¿Qué es una PCB rígida y cómo se fabrica?

¿Qué es un Placa de circuito impreso rígida ¿Y cómo se fabrica?

La placa de circuito impreso rígida (PCB) es una placa de circuito impreso basada en un sustrato rígido, que presenta una estructura mecánica estable y un excelente rendimiento eléctrico. Se utiliza ampliamente en ordenadores, equipos de comunicación, control industrial y electrónica de consumo, proporcionando conexiones eléctricas fiables y soporte físico para los componentes electrónicos.

1. Características y ventajas de los PCB rígidos

Los PCB rígidos se utilizan principalmente para Laminado epoxi reforzado con fibra de vidrio (como FR-4, CEM-3) como material base, fabricados mediante procesos como laminación, transferencia de patrones y grabado. Sus características principales incluyen:

• Alta resistencia mecánica: El sustrato rígido ofrece una alta resistencia a la flexión y a las vibraciones, lo que lo hace adecuado para instalaciones fijas.
• Excelente rendimiento eléctrico: Constante dieléctrica estable y baja pérdida de transmisión de señal, compatible con aplicaciones de alta frecuencia y alta velocidad.
• Buena estabilidad térmica: Resistente al calor con una temperatura de transición vítrea (Tg) típicamente superior a 140 °C.
• Alta densidad de cableado: Admite diseños multicapa (normalmente de 4 a 12 capas), lo que permite diseños de circuitos complejos.

En comparación con los PCB flexibles (Flex PCB), los PCB rígidos son más económicos y cuentan con procesos de fabricación más maduros, pero son menos flexibles y ligeros. La siguiente tabla compara las principales características de ambos tipos:

2. Proceso de fabricación de placas de circuito impreso rígidas

La fabricación de placas de circuito impreso rígidas es un proceso de alta precisión que consta de varios pasos y que comprende principalmente las siguientes etapas:

• Producción de circuitos de capa interna

• Corte: El laminado revestido de cobre se corta a las dimensiones del diseño con una precisión de ±0,1 mm.
• Laminado y exposición de películas: Se aplica una película seca fotosensible y los patrones de los circuitos se transfieren mediante exposición a rayos UV.
• Desarrollo y grabado: Se retiran la película seca sin exponer y el cobre para formar circuitos conductores.
• Inspección AOILa inspección óptica automatizada comprueba parámetros como el ancho de línea y el espaciado.

• Laminado y prensado

• Oxidación marrón: Mejorar la adhesión entre las capas internas de cobre y el preimpregnado.
• Apilado y prensado de capas: Se prensan varias capas juntas a alta temperatura (180-200 °C) y presión (300-400 psi).

• Perforación y metalización

• Perforación mecánica/láser: Crea agujeros pasantes, vías ciegas o vías enterradas.
• Deposición y recubrimiento de cobre: El cobre depositado químicamente y galvanizado metaliza las paredes de los orificios para las conexiones entre capas.

• Circuito de capa exterior y acabado superficial

• Transferencia de patronesLa tecnología de imagen directa por láser (LDI) crea circuitos en la capa exterior.
• Máscara de soldadura y serigrafía: Se aplica tinta resistente a la soldadura y se imprimen las marcas de los componentes.
• Acabado superficialLos procesos como HASL, ENIG u OSP se eligen en función de las necesidades de la aplicación.

• Pruebas e inspección

• Pruebas eléctricas: Continuidad probada mediante sonda voladora o prueba de cama de clavos.
• Validación de la fiabilidad: Incluye ciclos térmicos, pruebas de alta temperatura/humedad, pruebas de impedancia, etc.

3. ¿Cómo mejorar la fiabilidad de las placas de circuito impreso rígidas?

Para mejorar la fiabilidad de las placas de circuito impreso rígidas en entornos hostiles, es necesario optimizar de forma sistemática los materiales, el diseño, la fabricación y los procesos de prueba:

• Selección de materiales

• Para aplicaciones de alta frecuencia, utilice Sustratos de PTFE (Dk≈3,0, Df<0,005).
• Para entornos con altas temperaturas (por ejemplo, electrónica automotriz), utilice FR-4 de alta Tg (Tg ≥ 170 °C).
• Para las necesidades de disipación del calor, utilice sustratos con núcleo metálico (conductividad térmica del núcleo de aluminio: 1-3 W/m·K).

• Optimización del diseño

• Diseño de puesta a tierra: Utilice una conexión a tierra multipunto para circuitos de alta frecuencia y una conexión a tierra de un solo punto para circuitos de baja frecuencia.
• Gestión térmica: Añadir vías térmicas, utilizar lámina de cobre gruesa (≥2 oz).
• Integridad de la señal: Control de la desviación de impedancia dentro de ±10 %, tolerancia del ancho de línea ±0,05 mm.

• Control de procesos

• Proceso de laminación: El prensado al vacío reduce las burbujas entre capas.
• Precisión de perforación: Error de posición del orificio ≤50 μm, relación de aspecto ≤8:1.
• Proceso de soldadura: Utilice soldadura sin plomo SAC305, temperatura máxima de reflujo 245 °C ± 5 °C.

• Normas de ensayo

• Siga los estándares del sector, como IPC-6012 y IPC-A-600.
• Implementar pruebas de estrés ambiental (ESS), por ejemplo, 1000 ciclos térmicos (de -40 °C a 125 °C).

4. PCB rígida frente a PCB flexible: ¿cómo elegir?

5. Escenarios de aplicación y recomendaciones de selección

• Electrónica de consumo (placas base, electrodomésticos): se prefiere FR-4 por su bajo coste y proceso maduro.
• Control industrial (PLC, sensores): Se requiere alta fiabilidad; se recomiendan placas FR-4 de alta Tg o placas multicapa.
• Electrónica automotriz (ECU, radar): Requiere resistencia a altas temperaturas y resistencia a las vibraciones; se puede optar por un sustrato metálico o cerámico.
• Equipos de comunicación (Estaciones base 5G, módulos RF): Las aplicaciones de alta frecuencia necesitan materiales PTFE o Rogers.