¿Cómo se fabrican las PCB?

Selección de materiales

Las placas de circuito impreso suelen fabricarse con materiales como FR-4, laminado epoxi de fibra de vidrio, que se recubren con una lámina de cobre. La elección del material depende de la aplicación prevista y de las características eléctricas de la placa de circuito impreso.

Diseño y disposición

Los ingenieros crean el diseño de la placa de circuito impreso con software especializado y exportan los archivos Gerber y de perforación para el fabricante. Un archivo Gerber es un formato de archivo estándar utilizado en la industria de fabricación de placas de circuito impreso (PCB). Debe su nombre a la empresa Gerber Scientific Instrument, que desarrolló originalmente el formato. Estos archivos se utilizan para comunicar las especificaciones de diseño a las instalaciones de fabricación de las placas de circuito impreso, lo que les permite producir las placas de circuito físicas con precisión.

Los archivos Gerber son esencialmente un conjunto de imágenes vectoriales en 2D que describen las diferentes capas del diseño de la placa de circuito impreso. Cada capa, como la capa de cobre superior, la capa de cobre inferior, la máscara de soldadura y la serigrafía, se representa como un archivo Gerber independiente. Estos archivos contienen coordenadas, formas y atributos que definen la disposición y las características de la placa de circuito impreso.

Normalmente, el software de diseño de PCB genera archivos Gerber como parte del proceso de exportación del diseño. Estos archivos pueden enviarse a un fabricante de placas de circuito impreso para su fabricación. El fabricante utiliza los archivos Gerber para crear las fotomáscaras y otras herramientas necesarias para producir la placa de circuito impreso según las especificaciones del diseñador.

El diseño incluye la disposición de los componentes, las trazas y las capas internas necesarias. Las normas de diseño deben respetarse para evitar problemas durante el proceso de fabricación o problemas de fiabilidad en el producto final.

Impresión del circuito

Los archivos Gerber se utilizan para crear fotomáscaras, que son esencialmente plantillas utilizadas en el paso de exposición. Cada fotomáscara corresponde a una capa específica del diseño de la placa de circuito impreso, como las trazas de cobre, la máscara de soldadura y la serigrafía.

La disposición de la placa de circuito impreso se imprime en una placa revestida de cobre, para formar el patrón del circuito. Se aplica una capa de material fotosensible, denominado fotorresistente, a la placa revestida de cobre desnudo. A continuación, la placa se prehornea para garantizar que la fotorresistencia se adhiera correctamente.

A continuación, la placa se sumerge en una solución química reveladora que lava la fotorresistencia no expuesta (no endurecida), dejando tras de sí los patrones deseados de fotorresistencia endurecida.

Grabado

Los procesos químicos eliminan el exceso de cobre, pero dejan las trazas del circuito. La placa se coloca en una solución de grabado que elimina el cobre expuesto (desprotegido). La fotorresistencia endurecida actúa como máscara, protegiendo las trazas de cobre y las características que se definieron durante la exposición. Este proceso sólo deja en la placa las trazas de cobre y las almohadillas de componentes deseadas. Los restos de fotorresistencia se eliminan, dejando al descubierto las trazas de cobre limpias.

Añadir capas

El proceso de añadir capas consiste en superponer varias láminas finas de cobre y sustrato aislante, creando una estructura compuesta. Esto permite a los diseñadores lograr una mayor densidad de enrutamiento y dar cabida a un mayor número de componentes, por lo que es un paso esencial en la evolución de las placas de circuito impreso modernas.

Retos de registro: Sin embargo, las ventajas de las capas adicionales van acompañadas de problemas de registro. Lograr un registro preciso, o alineación, de cada capa durante el proceso de fabricación es fundamental para garantizar que las vías conductoras y los componentes se alineen con precisión entre las capas. Una mala alineación puede provocar cortocircuitos, variaciones de impedancia y comprometer la integridad de la señal.

Atenuación de los problemas de registro: Las tecnologías de fabricación avanzadas, como los sistemas automatizados de alineación óptica, desempeñan un papel crucial para mitigar los problemas de registro. Estos sistemas utilizan cámaras de alta resolución para alinear y registrar con precisión cada capa, minimizando el riesgo de desalineación. Además, los fabricantes emplean estrictas medidas de control de calidad, incluidos procesos de inspección automatizados, para detectar y rectificar los problemas de registro antes de ensamblar el producto final.

Avances tecnológicos: Las innovaciones en equipos y técnicas de fabricación siguen resolviendo los problemas de registro. Las tecnologías de perforación e imagen láser, por ejemplo, contribuyen a reducir el tamaño de las características y a mejorar la precisión de registro entre capas, lo que permite fabricar placas de circuito impreso fiables y de alta densidad.

Inspecciones finales

Las pruebas y el control de calidad desempeñan un papel fundamental en el proceso de fabricación de placas de circuito impreso (PCB), ya que garantizan la conectividad eléctrica y la fiabilidad y funcionalidad de la PCB. He aquí un resumen de los aspectos clave de las pruebas y el control de calidad en la fabricación de placas de circuito impreso:

Inspección visual: La inspección visual es el paso inicial, en el que profesionales cualificados examinan la placa de circuito impreso para detectar cualquier defecto visible. Los sistemas de inspección óptica automatizada (AOI) se emplean a menudo para realizar evaluaciones visuales precisas y eficaces.

Pruebas eléctricas: Las pruebas eléctricas verifican la funcionalidad de la placa de circuito impreso y comprueban la continuidad y las conexiones eléctricas correctas. Dos métodos habituales son las pruebas en circuito (ICT), que evalúan los componentes y conexiones individuales, y las pruebas funcionales, que evalúan la funcionalidad general de la placa de circuito impreso ensamblada.

Prueba de la sonda volante: Las pruebas con sondas volantes consisten en utilizar equipos automatizados con sondas móviles para probar las placas de circuito impreso sin necesidad de dispositivos de prueba específicos. Este método es especialmente útil para prototipos y producción de bajo volumen, ya que permite realizar pruebas rápidas y flexibles.

Inspección por rayos X: La inspección por rayos X se emplea para examinar la estructura interna de una placa de circuito impreso, identificando posibles defectos como problemas de circuitos ocultos, huecos o desalineaciones. Este método de ensayo no destructivo es especialmente valioso para inspeccionar placas de circuito impreso complejas y densamente pobladas.

Pruebas de estrés térmico: Las pruebas de estrés térmico evalúan el rendimiento de la placa de circuito impreso en condiciones de temperatura variables. Esto garantiza que la placa de circuito impreso pueda soportar fluctuaciones de temperatura sin comprometer su integridad estructural ni su funcionalidad eléctrica.

Documentación de control de calidad: Una sólida documentación de control de calidad es esencial para la trazabilidad y la rendición de cuentas. Esto incluye el mantenimiento de registros de los resultados de las inspecciones, los resultados de las pruebas y cualquier medida correctiva adoptada durante el proceso de fabricación.

Mediante la aplicación de rigurosas pruebas y medidas de control de calidad, los fabricantes de placas de circuito impreso pueden identificar y rectificar los problemas en una fase temprana del proceso de producción, para garantizar que los productos finales cumplan las normas del sector y las expectativas de los clientes en cuanto a fiabilidad y rendimiento.