Las pcb de doble cara (Double-Sided PCB) son placas de circuito impreso en las que ambas caras del sustrato están recubiertas por una capa de lámina de cobre conductora y en las que se pueden trazar patrones conductores en ambas caras. Su estructura está formada por un sustrato aislante en el centro y capas de lámina de cobre a ambos lados del sustrato; la conexión eléctrica entre las dos caras de la placa se realiza mediante orificios metalizados (Plated Through Hole, abreviado PTH).
El proceso de fabricación de los orificios metalizados consiste, en primer lugar, en la perforación y, a continuación, en la formación de una capa conductora en las paredes de los orificios mediante procesos de deposición química de cobre y galvanoplastia, lo que permite lograr una interconexión entre capas fiable y estable.
En comparación con las pcb de doble cara, la característica más destacada de las placa pcb doble cara es que los circuitos pueden disponerse en ambas caras de la placa base y conectarse mediante los orificios pasantes. En cuanto al proceso de fabricación, las placa pcb doble cara cuentan con un paso adicional de vital importancia: el recubrimiento de cobre (es decir, la metalización de los orificios).
Explicación detallada del proceso de fabricación de PCB de doble cara, que abarca los principales pasos del proceso:
1.Diseño de ingeniería y preparación de la documentación
Diseño del esquema eléctrico: se utiliza software de diseño electrónico automatizado (EDA), como Altium o KiCad, para dibujar el esquema del circuito.
Operaciones de diseño y trazado: se distribuyen los componentes de forma razonable en las dos caras de la placa de doble cara y se conectan los conductores (situados respectivamente en la capa superior y en la capa inferior).
Generación de archivos de fabricación:
Archivos Gerber: archivos que contienen la información gráfica de cada capa de lámina de cobre, serigrafía y capa de soldadura.
Archivos de taladrado: se utilizan para determinar la ubicación y el diámetro de los orificios, en formato Excellon.
Lista de conexiones IPC: se utiliza para verificar las conexiones eléctricas.
2.Fase de preparación del sustrato
Selección del sustrato: normalmente se elige FR-4 (placa de fibra de vidrio con resina epoxi), con lámina de cobre en ambas caras.
Operación de corte: se corta el sustrato según las dimensiones especificadas en el diseño.
3.Transferencia de los patrones de las capas internas (se lleva a cabo simultáneamente en ambas caras)
Limpieza de la superficie de cobre: se eliminan la capa de óxido y otras impurezas, como la grasa, de la superficie de cobre.
Aplicación de la resina fotosensible: se pulveriza uniformemente en ambas caras o se aplica mediante rodillo una tinta fotosensible (que puede ser de tipo película seca o húmeda).
Proceso de exposición:
Se coloca la película fotográfica diseñada sobre la lámina de cobre de ambas caras y, a continuación, se irradia con luz UV.
En el proceso de negativo, la resina fotosensible de la zona expuesta se endurece.
Operación de revelado: se utiliza una solución alcalina para disolver la película de resina no endurecida, dejando al descubierto las zonas de cobre que deben ser grabadas.
4.Fase de grabado
Grabado ácido: se disuelve la lámina de cobre expuesta rociándola con cloruro de hierro o con una solución de grabado de amoniaco y cobre.
Proceso de desmoldado: se retira la resina fotosensible endurecida, conservando el patrón de circuitos de cobre diseñado.
5.Proceso de laminado y taladrado
Tratamiento de oxidación (este es un paso opcional): mejora la fuerza de unión entre la superficie de cobre y la resina.
Operación de taladrado mecánico:
Se utilizan taladradoras controladas por ordenador (CNC) para perforar los orificios pasantes y los orificios de montaje.
Control de parámetros clave: se ajustan adecuadamente la velocidad de rotación de la broca y la velocidad de avance para evitar la formación de rebabas.
Tratamiento de cobreado por deposición (PTH):
Cobreado químico: depositar una capa conductora de micras de espesor en las paredes de los orificios para metalizarlos.
Aumento del espesor del cobreado: aumentar el espesor de la capa de cobre de las paredes de los orificios hasta 20-25 μm para garantizar una buena conductividad eléctrica.
6.Transferencia del patrón de la capa exterior y pasos de galvanoplastia
Exposición y revelado de la lámina de presión: repetir la operación del paso 3 para crear el patrón de la capa exterior.
Proceso de galvanoplastia del patrón:
Galvanoplastia de cobre: realizar un segundo espesamiento de la capa de cobre de los circuitos y las paredes de los orificios, hasta alcanzar un espesor superior a 35 μm.
Galvanoplastia de estaño: aplicar una capa de estaño como capa protectora contra el grabado.
7.Grabado de la capa exterior y desestañado
Grabado alcalino: se elimina la lámina de cobre no protegida que no forma parte de los circuitos.
Desestañado: se retira la capa de estaño para dejar al descubierto los circuitos de cobre subyacentes.
8.Tratamiento de la capa de máscara de soldadura (pintura verde)
Aplicación de la tinta de máscara: mediante serigrafía o pulverización, se aplica la pintura fotorreactiva líquida (de color verde en los casos más habituales) sobre la placa.
Exposición y revelado: se determinan las áreas de apertura (para dejar al descubierto las pistas de soldadura y los puntos de prueba) mediante una película negativa.
Tratamiento de curado: se endurece la tinta mediante un horneado a alta temperatura.
9.Procesos de tratamiento de superficies
Tipos de procesos disponibles:
Estañado por pulverización (HASL): recubrimiento de las pistas de soldadura con una capa de aleación de estaño y plomo para mejorar la resistencia a la soldadura.
Oro electrolítico (ENIG): primero se aplica una capa de níquel como base y, a continuación, una capa de oro; presenta propiedades antioxidantes y es adecuado para pines de precisión.
OSP: recubrimiento con una película orgánica de protección de la soldadura; tiene un coste más bajo, pero requiere que la soldadura se realice lo antes posible.
10.Operaciones de serigrafía
Impresión de texto: se utiliza tinta blanca para serigrafiar en las capas superior e inferior la referencia del componente, el logotipo y otra información.
Proceso de curado: se cura la capa de texto mediante irradiación UV o tratamiento térmico.
11.Fases de conformado y prueba
Operaciones de corte en V o fresado de bordes: se corta la placa en PCB individuales.
Pruebas eléctricas (E-Test):
Prueba con sondas volantes: se utilizan sondas móviles para comprobar si hay circuitos abiertos o cortocircuitos (apto para la producción de lotes pequeños).
Prueba con lecho de agujas: se utilizan fijaciones personalizadas para realizar pruebas en serie (con una alta cobertura).
Inspección AOI: se utiliza tecnología de inspección óptica automática para comprobar si hay defectos en los circuitos.
12.Inspección final y embalaje
Inspección visual/muestreo según la norma IPC: verificación de las dimensiones, el aspecto y el funcionamiento del producto.
Embalaje antiestático al vacío: previene daños y la oxidación durante el transporte.
Aspectos clave a tener en cuenta
Requisitos de precisión de alineación: los patrones de ambas caras deben estar perfectamente alineados, lo que se consigue mediante orificios de posicionamiento o marcas de referencia.
Garantía de fiabilidad del cobre en los orificios: la calidad del proceso de electrodeposición de cobre tiene un impacto significativo en la vida útil de la conductividad entre capas.
Puntos clave del control de la impedancia: en el caso de las líneas de señal de alta frecuencia, es necesario calcular con precisión el ancho de la línea y el espesor de la capa dieléctrica.
Recomendaciones para la optimización del DFM: en la fase de diseño se debe tener plenamente en cuenta el proceso de fabricación, por ejemplo, evitando trazos con ángulos agudos.
Principales ámbitos de aplicación de las placa pcb doble cara
Electrónica de consumo: el indiscutible «gigante» de la demanda
Entre los numerosos sectores, la demanda en el ámbito de la electrónica de consumo ocupa el primer lugar.
Sector de los teléfonos inteligentes y las tabletas
Aunque las placas base principales suelen ser placas multicapa, los numerosos módulos auxiliares y placas de conexión internas, como las placas de módulos de cámara, de reconocimiento de huellas dactilares, de sensores de todo tipo, de teclados, de gestión de baterías, de conectores para auriculares, así como algunas placas internas de los cargadores, utilizan ampliamente placa pcb doble cara.
Sector de ordenadores y periféricos
En el interior de los ordenadores de sobremesa y portátiles, las placa pcb doble cara son una opción habitual para componentes como las tarjetas de expansión, las tarjetas de sonido, algunas tarjetas de red, las placas de alimentación (lado secundario), las placas de teclado y ratón, las placas controladoras de pantalla, así como las placas de control de impresoras y escáneres.
Sector de los electrodomésticos
Las placa pcb doble cara desempeñan un papel importante en algunos módulos funcionales de las placas lógicas de los televisores, así como en placas de alimentación, placas de control de aires acondicionados, lavadoras, microondas, ollas arroceras, placas de inducción, ventiladores y placas controladoras de iluminación inteligente, entre otros.
Sector de equipos de audio y vídeo
Las placas de amplificadores de audio, las placas base de altavoces Bluetooth, los decodificadores, algunas placas de reproductores de DVD y las placas de mandos de consolas de videojuegos, entre otros, también son aplicaciones muy comunes de las placa pcb doble cara.
Sector de dispositivos domésticos inteligentes
En todo tipo de sensores, como los de temperatura y humedad, los sensores magnéticos para puertas y ventanas y los sensores de presencia, así como en interruptores inteligentes, enchufes inteligentes y submódulos de pasarelas, las placa pcb doble cara se han convertido en la opción ideal para numerosos productos gracias a sus ventajas.
Sector del control industrial y la automatización
Placas de control de equipos de automatización industrial, placas de interfaz de sensores, algunas placas de control de motores, interfaces hombre-máquina, placas internas de instrumentos de medición (como multímetros, sondas de osciloscopio, medidores de potencia, etc.), así como módulos de E/S de PLC, etc. En entornos industriales, donde los requisitos de fiabilidad y coste son elevados, las placa pcb doble cara se han convertido en muchos casos en la opción más rentable que combina rendimiento y coste.
Sector de la electrónica de automoción
Aunque la unidad de control electrónico (ECU) más importante de un automóvil suele utilizar placas multicapa, en el interior del vehículo existen una gran cantidad de módulos de control de la carrocería, como placas de control de luces (para el control de la iluminación), placas de control de ventanas, placas de control de cerraduras de puertas, placas de control de limpiaparabrisas, paneles de control de aire acondicionado, placas de control de ajuste de asientos, así como placas de interfaz de sensores simples (como las placas internas de los transmisores de control de presión de los neumáticos) y placas auxiliares de los sistemas de entretenimiento, entre otras.
Con el continuo aumento del nivel de electrificación de los automóviles, el uso de placa pcb doble cara en el sector de la electrónica de automoción es extremadamente elevado.
Sector de la iluminación LED
En el sector de la iluminación LED, ya se trate de bombillas, tubos fluorescentes, paneles luminosos o farolas, las placas de alimentación de los controladores utilizan casi sin excepción placa pcb doble cara, lo que se ha convertido en la configuración estándar y predominante en este sector, con una demanda muy considerable.
Sector de los equipos de comunicaciones
En equipos de red como routers, conmutadores y módems ópticos, además de que los chips principales de alto rendimiento requieren placas multicapa para satisfacer sus necesidades, los módulos periféricos, como los módulos de alimentación, las placas de conversión de interfaces, las placas de indicadores luminosos y las placas de control de ventiladores, suelen utilizar placa pcb doble cara.
Sector de la electrónica médica (equipos de complejidad media-baja)
En tensiómetros, medidores de glucosa, aparatos de fisioterapia, así como en algunos módulos funcionales de monitores, como placas de sensores, placas de control de pantalla, placas de teclas y adaptadores de corriente, las placa pcb doble cara también son una opción de aplicación habitual.
¿Por qué el uso de los PCB de doble cara es tan generalizado en el mercado?
Excelente relación calidad-precio
En comparación con los pcb de doble cara, los de doble cara ofrecen mayores prestaciones, ya que permiten el cableado por ambas caras, lo que aumenta considerablemente el espacio y la flexibilidad de cableado; mientras que, en comparación con los PCB multicapa de cuatro o más capas, presentan una ventaja significativa en cuanto a costes, gracias a su proceso de fabricación relativamente sencillo, que reduce eficazmente los costes de producción.
Madurez, estabilidad y fiabilidad
El proceso de fabricación de las PCB de doble cara ha madurado enormemente tras un largo periodo de desarrollo y perfeccionamiento. Durante la producción, se mantiene una alta tasa de productos en buen estado, y su fiabilidad ha sido probada a lo largo del tiempo en el mercado, con un excelente rendimiento en aplicaciones prácticas, lo que proporciona una sólida garantía para el funcionamiento estable del producto.
Se adapta a una amplia gama de necesidades
Entre los numerosos productos electrónicos, hay una gran cantidad de productos con una complejidad funcional media, cuyos requisitos de velocidad de señal no son extremadamente altos, pero que requieren un cierto grado de integración. Para este tipo de productos, las PCB de doble cara se sitúan precisamente en el punto de equilibrio ideal entre rendimiento y coste, ya que satisfacen las necesidades funcionales del producto sin generar una presión de costes excesiva.
Gran libertad de diseño
Mediante una planificación minuciosa del trazado y el cableado, y un uso razonable de la tecnología de vías, las PCB de doble cara pueden resolver fácilmente los problemas de interconexión de la mayoría de los circuitos de densidad media, lo que proporciona una gran libertad de diseño y permite a los diseñadores implementar diversas funciones de circuito con mayor flexibilidad.
