Métodos tradicionales de fabricación de PCB
Las placas de circuito impreso (PCB) son útiles en diversos productos electrónicos. Están formadas por conductores eléctricos, capas aislantes y máscaras de soldadura. Se utilizan para crear circuitos electrónicos y eliminan la necesidad de conectar cables y tableros. Las placas de circuito impreso también se utilizan para reducir el tamaño de un dispositivo.
Las placas de circuito impreso se componen de cobre y fibra de vidrio. Estos materiales son estables, resistentes al agua y tienen buenas propiedades ópticas. Sin embargo, de vez en cuando se utilizan otros materiales.
Diseñamos las placas de circuito impreso con programas de CAD. Esto permite a los diseñadores visualizar un diseño asistido por ordenador en una placa en 3D y utilizar diferentes sustancias. Además, algunos fabricantes utilizan ahora impresoras 3D para crear placas de circuito impreso personalizadas.
El primer paso en la fabricación de una placa de circuito impreso es el diseño de la misma. Esto implica diseñar la disposición de la placa, dibujar bocetos e imprimir los esquemas en 3D. A continuación, mediante un software de diseño de placas de circuito impreso, los diseñadores pueden trazar la electrónica y realizar simulaciones. Por último, se codifica el diseño en un archivo Gerber, que se incorpora al esquema de la placa de circuito impreso.
Diferencias
Tanto si se diseña una placa de circuito impreso para su fabricación como si se hace simplemente con fines de diseño y maquetación, es probable que haya oído hablar tanto de la fabricación aditiva como de los métodos tradicionales de fabricación de placas de circuito impreso. La principal diferencia entre estos procesos es la forma de fabricar la placa. Ya sea mediante la fabricación aditiva o las técnicas de fabricación tradicionales, la placa terminada es una fina capa de metal o plástico conductor colocada sobre materiales de sustrato. En la fabricación electrónica, producen toda la placa creando el material mediante la mezcla y extrusión de líquidos en el aire. En el diseño y maquetación tradicional de placas de circuito impreso, el material se añade a la electrónica colocando capas de cobre u otros metales de una en una. Este proceso aditivo se denomina chapado.
Proceso de chapado de PCB
El chapado de la placa de circuito impreso es un proceso que protege el cobre de la corrosión. También forma una capa de carbono conductora que mejora el acabado de la superficie de la placa de circuito impreso. Existen varios procesos de chapado disponibles. Conocer las distintas opciones disponibles puede ayudarle a tomar una decisión informada sobre su PCB.
El mercado de las placas de circuito impreso ha evolucionado hasta incluir componentes eléctricos chapados con cobre, factor de forma, oro y níquel. Además, el mercado también incluye componentes eléctricos chapados con estaño.
Existen varios procesos de chapado de PCB, entre ellos el semiactivo, el aditivo y el sustractivo. El proceso de chapado de PCB es un paso esencial en la fabricación de productos electrónicos, y los fabricantes deben asegurarse de que el proceso sea fiable.
Los procesos aditivos utilizan menos material y generan menos residuos. Los espesores típicos de las placas de circuito impreso oscilan entre 10 y 100 micropulgadas. Además, algunos procesos permiten probar cada capa durante el proceso de fabricación.
Impresión por chorro de tinta frente a las máquinas de corte por láser
En comparación con las máquinas de corte por láser, la impresión 3D ofrece algunas ventajas. Es más rápida, más eficiente y menos costosa. También proporciona una alternativa más segura al marcado por láser. Además, puede producir una plantilla de mayor calidad que puede ser útil para diversos procesos aditivos.
La fabricación de placas de circuito impreso es una industria competitiva. Por ello, los fabricantes buscan reducir costes y aumentar la productividad. Esto se consigue reduciendo el número de pasos en el proceso de fabricación. La industria de las placas de circuito impreso también está avanzando hacia la automatización y la producción de productos más eficientes.
Una tecnología que puede ayudar a mejorar esto es la fabricación aditiva. Este proceso aditivo puede crear una nueva pieza capa por capa, de forma similar a como una impresora 3D produciría una pieza de plástico. El proceso puede crear diseños y objetos intrincados. Es ideal para crear objetos de impresión 3D a partir de metales y otras sustancias.
Diseño de PCB para su fabricación
A diferencia del antiguo método de construcción de una PCB, el método de fabricación aditiva permite una mayor variedad de sustancias. Esto significa más oportunidades para que los fabricantes experimenten con nuevos diseños. Existen materiales más avanzados para las impresoras 3D comerciales que hace unos años.
Para los diseñadores de placas de circuito impreso, esto significa la libertad de construir complejas arquitecturas de interconexión. Esto también permite una mayor variedad de trazos y capas más finas. El proceso también es rentable. Este método también permite crear placas de circuito impreso más complejas con menos componentes.
El proceso también es ecológico. La fabricación aditiva utiliza software CAD y escáneres de objetos 3D. Esta nueva tecnología deposita el material en formas geométricas precisas.
El proceso puede reducir el tiempo de mecanizado, el desperdicio de material y los costes de producción industrial. Esto es especialmente importante en la industria electrónica, donde hay una creciente demanda de placas de circuito impreso multicapa.
Micro PCBs
A diferencia del diseño y la disposición tradicionales de las placas de circuito impreso, las microplacas de circuito impreso se basan en el uso adecuado de la tecnología para garantizar una excelente funcionalidad.
Para empezar, una microplaca de circuito impreso suele tener dos capas de profundidad. Esto permite colocar los componentes más cerca. Sin embargo, también añade varios retos a la fabricación de estas placas.
Uno de los principales retos a la hora de diseñar y fabricar estas placas es su menor paso. Esto significa que los centros de los pines de los SMD estarán más cerca entre sí. Esto reducirá el paso total y el tamaño del paquete. Además, esto aumentará la fiabilidad general de la placa.
La placa de circuito impreso también requiere un plano de soporte que ayude a aislar los componentes electrónicos. Para ello, utilizamos un sustrato de fibra de vidrio. Esto ayuda a evitar roturas y proporciona resistencia al núcleo de la placa de circuito impreso.
¿Cómo funciona la fabricación aditiva de PCB?
Dependiendo del método de fabricación de PCB, puede imprimir su PCB de varias maneras. Esto incluye el uso de inyección de tinta, fusión de cama de polvo y SLS.
Impresión por chorro de tinta
Actualmente, esta impresión es un método eficaz para producir sustancias funcionales. Su versatilidad permite fabricar una gran variedad de productos, desde dispositivos eléctricos hasta sensores o productos mecánicos. También es compatible con tintas conductoras y dieléctricas.
La impresión 3D es un proceso de deposición sin contacto que podemos aplicar a muchas sustancias y sustratos. Produce características de hasta 20 micras en alta resolución. La impresión 3D también es una tecnología eficaz para la fabricación de sustancias funcionales basadas en soluciones. Además de su versatilidad, también es única por su capacidad de producir productos totalmente funcionales.
Impresoras de extrusión de alta velocidad
Disponer de una impresora de extrusión de alta velocidad es esencial para la fabricación aditiva de PCB. Estas impresoras pueden imprimir piezas entre cinco y 15 veces más rápido que la competencia. Además, tener un extrusor de accionamiento directo proporciona al usuario un mejor control de la trayectoria del filamento. Esto proporciona una mejor calidad de impresión.
Añadir un motor paso a paso refrigerado por líquido a una impresora comercial también puede ser beneficioso. Este tipo de impresora puede imprimir a velocidades de hasta 1 m/s. Además, este tipo de mecanismo disminuye el riesgo de desincronización.
Además de un extrusor de accionamiento directo, la impresora utilizó un mecanismo de accionamiento por correa para los tornillos guía. Esto garantiza un funcionamiento uniforme. La impresora también utiliza un extrusor de accionamiento directo refrigerado por líquido para obtener impresiones de mayor calidad.
FDM
En los últimos diez años, la creación de prototipos de PCB ha pasado de los modelos de arcilla a las tecnologías de fabricación aditiva y sustractiva. Como resultado, ahora podemos producir prototipos de PCB en una fracción del tiempo que se tardaría en producir uno mediante métodos convencionales.
Además de ser más eficientes que la fabricación convencional, los prototipos de PCB también pueden acelerar el ciclo de desarrollo de nuevos productos. Un modelo de placa impreso en 3D puede ayudar al proceso de diseño y mostrar cómo se conectan las piezas. También puede limitar el número de cambios en la electrónica.
Uno de los principales inconvenientes de los componentes impresos con FDM es la elevada rugosidad de la superficie. Esto se debe al efecto escalonado de la impresora 3D.
Fusión del lecho de polvo
A diferencia de la impresión 3D convencional, la fusión de lechos de polvo es un proceso de fabricación aditiva de PCB que utiliza el calor para fusionar el material en polvo en una pieza sólida. Como resultado, la fusión de lecho de polvo ha surgido como un método viable para la fabricación masiva de polímeros.
El proceso puede crear piezas a partir de metales, plástico y otros elementos electrónicos. Además, las piezas pueden ser útiles para la creación de prototipos y la producción a gran escala. En el ámbito comercial, la fusión de lechos de polvo ha sido esencial para crear piezas para la industria aeroespacial, de defensa y otras.
La fusión de lechos de polvo es un proceso relativamente caro. Sin embargo, sus ventajas incluyen la capacidad de producir piezas que pueden ser producidas en masa y la capacidad de imprimir piezas que pueden ser útiles en la creación de prototipos. Estas ventajas hacen que la fusión de capas de polvo sea un método de fabricación aditiva de PCB viable para los fabricantes.
Existen varios procesos de fusión de lecho de polvo. Cada proceso sigue una serie de pasos similares para producir una pieza final. Sin embargo, los procesos también dependen de una serie de variables. Estas variables pueden afectar a la calidad general de la pieza.
SLS
A diferencia de otros métodos de impresión 3D, el SLS (sistema de autolimitación) utiliza un láser preciso para fundir el polvo en una sola capa. Esto permite la producción industrial de piezas complejas sin las limitaciones de los métodos tradicionales de fabricación sustractiva.
El SLS es muy útil en las industrias aeroespacial, médica y de prototipado rápido. Sin embargo, la falta de disponibilidad generalizada de las impresoras SLS sigue siendo un reto.
Además del bajo coste, el SLS también se considera una técnica rápida. Esto se debe a que podemos producir piezas en volúmenes bajos sin las limitaciones de los métodos tradicionales de fabricación sustractiva. También es ideal para los prototipos autoportantes. Sin embargo, el SLS también puede producir piezas propensas a inexactitudes y deformaciones.
Ventajas del proceso de fabricación aditiva de PCB
Utilizar un proceso de fabricación aditiva para la fabricación interna de PCB puede ayudar a las empresas a controlar la calidad y los costes. También libera a los ingenieros de las limitaciones de los procesos de fabricación tradicionales. Además, el proceso permite a las empresas crear dispositivos electrónicos más complejos, como la electrónica híbrida y los circuitos para la robótica.
Eficiencia
Una de las principales ventajas de utilizar un proceso de fabricación aditiva para la fabricación interna de placas de circuito impreso es la reducción del consumo de material. El proceso utiliza varias sustancias para fundir el material, incluyendo láseres, cabezales de impresión y haces. El resultado es un producto hasta quince veces más fino que las técnicas tradicionales. Esto reduce los residuos y los costes generales de producción industrial.
Además, la fabricación aditiva de PCB también puede ser útil para la creación rápida de prototipos. Es ideal para crear diversas piezas, desde componentes electrónicos rígidos y flexibles hasta elementos interiores personalizados. Esta técnica permite a los ingenieros crear rápidamente prototipos de conjuntos mecánicos. También es una forma estupenda de experimentar con diseños actualizados.
Coste
Con una gran variedad de sustancias disponibles, el proceso aditivo es competitivo en cuanto a costes. Aunque los componentes especializados pueden costar más, suelen ser menos costosos que otros métodos. También es una gran manera de reducir el desperdicio de inventario. Permite a las empresas producir pedidos de lotes pequeños y cambiar de producto según sea necesario.
Las empresas pueden aprovechar otras ventajas con un sistema de fabricación de placas de circuito impreso a gran escala dentro de la empresa. Esto es especialmente importante para los dispositivos complejos. El proceso también es respetuoso con el medio ambiente, ya que no utiliza disolventes ni productos químicos tóxicos. También produce menos productos sin vender.
Velocidad
Otra ventaja de utilizar un proceso de fabricación aditiva para la fabricación de PCB en la empresa es la velocidad. El proceso tarda unas tres horas en completar una forma. Esto es más rápido que el proceso tradicional de fabricación de PCB, que puede tardar hasta una hora en producir una forma.
El proceso también elimina la necesidad de utilizar herramientas. El utillaje aumenta los costes de producción industrial y retrasa el tiempo de fabricación de un producto. Además, el utillaje puede causar varios problemas, como la exposición del operario a sustancias tóxicas. Asimismo, el utillaje puede provocar la creación de más componentes de los necesarios. Estos problemas pueden dar lugar a costosos montajes y desperdicio de inventario.
Seguridad y tiempo de ciclo
Otras ventajas de utilizar un proceso de fabricación aditiva para la fabricación interna de placas de circuito impreso son la seguridad y el tiempo de ciclo. Además, los fabricantes pueden tener un mayor control sobre la calidad del producto y la protección de la propiedad intelectual. Esto es especialmente beneficioso para las empresas que operan en sectores muy regulados. Además, la fabricación de productos electrónicos permite a las empresas producir piezas que son difíciles de encontrar. La incorporación de estas capacidades de fabricación a la empresa puede acelerar el proceso de I+D.
Contaminación
Por último, el uso de un proceso de fabricación aditiva de PCB para la fabricación interna libera a las empresas de las limitaciones de coste y tiempo de los procesos de fabricación tradicionales. El proceso también es respetuoso con el medio ambiente y no contamina. También permite a las empresas utilizar sólo las sustancias necesarias para un acabado consistente. Esto ayuda a eliminar los residuos y los pasos redundantes.
A medida que la tecnología de fabricación aditiva siga desarrollándose, cambiará la forma de fabricar productos. También creará una gama más amplia de opciones de fabricación para los fabricantes. En el futuro, puede incluso permitir que los circuitos se integren en . Esto podría revolucionar los dispositivos que salvan vidas, como las herramientas prequirúrgicas.
Aplicación de la fabricación aditiva
Utilizada originalmente en la industria aeroespacial, la fabricación aditiva de PCB se ha expandido a varios mercados finales. Sus aplicaciones van desde la producción de piezas pequeñas para aplicaciones de menor volumen hasta la creación de productos sofisticados con características avanzadas.
La fabricación aditiva utiliza datos digitales de dimensiones nanométricas para crear un dispositivo físico. El proceso es útil para la creación rápida de prototipos y la fabricación de geometrías complejas no planas.
. El software CAD puede ayudar a describir el objeto físico, y una impresora 3D especial ayuda a crear la pieza.
La capacidad de producir piezas en cantidades pequeñas y de bajo volumen es una ventaja clave de la fabricación aditiva. También reduce el coste y la cantidad de material utilizado en el montaje. Estas ventajas son especialmente beneficiosas en la industria de la movilidad.
La fabricación aditiva también es más sostenible. Utiliza componentes que son más flexibles y fuertes. Como resultado, reduce la cantidad de material utilizado en la fabricación de productos electrónicos y disminuye la cantidad de residuos creados durante el proceso de fabricación. Estas sustancias incluyen metales, polímeros y filamentos.
La fabricación aditiva también permite a los diseñadores crear geometrías complejas. La capacidad de fabricar conjuntos complejos hace de la fabricación aditiva de PCB una potente herramienta para la industria del automóvil. La industria del automóvil puede utilizar esta tecnología para fabricar placas de circuito impreso con mejores propiedades mecánicas y características de confort.
La fabricación aditiva también es útil en la industria médica, ya que permite a las empresas producir piezas pequeñas en bajo volumen. Esta es una ventaja del proceso también para la industria aeroespacial. La industria aeroespacial utiliza piezas que son ligeras y fuertes.
Desarrollo de placas de circuito impreso para la fabricación aditiva industrial
El desarrollo de placas de circuito impreso para la fabricación aditiva industrial (AM) puede resolver eficazmente muchos de los retos asociados a la fabricación de productos electrónicos. Con la llegada de los procesos de fabricación aditiva, los diseñadores tienen acceso a un prototipo de placa de circuito impreso más flexible, creativo y rápido.
La AM ofrece un coste más bajo y un plazo de entrega más rápido que la creación de prototipos de PCB convencionales. Esto reduce el riesgo de error humano y los retrasos en el desarrollo del producto final. Además, permite a los diseñadores experimentar con una geometría de placa más compleja.
La fabricación aditiva es un proceso que utiliza software CAD y escáneres de objetos 3D para depositar sustancias con formas complejas. Estas sustancias se acumulan nivel a nivel.
El proceso elimina la necesidad del grabado sustractivo y los productos químicos. En su lugar, la electrónica impresa funciona a una temperatura más baja (150oC) y no utiliza grabados tóxicos. Esto ayuda a reducir los residuos y el consumo de materiales en general.
Con la fabricación aditiva, las empresas pueden producir una amplia gama de sustancias, incluidos los circuitos soldables a base de cobre. Estos circuitos son flexibles y compatibles con los procesos de reflujo convencionales. También reducen los costes y cumplen con las normas medioambientales más estrictas.
El tiempo de desarrollo de las placas de circuito impreso para la fabricación aditiva industrial depende de la complejidad del producto y del peso del material. Por ello, es posible que las empresas tengan que trabajar con un socio tradicional de fabricación de PCB para producir trabajos de impresión 3D más pequeños. Pero las ventajas de la AM pueden compensar el trabajo de diseño adicional.
La AM es ideal para una empresa que quiera probar un nuevo diseño antes de pasar a la producción o para empresas que quieran experimentar con nuevos productos. Podemos hacerlo comprando placas de evaluación para determinadas sustancias.
