Procesos Esenciales en la Fabricación de Circuitos Impresos y Tecnología SMT

Procesos Químicos en la Fabricación de PCB

Secuencia de tratamientos químicos aplicados a las placas de circuito impreso:

1. Desengrase Químico: Eliminación de residuos, óxidos y sólidos superficiales. También ayuda en la eliminación de rebabas.
2. Lavado: Inmersión de la placa en agua para eliminar los residuos del desengrase.
3. Mordentado (Microataque): Proceso de microataque químico del cobre (Cu). Prepara la superficie de cobre existente en la placa para asegurar una buena adherencia del cobre químico que se depositará posteriormente.
4. Lavado: Eliminación de residuos del mordentado.
5. Preactivado: Prepara la superficie dieléctrica (no conductora) para la etapa de activación.
6. Activado: Aplicación de un catalizador coloidal líquido (generalmente a base de paladio) para activar los materiales no conductores (plásticos/dieléctricos) de las paredes de los taladros.
7. Lavado: Eliminación del exceso de activador.
8. Acelerador: Solución que elimina los componentes protectores del catalizador y activa completamente las paredes del taladro del Circuito Impreso (CI) para la posterior deposición del cobre químico, aumentando la efectividad del catalizador.
9. Lavado: Eliminación de residuos del acelerador.
10. Cobreado Químico (Cobre Electroless): Deposición de una fina capa de cobre sobre toda la superficie, incluyendo las paredes de los taladros previamente activadas, sin necesidad de corriente eléctrica.
11. Lavado: Eliminación de residuos del cobreado químico.
12. Enjuague con H₂SO₄ diluido: Enjuague final con ácido sulfúrico diluido que contribuye a la neutralización y eliminación final de residuos.

Proceso Electrolítico en la Fabricación de PCB

Secuencia de tratamientos electrolíticos para el engrosamiento del cobre:

1. Desengrase Electrolítico/Químico: Limpieza profunda de la superficie de cobre.
2. Lavado: Eliminación de residuos del desengrase.
3. Ataque Suave (Mordentado Suave): Ligero ataque químico para mejorar la adherencia del cobre electrolítico.
4. Lavado: Eliminación de residuos del ataque suave.
5. Activado (Opcional/Específico): Puede referirse a una preparación específica antes del cobreado electrolítico, aunque la activación principal es para el cobreado químico.
6. Cobreado Electrolítico: Deposición de una capa gruesa de cobre sobre las áreas conductoras (cobre químico y cobre base) mediante electrólisis, aumentando el espesor en pistas y taladros.
7. Lavado: Eliminación de residuos del baño electrolítico.
8. Activado (para Sn/Pb): Preparación de la superficie de cobre para la deposición electrolítica de la aleación Estaño/Plomo (Sn/Pb).
9. Deposición Electrolítica de Sn/Pb: Aplicación de una capa de Sn/Pb que actuará como máscara resistente (etch resist) en el grabado posterior.
10. Lavado: Eliminación de residuos del baño de Sn/Pb.

Métodos de Obtención de Taladros Metalizados

Método Pattern Plating (Metalización Selectiva del Diseño)

En este método, el cobre electrolítico y el metal resistente al grabado se depositan únicamente sobre el patrón del circuito.

1. Taladrado: Realización de los agujeros en la placa.
2. Cobreado Químico: Metalización inicial de los taladros y toda la superficie.
3. Aplicación de Fotorreserva (Imagen Negativa): Se aplica un material fotosensible (dry film o líquido) y se expone a UV a través de un fotolito con la imagen negativa del circuito. Las áreas que no son parte del circuito quedan cubiertas por la reserva.
4. Cobreado Electrolítico: Se engrosa el cobre en las pistas y taladros descubiertos.
5. Deposición de Metal Resistente al Grabado (Sn/Pb): Se aplica Sn/Pb sobre el cobre electrolítico recién depositado.
6. Eliminación de Fotorreserva (Stripping): Se retira la reserva que cubría las áreas sin circuito.
7. Grabado del Cobre Base: Se elimina el cobre químico inicial de las áreas que no pertenecen al circuito, usando el Sn/Pb como máscara protectora.
8. Limpieza y Acabado (Ej: Refusión de Sn/Pb): Limpieza final y, si se usó Sn/Pb, puede realizarse una refusión para mejorar sus propiedades.

Método Panel Plating (Metalización Completa del Panel)

En este método, el cobre electrolítico se deposita sobre toda la superficie del panel antes de definir el circuito.

1. Taladrado: Realización de los agujeros.
2. Cobreado Químico: Metalización inicial de taladros y superficie.
3. Cobreado Electrolítico: Se engrosa el cobre sobre toda la superficie del panel y en los taladros.
4. Aplicación de Fotorreserva (Imagen Positiva): Se aplica la fotorreserva y se expone a UV a través de un fotolito con la imagen positiva del circuito. Las áreas que sí son parte del circuito quedan cubiertas por la reserva.
5. Grabado del Cobre: Se elimina el cobre (químico y electrolítico) de las áreas no protegidas por la reserva.
6. Eliminación de Fotorreserva (Stripping): Se retira la reserva que protegía el patrón del circuito.
7. Acabado Superficial: Aplicación de un acabado protector sobre el cobre expuesto (Ej: OSP, HASL, ENIG). Nota: El texto original mencionaba Sn/Pb en un paso diferente, lo cual es más característico del Pattern Plating como etch resist. En Panel Plating puro, la reserva protege directamente el cobre durante el grabado.

Fabricación de Circuitos Impresos Multicapa

Proceso para crear PCBs con múltiples capas conductoras internas.

1. Fabricación de Capas Internas: Creación de los patrones de circuito en los núcleos internos (similar a un PCB de doble cara delgado). Incluye tratamiento de óxido negro o similar para mejorar la adhesión.
2. Prensado de Capas (Laminación):
   • 2.1. Alineación (Lay-up): Se apilan las capas internas procesadas, hojas de material preimpregnado (prepreg) y láminas de cobre externas (copper foil) en un orden preciso, utilizando sistemas de alineación óptica o por pines.
   • 2.2. Laminación: Se aplica calor y alta presión al conjunto en una prensa de laminación. El prepreg fluye, rellena los huecos y se cura, uniendo todas las capas en un bloque sólido.
3. Taladrado y Limpieza de Agujeros: Se realizan los taladros que conectarán las diferentes capas (vías pasantes, ciegas o enterradas). Se limpian cuidadosamente para eliminar residuos de resina (desmear).
4. Metalización de Agujeros (PTH - Plated Through Hole): Se metalizan las paredes de los taladros mediante procesos químicos y electrolíticos (similar a los descritos anteriormente) para crear conexiones eléctricas entre las capas.
5. Creación del Patrón en Capas Externas: Se definen los patrones de circuito en las capas exteriores (similar a un PCB de doble cara, usualmente mediante Pattern Plating).

Consideraciones sobre Vías (Agujeros de Conexión)

Los agujeros de conexión (vías) unen eléctricamente distintas capas. Las vías ciegas (conectan una capa externa con una interna) o vías enterradas (conectan solo capas internas) requieren procesos de taladrado, limpieza y metalización específicos en etapas intermedias, a menudo antes de la laminación final del conjunto completo.

Introducción a la Tecnología de Montaje Superficial (SMT)

Clasificación SMT

Por Ubicación de Componentes:

• Tipo 1: Componentes de montaje superficial (SMD) montados en una sola cara de la PCB.
• Tipo 2: Componentes SMD montados en ambas caras de la PCB.

Por Tipo de Componentes Utilizados:

• Clase A: Únicamente componentes de inserción (Through-Hole Technology - THT).
• Clase B: Únicamente componentes de montaje superficial (SMD).
• Clase C: Placa mixta, con componentes de inserción (THT) y de montaje superficial (SMD).

Proceso para Placas Tipo 1B (SMD en una cara)

1. Aplicación de Pasta de Soldar: Se deposita pasta de soldar sobre los pads mediante serigrafía (stencil) o dispensación.
2. Colocación de Componentes SMD: Máquinas pick-and-place posicionan los componentes sobre la pasta.
3. Precalentamiento / Secado de Pasta: Evapora los solventes de la pasta y activa el flux.
4. Soldadura por Refusión (Reflow Soldering): La placa pasa por un horno con perfiles de temperatura controlados que funden la pasta de soldar, creando las uniones eléctricas y mecánicas.
5. Limpieza de la Placa: Eliminación de residuos de flux (si es necesario según el tipo de pasta).
6. Inspección y Prueba: Verificación de la calidad de las soldaduras y funcionalidad del circuito (AOI, Rayos-X, ICT, Test Funcional).

Proceso para Placas Tipo 2B (SMD en ambas caras)

1. Aplicación de Pasta de Soldar (Cara 1 - Principal): Generalmente la cara con los componentes más complejos o pesados.
2. Colocación de Componentes SMD (Cara 1).
3. Precalentamiento / Secado (Cara 1).
4. Soldadura por Refusión (Cara 1).
5. Limpieza (Opcional).
6. Inversión de la Placa.
7. Aplicación de Pasta de Soldar (Cara 2 - Secundaria): Se requiere una pasta con características adecuadas o adhesivo si hay componentes pesados.
8. Colocación de Componentes SMD (Cara 2).
9. Precalentamiento / Secado (Cara 2).
10. Soldadura por Refusión (Cara 2): El perfil de temperatura debe ser cuidadoso para no afectar las soldaduras de la cara 1.
11. Limpieza de la Placa.
12. Inspección y Prueba.

Proceso para Placas Clase C (Mixta - Ejemplo Sencillo THT + SMD)

(Existen diversas secuencias, esta es una común donde los SMD van en la cara inferior y se sueldan por ola junto con los THT)

1. Inserción de Componentes THT: Se colocan los componentes de inserción en la cara superior.
2. Inversión de la Placa.
3. Aplicación de Adhesivo: Se aplica adhesivo en los puntos donde irán los componentes SMD en la cara inferior.
4. Colocación de Componentes SMD: Se posicionan los SMD sobre el adhesivo en la cara inferior.
5. Curado del Adhesivo: Se endurece el adhesivo (normalmente con calor o UV) para fijar los SMD temporalmente.
6. Inversión de la Placa.
7. Soldadura por Ola (Wave Soldering): La cara inferior de la placa pasa sobre una ola de soldadura fundida, soldando simultáneamente los terminales de los componentes THT (que atraviesan la placa) y los componentes SMD (fijados con adhesivo).
8. Limpieza de la Placa: Eliminación de residuos de flux de la soldadura por ola.
9. Inspección y Prueba.