Cómo funciona el proceso de fabricación de PCB

Durante Fabricación de PCB a medida, hay algunos pasos involucrados en el Proceso de fabricación de PCBEstos incluyen la soldadura por reflujo, la inspección óptica, la alineación de capas, las prensas de laminación y la galvanoplastia. Todos estos pasos son fundamentales en la producción de una PCB y deben realizarse con la máxima precisión.

Alineación de capas e inspección óptica

Las placas de circuito impreso se someten a una serie de inspecciones y pruebas para garantizar su correcto funcionamiento. Estas inspecciones incluyen la inspección óptica y la inspección óptica automatizada. La inspección óptica detecta defectos, mientras que la inspección óptica automatizada examina el interior. capas de una placa de circuito impreso.

La inspección óptica utiliza cámaras para tomar imágenes fijas y videos de la placa. Estas imágenes se comparan con los datos del diseño de la placa para obtener una imagen completa de la unidad.

El AOI puede detectar muchos fallos en las PCB, pero no inspeccionar conexiones bajo las BGA ni otros encapsulados. También puede medir el ancho de las pistas, aunque no suele ser lo más útil.

La inspección por rayos X funciona mejor en placas con una gran cantidad de componentes. Sin embargo, este método de inspección no siempre es el más adecuado para PCB de gran tamaño. Además, puede ser costoso.

La inspección visual, por otro lado, no es tan precisa como parece. Es difícil detectar defectos en placas complejas con muchos componentes pequeños.

Los rayos X permiten una inspección más detallada de las uniones soldadas. Esto es especialmente útil para placas con encapsulados de chips. Un encapsulado de chips puede ocultar conexiones subyacentes, pero los rayos X también pueden revelar burbujas en las uniones soldadas.

Los rayos X también pueden indicar cuántos componentes se han revestido en la placa. Los sistemas ALT también son excelentes para determinar la cantidad de pasta de soldadura depositada. Sin embargo, los rayos X también pueden verse afectados por interferencias y apantallamientos.

El diseño de una PCB debe superar una inspección para poder avanzar a la siguiente etapa. Estas inspecciones incluyen pruebas eléctricas, inspección óptica automatizada y punzonado óptico. Si una PCB supera todas las pruebas, pasa a las etapas finales de su fabricación.

Soldadura por reflujo

Normalmente, el proceso de soldadura por reflujo se utiliza para el ensamblaje de PCB en producción en masa. El proceso consta de una serie de pasos, incluyendo las fases de precalentamiento y reflujo. La fase de precalentamiento implica llevar la PCB a una temperatura aproximadamente cinco grados Celsius inferior a la temperatura mínima de fallo de sus componentes. La fase de reflujo implica llevar la PCB a una temperatura más alta, generalmente de 20 a 40 grados Celsius superior a la temperatura de soldadura. El proceso se realiza en condiciones controladas. El objetivo de la fase de precalentamiento es mantener la PCB a la temperatura previa al reflujo de forma constante.

La fase de reflujo consiste en calentar la PCB a una temperatura de entre 240 y 250 grados Celsius. Esto se consigue utilizando una lámpara infrarroja para calentar el aire. El objetivo de la fase de reflujo es fusionar las uniones soldadas. Este proceso no implica choques térmicos y produce uniones sólidas.

El proceso de soldadura por reflujo también implica el uso de pasta de soldadura. Esta pasta consiste en una aleación metálica suspendida en una mezcla de disolventes. Su reología y propiedades afectan la calidad de la deposición de la pasta en los pads de soldadura. La reología de la pasta depende de la cantidad y el tamaño de las partículas metálicas.

Otro paso importante en el proceso de soldadura por reflujo es el remojo térmico. Se trata de una pequeña área de la placa PCB que se calienta a una temperatura específica. La temperatura es importante porque garantiza que todas las áreas de la placa PCB reciban la cantidad adecuada de calor. La temperatura aumenta gradualmente para evitar choques térmicos.

El método de soldadura por reflujo también implica el uso de una lámpara infrarroja. Este es el mejor método para lograr un proceso de soldadura óptimo. El calor se propaga a través de la PCB y la pasta por conducción y radiación. Además, ayuda a prevenir la formación excesiva de intermetálicos.

Prensas laminadoras

Las prensas laminadoras de circuitos impresos utilizan alta temperatura y alta presión para unir las capas internas y formar una PCB multicapa. Controlan con precisión la temperatura y la presión. Se pueden personalizar para una amplia gama de aplicaciones.

Primero, un técnico coloca preimpregnado, también conocido como resina epoxi, sobre la lámina de cobre. A continuación, la lámina de cobre se intercala entre un parche de acero inoxidable. A continuación, se añaden más láminas de preimpregnado. Una vez colocadas todas las capas, la pila se somete a una presión de más de 180 toneladas por metro cuadrado durante un máximo de dos horas.

Tras dos horas, se desmolda la pila y se desbarban los paneles. Los orificios de registro fijan la pila antes de taladrar. Las PCB se trasladan a una prensa en frío para su enfriamiento. La PCB multicapa final se enfría mediante agua de refrigeración circulante.

Una prensa laminadora puede calentarse con vapor, aceite o electricidad. Está diseñada para procesar circuitos impresos de todo tipo. Existen diferentes tipos de materiales que se pueden laminar, como poliuretano, poliéster y vinilo. Algunas prensas laminadoras cuentan con refrigeración interna para acelerar el procesamiento.

El proceso de laminación de PCB incluye el mecanizado de la forma tras la etapa de prensado. Se aplican presiones desde todos los lados de la prensa para unir las capas. Estas prensas son altamente eficientes y se pueden personalizar para diversas aplicaciones.

Las prensas de laminación de PCB están diseñadas para realizar laminado multicapa en grandes producciones. También están diseñadas para proporcionar una excelente uniformidad de espesor. Normalmente, la prensa se calienta eléctricamente o con vapor y cuenta con un control preciso de temperatura y presión. El proceso de laminación puede utilizarse para diversos materiales, incluyendo laminados revestidos de cobre.

galvanoplastia

Durante la galvanoplastia, se deposita una fina capa de metal sobre un sustrato. Este recubrimiento metálico ofrece varias ventajas, como durabilidad y resistencia a los productos químicos. Varias empresas, como los fabricantes de joyería, utilizan la galvanoplastia para mejorar el color y la durabilidad.

El proceso suele ser más económico que otros procesos de fabricación. Sin embargo, es complejo y puede causar lesiones a los trabajadores si no cuentan con una ventilación adecuada. Algunos trabajadores están expuestos al cromo hexavalente, un oxidante perjudicial para la salud.

Los ingenieros también utilizan la galvanoplastia para crear piezas impresas en 3D. Estas piezas ofrecen libertad de diseño y buenas propiedades mecánicas. Además, son ligeras y se pueden imprimir en diversos sustratos.

Una aplicación de galvanoplastia permite a los diseñadores de PCB cargar un diseño y simular el proceso. Los usuarios pueden estudiar los efectos de diversos parámetros, como la velocidad de galvanoplastia, la uniformidad del espesor e incluso las dimensiones de la apertura. También puede proporcionar una estimación del coste de fabricación.

La aplicación también permite al diseñador de PCB modificar las dimensiones del baño para cumplir con ciertas especificaciones. Esto permite crear una simulación que permite determinar la velocidad máxima de recubrimiento del cable de cobre y otros requisitos de uniformidad de espesor.

Este proceso también implica la colocación de un blindaje aislante con una abertura entre el ánodo y la placa de circuito impreso (PCB) en el baño. Esto garantiza una variación mínima de espesor.

El proceso de galvanoplastia también lo utilizan las empresas de personalización de vehículos para añadir piezas personalizadas a los prototipos. Los técnicos también lo emplean para comprobar las conexiones eléctricas.

La aplicación funciona con COMSOL Multiphysics versión 5.0, que incluye un módulo de simulación y un generador de aplicaciones. Esto permite a los expertos en simulación crear aplicaciones que pueden ser utilizadas por ingenieros y técnicos en el proceso de fabricación.

Pruebas

Elegir el proceso de prueba adecuado para la fabricación de PCB puede ser complicado. Numerosos factores pueden afectar la calidad del producto. Los fallos pueden ser costosos y perjudiciales. Sin embargo, existen diversas pruebas que pueden ayudarle a optimizar su proceso de fabricación.

La prueba en circuito es uno de los métodos de prueba más completos. Permite detectar defectos como cortocircuitos, circuitos abiertos y componentes mal colocados. También permite determinar si la placa está soldada correctamente.

Las pruebas funcionales pueden determinar si la PCB funciona correctamente. Este tipo de prueba se utiliza generalmente para fines de control de calidad. Sin embargo, puede que no detecte fallos tempranos. De hecho, las pruebas funcionales pueden requerir software y protocolos complejos.

La prueba de quemado es otro método de prueba intensivo. Consiste en suministrar energía a la PCB de forma continua durante 48 a 168 horas. Además, somete la placa a un estrés mayor del que está diseñado. Esta prueba puede detectar defectos ocultos, pero debe utilizarse junto con otras pruebas.

La prueba con sondas móviles es un método más económico que las pruebas en circuito. Utiliza varias sondas para hacer contacto con la placa de circuito. Además, reduce el tiempo que requiere cada prueba.

La inspección óptica automatizada (IOA) es otra prueba que utiliza cámaras para tomar imágenes de alta resolución de la placa. Estas imágenes se comparan con una base de datos de placas en buen estado y en mal estado. Este método es más preciso que la inspección visual manual.

La prueba se puede utilizar en placas de lotes pequeños, prototipos y placas de alta densidad de componentes. El AOI también se puede utilizar al final de la línea de producción para realizar ajustes en el proceso.

El AOI es una excelente manera de verificar la calidad en el proceso de producción. También puede ayudar a identificar problemas antes de que causen problemas. Además, puede utilizarse como sustituto de procedimientos de prueba más costosos.