fabricación de tarjetas multicapa en el roj

Fabricación de tarjetas multicapa en el ROJ

Fernando Villanueva Ruiz

Radio Observatorio de Jicamarca

Laboratorio de Electrónica e Instrumentación

[email protected]

17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 2

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


Niveles de fabricacion

Laminasde Cobre

Lamina aislante

Doble capa

Lamina deCobre

Lamina aislante

Simple capa

Lamina aislante

Multicapa

Lamina aislante

Lamina aislante


Problemas que se presentaron

1. Elección del material a usarse2. Prensa calentadora3. Pasos a seguir

• Pegado de tarjetas• Técnica de alineamiento de tarjetas


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


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


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


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"


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


Pasos a seguir para fabricar unatarjeta multicapa (4 capas)

REVELADOQUIMICO

CAPAS (2 Y 3) YLIMPIEZA DE TARJETAS


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

17/01/2006 Radio Observatorio de Jicamarca 12Conti.

PCB’s PCB’s entregadasentregadas porpor el el programaprograma OrcadOrcad

CAPA 4

CAPA 3


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


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.


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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


Aplicación de la tinta


Retiro de la pintura


Aplicación de la tinta conductora


Metalizado de los agujeros

28 micrones


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


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)


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


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


:\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.


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.

[email protected]

ROJ 21/09/05

fabricación de tarjetas multicapa en el roj

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