Antes de comenzar el proceso de creación de prototipos de PCB, asegúrate de que la creación de prototipos sea adecuada para tus necesidades. Aunque es beneficiosa para muchos proyectos, no es necesaria para todos los tipos. Si decides crear un prototipo, necesitarás información básica sobre tu proyecto para empezar.
Decidir si necesitas un prototipo
Los prototipos son ideales cuando quieres probar tu diseño o realizar un control de calidad de tu placa.
Debe utilizar un prototipo cada vez que use un nuevo diseño para un nuevo proyecto. Si ya ha producido con éxito un producto electrónico con esa placa, puede que no necesite un prototipo. Sin embargo, si realiza cualquier cambio de diseño o crea un diseño de PCB o producto completamente nuevo, debería encargar un prototipo.
A través de nuestro servicio de creación rápida de prototipos, podemos fabricar placas de prueba con no más de ocho capas y proporcionar placas estándar de calidad IPC1 utilizando material RF-4 estándar. Para prototipos, podemos cumplir pedidos de 5 a 100 unidades y ofrecer un tiempo de fabricación dede cuatro a cinco días hábiles.
Una vez que hayas aprobado tu prototipo, podrás encargar una producción completa de placas con más capas y diferentes materiales en mayores cantidades.
Preparándose para el proceso de creación de prototipos
Para enviar tu diseño para la creación de un prototipo o para obtener una cotización de servicios de prototipado de PCB, deberás preparar cierta información sobre tu diseño. En general, cuantos más detalles, mejor: esto te ayudará a obtener los resultados que deseas. Aquí tienes información que deberías incluir:
• La cantidad de capas que necesitas
• Grosor de la placa
• Dimensiones de la placa
• Espesor y peso del cobre
• Trazado y espaciado mínimos
• Tamaño mínimo de orificio
• Anillo anular mínimo
• Acabado de superficie
• Máscara de soldadura y color
• Leyenda y color de serigrafía
• Archivo de perforación NC Excellon
• Lista de herramientas de archivo de perforación
Puede enviar sus archivos de diseño utilizando diversos programas. Convertiremos el archivo a Gerber RS-274X, que es el tipo de archivo óptimo. Si estamos convirtiendo su archivo a RS-247X, asegúrese de incluir capas Gerber positivas, un archivo de taladrado NC Excellon, una lista de herramientas de taladrado e información sobre la apertura, la máscara de soldadura y la serigrafía.
Una vez que sepa lo que necesita de sus prototipos y haya reunido la información necesaria, puede comenzar el proceso de creación de prototipos. Una empresa de PCB con experiencia puede brindarle apoyo durante todo este proceso. Elija una empresa que ofrezcaservicio de atención al cliente receptivoy recursos útiles para que el proceso transcurra de la manera más fluida posible.
Trabajar con un socio que ofrezca soluciones integrales llave en mano puede ayudar a simplificar el proceso, ya que evita tener que comunicarse con múltiples empresas.
1. Diseño
El primer paso para fabricar un PCB prototipo es diseñarlo. Como se mencionó anteriormente, puedes usar uno de los muchos paquetes de software de diseño de PCB para crear tu diseño. Solo asegúrate de indicarnos la versión que has utilizado en tus notas o archivos de diseño.
2. Diseño esquemático
El diseño esquemático describe información crucial que los fabricantes e ingenieros utilizarán durante el proceso de producción. Incluye información sobre los materiales, componentes y hardware utilizados en la producción y determina la función de la placa, sus características y la colocación de los componentes. Algunos aspectos cruciales de esta fase son la selección del tamaño de panel y la cuadrícula adecuados.
Este esquema forma parte de la fase inicial de diseño. Una vez que el diseñador termina el primer esquema, realizará una comprobación preliminar para detectar posibles defectos y corregirá cualquiera que aparezca. A continuación, se pueden ejecutar simulaciones utilizando una herramienta especializada de diseño de PCB para garantizar que la placa funcione correctamente y sirva como una verificación de diseño más exhaustiva. Luego, el diseñador convierte el diseño electrónico en lo que se conoce como una lista de redes (netlist), que describe la interconectividad de los componentes incluidos.
Es útil ejecutar comprobaciones de reglas de diseño con regularidad a lo largo de todo el proceso de diseño, en lugar de hacerlo solo al final. Este enfoque te permite corregir los problemas sobre la marcha, lo que posibilita un proceso de diseño más eficiente.
3. Lista de materiales
También necesitaráscrear una lista de materialeso lista de materiales (BOM, por sus siglas en inglés). Esta es una lista de todos los componentes y materiales que necesitas para la producción y los detalles sobre ellos. Si dependes de un fabricante para obtener tus piezas, este es el documento que utilizará para asegurarse de que consiga las correctas.
La lista de materiales incluye información vital para cada componente, incluyendo:
• Cantidad: El número de componentes requeridos.
• Designadores de referencia: Códigos utilizados para identificar piezas individuales.
• Valor: Las especificaciones de cada componente descritas en las unidades apropiadas, como ohmios o faradios.
• Huella: La ubicación de cada componente en la placa.
• Número de pieza del fabricante: El número de pieza utilizado por el fabricante del componente.
Una vez que la lista de materiales (BOM) y el esquema estén terminados, un ingeniero de diseño de PCB y un ingeniero de componentes revisarán el documento y reunirán las piezas necesarias. El ingeniero de componentes es responsable de seleccionar los componentes que funcionarán para el diseño y que se ajusten a los requisitos de costo y tamaño del cliente.
4. Diseño de enrutamiento
A continuación, debes diseñar el ruteo, mediante pistas, que utilizarás para conectar cada elemento de la PCB. Diversos factores influyen en la planificación del ruteo, incluidos los niveles de potencia, la generación de ruido de señal y la sensibilidad al ruido.
La mayoría de los programas de diseño de PCB utilizan la lista de redes que ya has desarrollado para planificar el ruteo. Muchos de estos programas pueden calcular automáticamente las rutas óptimas en función del número de capas disponibles y otros factores. Este proceso puede llevar un tiempo, especialmente en el caso de placas de circuito más grandes o placas con muchos componentes.
5. Cheques
Debes revisar tu diseño con regularidad a lo largo de todo el proceso para detectar cualquier problema de funcionalidad, pero antes de pasar a la fase de fabricación, realiza un último examen exhaustivo para evaluar cada aspecto de tu diseño en busca de posibles problemas.
Los problemas comunes a tener en cuenta incluyen cuestiones térmicas como los puntos calientes. Su diseño debe mantener la placa a una temperatura uniforme. Algunas características de diseño, como la presencia de rutas térmicas, distintos espesores de cobre, un tamaño grande de la PCB y el número de capas de la PCB, pueden contribuir a la aparición de puntos calientes y temperaturas inconsistentes.
Además de una verificación térmica, debes realizar una verificación de reglas de diseño (DRC), una verificación de correspondencia entre el diseño y el esquema (LVS), una verificación de reglas eléctricas (ERC) y una verificación de antena. Muchos fabricantes también llevan a cabo otras evaluaciones para una garantía de calidad adicional.
Después de completar tus comprobaciones, puedes enviar tus diseños para los siguientes pasos, que en conjunto constituyen el proceso de fabricación.
6. Creación de la película fotográfica
Utilizando el diseño que proporcionaste, los profesionales de PCBCart primero crean una película fotográfica de la PCB con una impresora llamada plóter para cada capa y máscara de soldadura de la placa. Esta película es una lámina de plástico impresa con un negativo fotográfico de la placa, que marca las partes que serán de cobre conductor y aquellas que serán no conductoras.
7. Impresión de las capas internas
En este paso, aplicamos cobre al material del sustrato. Comenzamos preunindo el cobre al sustrato y luego aplicamos una capa de fotorresiste, una película fotosensible que se endurece cuando se expone a la luz ultravioleta. Usamos luz UV para endurecerla. Cualquier área bloqueada por la tinta negra del trazador permanece sin endurecer.
Luego, eliminamos cualquier fotorresistencia no endurecida, lo que deja la fotorresistencia endurecida cubriendo y protegiendo el lugar donde debe estar el cobre. A continuación, retiramos la fotorresistencia endurecida, revelando el cobre exactamente en los puntos donde el diseño indica que debe estar.
8. Alineación de las capas
Si tienes varias capas, necesitaremos alinearlas y perforar orificios de registro precisos. Es crucial que queden perfectamente alineadas, porque no podremos corregir las capas internas una vez que las capas estén combinadas.
9. Fusionar las capas juntas
En este punto, tenemos materiales de la capa externa, conocidos como prepeg, y el sustrato original cubierto por una lámina de cobre y que contiene los grabados de las pistas de cobre. Este paso consiste en fusionar estas capas, lo cual ocurre en dos etapas: apilado y unión.
Comenzamos colocando la capa de preimpregnado sobre una cavidad de alineación, luego apilamos la capa de sustrato, la lámina de cobre, más preimpregnado y una lámina de aluminio y una placa de prensado de cobre. Estas capas encajan en pernos fijados a una mesa de acero.
Luego, una computadora de la prensa de unión controla un proceso que calienta el apilado, aplica presión y luego lo enfría. Después podemos desempaquetar el apilado retirando los pasadores y la placa de presión. Lo que queda es una PCB.
10. Perforación de los agujeros
A continuación, perforamos agujeros en el apilado, que utilizaremos al añadir componentes más adelante. Los agujeros deben perforarse con precisión hasta unos 100 micrones de diámetro. Usamos un localizador de rayos X para apuntar a las ubicaciones correctas de los agujeros y una computadora controla las propias perforadoras, que utilizan husillos accionados por aire que giran a 150.000 revoluciones por minuto. Aunque la perforadora se mueve rápidamente, este proceso puede llevar un tiempo: las PCB suelen tener más de 100 agujeros.
11. Chapado de cobre
El siguiente paso es el recubrimiento, que utiliza un baño químico para depositar una capa de cobre de aproximadamente un micrón de grosor en la superficie del panel. El cobre cubre todo el panel, incluidas las paredes interiores de los orificios. Esto cubre el material de fibra de vidrio del interior del panel que los orificios habían dejado expuesto anteriormente. Computadoras controlan este proceso con precisión.
12. Imagen de la capa exterior
A continuación, aplicamos otra capa de fotorresistencia al panel para imprimir las capas externas con el diseño de tu PCB. Esto sigue un proceso similar al utilizado anteriormente y crea una inversión de las capas internas.
13. Chapado de cobre y estaño
Luego realizamos otra ronda de galvanoplastia de cobre. La capa de fotorresistencia garantiza que el cobre solo se deposite en las partes deseadas de la placa. Después, la placa suele recibir un recubrimiento de estaño, que sirve para proteger el cobre durante la siguiente etapa.
14. Grabado Final
Las soluciones químicas eliminan entonces cualquier exceso de cobre, mientras que el recubrimiento de estaño protege el cobre que crea las áreas conductoras. Una vez completada esta etapa, se establecen las conexiones conductoras.
15. Aplicación de la máscara de soldadura
A continuación, debemos limpiar el panel y aplicar una tinta de máscara de soldadura epoxi. Luego, la placa se somete a luz UV, que atraviesa la película fotográfica de la máscara de soldadura y endurece la película. Cualquier parte cubierta que no se haya endurecido se elimina.
16. Aplicación del acabado superficial
Luego, depositamos más recubrimiento, a menudo de oro o plata. También podemos usar nivelación por aire caliente para asegurar que las almohadillas sean uniformes. Entonces se obtiene un acabado superficial.
17. Aplicación de serigrafía
Luego aplicamos una serigrafía a la superficie de la PCB con escritura por inyección de tinta que transmite información crítica sobre la placa.
18. Corte
Después de realizar una prueba eléctrica final para garantizar que la placa funcione según lo previsto, cortamos la placa individual del panel más grande utilizando una fresadora o una ranura en V. Después de cortar con uno de estos métodos, podemos sacar fácilmente las placas del panel.
19. Abastecimiento
Para prepararse para la etapa de prototipo de ensamblaje de PCB, deberá obtener todos los componentes. Puede hacerlo usted mismo o PCBCart puedeobtén tus componentespara usted. Compraremos las piezas ya sea a los principales distribuidores autorizados o a través de los canales que usted recomiende, según sus preferencias. Nunca haremos una sustitución sin recibir primero su aprobación.
En esta etapa del proceso, tu lista de materiales (BOM) entrará en juego. Esto es lo que utilizaremos para asegurarnos de obtener las piezas que deseas.
20. Ensamblaje
La siguiente etapa es el ensamblaje, o PCBA paraensamblaje de placa de circuito impreso— en la que adjuntamos los componentes necesarios a tu placa.
21. Plantilla de pasta de soldadura
Primero, aplicamos una pasta de soldadura a la placa, que se mezcla con un fundente para ayudar a que la soldadura se derrita y se adhiera a la superficie de la PCB.
Colocamos una plantilla de acero inoxidable sobre la PCB para que el aplicador solo deposite pasta de soldadura en los lugares donde estarán los componentes en la PCB terminada. La distribuye uniformemente en cada área abierta. Luego, se retira la plantilla, dejando la pasta de soldadura en las ubicaciones deseadas.
22. Recoger y Colocar
Luego utilizamos una máquina de colocación (pick and place) para ubicar los componentes de montaje superficial, o SMD, en la PCB. Este dispositivo coloca estos componentes que no son conectores sobre la pasta de soldadura en ubicaciones preprogramadas.
23. Soldadura por refusión
El proceso de refusión solidifica la pasta de soldadura, que fija los componentes de montaje superficial a la placa.
En este paso, colocamos la PCB en una cinta transportadora que mueve la placa a través de un horno de refusión. Este horno tiene una serie de calentadores que calientan lentamente la placa hasta alrededor de 480 grados Fahrenheit, fundiendo la soldadura en la pasta de soldar. Luego reduce gradualmente las temperaturas, enfriando y solidificando la soldadura fundida y fijando permanentemente los SMD a la placa.
Para las PCB de dos caras, es necesario aplicar el estarcido y realizar el refusión por separado en cada lado.
24. Inspección y Control de Calidad
El movimiento accidental durante el proceso de refusión puede provocar una mala calidad de conexión, la ausencia total de una conexión y cortocircuitos eléctricos. Debido a estos riesgos, comprobamos si hay errores una vez finalizada la fase de refusión realizando evaluaciones como inspecciones manuales, inspecciones ópticas automáticas e inspecciones por rayos X. También probamos la funcionalidad y la calidad de la conexión.
25. Inserción de componentes de orificio pasante
Algunas placas requieren otros componentes además de los SMD. Estas piezas se conocen como componentes de orificio pasante metalizado, o componentes PTH, y están metalizadas a través de toda la placa para poder enviar una señal eléctrica de un lado al otro.
La pasta de soldar no funciona para componentes PTH porque atravesará directamente el orificio sin adherirse. Debes realizar la soldadura manualmente o utilizar soldadura por ola, que consiste en colocar la placa en una cinta transportadora que la mueve a través de un horno especializado que cubre completamente la parte inferior de la placa con soldadura fundida. Este proceso suelda todos los pines al mismo tiempo. Sin embargo, este método no funciona para placas de doble cara, porque soldar toda la superficie de un lado de una PCB con componentes eléctricos la volvería inutilizable.
26. Realización de una prueba de funcionalidad
El paso final en el proceso de ensamblaje de prototipos de PCB es una prueba final de funcionalidad que simula las condiciones normales de funcionamiento a las que estará expuesto.
