PCB 101 — cómo se fabrica realmente una placa
Una placa de circuito impreso empieza como una hoja de laminado con cobre y termina como una interconexión probada. Entre esos dos puntos la placa se taladra, se metaliza, se expone, se graba, se lamina, se enmascara y se acaba, y cada una de esas etapas tiene una tolerancia que condiciona lo que se puede diseñar. La mayoría de las dudas de fabricabilidad se deciden en las tres primeras etapas, mucho antes de que alguien mire el color de la máscara antisoldante.
Primero las capas internas.En una placa multicapa, las capas internas de cobre se exponen y se graban antes de laminar nada, por lo que su ancho de línea y su separación quedan fijados en ese momento y no se pueden recuperar después. El registro — si las estructuras de la capa 3 caen sobre las de la capa 5 — depende entonces de la precisión con que se alinea el stack durante el laminado y de cuánto se mueve el prepreg al curar. Por encima de ocho capas utilizamos taladrado dirigido por rayos X tras el laminado precisamente porque el registro mecánico por sí solo ya no basta.
El taladrado determina la metalización.Una vía es un agujero con cobre metalizado a través, y la metalización tiene que llegar al centro del agujero. La relación entre el espesor de la placa y el diámetro del taladro — la relación de aspecto — determina la dificultad: con 8:1 es rutinario, con 20:1 la solución de metalizado circula mal y el barril se adelgaza en el centro, y con 25:1 el proceso debe ejecutarse deliberadamente despacio y verificarse por sección transversal. Por eso una placa de 3,2 mm con vías de 0,2 mm cuesta bastante más que una de 1,6 mm con las mismas vías.
La tolerancia de grabado es la variable oculta.El grabado elimina cobre tanto lateral como verticalmente. Con cobre de 1 oz este socavado es pequeño; con 6 oz no lo es, y por eso las placas de cobre grueso necesitan o bien una pista nominal más ancha o un grabado escalonado para mantener el ancho. La cifra que publicamos,±8 µm de precisión de ancho de pista, es la que se mantiene en nuestra ventana de proceso estándar — no es una garantía sobre una capa interna arbitraria de 13 oz.
Materiales de sustrato
Elija el material por constante dieléctrica, tangente de pérdidas, comportamiento térmico y coste — en ese orden de lo que realmente condiciona el diseño.
| Material | Dk | Propiedad clave | Úselo cuando |
|---|
| FR-4 estándar | 4,2–4,5 | Tg 130–140 °C, coste más bajo | Multicapa general, consumo, montaje con plomo |
| FR-4 de Tg alto | 4,2–4,6 | Tg 170–180 °C | Reflujo sin plomo, ciclos térmicos, placas más gruesas |
| Libre de halógenos | 4,3–4,7 | Conforme a IEC 61249-2-21 | Mercados regulados, electrónica de la UE |
| Serie Rogers RO4000 | 3,3–3,6 | Bajas pérdidas, Dk estable con la temperatura | RF, antenas, cualquier cosa por encima de 1 GHz |
| Taconic | 2,5–3,5 | Pérdidas muy bajas | Microondas, filtros de alto Q |
| Panasonic M6 / M7 | 3,3–3,6 | Bajas pérdidas, buen ajuste de CTE | Digital de alta velocidad, canales de 25 – 56 Gbps |
| Poliimida | 3,4–3,8 | Flexible, alta temperatura | FPC, rígido-flexible, ciclos de alta temperatura |
| Núcleo de aluminio | — | 2–12 W/m·K | Iluminación LED, controladores de motor, alivio térmico económico |
| Núcleo de cobre | — | 2–12 W/m·K, corriente alta | Módulos de potencia en los que la placa conduce la corriente |
| Cerámica Al₂O₃ / AlN | 9–10 / 8–9 | Hasta 170 W/m·K | RF de alta potencia, módulos de potencia, sin desgasificación orgánica permitida |
Explicaciones de procesos
¿Por qué existe un límite de relación de aspecto?
La metalización es un proceso electroquímico: los iones de cobre deben llegar al centro del agujero y reducirse en la pared del barril. En un agujero profundo y estrecho la solución se intercambia despacio, así que el cobre depositado se adelgaza en el centro — a veces hasta formar un hueco que pasa la prueba de continuidad a temperatura ambiente y falla tras ciclos térmicos. Nuestra ventana estándar es 8:1, trabajamos hasta 20:1 de forma rutinaria y backplanes hasta 25:1 con controles de proceso y cortes transversales. Más allá, la respuesta honesta es que el diseño debe dividirse o las vías deben ser mayores.
¿Qué significa realmente una tolerancia de impedancia del ±8 %?
La impedancia de una pista acabada depende de cinco cosas: ancho de pista, altura del dieléctrico, espesor de cobre, constante dieléctrica y presencia de cobre cercano. Las cinco varían en producción. El ±8 % es la ventana que mantenemos cuando una placa se especifica con impedancia controlada y fabricamos y medimos un cupón en el panel. No es una afirmación sobre ninguna pista no medida, ni significa que una placa sin cupones tenga ±8 %. Si la impedancia es crítica, especifique cupones — el informe se envía con las placas.
¿Por qué es tanto más caro el cobre grueso?
Tres razones. Grabar cobre de 6 oz sin socavado requiere un grabado más lento y una pista nominal más ancha. El cobre grueso no rellena bien las geometrías finas, así que las capas internas suelen necesitar relleno de cobre o grabado escalonado para mantener el espesor del dieléctrico en rango, lo que añade pasos de proceso. Y una placa con 10 oz de cobre es físicamente más rígida, así que todo cambia, desde la presión de laminado hasta el fresado. La diferencia de precio es proceso, no margen.
¿Cuándo la panelización es una decisión de diseño y no de fabricación?
Más a menudo de lo que la mayoría de los diseñadores espera. El aprovechamiento del panel determina cuánto laminado se consume por placa, y en una placa pequeña eso puede mover el precio unitario un 20–30 %. Girar un diseño 90°, permitir una tira de utillaje compartida o aceptar un contorno ligeramente distinto pueden cambiar el precio sin cambiar la placa. Si un diseño es sensible al coste, envíe el contorno pronto y pregunte cuál sería la mejor panelización — antes de congelar el layout.
¿Una revisión DFM cambia el precio o el plazo?
El precio no — la revisión DFM está incluida en cada pedido. El plazo sí puede cambiar, porque una revisión que encuentra un problema real añade un día mientras usted decide. Una revisión que no encuentra nada no le cuesta nada. Esa asimetría es deliberada: cambiar un archivo Gerber es mucho más barato que desechar un panel.
Guía de ingeniería · Acabado superficial
Selección de acabado superficial sin mitos
Cada acabado es un compromiso entre soldabilidad, planitud, vida útil, aptitud para hilo y precio. No hay uno «mejor» — hay el que encaja con su proceso de montaje, el paso de componentes y su logística de almacén. Así lo explicamos a los clientes:
ENIG — el estándar para paso fino
Plano, resistente a la corrosión, válido para BGA y QFP de paso 0,3 mm, se almacena un año. Cuesta más que el HASL y tiene un modo de fallo conocido:black pad, en el que el níquel se corroe antes del baño de oro y la unión se agrieta después. Lo controlamos con monitorización de la química del baño y una comprobación del contenido de fósforo; si su placa es de alta fiabilidad, pida el informe del cupón.
HASL — sigue siendo la mejor opción económica
El HASL sin plomo es duradero, reparable y tolerante. Su debilidad es la planitud: el menisco deja pads abombados que son incorrectos para componentes de paso 0,4 mm y para cualquier pin press-fit. Para inserción pasante y pasos gruesos sigue siendo la opción económica.
OSP — plano, barato y con fecha de caducidad
El OSP es el acabado más plano y más barato, con dos limitaciones: una vida útil medida en meses y que soporta un número limitado de pasos de reflujo. Perfecto para tiradas SMT de una cara de gran volumen que van directas a su línea; inadecuado para placas que se quedan en un cajón.
Plata y estaño por inmersión
La plata suelda muy bien y se mantiene plana, y es más favorable al efecto pelicular de alta frecuencia que los acabados con níquel — el precio es gestionar el deslustre en el embalaje. El estaño es plano y apto para press-fit; ojo con el riesgo de bigotes en sistemas de estaño puro en aplicaciones de paso fino y vida útil larga.
Oro duro y ENEPIG — herramientas especiales
El oro duro sobre níquel pertenece a los conectores de borde y a los contactos de teclado, donde dominan la resistencia de contacto y los ciclos de inserción. El ENEPIG añade paladio y resuelve el black pad manteniendo la aptitud para hilo — la respuesta premium para ensamblajes de hilo de oro. Ninguno de los dos es un acabado de uso general; ambos se tarifan en consecuencia.
Elección rápida:BGA o paso <0,5 mm → ENIG. Paso grueso, por coste → HASL sin plomo. SMT de gran volumen, consumo rápido → OSP. Front-end de RF → plata por inmersión. Conector de borde → oro duro. Unión por hilo de oro → ENEPIG.
Guía de ingeniería · DFM
La lista DFM que repasamos antes de fabricar su placa
La revisión DFM está incluida en cada pedido y no es un trámite — es una lista fija de los modos de fallo que realmente desechan paneles. Aquí está la lista, para que pueda comprobarla antes de enviar los Gerbers:
- Anillo anularfrente al número de capas y la tolerancia de taladrado — el rechazo más común en primera pieza.
- Pista/separación frente a peso de cobre— 2/2 mil es una cifra para 1 oz; el socavado del grabado amplía la regla a partir de 3 oz.
- Relación de aspecto— espesor de placa dividido por el taladro más pequeño; 8:1 estándar, 20:1 con controles de proceso, 25:1 clase backplane.
- Distancia cobre-borde— mínimo 0,30 mm salvo que se especifique metalización de borde.
- Radios de alivio térmicoen conexiones de plano a vías y pads — las conexiones macizas en planos grandes hacen imposible la soldadura manual y poco fiables los perfiles de reflujo.
- Puentes de máscara antisoldanteentre pads de paso fino — por debajo de cierto paso el puente no se puede mantener y los pads deben quedar sin máscara por diseño.
- Serigrafía sobre pads y vías— el clásico defecto de montaje autoprovocado; lo comprobamos incluso cuando el plano de fabricación no lo hace.
- Panelización y separación— fresado de lengüetas vs V-score vs regleta de borde; ancho, fiduciales y si lo separa una fresadora de 5 ejes o una línea de V-score.
- Planos de referencia de impedancia— cada pista controlada necesita una referencia ininterrumpida debajo; comprobamos las divisiones del plano antes de cotizar tolerancia.
- Vía en pad— se marca para relleno y tapado salvo que las vías cubiertas sean explícitamente aceptables bajo el componente.
- Capa de pasta vs footprint— relación de apertura y ajustes para el rendimiento del reflujo, comprobados en el traspaso a montaje.
- Distribución equilibrada del cobreen el panel — el cobre asimétrico alabea las placas en el reflujo; puede que añadamos cobre de sacrificio o pidamos un cambio de stack-up.
Lo que cuesta el DFM:nada si pasa, un día si señala un problema real. Lo que cuesta omitirlo: un panel desechado y un plazo retrasado. La asimetría es justamente el punto.
Guía de ingeniería · Coste
Pagar menos por la misma placa
El precio de la placa lo dominan el consumo de laminado y los pasos de proceso, no solo el número de capas. Tres palancas lo mueven más de lo que esperan la mayoría de los compradores:
- Aprovechamiento del panel.Una placa de 105 × 85 mm en nuestro panel de 610 × 1100 mm desperdicia menos material que una de 110 × 90 mm, porque la aritmética del panel cambia. En placas pequeñas solo esto puede mover el precio unitario un 20–30 %. Envíe el contorno pronto.
- Estandarizar lo que no importa.La máscara verde se entrega más rápido; los espesores exóticos y los pesos de cobre no habituales añaden pasos de proceso. Cada «especial» que llegue a la especificación debería tener una razón.
- Los descuentos por cantidad son reales pero no lineales.La curva de precio unitario cae en picado de 1 a 100 piezas y luego se aplana. Si 60 piezas cubren el año, pedir 60 es mejor que pedir 30 dos veces — un cargo de preparación, un cargo de utillaje, un envío.
Pruebe lacotización instantáneacon distintas cantidades y tamaños — el desglose de costes muestra la contribución de cada factor, así los compromisos son visibles antes de fijar el layout.
