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Fabricación de tarjetas multicapa en el ROJ
Fernando Villanueva Ruiz
Radio Observatorio de Jicamarca
Laboratorio de Electrónica e Instrumentación
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Introducción• La electrónica en el Radio Observatorio de
Jicamarca.• La placa de circuito impreso (PCB).• Existen tres niveles de fabricación de tarjetas de
circuitos impresos • Reactivado el laboratorio de circuitos impresos del
ROJ, particularmente para la fabricación de tarjetas multicapa.
• Para fabricar tarjetas multicapa, (cuatro capas), se evaluó y probo el método más adecuado.
PCB
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Niveles de fabricacion
Laminasde Cobre
Lamina aislante
Doble capa
Lamina deCobre
Lamina aislante
Simple capa
Lamina aislante
Multicapa
Lamina aislante
Lamina aislante
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Problemas que se presentaron
1. Elección del material a usarse2. Prensa calentadora3. Pasos a seguir
• Pegado de tarjetas• Técnica de alineamiento de tarjetas
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Elección de material a usarse
– Se buscaron las características de los diferentes fabricantes de este artículo
Dupon DuPont Tedlar^®JTC Gould Electronic Inc.
www.gould.comRogger www.rogers-corp.comLPKF www.lpkfusa.com
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Requisitos para prensado de tarjetas Multicapas, de diversos fabricantes
Table 2. Comparison of the various high frequency prepregs available.
150 mins150 mins150 mins120 mins255 mins150 mins150 mins150 minsCycle time
290-435 psi300-350 psi
300-350 psi400 psi400 psi450 psi450 psi450 psiProcess
Pressure
360 to 428 F375F375F350F350F392F392F392FProcesstemp.
YesNoYesNoYesYesNoNoBromineFree
94V094V0No94V0No94V094V094V0UL
0.0040.00350.00250.0040.0050.0040.0050.004DissipationFactor
2.63.583.383.543.173.343.53.19DielectricConstant
GoreArlonArlonRogersRogersTaconicTaconicTaconicManufacturer
Matrix of BT epoxy andexpandedPTFE
Ceramicafilledthermoset resincoatedon 1080 or 2112 Glass
Ceramicafilledthermosetresincoated on1080 or2112 Glass
Ceramicafilledthermosetresincoated on1080 Glass
Ceramicafilledthermosetresincoated on1080 Glass
Ceramicafilled PTFE coated on1080 Glasswith BT epoxycoating
Ceramicafilled PTFE coated on1080 Glasswith BT epoxycoating
CeramicafilledPTFE coated on1080 Glasswith BT epoxycoating
Composition
SpeedboardC25FR 25NRO 4450RO 4403TacPreg
TP-34TacPregTP-35
TacPregTP-32Material
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Caracteristicas, del LPKF
60 minsCycle time
218 psiProcess Pressure
360FProcess temp.
10GFrequen.LPKFManufacture
Presion
Tiempo
Temperatura200
GR
AD
OS
CE
NTI
GR
AD
OS
150
50
00
100P S
I
250
200
100
150
50
00 0 20 40 60 80
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Longitud de rosca en los extremos de las 4 barras: 2-3/4"
4 Barras de 1" de Ox 18-3/4"
/Gata
(Calentador, Aluminio + Nicron)
Tuerca de 12hilos/pulgada,
1"x1-1/4"
Tuerca de1"x1/2"
10-1/2"
2-3/4"
1"
1-1/4"
1"
1"
1-1/4" Luz entre barras y parte movil: 5 mili de "
2-3/4"
1/4 o 3/4"/
Plancha de FE,de 13" x 13" x 1"
Plancha de AL, de12-1/2" x 9.1" x 3/8"
Ver Hoja adjunta
Hueco pasantede 1.002" O/
Tornillo de 1/4"de O x 1"/
1"
5-1/2"
5-1/2"
1"
1"
2-3/4"2-3/4"
2-3/4"
2-3/4"
1"
1"1"
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Control y caja de la prensa/calentadora
PhotoTRIAC
Calentador
110 AC
A
Control de temperatura para la prensa/calentadora
Temperatura
Presion
Tiempo
LCD
5
1
0*87
# <
9
6
F3
F2
F132
4
A
PIC
16F8
73
21"
20"
17"
7"6"
ROJ
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Pasos a seguir para fabricar unatarjeta multicapa (4 capas)
REVELADOQUIMICO
CAPAS (2 Y 3) YLIMPIEZA DE TARJETAS
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Diseño del circuito impreso• En esta etapa se realiza el arte de la tarjeta PCB, para ello, se utiliza el software ORCAD ESP,
v4.40, el cual permite la impresión y el control de las diferentes capas que conforman el circuito impreso. Los archivos necesarios para empezar la manufactura de las tarjetas son:
• DRILL Posición y medida de agujeros.• Componentes Pista del Lado Superior, (Lado de Componentes o Capa 1), en negativo.• Inter.1 * Pista de la primera capa interna, (Capa 2), en negativo.• Inter.2 * Pista de la segunda capa interna, (Capa 3), en negativo e invertido (Mirrored).• Soldadura Pista del lado inferior, (lado de la soldadura o capa 4), en negativo e invertido
(Mirrored).• Up Mask Mascara antisoldante del lado superior, (los Pad’s transparentes y la mascara en
negro).• Dw Mask Mascara antisoldante del lado inferior, (los Pad’s transparentes y la mascara en
negro).• Up Silk Pantalla de posición de componentes, (Silk screen), del lado superior.• Dw Silk ** Pantalla de posición de componentes, (Silk screen), del lado inferior.
• * Solo de tratarse, de una tarjeta de cuatro capas, (multicapa).• ** En caso que la tarjeta, lleve componentes en la parte inferior.
• Se continua con la impresión de estos archivos en transparencias• Se revisa las trasnparencias
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17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 12Conti.
PCB’s PCB’s entregadasentregadas porpor el el programaprograma OrcadOrcad
CAPA 4
CAPA 3
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Archivo Drill•En esta etapa se hacen los agujeros de los pasantes, soportes, vías, etc. Para ello, se utiliza el archivo generado en ORCAD, donde se encuentran los huecos y el tamaño de los agujeros•Se utiliza papel autoadhesivo y se pega la mascara en la tarjeta(500 agujeros por hora aprox).•Por ejemplo: La tarjeta de controlador de radar tiene 623 agujeros•Se limpia la tarjetaSe revisa los agujeros
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Conclusiones
• Los pasos mostrados, son unicamente pararealizar tarjetas de cuatro capas.
• La tecnica desarrollada en el ROJ, estan a disposicion a todo los tecnicos e ingenierosinterezados en el tema.
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Corte de la tarjeta• En esta etapa se corta la tarjeta de dos capas o capa simple
y se deja un margen libre de 1 pulgada en los bordes, esto se hace porque:– En el proceso de electrocobreado y electroestañado se
acumula mas material en los bordes, es decir se va a generar un exceso de deposito de cobre, por lo tanto, el revelado químico no va a ser parejo en la superficie de la tarjeta
– Va a permitir que se maniobre de forma adecuada la tarjeta en las etapas de metalizado con cobre, megtalizado con estanio y revelado químico
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Activación del agujero metalizado• Se retira la lámina autoadhesiva de la tarjeta, se pule
la superficie de esta, se enjuaga la tarjeta y seca con un paño de papel toalla
• Se impregna de tinta conductora los agujeros• Se retira el exceso de tinta en los huecos y revisa que
la tinta este impregnada en los agujeros
• Se seca la pintura dentro del horno a 120ºC durante 30 minutos
• Se limpia ambas caras de la tarjeta
Continua
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Metalizado de Agujeros• Se utiliza el proceso electrolítico de deposito de
cobre• Se calcula la corriente necesaria para el metalizado
(Intensidad = Area x 20A /144pulg2)
• Se deposita cobre en los agujeros, durante 32 minutos
• Se genera una capa de 14 micrones en las superficies de los agujeros y de las caras
• Revisar los agujeros metalizados
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Impresión de areas libres
• Utilizando la tecnica de “Serigrafia”, se imprime el negativo de las pistas que corresponda a cada cara
• Se revisa la calidad de la imagen trasladada
Serigrafia
Capa 3
Capa 2
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Protección de pistas con Estaño• Sumergir la tarjeta en el tanque de Proceso de electrólisis
con Estaño / Plomo, durante un periodo de 16 minutos(0.98u/min), con una intensidad de corriente de 20A por pie cuadrado (Intensidad = Area x 20A /144pulg2)
• Se deposita una capa de 16 micrones• Se revisa la calidad del estaño depositado
Serigrafia
Capa 3
Capa 2
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Capa 3
Capa 2
Capa 3
Capa 2
Revelado Químico de Pistas• Sumergir en el baño de Revelado Químico, en un lapso de
10 minutos, voltear la tarjeta y volver a sumergir por un mismo tiempo
• Repetir este proceso durante 40 minutos• Revisar el grado de ataque del acido y retirar la tarjeta del
baño
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Capa 3
Capa 2
Limpieza de la tarjeta• Sumergir la tarjeta por un periodo de 2 minutos en un
baño precalentado de Soda Caústica al 5%• Enjuagar y pulir hasta que todo el material resistivo sea
retirado.
Capa 3
Capa 2
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Impresión de areas libres
• Utilizando la tecnica de “Serigrafia”, se imprime el negativo de las pistas que corresponda a cada cara
• Se revisa la calidad de la imagen trasladada
Capa 4
Capa 1
Capa 3
Capa 2
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Protección de pistas con Estaño• Sumergir la tarjeta en el tanque de Proceso de electrólisis
con Estaño / Plomo, durante un periodo de 16 minutos(0.98u/min), con una intensidad de corriente de 20A por pie cuadrado (Intensidad = Area x 20A /144pulg2)
• Se deposita una capa de 16 micrones• Se revisa la calidad del estaño depositado
Capa 4
Capa 1
Capa 3
Capa 2
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Revelado Químico de Pistas• Sumergir en el baño de Revelado Químico, en un lapso de
10 minutos, voltear la tarjeta y volver a sumergir por un mismo tiempo
• Repetir este proceso durante 40 minutos• Revisar el grado de ataque del acido y retirar la tarjeta del
baño
Capa 4
Capa 1
Capa 3
Capa 2
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Limpieza de la tarjeta• Sumergir la tarjeta por un periodo de 2 minutos en un
baño precalentado de Soda Caústica al 5%• Enjuagar y pulir hasta que todo el material resistivo sea
retirado.
Capa 4
Capa 1
Capa 3
Capa 2
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Capa 4
Capa 1
Capa 3
Capa 2
Impresion de Mascara Antisoldante
• Utilizando la tecnica de “Serigrafia”, se imprime la mascara antisoldante a cada lado como corresponda, teniendo como referencia los Pads
• Se lleva al horno a 120ºC por 30 minutos, sólo para que seque• Dejar enfriar y pasar al siguiente proceso.
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Impresión de ubicación de componentes
• Utilizando la tecnica de “Serigrafia”, se imprime la pantalla de leyenda antisoldante a cada lado.
• Se lleva al horno a 120ºC durante 20 minutos• Dejar enfriar y pasar al siguiente proceso.
Capa 4
Capa 1
Capa 3
Capa 2
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Aplicación de la tinta
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Retiro de la pintura
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17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 42
Aplicación de la tinta conductora
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17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 43
Metalizado de los agujeros
28 micrones
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Metalizado con cobre• Electrolito. Compuesto ionizable• Descomposición de una sustancia en disolución
mediante la corriente eléctrica• 1 galón = 3.785 litros• Mezcla es: agua deionizada, concentrado de sulfato
de cobre, ácido sulfúrico a 35%, ácido clorhídrico, aditivo Leal Ronal Copper Gleam PCM+
• La resistencia del baño es de 0.02 a 0.08 ohmios• Electroforesis• 0.0011”=1.1 mil = 28 micrones = 0.81 oz. En 1 hora a
20ASF
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17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 45
Metalizado con estaño• Mezcla es: agua deionizada, ácido 60/40
SpolderPlate, concentrado de estaño 60/40, concentrado de plomo 60/40 SpolderPlate, aditivo 60/40 PC, portador ácido sulfúrico a 35%
• La resistencia del baño es de 0.015 a 0.035 ohmios• 1.1 mil = 28 micrones = 0.81 oz. En 1 hora a
20ASF• 40 pulgadas o 1 micrón en un minuto a 20 ASF• Para resistencia adecuada se necesita 0.0002” a
0.0003” (6 a 8 micrones)
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17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 46
Revelado químico
• Mezcla es: agua deionizada, ácido sulfúrico a 35%, Estabilizador FT-2, concentrado de sulfato de cobre CuSO4, peroxido de hidrogeno 50%
• Se obtiene resolución de 0.2 mm en los trazos y espaciamientos
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17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 47
Términos químicos• Definido en 1909,por el químico danés Sorensen
como el potencial hidrógeno (pH) como el logaritmo negativo de la concentración molar (más exactamente de la actividad molar) de los iones hidrógeno. Esto es: Desde entonces, el término pH ha sido universalmente utilizado por la facilidad de su uso, evitando así el manejo de cifras largas y complejas. Por ejemplo, una concentración de [H+] = 1×10-7 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7 ya que : pH = -log[10-7] = 7
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17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 48
:\cf.pdf (JTCS, Gould Electronics)
:\h59002-1.pdf (DuPont Tedlar^®)
110 x 0.225 x 6.45 =159.677 PSI
150 x 0.225 x 6.45 = 217.7415 PSI
Ac = PI x r^2; r = 3.5 cm = 38.484 6 = 5.965
9“ >> 22.86
12.5“ >> 31.75
A9x12.5 = 725.805
Agata = 38.4846
K9x12.5 = 18.86 >> P9x12.5 = 4106.6
P1=160 ...... 159.677
p2=218 ...... 217.7415
pT=4112
KA4 = 92/5.96 => 15.42 >> PA4 = 3353.22
:\cf.pdf (JTCS, Gould Electronics)
:\h59002-1.pdf (DuPont Tedlar^®)
110 x 0.225 x 6.45 =159.677 PSI
150 x 0.225 x 6.45 = 217.7415 PSI
Ac = PI x r^2; r = 3.5 cm = 38.484 6 = 5.965
9“ >> 22.86
12.5“ >> 31.75
A9x12.5 = 725.805
Agata = 38.4846
K9x12.5 = 18.86 >> P9x12.5 = 4106.6
P1=160 ...... 159.677
p2=218 ...... 217.7415
pT=4112
KA4 = 92/5.96 => 15.42 >> PA4 = 3353.22 Conti.
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17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 49
Agradecimiento a todo el personal del ROJ, Agradecimiento a todo el personal del ROJ, que de alguna manera colaboró con ideas, que de alguna manera colaboró con ideas,
sugerencias y mano de obra.sugerencias y mano de obra.En especial al Dr. R. En especial al Dr. R. WoodmanWoodman, quien fue el , quien fue el
de la idea de realizar este proyecto.de la idea de realizar este proyecto.
ROJ 21/09/05