Una Placa de Circuito Impreso (PCB) es un componente esencial en la electrónica moderna, que conecta componentes electrónicos sobre un sustrato no conductor. Se utiliza en una amplia gama de productos electrónicos, desde teléfonos inteligentes y electrodomésticos hasta sistemas de automatización industrial. La complejidad de los dispositivos electrónicos requiere la coordinación de numerosos componentes, y la PCB actúa como plataforma de ensamblaje para ellos. Básicamente, una PCB es una placa delgada con componentes electrónicos y circuitos incrustados, a menudo incluyendo circuitos integrados (IC), que normalmente se sueldan sobre la PCB. Las capas conductoras permiten la transmisión de electricidad y señales entre los distintos componentes, haciendo posible un sistema electrónico funcional con funciones específicas.
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La integración de la inteligencia artificial (IA) en el diseño de trazado de PCBs se considera un paso transformador que mejora significativamente la eficiencia y optimización de la ingeniería de sistemas electrónicos. Esta integración impulsa una nueva era de automatización y optimización del diseño, acelerando al mismo tiempo los ciclos de desarrollo de productos.
En el diseño tradicional de PCBs, tareas como la creación de esquemas, la colocación de componentes, el enrutamiento de pistas y la optimización para integridad de señal y fabricabilidad se realizaban manualmente, exigiendo conocimientos profundos de electrónica e ingeniería. Sin embargo, la creciente complejidad de los dispositivos electrónicos y la demanda de mayor rendimiento han impulsado la necesidad de un enfoque más inteligente. La IA, especialmente a través del aprendizaje automático y el aprendizaje profundo, se está integrando en herramientas de automatización del diseño electrónico (EDA), revolucionando el diseño de PCBs con funcionalidades como colocación automática de componentes, optimización del enrutamiento, verificación de reglas de diseño y otras mejoras impulsadas por IA.
El uso de IA en el diseño de PCBs presenta nuevas oportunidades de optimización, pero también plantea desafíos únicos y consideraciones éticas. Su implementación puede implicar restricciones complejas, colaboración interdisciplinaria, cumplimiento normativo y preocupaciones sobre privacidad y seguridad de datos. A pesar de estos desafíos, se espera que el papel de la IA en el diseño de PCBs sea cada vez más fundamental en el futuro del diseño electrónico.
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Las Placas de Circuito Impreso (PCBs) están compuestas por numerosos componentes electrónicos y utilizan materiales conductores, como pistas de cobre, como puente de comunicación entre estos componentes. Según las características del producto y sus aplicaciones, las PCBs se clasifican en varios tipos:
PCB de una sola capa: contiene una sola capa conductora en un lado de la placa, y el otro lado se utiliza para integrar circuitos electrónicos. Son comunes en productos electrónicos simples como calculadoras y radios, y resultan económicos.
PCB de doble capa: tienen capas conductoras en ambos lados del sustrato, separadas por una capa aislante. Los componentes se conectan mediante orificios metalizados, permitiendo diseños más compactos. Se utilizan en productos de complejidad media como cámaras digitales, instrumentos de medición y controles de videojuegos.
PCB multicapa: incorporan múltiples capas de cobre separadas por material aislante, unidas bajo presión y temperatura. Son ideales para diseños de alta integración y circuitos complejos, usados en dispositivos de almacenamiento de datos, sistemas satelitales, equipos médicos y dispositivos GPS.
PCB rígidas: también conocidas como PCBs duras, suelen estar hechas de resina epoxi reforzada con fibra de vidrio (FR-4). Son resistentes y no flexibles, utilizadas en CPU de placas madre, equipos médicos de monitoreo y automatización industrial.
PCB rígido-flexibles: combinan zonas rígidas y flexibles, conectadas mediante conectores flexibles. Requieren alineación precisa y laminación para la unión, y utilizan orificios metalizados (PTH) para interconexiones. Se emplean en dispositivos plegables y equipos médicos implantables.
PCB flexibles: también conocidas como Flex PCBs, están hechas de materiales flexibles como películas de poliéster o poliimida. Son livianas y flexibles, con mayor costo de producción, ideales para espacios reducidos como pantallas, relojes inteligentes, paneles de instrumentos aeroespaciales y sistemas de entretenimiento.
PCB de alta frecuencia: diseñadas para señales de alta frecuencia y aplicaciones de microondas. Requieren control de impedancia para evitar reflejos por interferencias electromagnéticas (EMI) o de radiofrecuencia (RFI). Exigen conocimientos técnicos avanzados y se utilizan en comunicaciones inalámbricas y radares.
PCB HDI (Interconexión de Alta Densidad): utilizan microvías, vías ciegas y vías enterradas, junto con empaques BGA para lograr alta integración. Se emplean en electrónica de alto rendimiento como smartphones, tabletas y dispositivos de comunicación avanzados, respondiendo a la demanda de miniaturización, ligereza y rendimiento mejorado.
PCB con núcleo metálico: Utilizan metal como material base en lugar de la tradicional fibra de vidrio. Las PCBs con núcleo metálico ofrecen una excelente disipación del calor y son comunes en aplicaciones de alta temperatura, como la iluminación LED y los convertidores solares.
PASO 1: Corte de láminas
Se corta el sustrato en las dimensiones requeridas.
PASO 2: Laminado de película seca
Se cubre la superficie de la placa con una película orgánica fotosensible. Tras la exposición, se transfiere el patrón del circuito desde la película a la placa.
PASO 3: Exposición
La placa con la película seca adherida se inserta en la máquina de exposición. La película se endurece al exponerse a la luz UV en las áreas transparentes de la máscara, transfiriendo así la imagen del circuito a la placa.
PASO 4: Revelado interno
Se disuelve la película seca no expuesta en una solución reveladora, formando así el patrón del circuito interno.
PASO 5: Grabado interno
Una vez disuelta la película seca no revelada, la superficie de cobre expuesta se graba químicamente para eliminar el cobre no deseado, dejando solo el patrón de circuito protegido por la película.
PASO 6: Retiro de película interna
Se utiliza una solución decapante para eliminar la película seca fotocurada.
PASO 7: Perforado
En el proceso de perforado de la PCB, se forman varios tipos de orificios, como orificios pasantes (vía through), orificios enterrados, ciegos y microvías, además de orificios para componentes y mecánicos. Debido a la necesidad de precisión, estos orificios se realizan mediante perforación manual o láser. Se fabrican orificios según los requisitos del cliente, orificios de montaje, orificios pasantes, orificios de posicionamiento y ranuras de inspección para control de calidad.
PASO 8: Metalizado de orificios (PTH)
También conocido como “baño de cobre único”, este proceso deposita químicamente una capa delgada de cobre dentro de los orificios no conductores de resina o fibra de vidrio. Su objetivo es metalizar las paredes del orificio y permitir la conexión entre las capas internas y externas del circuito.
PASO 9: Revelado
Se disuelve la película seca no expuesta en la capa exterior de la placa de circuito.
PASO 10: Galvanizado de patrón, estañado
Después del revelado, se realiza un doble recubrimiento de cobre y estaño/plomo para aumentar el grosor de la capa exterior del circuito. El recubrimiento de estaño protege el cobre subyacente de ser disuelto durante el proceso de grabado posterior.
PASO 11: Decapado, grabado y retirada de estaño-plomo
Se utiliza una solución decapante para eliminar la película seca restante en la superficie de la placa, exponiendo la capa de cobre subyacente. Luego se graba con una solución de grabado, disolviendo el cobre expuesto y dejando el patrón del circuito cubierto con estaño. Finalmente, se retira el estaño/plomo con una solución específica.
PASO 12: Máscara de soldadura
Después del pretratamiento, la placa se limpia y se aplica una capa de tinta fotosensible resistente a la soldadura. Luego se seca y se expone. Tras la exposición, la tinta no endurecida se disuelve, mientras que la parte endurecida permanece y forma el patrón de máscara de soldadura en la superficie de la placa.
PASO 13: Tratamiento superficial
El propósito es evitar la oxidación de la superficie del cobre expuesto.
PASO 14: Perfilado
Realizar el procesamiento externo y el corte para obtener dimensiones que cumplan con los requisitos del cliente.
PASO 15: Prueba Eléctrica
Se verifica el circuito de la placa y se prueba su funcionalidad eléctrica.
PASO 16: Inspección Visual Final
Inspección completa del aspecto del producto para garantizar la calidad de los productos enviados.
El proceso de fabricación de placas de circuito impreso (PCB) implica numerosos pasos como galvanoplastia, revelado, grabado y limpieza, que requieren el uso de distintos agentes químicos. Durante estos procesos, factores como la cantidad y distribución de los productos químicos pulverizados, el tiempo de contacto entre el líquido y el material, e incluso la fuerza con la que impactan los productos químicos, pueden influir en la calidad del producto final. Por ello, el uso de boquillas de alta calidad es crucial. Además, mediante caudalímetros para medir la dosis de productos químicos, los fabricantes pueden regular con mayor precisión el flujo de materiales, lo que mejora la calidad del producto y la eficiencia de producción.
Aplicación 1: Pulverización de líquido para eliminación de residuos de baño en galvanoplastia por orificios pasantes
Caso: Fabricante de integración de equipos electrónicos reconocido globalmente
SITUACIÓN: La empresa desarrolló equipos horizontales de cobre químico (DSM y PTH) que eliminan eficazmente los residuos de pegamento de los orificios de las placas de circuito después del proceso de galvanoplastia por orificios pasantes, garantizando un rendimiento óptimo de conductividad en las etapas posteriores. Para eliminar estos residuos se utilizan diferentes productos químicos, por lo que la empresa necesitaba boquillas resistentes a la corrosión y de alto rendimiento.
SOLUCIÓN: Boquillas de desconexión rápida serie QF de LORRIC
Las boquillas serie QF, fabricadas con plásticos de ingeniería de alta calidad (PP, PVDF), ofrecen una excelente resistencia química, prolongando la vida útil del producto. Estas boquillas cuentan con un diseño de desconexión rápida en varias partes, lo que permite reemplazar únicamente la cabeza de la boquilla sin necesidad de desmontar la base, facilitando así el mantenimiento de los equipos. Además de las boquillas, se recomienda utilizar los caudalímetros de área de LORRIC para medir la cantidad de productos químicos usados en el proceso de galvanoplastia. Estos caudalímetros están calibrados con alta precisión y probados en el laboratorio de medición de flujo de LORRIC, con un margen de error dentro del estándar líder de ±5% F.S. Su cuerpo y accesorios están hechos de plásticos resistentes a la corrosión, lo que garantiza una mayor durabilidad.
Aplicación 2: Monitoreo de la solución de sulfato de cobre en el proceso de galvanoplastia
Caso: Uno de los 10 principales fabricantes de PCB en Corea del Sur
SITUACIÓN: Fundada en 1987, esta empresa se especializa en el desarrollo de PCBs modulares para chips de memoria DRAM y sustratos para diversos procesos de ensamblaje de chips semiconductores. A partir de 2022, se posiciona entre los 10 principales proveedores de PCBs en Corea del Sur. Inicialmente, la empresa utilizaba caudalímetros de rueda de paletas de una marca alemana para medir el uso de solución de sulfato de cobre en su línea de galvanoplastia. Sin embargo, debido a las regulaciones de seguridad en Corea del Sur, todo el equipo que utiliza productos químicos debe estar separado del entorno de trabajo mediante particiones transparentes, lo que dificultaba a los operarios la lectura de los datos de flujo en las pantallas LCD tradicionales.
SOLUCIÓN: Caudalímetro de rueda de paletas FP-AS510 de LORRIC
El caudalímetro FP-AS510 cuenta con un diseño de pantalla dual LED/LCD e indicadores contextuales, lo que permite a los trabajadores leer fácilmente el caudal y monitorear el estado del equipo incluso en condiciones de poca luz o a través de particiones. Además, utiliza tecnología patentada de detección por eje, que permite la detección de flujo a velocidades extremadamente bajas (0.15 m/s) con una linealidad líder en la industria de 0.5% F.S. También ofrece tres opciones de comunicación (salida analógica 4-20 mA, señal Modbus RTU RS485 y señal de pulso por optoacoplador), adaptándose a los diversos requisitos de comunicación de los clientes.
Aplicación 3: Monitoreo de soluciones de ácidos y álcalis fuertes en equipos de galvanoplastia continua vertical
Caso: Uno de los cinco principales fabricantes de PCB a nivel mundial
SITUACIÓN: La empresa utiliza una línea de galvanoplastia continua vertical para mejorar significativamente la eficiencia de distribución del proceso y mantener una calidad de recubrimiento constante en cada panel. Esta línea emplea diversos agentes químicos, y los caudalímetros de área de LORRIC, fabricados con plásticos de alta calidad y resistencia química, ayudan a reducir la frecuencia de mantenimiento y los costos operativos frente a