¿Por qué se elimina el cobre de las placas de circuito impreso en lugar de añadirlo?

Question

Sé que, en la práctica totalidad de los casos, las placas de circuito impreso comienzan como un sustrato con una capa de cobre laminado encima, que luego se graba, dejando las trazas. Pero, ¿por qué no se añaden las trazas sobre un sustrato vacío?

Soy muy consciente de que el proceso de grabado es estándar y muy bien entendido a estas alturas, pero ¿no es un poco derrochador grabar tanto cobre (o dejar tanto cobre sin usar si lo estás maximizando)?

¿Se debe simplemente a que los procesos de fabricación aditiva son demasiado costosos y superan con creces el coste del grabador o del cobre?

Answer 1

Sé que, en la práctica totalidad de los casos, las placas de circuito impreso comienzan como un sustrato con una capa de cobre laminado encima, que luego se graba, dejando las trazas.

Esto no es del todo correcto: en los modernos procesos de fabricación de placas de circuito impreso, el cobre se ambos añadido y eliminado.

A menudo, el sustrato de la placa de circuito impreso comienza con cobre de 17 µm de espesor. El primer paso es taladrar los agujeros y, a continuación, se utiliza un proceso químico para formar una fina capa de cobre en el interior de los agujeros. A continuación se aplica la máscara de trazado y se inicia el cobreado electrolítico. Este proceso añade cobre a todas las zonas expuestas, con lo que el grosor total del cobre alcanza los 35 µm típicos (o cualquier otro grosor necesario). Es importante que el cobre fino de todas partes bajo la máscara conecte las trazas entre sí para que la electrólisis funcione (necesita electricidad para conducir).

Por último, sólo quedan por eliminar los 17 µm originales de cobre en las zonas sin trazas. Por tanto, no es necesario eliminar todo el espesor del cobre. Además, el cobre del agente grabador puede reciclarse a menudo en cobre para el proceso de revestimiento, aunque esto requiere cierta química.

Este artículo de Altium sobre el procesamiento de PCB ofrece una excelente visión general, incluido este diagrama:

Answer 2

Parte del proceso de fabricación de placas de circuito impreso consiste en adherir láminas de cobre al sustrato. Esto es bastante difícil de hacer bien cuando se hace en todo el panel.

Pero, ¿por qué no se añaden las trazas sobre un sustrato vacío?

Porque las trazas son diminutas y hay que pegarlas al panel de forma que queden colocadas con precisión unas respecto a otras y no se desprendan con la soldadura o la tensión mecánica. Respuesta corta: nadie ha descubierto cómo hacerlo de forma económica.

Allí son Procesos de fabricación de PCB que implican la impresión de una PCB con tinta conductora. Creo que nunca he visto una placa así, ni siquiera en un dispositivo barato de consumo. Basándome simplemente en el hecho de que no se ha impuesto en todo el mundo, creo que volvemos a la idea de que grabar es más fácil.

¿No es un poco derrochador grabar tanto cobre

Sí, es un poco derrochador. Pero es mucho menos derrochador en las operaciones comerciales, porque el cobre puede recuperarse del agente grabador de una forma que también regenera el agente grabador. Por el precio de un poco de electricidad, el fabricante de placas de circuito impreso tiene algunas barras de cobre para vender en la cadena y no tiene que comprar tanto aguafuerte.

¿O dejar tanto cobre sin usar si lo estás maximizando?

Por lo general, cuando se deja cobre en una placa, no tiene nada que ver con la preocupación de agotar el cobre o el agente grabador, sino con el uso de ese cobre como plano de tierra, barras colectoras o cualquier otro motivo por el que se quiera utilizar el cobre en la placa. desea tener cobre en el tablero acabado.

Answer 3

Existen los CIC (circuitos impresos de "tinta conductora"), que utilizan tintas de plata impresas sobre una película flexible (normalmente PET, el mismo material que se utiliza para fabricar botellas de refresco y agua). El PEN se utiliza si se necesita una temperatura más alta o más estabilidad dimensional.

La tinta de plata es más cara que la de cobre, el proceso de serigrafía no es de tan alta resolución como el grabado en cobre y la tinta de plata no puede transportar tanta corriente como la de cobre. Por último, no es tan duradera como el cobre.

Sin embargo, puede ser muy fino y flexible para apilamientos delgados, como dentro de dispositivos móviles o wearables. Peso ligero y forma a una pieza. Algunas empresas también utilizan estos circuitos de película para el moldeo por inserción de película y hacen que la película forme parte de la pieza de plástico estructural. En ese caso, la película suele ser de policarbonato en lugar de PET.

Answer 4

¿Qué se necesita para añadir Cu de forma selectiva a una placa de circuito impreso? Se necesitaría una máscara y, a continuación, una máquina de pulverización catódica que pudiera moverse en las direcciones x-y. Para una resolución fina, ninguna de las dos cosas sería barata, pero supongamos que se dispone de ambas.

¿A qué temperatura se realizaría este proceso? Pto. de fusión del Cu = 1085 C y Pto. de ebullición = 2562C. El material FR-4 se fundirá cerca de 130C.

Por lo tanto, las láminas de Cu (producidas por separado) se fijan a los paneles FR-4 utilizando resinas epoxi de plata para proporcionar una adhesión fiable. Posteriormente, tras una exposición enmascarada, el Cu que no se necesita se graba químicamente. Comercialmente, el Cu que se desprende puede recuperarse y reutilizarse.

He oído hablar de la pasta de plata que se puede utilizar como un bolígrafo para hacer pequeñas correcciones y/o trazar rutas, pero nunca he utilizado esta tecnología. Por suerte, siempre es posible utilizar cables o puentes 0ohm para corregir problemas menores en pcbs.

Answer 5

Un aspecto importante que otras respuestas no tocaron:

Los trazos y las zonas conductoras de la placa de circuito impreso deben ser contiguos para que cumplan su función.

Los procesos de fabricación aditiva no son muy buenos en este sentido. Todos implican partículas separadas que se espera que entren en contacto en el proceso. También pueden fallar y, de hecho, habrá un gran número de oportunidades para que fallen.

Y lo que es peor, fracasar parcialmente, pasando inicialmente el control de calidad y trayendo después todo un problema central de EE: los malos contactos.

En cambio, la lámina de cobre es prácticamente contigua antes del grabado.

El grabado también puede fallar, ya que las trazas se graban en exceso (lo que provoca que no haya contacto donde debe haberlo) o los huecos no se graban lo suficiente (lo que provoca cortocircuitos o una anchura insuficiente de los huecos). Pero estos fallos pueden comprobarse con resultados inequívocos y/o detectarse mediante inspección visual en las primeras fases del proceso, generalmente antes de rellenar la placa de circuito impreso.