No permitas que los problemas de litografía ensombrezcan la fabricación de tus placas de circuito impreso (PCB)

Creado: December 22, 2017
Actualizado: October 1, 2021

Proyector en una sala con espectadores

Con frecuencia los proyectores pueden resultar unos de los equipos tecnológicos más irritantes para trabajar. Quieres disfrutar de una película a la noche con un viejo proyector de escuela y una bolsa de palomitas con mantequilla, pero no puedes encontrar un lugar donde la imagen que proyectes no aparezca torcida. Quieres ofrecer una presentación de alto perfil a tus jefes y compañeros de trabajo solo para darte cuenta de que el proyector exhibe tus imágenes y gráficos achatados o quieres dar lección de algo y descubres que las imágenes se ven solo en blanco y negro. Todo el trabajo que has hecho para que quepa en la diapositiva parece desperdiciado porque las imágenes proyectadas se ven ridículas. El poder controlar la alineación del proyector y la pantalla puede resolver muchas de estas situaciones estresantes.

Cuando tus placas de circuito impreso (PCB) se están fabricando, hay una serie de alineaciones ópticas similares que se ejecutan. Son parte del proceso de litografía en el que se colocan capas con patrones a medida que se va armando el PCB. Pero no es necesario sufrir a causa de una diapositiva torcida, ni tampoco a causa de una mala alineación de los componentes en tu diseño del PCB. Te mostraremos cómo planificar adecuadamente el proceso de litografía, para que comprendas los factores que la podrían afectar causando defectos.

¿En qué afecta la litografía a la fabricación de PCB?

Los procesos de grabado y electrodeposición que se usan en la fabricación del PCB no son muy direccionales. Sin una capa protectora estampada sobre la placa, toda la superficie quedaría grabada, enchapada o recubierta indiscriminadamente. El patrón de protección puede ser una plantilla metálica, una hoja de poliamida o una máscara de resina. El proceso de fabricación determinará qué material es el más apropiado. Por ejemplo, no es buena idea usar una plantilla de metal durante el grabado, porque esto dañaría la plantilla y la dejaría inutilizable después de fabricar algunas placas.

Las máscaras son sensibles a la luz (o "fotosensibles", como se dice en el argot) para longitudes de onda específicas, típicamente en la zona del ultravioleta. El proceso de fotolitografía se emplea para exponer áreas específicas a la luz, de manera que la película en esas áreas se cure o endurezca. El resto se lava, dejando libres áreas específicas para la siguiente etapa del proceso. La máscara (como una plantilla para luz) se utiliza para controlar qué áreas deben grabarse y que se debe alinear con la fuente de luz y el PCB para garantizar que no ocurran efectos raros como en el ejemplo del proyector. De lo contrario, comenzarás a experimentar algunos defectos en la litografía.

Chip de computadora iluminado.
Una fuente de luz más débil en las esquinas causará problemas de fabricación.

Fuentes de defectos litografícos

Es posible que casi nunca logres un alineamiento correcto en el proyector. Hay cosas que están fuera de tu control. Lo que si puedes hacer es tomar conocimiento de las fuentes potenciales de defectos litográficos y planificar para evitarlas. Aquí hay algunas para tener en cuenta:

Sombras: Si tu fabricante mantiene el ambiente limpio, con suerte nunca tendrás problemas con esto. Sin embargo, a veces es posible que caigan partículas sobre la máscara, proyectando sombras en las partes donde la luz debería estar curándola, similarmente a lo que ocurriría si se pone una silla frente a un proyector cortando una parte de la imagen. Esto significa que algunas zonas no se endurecen tal como deberían, y en lugar de eso quedarán grabadas durante los siguientes pasos del proceso.

Problemas de dosificación y exposición: La "dosis" de luz a la que se expone la máscara se calcula como una integral - del brillo de la luz sobre el tiempo total de exposición. Si la sincronización no es la adecuada, o la luz es demasiado tenue, la máscara podría no recibir una dosis suficiente para endurecerse totalmente. Algunas veces, la fuente de luz no es uniforme, lo que consecuentemente deriva en un curado desparejo de la máscara. Los resultados en esta etapa pueden variar; tendrás un buen resultado si el proceso de grabado o de enchapado son rápidos y si tu fabricante emplea una máscara resistente o por el contrario podría ocurrir, que la máscara comience a descascarse en el siguiente paso y una pequeña parte de la placa comience a exponerse a algo a lo que no debería.

Relaciones de aspecto: Un problema que podría suceder, es una ligera desalineación angular, ya sea de la luz, de la máscara o de la placa (PCB). Es lo mismo que un proyector en un ángulo equivocado, eso causa que las partes superior e inferior de las diapositivas tengan diferentes anchos. En tu PCB, esto puede significar que la máscara está siendo aplicada con una relación de aspecto incorrecta (ancho de apertura vs. espesor de la plantilla). Cuando la placa esté lista, tendrá un mayor riesgo de presentar uniones de soldadura de baja calidad, lo que a menudo resulta en circuitos abiertos. Si la placa no se ha curado adecuadamente, también es posible que en las capas interiores y exteriores se produzcan efectos de contracción, expansión y deformación a distinto ritmo, lo que puede causar también problemas con la relación de aspecto. Esto no solo se revela durante la fotolitografía, sino que también puede causar deformaciones en tu placa posteriormente. Este tipo de contracción y expansión suele deberse a desajustes en el coeficiente de expansión térmica, que también se ve afectado en general por el tamaño de la placa (PCB). Las placas más grandes suelen ser más proclives a estos problemas.

Desalineación: La desalineación puede ser también por una traslación horizontal o vertical donde los patrones se colocan a milímetros o menos de donde deberían estar. A medida que las características de tamaño disminuyen, las desalineaciones pueden causar mayores impactos, porque es más fácil omitir una almohadilla de soldadura o una pista en su totalidad. Para tolerancias más reducidas, asegúrate de que tu fabricante pueda producir y alinear con características lo suficientemente pequeñas como para satisfacer las especificaciones de tu placa.

Tolerancia: La tolerancia es tan crucial que merece un comentario adicional. La tolerancia alrededor de la característica de tamaño depende de tu proceso. Algunos agentes grabadores son proclives a sobre grabar en regiones que necesitan estar protegidas, por lo que necesitarás diseñar tu capa de máscara teniendo en cuenta esto. Estarcir un pintado o capa de serigrafía es menos riesgoso.

Grabado de PCB en cloruro ferrico
El grabado es un proceso que requiere de una máscara, incluso para la producción de placas de circuito impreso (PCB) caseras.

Conjuntamente con un gran número de cosas que pueden fallar en tu presentación, también pueden existir otros factores que influyan sobre tu proceso de fabricación de PCB. Las características de tamaño y posición también afectarán la tolerancia; diminutas almohadillas de soldadura ubicadas muy próximas no dejan mucho margen para el error. Algunos grabados son direccionales y requerirán una capa de mascara más gruesa o, mejorar la tolerancia en la dirección x o en la dirección y. La clave aquí es trabajar en estrecha colaboración con el fabricante y asegurarte de que entiendes las limitaciones y los requisitos de los procesos que se utilizarán para producir tus PCBs. Planificar tu diseño en torno a las capacidades de fabricación te ahorrará muchas frustraciones más adelante.

Las máscaras que se utilizan en litografía en el diseño de tu PCB suelen generarse a partir de los archivos Gerber. Los usuarios pueden implementar prácticas de diseño para la fabricación (DFM) en sus técnicas de diseño de PCB con las funcionalidades de diseño y maquetación de PCB de categoría mundial que ofrece Altium Designer®. Los usuarios pueden aprovechar una única plataforma de diseño integrada con funcionalidades de diseño y maquetación de circuitos de PCB para crear placas de circuito aptas para la fabricación. Cuando hayas finalizado tu diseño y quieras enviarle los archivos a tu fabricante, la plataforma Altium 365 te facilitará la colaboración y el compartir tus proyectos.

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