¿Qué es una Placa de Circuito Impreso (PCB)?
Las placas de circuito impreso permiten utilizar sustratos de alta densidad en un área reducida, lo que hace posible crear productos multifuncionales, por ejemplo, en dispositivos pequeños. Las mismas están formados por capas de conductores y capas de aislantes apiladas unas sobre otras, con perforación láser y procesamiento del cableado para penetrar en las capas, lo que permite obtener sustratos complejos en un área reducida.
Aparición de las Placas de Circuito Impreso
A medida que las placas se hacen más densas, resulta cada vez más difícil hacer frente por sí sola a la actual estructura de orificios de paso. El desarrollo de los teléfonos móviles ha hecho necesarios sustratos más ligeros y pequeños. Las placas de circuito impreso empezaron a aparecer en torno al año 2000 y han continuado hasta nuestros días.
En Europa y EE.UU., placas de circuito impreso se clasifican como microvías, pero en otros países se denominan HDI (HIGH density interconnection) Micro-via Laser-via. En Japón se utiliza principalmente la denominación “build-up”. Como su nombre indica, se trata de una placa de circuito impreso con varias capas.
Normalmente, una placa de circuito impreso puede construirse en una sola pila, pero este proceso aumenta las horas de mano de obra y los costes, pero se utiliza cada vez más por las dos razones principales siguientes.
1. Reducir el Espacio Desaprovechado
Cuando se utilizan orificios de vía (orificios para conectar otras capas) para placas de circuito impreso, el cableado no es posible fuera de la capa de conexión debido a las vías. Esto significa que la eficiencia del cableado no puede mejorarse aunque se utilice una placa de circuito impreso.
2. Se Pueden Taladrar Pequeños Agujeros con Láser
Los avances en los equipos han hecho posible taladrar agujeros más pequeños a mayor velocidad con láser que con taladro. Al taladrar con un taladro, el agujero penetrará en la capa subyacente, pero con un láser es posible taladrar un agujero a través de la resina y detener el proceso en el cobre si se combinan las condiciones.
Por lo tanto, mediante la acumulación (build-up) del proceso de perforación de orificios con un láser después de la multicapa, el metalizado y, a continuación, la acumulación de la siguiente capa y su procesamiento con un láser, se puede utilizar eficazmente el área de orificios de la vía y es posible una alta densidad.
El uso de placas de circuito impreso permite utilizar sustratos de alta densidad en un área pequeña, lo que posibilita la creación de productos multifuncionales, por ejemplo, en dispositivos pequeños. Se pueden obtener sustratos complejos con áreas pequeñas.
Usos de las Placas de Circuito Impreso
Las placas de circuito impreso se utilizan mucho en dispositivos electrónicos pequeños y ligeros. Cuando se empezaron a utilizar en la práctica, las placas de circuito impreso se empleaban en PC y teléfonos móviles, pero hoy en día se utilizan en pequeños dispositivos de medición, dispositivos IoT como contadores inteligentes, módulos de cámaras digitales y periféricos de PC.
La precisión del taladrado y de otros procesos en el proceso de fabricación de placas de montaje ha establecido estándares, y es necesario elegir exactamente qué nivel de precisión solicitar al encargar la creación de una placa de montaje.
El Proceso de Fabricación Placas de Circuito Impreso
El proceso de fabricación de las placas de circuito impreso incluye la formación de la capa aislante, el procesamiento de las vías, la eliminación de las manchas y el metalizado de las vías.
1. Formación de la Capa de Acumulación
Se forma una capa aislante sobre la placa de circuito impreso. El método puede utilizar prepreg, un material rígido o una película. El preimpregnado se utiliza a menudo para empaquetar semiconductores para cámaras digitales y teléfonos inteligentes.
2. Procesamiento de Vías
Es el proceso de taladrar agujeros, llamados vías, en la capa aislante entre sustratos. En la actualidad, se suele utilizar un láser para taladrar agujeros.
Los láseres también utilizan distintos tipos y longitudes de onda, como el gas de dióxido de carbono y el UV-YAG. El gas de dióxido de carbono tiene una longitud de onda infrarroja larga, por lo que se suele utilizar en cámaras digitales y smartphones, mientras que el UV-YAG tiene una longitud de onda ultravioleta corta y se utiliza en zonas de alta densidad, como los sustratos de embalaje de semiconductores.
3. Eliminación de Residuos de Resina (Desmear)
Los residuos generados por el procesado láser se denominan “smear”. El residuo de resina no puede conectarse y debe eliminarse. Este proceso se denomina desmear. Si el residuo permanece en el sustrato de impresión, puede provocar conexiones deficientes, etc., por lo que debe eliminarse sin falta.
Es necesario eliminarlo con un producto químico fuerte (permanganato potásico), pero como es posible que las resinas de alta velocidad recientes no puedan eliminarlo, se puede recurrir al plasma u otros métodos combinados.
4. Metalizado de Vías
El metalizado de vías se utiliza para conectar circuitos entre placas con aislantes intermedios. Como el metalizado se realiza en pequeños orificios, es necesario asegurarse de que no entren burbujas de aire.
Más Información sobre las Placas de Circuito Impreso
1. Nombres de las Placas de Circuito Impreso
Los nombres varían en función de la disposición y estructura de los orificios, por lo que a continuación se ofrece una breve explicación.
Vía Escalonada
Se trata de un método para desplazar la posición de las vías como si fuera una escalera.
Vía Apilada
Una vía se apila sobre otra. Una vía que se solapa en todas las capas se denomina vía apilada completa.
IVH (Inglés: Interstitial VIA Hole) Un orificio de vía en un interior
Capas distintas de la de construcción para proporcionar los orificios de conexión superior e inferior. Esta notación se utiliza porque los agujeros están estructuralmente dentro de la placa. También se denomina vía ciega. Es habitual describir la capa de montaje y la capa IVH por separado.
2. Diferencias entre las placas de circuito impreso y Any-Layer
En una placa de montaje, las capas a cablear se apilan a ambos lados de la capa central, pero si todas las capas son de montaje, se denomina placa Any-Layer.
En la notación anterior, sería 3-0-3 (6 capas Any Layer), pero como no queda bien decir 0 para las capas no utilizadas, el término se utiliza como el número de capas + Any Layer.
Las placas de cualquier capa no necesitan una capa central para formar agujeros pasantes. En una placa de circuito impreso, el lugar IVH es la conducción de la placa convencional, mientras que la placa de circuito impreso puede conectarse libremente entre las capas utilizando únicamente orificios pasantes de pequeño diámetro taladrados con láser.
Debido a estas características diferentes, los sustratos Any Layer pueden ser más densos que los sustratos convencionales, lo que da lugar a productos más ligeros, finos y pequeños. Aunque el número de procesos y los costes son más elevados, suelen utilizarse en smartphones y otros productos por las razones antes expuestas.
3. Materiales de las Placas de Circuito Impreso
En la actualidad, se utilizan dos tipos principales de materiales: el material de tela de vidrio, que es el mismo que el material de sustrato normal, y la película, que se utiliza principalmente para el embalaje. En el pasado, se han utilizado diversos materiales.
Los sustratos de acumulación empezaron a utilizarse cuando IBM desarrolló la tecnología de montaje de flip chips de ordenador de gran tamaño para su propia gama de productos. En el proceso se realizaron varios estudios.
Como resultado, se adoptó un método de exposición y revelado con resina de curado UV, conocido como fotovía. Esto tenía la ventaja de que las vías podían formarse en un solo lote. Como se requería un grosor de capa intermedia, se llevó a cabo un desarrollo basado en materiales de resistencia a la soldadura para recubridores de cortina, que pueden ganar un grosor de película, y se logró la producción en serie. Al igual que con la resistencia a la soldadura, se formó una capa aislante mediante aplicación, exposición y revelado, seguido de un curado final con calor.
A continuación, se deposita cobre químico y se lleva a cabo el cobreado electrolítico para formar capa tras capa. La formación de cobre químico es difícil de conseguir por pelado debido a la fotopolimerización de la resina, lo que dificulta enormemente el control de las condiciones. Además, el proceso de desarrollo requería un disolvente y estaba sujeto a diversas normativas, por lo que no podía decirse que fuera una tecnología ampliamente utilizada.
Posteriormente, el método de formación de microvías pasó de la formación óptica al procesamiento por láser, ya que la velocidad de procesamiento de las vías aumentó decenas de veces debido a la importante evolución de los equipos de procesamiento por láser. En ese momento, se adoptó el RCC (Resin Coated Copper Foil). Se trata de una resina termoendurecible que se recubre sobre la lámina de cobre y se encuentra en el mismo estado semicurado que el preimpregnado.
Esto tiene la ventaja de que se puede utilizar el proceso de laminación, que es el mismo que para los sustratos convencionales. Además, como la resistencia al pelado es más fácil de conseguir, la formación de vías mediante luz se ha sustituido por la formación de CCR mediante láser.
A medida que los dispositivos electrónicos se han ido haciendo más pequeños y manejables, se ha extendido el uso de sustratos de acumulación. En este contexto, se requieren nuevas reducciones de costes y una fiabilidad que pueda hacer frente a altas densidades.
Además, las mejoras significativas en la tecnología de procesamiento láser han hecho posible procesar materiales de uso común con tela de vidrio, lo que ha provocado un aumento significativo del uso de materiales con tela de vidrio. Varios móviles, como los teléfonos móviles y las cámaras digitales, son de este tipo.
Por otro lado, en el envasado de LSI, se ha requerido la acumulación de múltiples capas de alta densidad en respuesta al flip chip de alta densidad de los LSI. Para acomodar múltiples capas y un perfil bajo, se requieren capas más finas, vías más pequeñas y una superficie plana. Para cumplir estos requisitos se han desarrollado materiales de tipo película.
Se necesita un laminador de vacío para llenar el circuito de resina y una línea dedicada al proceso exclusivo para depositar el cobre químico en la superficie de resina. Esto requiere una gran inversión de capital. En aplicaciones de envasado, se utiliza para LSI de gran tamaño MPU en smartphones PC.