Pasos del proceso de fabricación de PCB: una guía completa para la construcción de placas de circuito

La fabricación de placas de circuito impreso (PCB) es un proceso preciso y de varios pasos que transforma un diseño digital en una plataforma física para componentes electrónicos.Cada paso –desde la selección del material hasta el ensayo final– requiere precisión para garantizar que el PCB funcione con fiabilidad en su aplicación prevista.Ya sea para un sencillo sensor de IoT o una compleja estación base 5G, comprender el proceso de fabricación es clave para optimizar el diseño, el costo y el rendimiento.

Esta guía desglosa los 10 pasos básicos de la fabricación de PCB, destacando las tecnologías clave, los controles de calidad y las diferencias entre los procesos estándar y avanzados.Tendrá una hoja de ruta clara de cómo su diseño se convierte en una placa de circuito funcional.

Las cosas que hay que aprender
a. La fabricación de PCB incluye 10 pasos críticos, desde el corte del material hasta la prueba final, y cada etapa afecta el rendimiento y el costo.
b.Los procesos avanzados (por ejemplo, perforación con láser, inspección óptica automatizada) mejoran la precisión, pero aumentan los costes de producción en un 10-30% en comparación con los métodos estándar.
c. La selección de materiales (FR4 frente a Rogers) y el número de capas (2 frente a 16 capas) afectan significativamente la complejidad de fabricación y el tiempo de entrega.
d.Los controles de calidad en cada etapa reducen las tasas de defectos del 10% (sin inspecciones) al 1% (ensayo exhaustivo), lo que reduce los costes de reelaboración en un 70%.

Resumen de la fabricación de PCB: desde el diseño hasta la producción
La fabricación de PCB convierte un archivo CAD (diseño asistido por computadora) en una placa física a través de una serie de procesos sustractivos y aditivos.y aplicación pero sigue una secuencia de núcleo consistenteA continuación se muestra una visión general de alto nivel antes de profundizar en los detalles:
1.Revisión del diseño y preparación del archivo CAM
2.Corte de materiales
3Imagen de la capa interna
4.La capa interior de grabado
5.Laminado en capas
6- Perforación
7- Está plantando.
8. Imagen y grabado de capas exteriores
9Aplicación de acabados superficiales
1Prueba y inspección finales

Paso 1: Revisión del diseño y preparación del archivo CAM
Antes de comenzar la fabricación, el diseño debe ser validado y convertido en ficheros listos para la fabricación.
a.Controlo del diseño para la fabricabilidad (DFM): los ingenieros revisan el diseño CAD para asegurarse de que cumple con las restricciones de fabricación (por ejemplo, ancho mínimo de traza de 0,1 mm, tamaño del orificio ≥ 0,2 mm).Se señalan problemas como espaciamiento reducido o características no compatibles para evitar retrasos en la producción.
b.Conversión de archivos CAM: el diseño se convierte en archivos CAM (Computer-Aided Manufacturing), que incluyen datos de capas, coordenadas de perforación y especificaciones de materiales.El software como Gerber y los formatos ODB++ son estándar.
c. Panel: los PCB pequeños se agrupan en paneles más grandes (por ejemplo, 18"×24") para maximizar el uso de materiales y agilizar la producción.
Métrica clave: Un control exhaustivo de la DFM reduce el trabajo posterior a la fabricación en un 40%.

Paso 2: Cortar el material
El sustrato base (normalmente FR4, un epoxi reforzado con vidrio) se corta al tamaño del panel requerido.
a.Selección de sustrato: FR4 se utiliza para el 90% de los PCB debido a su costo y versatilidad.
b.Proceso de corte: las tijeras automáticas o los cortadores láser recortan el sustrato hasta las dimensiones del panel (por ejemplo, 12 "× 18") con una tolerancia de ± 0,1 mm. El corte por láser es más preciso (± 0,01 mm).05 mm) pero un 20% más lento que el corte mecánico.
c. Desarraigamiento: los bordes se suavizan para eliminar los rasguños, evitando daños en el equipo en los pasos posteriores.

Paso 3: Imagen de la capa interna
Para los PCB multicapa, las capas interiores se patronan con rastros de cobre mediante fotolitografía.
a.Limpieza: Los paneles se limpian químicamente para eliminar el aceite, el polvo y la oxidación, asegurando una adecuada adhesión de la fotoresistencia.
b.Aplicación fotorresistente: se aplica un polímero fotosensible (fotorresistente) a través de un revestimiento en rodillos ( espesor: 10 ‰ 20 μm).película seca para diseños más grandes.
c.Exposición: el panel se expone a la luz UV a través de una fotomáscara (estilla del diseño del circuito).
d. Desarrollo: el fotoresistente no endurecido se lava con una solución química (por ejemplo, carbonato de sodio), dejando el patrón de traza deseado protegido.
Tecnología avanzada: la imagen directa por láser (LDI) reemplaza las fotomascas con escaneo láser, lo que permite anchos de rastros tan pequeños como 0,025 mm para PCB HDI (Interconexión de alta densidad).

Paso 4: grabado en la capa interna
El grabado elimina el cobre no deseado, dejando sólo las huellas de patrón.
a. Tipos de excavadores:
Cloruro de hierro: asequible pero más lento; utilizado para la producción de bajo volumen.
Persulfato de amonio: más rápido, más preciso; ideal para diseños de gran volumen y tono fino.
b. Proceso: el panel se sumerge o se rocía con grabador, que disuelve el cobre sin protección.El tiempo de grabado (2 ′ 5 minutos) está calibrado para evitar el grabado excesivo (rastros de estrechamiento) o el grabado insuficiente (cobre residual).
c. Desmontaje de resistencias: el fotoresistente restante se elimina con disolvente o solución alcalina, revelando los rastros de cobre.
Verificación de calidad: AOI (inspección óptica automatizada) detecta defectos como rastros perdidos, cortos o grabados, detectando el 95% de los errores antes de la laminación.

Paso 5: Laminado de las capas
Los PCB de múltiples capas se unen entre sí usando calor y presión.
a.Preparación de prepreg: las hojas de prepreg (fibra de vidrio impregnada de epoxi sin curar) se cortan a medida. El prepreg actúa como adhesivo e aislante entre las capas.
b.Afianzamiento: las capas internas, los pre-preg y las láminas de cobre exteriores se alinean utilizando pines de herramienta (tolerancia: ± 0,05 mm). Para los PCB de 16 capas, este paso requiere una alineación precisa para evitar un registro erróneo de la capa.
c. Presión: La pila se calienta (170-180 °C) y se preme (300-500 psi) durante 60-90 minutos, curando las capas de preparación y unión en un solo panel.
Desafío: las burbujas de aire entre las capas causan delaminación, y la presión al vacío (que elimina el aire antes del curado) reduce este riesgo en un 90%.

Paso 6: Perforación
Se perforan agujeros para conectar capas (vias) y montar componentes (agujeros).
a. Tipos de perforación:
Perforaciones mecánicas: para orificios ≥ 0,2 mm; rápidas pero menos precisas.
Excavadoras láser: para microvias (0,05 ∼0,2 mm); utilizadas en PCB HDI.
b.Proceso: Las máquinas de perforación CNC siguen las coordenadas de los archivos CAM, perforando hasta 10.000 agujeros por hora.
c. Desbarro: se limpian los orificios para eliminar las barras de cobre, asegurando un revestimiento fiable.

Paso 7: Revestimiento
Los agujeros y las capas exteriores se recubren con cobre para crear conexiones eléctricas entre las capas.
a.Desmacerar: los productos químicos (por ejemplo, permanganato) eliminan los manchas epoxi de los orificios perforados, asegurando la adhesión del cobre.
b.Cobre sin electro: se deposita una capa delgada (0,5 μm) de cobre en las paredes de los orificios y en las superficies exteriores sin electricidad, creando una base conductora.
c. Electroplacado: el panel se sumerge en un baño de sulfato de cobre, y se aplica corriente a cobre espeso (15 30 μm) en las huellas y las paredes de los orificios.
Opción avanzada: mediante relleno (electroplataje para llenar completamente los agujeros) añade resistencia mecánica, ideal para aplicaciones de alta vibración (automotriz, aeroespacial).

Paso 8: Imagen y grabado de la capa externa
Las capas exteriores tienen un patrón similar a las capas internas, pero con pasos adicionales para la máscara de soldadura y la serigrafía.
a. Imagen: se aplica, expone y desarrolla la fotoresistencia para definir las huellas externas.
b.Eresado: se elimina el cobre sin protección, dejando huellas y almohadillas exteriores.
Aplicación de máscara de soldadura: se aplica un polímero verde (más común) o de color para cubrir los rastros, dejando las almohadillas expuestas para la soldadura. La máscara de soldadura previene cortocircuitos y protege contra la oxidación.
d. Impresión en serigrafía: se imprime tinta en la máscara de soldadura para etiquetar los componentes (por ejemplo, "R1", "+5V"), facilitando el montaje y la resolución de problemas.
Tendencia: Las máscaras de soldadura transparentes y la pantalla de seda blanca están creciendo en popularidad para los PCB LED, mejorando la difusión de la luz.

Paso 9: Aplicación del acabado superficial
Los acabados superficiales protegen las almohadillas de cobre expuestas de la oxidación y aseguran una soldadura confiable.

Paso 10: Prueba y inspección finales
El panel terminado se somete a pruebas rigurosas para garantizar la calidad.
a. Prueba eléctrica: Un probador de sonda voladora comprueba si hay pantalones cortos, abren y resistencia en todas las redes, verificando la conectividad.
b.AOI: cámaras de alta resolución que inspeccionan los defectos (por ejemplo, máscara de soldadura mal alineada, pantalla de seda faltante).
c. Inspección por rayos X: se utiliza para los PCB BGA y HDI para comprobar las juntas de soldadura ocultas y la calidad.
d. Pruebas de impedancia: para los PCB de alta velocidad, un TDR (Reflectómetro de dominio temporal) verifica la impedancia controlada (por ejemplo, 50Ω, 100Ω) para garantizar la integridad de la señal.
e.Depanelización: el panel se corta en PCB individuales mediante enrutamiento, puntuación o corte con láser, según el diseño.

Fabricación estándar vs. avanzada: diferencias clave

Preguntas frecuentes
P: ¿Cuánto tiempo toma la fabricación de PCB?
R: 5 ¢7 días para los PCB estándar de 2 capas; 10 ¢14 días para las placas HDI de 16 capas.

P: ¿Qué causa defectos en la fabricación de PCB?
R: Los problemas comunes incluyen el registro erróneo de capas (mala laminación), bajo / sobre-grabar y desalineación de la perforación.

P: ¿Puedo cambiar mi diseño después de que comience la fabricación?
R: Los cambios después de la laminación de capas son costosos (50% del costo original).

P: ¿Cuánto cuesta la fabricación de PCB?
R: (5 ¢) 15 para PCB de 2 capas estándar (1000 unidades); (20 ¢) 50 para placas HDI avanzadas de 16 capas.

P: ¿Cuál es el número máximo de capas para los PCB?
R: Los PCB comerciales alcanzan más de 40 capas (por ejemplo, superordenadores), pero la mayoría de las aplicaciones utilizan 2 ∼16 capas.

Conclusión
La fabricación de PCB es un proceso de precisión que equilibra la complejidad del diseño, la ciencia de materiales y la tecnología de fabricación.Cada paso juega un papel crítico en la garantía de que la placa cumple con los requisitos eléctricos, requisitos mecánicos y de fiabilidad.
Comprender estos pasos ayuda a los ingenieros a optimizar los diseños para el costo y el rendimiento, ya sea eligiendo ENIG sobre HASL para un dispositivo médico o especificando la perforación láser para un PCB HDI para teléfonos inteligentes.A medida que la electrónica evoluciona, los procesos de fabricación seguirán avanzando, permitiendo PCB más pequeños, más rápidos y más confiables para las tecnologías del mañana.

Al asociarse con un fabricante que prioriza los controles de calidad y utiliza equipos avanzados, puede asegurarse de que sus PCBs cumplan con las demandas incluso de las aplicaciones más desafiantes.