Impulsando la innovación: procesos de enrutamiento en profundidad: lograr una precisión sin igual en PCBs complejos

En la fabricación de PCB, la demanda de diseños cada vez más complejos y miniaturizados empuja continuamente los límites de los métodos tradicionales de fabricación, incluido el enrutamiento en profundidad.

El enrutamiento en profundidad es indispensable en varias aplicaciones clave de PCB:

• PCBs de flexión rígida:Estas tablas híbridas combinan secciones rígidas con interconexiones flexibles, lo que requiere un rectificado preciso en profundidad para eliminar la "copa" en la parte superior y/o inferior de la pieza flexible.
• PCBs con caries:Las cavidades se crean estratégicamente dentro de las capas de la PCB para integrar o incrustar componentes directamente en la placa.
• PCBs de monedas de cobre para disipadores de calor:En aplicaciones de alta potencia, las monedas de cobre suelen estar integradas en PCBs para servir como disipadores de calor localizados altamente eficientes. Se utiliza el enrutamiento en profundidad para crear bolsillos precisos para estas monedas, asegurando un ajuste perfecto.

El éxito en estas aplicaciones exige no solo maquinaria robusta, sino también funciones de control sofisticadas. Los fabricantes de PCB dependen de características avanzadas de la máquina y metodologías de proceso para cumplir sus objetivos precisos de enrutamiento en profundidad. Aquí exploraré algunas funciones cruciales que permiten a los fabricantes dominar complejos desafíos de enrutamiento en profundidad.

Enrutamiento en profundidad con un segundo sistema de medición

Un escenario común en el enrutado en profundidad implica crear una profundidad de corte constante, incluso cuando el propio panel de la PCB no es perfectamente plano, algo que ocurre con frecuencia en la fabricación. En tales casos, confiar únicamente en una profundidad preprogramada del eje Z desde un punto de referencia fijo puede dar lugar a resultados inconsistentes.

Para superar esto, las máquinas utilizan un segundo sistema de medición, que normalmente implica un pie de presión equipado con un inserto o cepillo especializado que toca con precisión la superficie de la PCB. La máquina calcula la profundidad desde el momento exacto del contacto y la mantiene de forma consistente a lo largo de la ruta de enrutamiento. Este ajuste dinámico asegura que la profundidad enrutada sea precisa en relación con la superficie potencialmente desigual del panel. Una aplicación típica y crítica de esta tecnología es el enrutado en profundidad para la eliminación de vasos en la fabricación de PCB de flexión rígida.

Figura 1: Enrutamiento en profundidad usando las muestras del segundo sistema de medición.

Enrutamiento en profundidad desde contacto eléctrico

Mientras que un segundo sistema de medición suele utilizar contacto mecánico para establecer el punto inicial para los cálculos de profundidad, el enrutamiento en profundidad desde contacto eléctrico ofrece un método alternativo y preciso que aprovecha las propiedades eléctricas de la PCB. En este enfoque, la capa designada como punto de partida para el cálculo de profundidad debe estar conectada a tierra. Esto podría ser la capa superior de cobre o una capa interior de cobre. La herramienta de enrutamiento conductora eléctrica hace contacto con esta capa conectada a tierra, activando una señal precisa que define el punto cero para la medición de profundidad en el eje Z.

Este método es especialmente ventajoso para aplicaciones que requieren tolerancias extremadamente estrictas y referencia directa a una capa conductora. Elimina las pequeñas variaciones mecánicas que pueden ocurrir con los sistemas de pie de presión, ofreciendo una repetibilidad superior cuando el objetivo es una característica de cobre.

Figura 2: Enrutamiento en profundidad usando contacto eléctrico con la capa superior conectada a tierra.

Figura 3: Enrutamiento en profundidad usando contacto eléctrico con la capa interior puesta a tierra.

Pulido

Los principios del contacto eléctrico también pueden aplicarse en una función de "pulido". Esta característica avanzada garantiza una superficie de fresado excepcionalmente limpia y precisa, especialmente cuando el fresado en profundidad está destinado a exponer una capa de cobre sin causar daños. La máquina ejecuta una operación de enrutamiento en profundidad. Cuando la herramienta hace contacto eléctrico con la capa de cobre objetivo, el movimiento del eje Z se detiene automáticamente. La herramienta avanza ligeramente a lo largo de los ejes X y/o Y, se eleva mínimamente en el eje Z, continúa moviéndose en los ejes X y/o Y, y posteriormente baja para restablecer el contacto eléctrico. Esta secuencia se repite como parte de la operación de pulido.

Este micromovimiento iterativo asegura que la máquina esté "sintiendo" continuamente la superficie del cobre. El resultado es un fresado en profundidad muy preciso con una penetración mínima en el cobre, que "pulió" eficazmente la superficie al eliminar cualquier residuo dieléctrico o micro-rebabas, lo que permite un acabado de cobre limpio listo para procesos posteriores.

Posibilidades avanzadas de mapeo

Para aplicaciones que requieren un grosor igual que la banda restante (la distancia precisa entre el final del fresado de profundidad y la superficie inferior del panel), el simple enrutado a profundidad constante suele ser insuficiente debido a variaciones inherentes en el grosor del panel. En casos tan complejos, es imprescindible crear un "mapa" del panel de respaldo (la superficie inferior) antes de que comience el proceso de enrutamiento.

Este mapeo implica escaneo o medición de alta resolución de la topografía superficial inferior. Los datos resultantes crean un "mapa" digital que informa con precisión a la máquina de enrutamiento sobre las variaciones locales de grosor. El sistema de control de la máquina ajusta entonces la profundidad del eje Z para cada punto enrutado según este mapa. Esto garantiza que, aunque el grosor original del panel varía, el grosor restante de la tela sea consistentemente uniforme.

Figura 6: Mapa de la muestra del panel trasero.

Sonda táctil

Basándose en la estabilidad proporcionada por una mesa de vacío o adaptador, el enrutamiento en profundidad con control por sonda táctil ofrece el mayor nivel de precisión para la creación de cavidades. Una sonda táctil especializada está montada en el eje Z, proporcionando un medio independiente y altamente preciso para verificar y controlar la profundidad real durante el proceso de enrutamiento.

Existen varias formas de utilizar la tecnología de la sonda táctil:

1. Medición simple + Enrutamiento:

• Mide la superficie del panel:La sonda táctil mide con precisión un único punto en la superficie del panel para establecer una referencia definitiva
• Traza hasta la profundidad definida según la superficie del panel:La ruta de enrutamiento se ejecuta hasta la profundidad programada, haciendo referencia al punto de superficie medido

2. Medición múltiple + Enrutamiento:

• Mide la superficie del panel con una sonda táctil:La sonda táctil escanea múltiples puntos a lo largo de la superficie del panel
• Diferentes puntos de medición en la superficie del panel/proceso de mapeo:Esto crea un mapa topográfico más detallado del área necesaria
• Ruta hasta profundidad definida basada en el valor medio de los datos mapeados:El camino de enrutamiento se ajusta dinámicamente en función de un valor medio o interpolado de los puntos de datos cartografiados, compensando irregularidades superficiales localizadas en áreas mayores

3. Medición tras el enrutamiento:

• Mide la superficie del panel:Toma una referencia inicial de superficie
• Mide un nivel más bajo, ya procesado, y comprueba la profundidad:Tras un primer paso de enrutamiento, la sonda táctil mide la profundidad de la característica enrutada para verificar la precisión. Esto podría ser un paso crítico de control de calidad.

4. Enrutamiento adaptativo de cavidad:Esto representa la cima de la precisión, empleando un sistema de retroalimentación en lazo cerrado:

• Mide la superficie mediante la sonda táctil:Establece la referencia inicial
• Enrutamiento:Realiza un pase inicial de enrutamiento
• Mide la profundidad con una sonda táctil:La sonda mide la profundidad alcanzada tras el paso
• Enrutamiento final si es necesario:Si la profundidad medida se desvía del objetivo, la máquina realiza un paso final adaptativo de enrutamiento para alcanzar la profundidad especificada. Este proceso garantiza una precisión sin igual.

Cajas láser: cuando el enrutado mecánico alcanza sus límites

Aunque el enrutado mecánico por profundidad ofrece capacidades inmensas, hay casos en los que sus limitaciones requieren tecnología láser para desmenuzar procesos. Estos casos suelen surgir cuando se trata de materiales difíciles de mecanizar mecánicamente, cuando el tamaño y la precisión de las características requeridas superan las capacidades mecánicas, o cuando es necesario minimizar el impacto térmico. Los láseres, especialmente los de gama alta como el PICO-green, son perfectos para tareas como eliminar recubrimientos finos de almohadillas de cobre o acceder a almohadillas de contacto con daños mínimos.

Un láser PICO-verde puede ablacionar micras con un impacto mínimo en la siguiente capa. Esta entrega de energía sin contacto, altamente precisa y localizada garantiza un impacto térmico mínimo sobre el material circundante, preservando la integridad de las almohadillas sensibles de cobre y las estructuras de líneas finas. El skiving láser proporciona un control y limpieza superiores en comparación con los métodos mecánicos para aplicaciones específicas.

Resumen

La capacidad de realizar enrutamientos en profundidad altamente precisos es fundamental para producir los diseños complejos de PCB actuales, incluyendo placas rígidas flexibles, PCBs con componentes integrados y aquellas que requieren disipadores de calor integrados. Varias características de las máquinas juegan un papel crucial para garantizar la precisión del enrutamiento en profundidad. Estos incluyen las funciones y capacidades mencionadas anteriormente, así como husillos sujetos que mejoran la estabilidad de la herramienta, accionamientos lineales que permiten movimientos precisos y rápidos, y válvulas ajustables que permiten un control preciso de la presión del pie de presión, entre otros factores.

La combinación estratégica y el uso correcto de estas funciones de máquina (o combinación de funciones), junto con herramientas de enrutamiento adecuadas, materiales de respaldo adecuados y el trabajo experto de un ingeniero de procesos cualificado, hacen posible producir los diseños de PCB más intrincados y exigentes. Estas capacidades avanzadas son esenciales para satisfacer los complejos requisitos de la electrónica moderna, garantizando un rendimiento superior, fiabilidad y miniaturización.