Impulsando la innovación: Procesos de enrutamiento en profundidad: lograr una precisión incomparable en PCB complejas

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

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

• PCB rígido-flexibles:Estas placas híbridas combinan secciones rígidas con interconexiones flexibles, lo que requiere un enrutamiento de profundidad preciso para quitar la "copa" en la parte superior y/o inferior de la parte flexible.
• PCB con cavidades:Las cavidades se crean estratégicamente dentro de las capas de PCB para integrar o incrustar componentes directamente en la placa.
• PCB de monedas de cobre para disipadores de calor:En aplicaciones de alta potencia, las monedas de cobre a menudo se incrustan dentro de los PCB para servir como disipadores de calor localizados altamente eficientes. El enrutamiento de profundidad se utiliza 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 confían en las características avanzadas de la máquina y las metodologías de proceso para cumplir con sus objetivos precisos de enrutamiento de profundidad. Aquí, exploraré algunas funciones cruciales que permiten a los fabricantes dominar desafíos complejos de enrutamiento en profundidad.

Enrutamiento de profundidad con un segundo sistema de medición

Un escenario común en el enrutamiento en profundidad implica crear una profundidad de corte constante, incluso cuando el panel de PCB en sí no es perfectamente plano, una ocurrencia frecuente en la fabricación. En tales casos, confiar únicamente en una profundidad del eje Z preprogramada desde un punto de referencia fijo puede conducir a resultados inconsistentes.

Para superar esto, las máquinas utilizan un segundo sistema de medición, que generalmente involucra 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 manera constante a lo largo de la ruta de enrutamiento. Este ajuste dinámico garantiza que la profundidad enrutada sea precisa en relación con la superficie del panel potencialmente irregular. Una aplicación típica y crítica de esta tecnología es el enrutamiento de profundidad para la eliminación de vasos en la fabricación de PCB rígido-flexibles.

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

Enrutamiento de profundidad desde contacto eléctrico

Mientras que un segundo sistema de medición a menudo utiliza contacto mecánico para establecer el punto inicial para los cálculos de profundidad, el enrutamiento de profundidad desde el 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 la profundidad debe estar conectada a tierra. Esta podría ser la capa superior de cobre o una capa interna de cobre. La herramienta de enrutamiento eléctricamente conductora hace contacto con esta capa conectada a tierra, activando una señal precisa que define el punto cero para la medición de profundidad del eje Z.

Este método es particularmente 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 pedales de presión, ofreciendo una repetibilidad superior cuando el objetivo es una característica de cobre.

Figura 2: Enrutamiento de profundidad mediante contacto eléctrico con la capa superior conectada a tierra.

Figura 3: Enrutamiento de profundidad mediante contacto eléctrico con la capa interna conectada a tierra.

Pulido

Los principios del contacto eléctrico también se pueden aplicar en una función de "pulido". Esta característica avanzada garantiza una superficie enrutada excepcionalmente limpia y precisa, especialmente cuando el enrutamiento de 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. Luego, 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 continuamente "sintiendo" la superficie de cobre. El resultado es un enrutamiento de profundidad altamente preciso con una penetración mínima en el cobre, "puliendo" eficazmente la superficie al eliminar cualquier residuo dieléctrico restante o micro-rebabas, lo que lleva a un acabado de cobre limpio listo para procesos posteriores.

Posibilidades de mapeo avanzadas

Para aplicaciones que exigen un grosor igual de la banda restante (la distancia precisa entre el extremo del enrutamiento de profundidad y la superficie inferior del panel), el enrutamiento de profundidad constante simple a menudo es insuficiente debido a las variaciones inherentes en el grosor del panel. En casos tan intrincados, es imperativo crear un "mapa" del panel de respaldo (la superficie inferior) antes de que comience el proceso de enrutamiento.

Este mapeo implica un escaneo de alta resolución o la medición de la topografía de la superficie del fondo. Los datos resultantes crean un "mapa" digital que informa con precisión a la máquina de enrutamiento sobre las variaciones de espesor locales. A continuación, el sistema de control de la máquina ajusta la profundidad del eje Z para cada punto enrutado de acuerdo con este mapa. Esto garantiza que incluso si el grosor del panel original varía, el espesor de la banda restante es consistentemente uniforme.

Figura 6: Mapa del ejemplo del panel posterior.

Sonda táctil

Sobre la base de la estabilidad proporcionada por una mesa de vacío o un adaptador, el enrutamiento de profundidad con control de sonda táctil ofrece el más alto 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.

Hay varias formas de utilizar la tecnología de sonda táctil:

1. Medición única + enrutamiento:

• Mida la superficie del panel:La sonda táctil mide con precisión un solo punto en la superficie del panel para establecer una referencia definitiva
• Fresado a profundidad definida en función de la superficie del panel:La ruta de enrutamiento se ejecuta a la profundidad programada, haciendo referencia al punto de superficie medido

2. Medición múltiple + enrutamiento:

• Mida la superficie del panel con una sonda táctil:La sonda táctil escanea múltiples puntos a través 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
• Enrutamiento a la profundidad definida en función del valor medio de los datos asignados:La ruta de enrutamiento se ajusta dinámicamente en función de un valor promedio o interpolado de los puntos de datos mapeados, compensando las irregularidades de superficie localizadas en áreas más grandes

3. Medición después del enrutamiento:

• Mida la superficie del panel:Tome una referencia de superficie inicial
• Mida un nivel inferior, ya procesado, y verifique la profundidad:Después de un paso de enrutamiento inicial, la sonda táctil mide la profundidad de la entidad enrutada para verificar la precisión. Este podría ser un paso crítico de control de calidad.

4. Enrutamiento adaptativo de cavidades:Esto representa el pináculo de la precisión, empleando un sistema de retroalimentación de circuito cerrado:

• Medición de la superficie mediante la sonda táctil:Establece la referencia inicial
• Enrutamiento:Realiza un paso de enrutamiento inicial
• Mida la profundidad con una sonda táctil:La sonda mide la profundidad alcanzada después de la pasada
• Enrutamiento final si es necesario:Si la profundidad medida se desvía del objetivo, la máquina realiza una pasada de enrutamiento adaptable final para lograr la profundidad especificada. Este proceso garantiza una precisión sin igual.

Casos láser: cuando el enrutamiento mecánico alcanza sus límites

Si bien el enrutamiento mecánico de profundidad ofrece inmensas capacidades, hay casos en los que sus limitaciones requieren tecnología láser para procesos de biselado. Estos casos a menudo surgen cuando se trata de materiales que son difíciles de mecanizar mecánicamente, cuando el tamaño y la precisión de las características requeridas exceden las capacidades mecánicas o cuando es necesario minimizar el impacto térmico. Los láseres, particularmente los de gama alta como PICO-green, son perfectos para tareas como eliminar recubrimientos delgados de almohadillas de cobre o acceder a almohadillas de contacto con un daño mínimo.

Un láser verde PICO puede ablacionar micras con un impacto mínimo en la siguiente capa. Este suministro de energía sin contacto, altamente preciso y localizado garantiza un impacto térmico mínimo en el material circundante, preservando la integridad de las almohadillas de cobre sensibles y las estructuras de líneas finas. El biselado láser proporciona un control y una limpieza superiores en comparación con los métodos mecánicos para aplicaciones específicas.

Resumen

La capacidad de realizar un enrutamiento de profundidad de alta precisión es fundamental para producir los complejos diseños de PCB actuales, incluidas las placas rígido-flexibles, las PCB con componentes integrados y aquellas que requieren disipadores de calor integrados. Varias características de la máquina juegan un papel crucial para garantizar la precisión del enrutamiento en profundidad. Estos incluyen las funciones y capacidades discutidas anteriormente, así como husillos sujetos que mejoran la estabilidad de la herramienta, accionamientos lineales que permiten un movimiento preciso y rápido, 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 la máquina (o combinación de funciones), junto con las herramientas de enrutamiento adecuadas, los materiales de respaldo adecuados y el trabajo experto de un ingeniero de procesos calificado, hacen posible producir los diseños de PCB más intrincados y exigentes. Estas capacidades avanzadas son esenciales para cumplir con los complejos requisitos de la electrónica moderna, asegurando un rendimiento, confiabilidad y miniaturización superiores.