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La fabricación de PCBs multicapa es la tecnología líder que impulsa el desarrollo de electrónica avanzada, permitiendo la integración de dispositivos compactos y de alto rendimiento con amplias aplicaciones en las industrias de electrónica de consumo, aeroespacial e instrumentación médica. Mientras que los PCBs de una o dos capas se refieren únicamente a una o dos capas de cobre, los PCBs multicapa constan de tres o más capas de cobre apiladas y separadas con materiales aislantes, lo que posibilita un enrutamiento de circuitos más complejo, mayor densidad de componentes y un mejor rendimiento eléctrico. Comprender los pasos principales de la fabricación de PCBs multicapa permite que diseñadores, ingenieros y compradores estén mejor informados sobre la calidad, fiabilidad y capacidad de producción.
Revisión del diseño y preparación técnica
Además de la fabricación física, la fabricación de PCB multicapa es esencialmente un producto de la etapa de diseño. Una vez recibidos los archivos Gerber, los detalles del apilamiento y los requisitos técnicos, los ingenieros analizan minuciosamente el diseño. Examinan aspectos como los anchos de traza, el espaciado, los requisitos de impedancia, la alineación de capas, las estructuras de vías y la selección de materiales.
La simulación y el diseño para el análisis de fabricabilidad (DFM) son obligatorios para placas muy complicadas.
Fabricantes como King Field pueden ayudar a evitar revisiones costosas y garantizar que el flujo de producción sea fluido, proporcionando los resultados del DFM en los que se identifican tempranamente posibles problemas, como problemas de integridad de señal y dificultades de perforación.
Imagen y grabado de capa interna
Cada capa interna de cobre se fabrica por separado. Inicialmente, se limpia la superficie de un laminado revestido de cobre y se aplica un fotoresistente sobre ella. De manera muy precisa, el patrón del circuito se graba en el fotoresistente utilizando rayos UV en un proceso denominado fotograbado.
El revelado elimina el resistente expuesto a la luz y el cobre que no está cubierto por el resistente se elimina químicamente mediante un agente oxidante. En este punto se utiliza una inspección óptica automatizada (AOI) para asegurar que los anchos de línea y el espaciado sean los esperados y que el patrón esté intacto. Dado que los defectos encontrados después de la laminación no pueden corregirse, es fundamental asegurarse de que las capas internas sean de buena calidad.
Tratamiento de Óxido de Capa Interna
Antes del laminado, las capas internas se tratan con óxido u otras superficies que facilitan la unión. Durante este tratamiento, la superficie del cobre se vuelve atómicamente rugosa, lo que se considera que mejora la adhesión de las capas de cobre al aislamiento de prepreg cuando se realiza el laminado. La adhesión entre capas es un factor muy importante para la estabilidad mecánica y la fiabilidad a largo plazo de los PCBs multicapa. Esto es especialmente cierto en dispositivos multicapa que operarán en entornos caracterizados por altas temperaturas o vibraciones.
Secuencia de Capas y Laminado
El laminado es sin duda una de las fases más características del proceso de fabricación de PCBs multicapa. Las capas internas se colocan con trozos de prepreg (fibra de vidrio impregnada con resina epoxi) entre ellas, y se añaden láminas exteriores de cobre en la parte superior e inferior según el diseño de secuencia de capas aprobado.
La pila se introduce luego en una prensa de laminación donde se somete a un ciclo controlado de calor y presión. La resina prepreg se derrite, fluye y luego se solidifica, resultando en una buena unión de todas las capas en una sola placa. Se requiere un control preciso de la temperatura, la presión y el tiempo para garantizar una alineación exacta de las capas y evitar defectos típicos como huecos o deslaminación.
Perforación y formación de vías
Después de la laminación, se perfora el PCB multicapa para crear orificios destinados tanto a componentes con terminales axiales como a vías que conectarán eléctricamente las capas. Una máquina de perforación CNC realiza los orificios mecánicos, mientras que para microvías en diseños de interconexión de alta densidad (HDI) puede emplearse una unidad de perforación láser.
Las paredes de los orificios se limpian y activan después de la perforación para metalizarlos. Es evidente que la perforación debe ser muy precisa, ya que de lo contrario un mal alineamiento deteriorará la conexión eléctrica entre las capas.
Metalización de orificios y chapado de cobre
Para hacer que los pasantes sean conductivos, inicialmente se deposita una película delgada de cobre sobre las paredes de los orificios mediante un proceso de cobre sin electroforesis. Posteriormente, se realiza el chapado electrolítico de cobre para aumentar el espesor hasta un nivel que garantice confiabilidad eléctrica y mecánica.
Revelado de circuitos en capas externas y grabado
El circuito de la capa final se define al aplicar resistencia fotosensible en las capas externas, de forma similar a las capas internas. Tras los procesos de fotolitografía y revelado, se elimina el cobre excesivo, dejando así los circuitos terminados en las capas externas.
En esta etapa se definen la geometría de las pistas, el enrutamiento de trazas y los puntos de conexión de componentes, lo que finalmente afecta tanto al rendimiento de montaje como al desempeño eléctrico.
Aplicación de la máscara de soldadura
Una máscara de soldadura es una capa de polímero similar a un barniz que se aplica sobre el PCB con el fin de proteger las pistas de cobre de la oxidación no deseada y la contaminación, así como reducir la posibilidad de puentes de soldadura entre pads adyacentes. Por lo tanto, las aberturas para pads y vías que deben soldarse están definidas únicamente en la capa de máscara de soldadura.
La precisión en el alineamiento de la máscara de soldadura resulta muy crucial en la fabricación de PCB multicapa, especialmente si los componentes tienen un paso fino. Con este fin, fabricantes como King Field emplean equipos avanzados de imagen y curado para ofrecer una cobertura uniforme y un rendimiento duradero.
Acabado de superficie
La soldabilidad es uno de los beneficios del acabado superficial, además de proteger los pads de cobre expuestos. Las opciones más comunes de acabado superficial son HASL, ENIG, OSP, plata inmersa y estaño inmerso. La selección de la más adecuada depende de factores como vida útil en almacenamiento, método de ensamblaje y rendimiento eléctrico.
Debido a su superficie plana y excelente resistencia a la corrosión, en aplicaciones de alta confiabilidad se prefiere frecuentemente el acabado ENIG.
Prueba Eléctrica e Inspección Final
Las pruebas y la inspección son los pasos finales en la fabricación de PCBs multicapa. Para asegurar que no existan cortocircuitos o circuitos abiertos en ninguna capa de la estructura multicapa muy compleja, se realizan pruebas eléctricas para verificar las condiciones de continuidad y aislamiento. Además, se pueden usar inspecciones visuales, mediciones (verificaciones dimensionales) y, en ocasiones, rayos X para confirmar la correcta alineación interna y la calidad de los vías.
Solo se permite que avancen a la etapa de embalaje y envío aquellas placas que cumplan con todas las especificaciones requeridas.
Conclusión
La fabricación de PCBs multicapa es extremadamente compleja, ya que requiere alta precisión, una gran experiencia y la implementación y cumplimiento de rigurosas medidas de control de calidad en cada etapa. Por lo tanto, es lógico que el rendimiento y la fiabilidad del producto dependan definitivamente de la correcta ejecución de todos esos pasos, además de las pruebas, especialmente las finales.
King Field ha logrado ofrecer PCBs multicapa que permiten a diversas industrias desarrollar productos electrónicos de última generación, mediante el uso de equipos sofisticados junto con una gestión de procesos bien disciplinada. Conocer mejor estas capas permite comprender más a fondo las complejidades detrás del funcionamiento de la electrónica moderna, así como ayuda a los clientes a tomar las decisiones adecuadas al elegir un socio confiable de fabricación de PCBs.
