados a la placa, ya sea con plomo o SMT, se suelden fácilmente a la placa, las áreas expuestas de la placa normalmente están "estañadas" o enchapadas con soldadura. Ocasionalmente, las tablas o áreas de las tablas pueden estar chapadas en oro. Esto puede ser aplicable si se van a utilizar algunos dedos de cobre para conexiones de borde. Como el oro no se empaña y ofrece buena conductividad, proporciona una buena conexión a bajo costo.

Serigrafía PCB

A menudo es necesario imprimir texto y colocar otros pequeños identificadores impresos en una PCB. Esto puede ayudar a identificar la placa y también a marcar la ubicación de los componentes para ayudar a encontrar fallas, etc. Se utiliza una pantalla de seda generada por el software de diseño de PCB para agregar las marcas a la placa, después de los otros procesos de fabricación para la placa desnuda. ha sido completado.

Prototipo de PCB

Como parte de cualquier proceso de desarrollo, normalmente es aconsejable hacer un prototipo antes de comprometerse con la producción completa. Lo mismo ocurre con las placas de circuito impreso en las que normalmente se fabrica y prueba un prototipo de PCB antes de la producción completa. Normalmente, será necesario fabricar rápidamente un prototipo de PCB, ya que siempre hay presión para completar la fase de diseño de hardware del desarrollo del producto. Como el objetivo principal del prototipo de PCB es probar el diseño real, a menudo es aceptable utilizar un proceso de fabricación de PCB ligeramente diferente, ya que solo se necesitará una pequeña cantidad de los prototipos de placas de PCB. Sin embargo, siempre es aconsejable mantenerse lo más cerca posible del proceso de fabricación de PCB final para garantizar que se realicen pocos cambios y se introduzcan pocos elementos nuevos en la placa de circuito impreso final.

El proceso de fabricación de PCB es un elemento esencial del ciclo de vida de la producción electrónica. La fabricación de PCB emplea muchas áreas nuevas de tecnología y esto ha permitido realizar mejoras significativas tanto en la reducción de tamaños de los componentes y pistas utilizados como en la confiabilidad de las placas.

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