Sea un diseñador profesional de componentes electrónicos o un aficionado, puede recibir placas de circuitos impresos (PCB) personalizadas y de alta calidad en el plazo de una semana luego de realizar el pedido, o incluso más rápido en algunos casos. Estas PCB están disponibles a precios lo suficientemente bajos como para que se pregunte cómo es posible que se fabriquen. La respuesta, en gran parte, se debe a los conceptos de fábrica inteligente altamente automatizados que se utilizan en su producción, comenzando con el proceso de pedido en sí.
Una vez que diseñe su placa de circuito mediante software de automatización de diseño electrónico (EDA) como KiCad, Eagle o Altium, el proceso automatizado de fabricación de PCB continuará con el fabricante de PCB. Solo debe trazar (virtualmente) un conjunto estándar de instrucciones, por lo general se usan archivos Gerber en formato RS-274X o RS-274X2, junto con los archivos de perforación. Luego, esta información se envía al fabricante de PCB de su elección. Muchos proveedores, como OSHPark y PCBWay, le brindarán una cotización instantánea que puede usar para pedir su placa.
Por lo general, los fabricantes verifican las placas cargadas para asegurarse de que no se infrinjan sus reglas de diseño, de modo que la PCB se pueda fabricar correctamente. Esto implica un importante nivel de automatización, pero es posible que se necesite intervención humana o algún aporte. Una vez finalizadas las comprobaciones y la comunicación, se combinan múltiples placas de clientes en un solo panel que se cortará. Por lo general, estos paneles se cortan a un tamaño estándar para el proceso de fabricación, con capas exteriores de cobre y un substrato interior de FR4 (fibra de vidrio) a fin de proporcionar resistencia y aislamiento.
Elementos del proceso automatizado de fabricación de PCB
Si bien sería imposible describir en este artículo las complejidades en cuanto a la forma de trabajar de todos los fabricantes de PCB, podemos dividir el proceso automatizado de fabricación de PCB en varios elementos principales. Tenga en cuenta que consideraremos la fabricación de placas de dos capas para simplificar nuestra explicación, pero se pueden usar muchas más capas según sea necesario a través de un proceso de apilamiento y unión. Además, si bien este proceso de fabricación inteligente implica un gran nivel de automatización, todavía se necesitan personas para tareas como el transporte del trabajo en curso, la configuración de la máquina y las verificaciones finales.
1. Vías de perforación y orificios pasantes
Por lo general, el primer paso en el proceso de fabricación de PCB (tras las operaciones de limpieza y desbarbado) es la perforación para vías y componentes pasantes. Esto se realiza en una máquina perforadora, que puede formar orificios de hasta 100 micrones, más pequeños que un cabello humano (nuestro cabello tiene aproximadamente 150 micrones de diámetro). Los cambios de broca para diferentes diámetros se realizan de manera automática.
2. Ploteo fotosensible y capa fotorresistente
Para formar los trazados de PCB y las áreas de relleno de cobre, se imprime una imagen negativa del esquema de cobre terminado en una hoja transparente, según la información suministrada en los archivos Gerber. El panel se recubre con una capa de película fotosensible en ambos lados, lo que se conoce como película fotorresistente. La hoja impresa se alinea con la parte superior e inferior del panel para que luego lámparas UV endurezcan la película fotorresistente en las áreas donde no haya imagen impresa en la película. El procesamiento posterior elimina la película fotorresistente sin endurecer, junto con el cobre que se encuentra debajo.
En este punto, la placa sigue siendo parte de un panel completo, el cual puede contener una serie de diseños. La limpieza se lleva a cabo en muchos puntos durante la operación de fabricación de PCB en general, y se realizan diferentes inspecciones, lo cual incluye procesos ópticos, realizados de forma progresiva para abordar los errores lo antes posible.
3. Enchapado y procesos químicos
Se aplica una capa galvánica de cobre adicional en las PCB, lo que crea un canal conductor para las conexiones de vías y orificios pasantes, y contribuye a la lámina original. Se pueden especificar diferentes espesores para el revestimiento de cobre y todo el proceso se controla cuidadosamente para cumplir con los requisitos del cliente.
4. Máscara de soldadura, serigrafía y HASL
La máscara de soldadura, que protege los trazados de cobre, se aplica en forma de líquido a ambos lados de una PCB. Después de aplicada, las placas se hornean hasta un estado semiendurecido y luego, se aplica una hoja impresa transparente en ambos lados. La máscara de soldadura expuesta se endurece con un proceso de luz UV, mientras que la máscara no expuesta se elimina, de forma similar al proceso de película fotorresistente que describimos más arriba.
A continuación, una impresora de inyección de tinta aplica una capa visible conocida como serigrafía, que se utiliza para la identificación de componentes y otros fines de marcado. Por último, habitualmente se realiza un proceso como la nivelación de soldadura con aire caliente (HASL) para proteger las almohadillas de soldadura expuestas de la oxidación. Luego, se puede realizar una inspección con una sonda móvil para garantizar que la PCB conduzca y resista el flujo de corriente según el diseño.
5. Perfilado y enrutado
Con cada PCB en un panel correctamente procesado y verificado, una operación de enrutado controlada por computadora corta el perfil y las características internas de la placa sin los orificios pasantes. Los bordes y las características no necesitan ser rectos. Los paneles también pueden incluir una línea ranurada (un corte parcial en "v") antes de este proceso. Estas ranuras solo pueden fabricarse en línea recta y permiten a los clientes separar los módulos una vez recibidos.
6. Finalización, empaque y envío
Tras una limpieza final y un procesamiento adicional para eliminar los artefactos del enrutado y la inspección, las PCB están listas para empaquetarlas y enviarlas a los clientes. Es un proceso increíble para llegar hasta este punto.
PCB: Optimización de procesos y cumplimiento
Si bien es impresionante, tenga en cuenta que el proceso que aquí se describe es una simplificación y que estas operaciones varían entre fabricantes e incluso entre productos. Más allá de la automatización, se deben considerar aspectos como el arbitraje geográfico, la geopolítica, el envío y una serie de otros factores para obtener una imagen completa sobre cómo es posible producir PCB de entrega rápida y a un precio asequible.
Al mismo tiempo, las placas de circuitos impresos se han utilizado ampliamente durante muchas décadas, lo que ha permitido la maduración del proceso de fabricación. A menudo, las mejoras incrementales año tras año se combinan con resultados increíbles. Considere esto la próxima vez que realice un pedido de varias unidades de PCB de alta calidad y a un precio bajo para entrega rápida. En cuanto a dónde obtener piezas de alta calidad para colocar en esas PCB, le recordamos que Arrow dispone de un gran inventario listo para enviar.
