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A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2022

Nuestra especificación del producto conduce a PCBs fiables

Cuando NCAB Group entrega placas de circuito impreso, estas siempre se han fabricado conforme a las especificaciones de nuestros clientes, pero partiendo siempre de las especificaciones mínimas para PCB de NCAB. Las especificaciones de NCAB son un documento «vivo», dado que se mejora constantemente mediante el trabajo continuo. En este boletín analizaremos los beneficios que esto aporta a los clientes de NCAB.

Las especificaciones para PCB de NCAB Group son el resultado de décadas de experiencia y trabajo de desarrollo. Se trata de un documento completo en el que se detallan más de cien requisitos o criterios distintos, y todos deben cumplirse durante la fabricación de PCBs para los clientes de NCAB.

«Partiendo de nuestro conocimiento del sector y experiencia práctica, hemos creado nuestras propias especificaciones estándar que complementan y, en ocasiones, incluso van más allá del mínimo establecido de IPC clase 2. Compartimos la filosofía, el proceso y los objetivos fundamentales de IPC, pero nos centramos principalmente en todos los factores que contribuyen a la fiabilidad de las placas de circuito impreso», explica Ryan Pellow, Managing Director de NCAB Group UK.

Ryan Pellow, Managing Director NCAB Group

«En NCAB hacemos hincapié en la calidad como requisito fundamental, asumiendo plena responsabilidad sobre las PCBs que entregamos y manteniendo un coste total bajo para los clientes».

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

IPC indica el camino a seguir

Muchas empresas trabajan conforme a las normas IPC, cuyos orígenes se remontan a 1957. Estas normas tienen como objetivo la mejora de la calidad y la fiabilidad de los productos electrónicos. La idea es que deberían aplicarse universalmente y ser aptas para todo tipo de centros de fabricación, todas las capacidades y todos los tipos de productos.

«En NCAB hacemos hincapié en la calidad como requisito fundamental, asumiendo plena responsabilidad sobre las PCB que entregamos y manteniendo un coste total bajo para los clientes. Por lo tanto, para nosotros las normas IPC son una sólida base sobre la que seguir construyendo. Mediante nuestras propias especificaciones, identificamos áreas cuya importancia debemos tener especialmente en cuenta si deseamos mejorar la fiabilidad de los productos de nuestros clientes», afirma Ryan Pellow.

«Compartimos la filosofía, los procesos y los objetivos fundamentales de IPC, pero nos centramos principalmente en todos los factores que contribuyen a la fiabilidad de las placas de circuito impreso».

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

Jan Pedersen, Director of Technology de NCAB Group y persona involucrada en el desarrollo de las normas IPC destaca diversas áreas en las que IPC establece que los requisitos y criterios pueden ser decididos conjuntamente por el cliente y el proveedor. «En la práctica, esto puede provocar que se ignoren algunos aspectos críticos para la fiabilidad del PCB. Dado nuestro desacuerdo con esta práctica, hacemos hincapié en lo que debería aplicarse en estos aspectos tan importantes en nuestras propias especificaciones. Con la alta densidad de componentes y las muchas capas que incorporan las PCBs actuales, la exigencia de calidad y fiabilidad es más elevada de lo que era».

Jan Pedersen, Technical Director NCAB Group

«Con la alta densidad de componentes y el número de capas que incorporan las PCBs actuales, los riesgos en materia de calidad y fiabilidad suelen ser más elevada de lo que era».

Jan Pedersen
Director of Technology, NCAB Group

La fiabilidad debe estar incorporada desde la fase de diseño

En NCAB creemos que todos los clientes se benefician de nuestras especificaciones, ya que la fiabilidad debe integrarse en la PCB desde la fase de diseño. Se trata de algo difícil de corregir una vez establecido el diseño y, dado que la PCB es el componente más crítico de un producto electrónico acabado, la PCB debe funcionar para que el producto final funcione. En NCAB nos esforzamos constantemente por mejorar la fiabilidad de las PCB dentro del marco económico establecido.

«La fiabilidad y la durabilidad son como dos caras de una misma moneda».

Ryan Pellow,
Managing Director, NCAB Group

«Esto es lo que aspiramos a conseguir con ayuda de las especificaciones de NCAB. De no hacerlo, corremos el riesgo de que el producto de nuestro cliente falle durante el funcionamiento, tenga un rendimiento deficiente o una menor vida útil. Las consecuencias, por supuesto, difieren entre las distintas aplicaciones. Si fabrica electrodomésticos, corre el riesgo de ofrecer una mala experiencia para el cliente y dañar su marca, pero en el sector de la seguridad, la atención médica o la automoción puede tener consecuencias fatales para la vida. Las especificaciones significan que todos nuestros clientes pueden contar con una mayor fiabilidad», comenta Ryan Pellow.

Las especificaciones para PCB de NCAB | NCAB Group
Las especificaciones para PCB de NCAB son un documento completo en el que se detallan más de cien requisitos o criterios distintos, y todos deben cumplirse durante la fabricación de PCB para nuestros clientes.

Uno de los aspectos de la fiabilidad, la cual cobra cada vez mayor importancia, es que contribuye directamente a mejorar la durabilidad. Una mejor PCB mejora tanto el rendimiento del producto como su capacidad para soportar diferentes entornos.

«La fiabilidad y la durabilidad son como dos caras de una misma moneda. Son factores en los que hay que trabajar constantemente, sin llegar nunca a un objetivo final con el que poder decir que ya está todo hecho. En ambos casos, es importante avanzar en un proceso de mejora continua», afirma Pellow.

Proceso mejora continua

Las especificaciones para PCB de NCAB Group se basan en proceso de mejora continua. El documento establece demandas claras y definidas para todas las áreas que aborda. Esas demandas definen las características de una PCB resistente que perdura en el tiempo.

«Exclusivos de NCAB», lo que pone de relieve que NCAB aplica estándares que no están incluidos en las normas IPC. Por último, algunas características están clasificadas como «Por encima de IPC», lo que significa que establecen estándares que pueden ser más estrictos que los exigidos por IPC o donde el estándar de IPC carece de criterios cuantifica.

PCB inspection in a "yellow room" in a PCB factory | NCAB Group
Los equipos directivos de las fábricas de NCAB son directamente responsables de lo que entregan sus fábricas. Entre sus funciones se incluye certificación de que las placas de circuito impreso se fabriquen y verifiquen conforme a nuestras especificaciones.

« Al pensar en el coste total más bajo, es importante no incluir solo los costes directos, sino también los indirectos que pueden ocasionar una escasa fiabilidad. El coste de la devolución de productos y los problemas de calidad es muy elevado. Si a esto le sumamos el coste de analizar la causa raíz de los defectos, daños a las marcas, etc., veremos que nuestra fiabilidad mejora el coste total más bajo para nuestros clientes», concluye Ryan Pellow.


Siete ejemplos de factores importantes para una placa de circuito impreso fiable

En las especificaciones de PCB de NCAB destacamos 14 características que son importantes para que una placa de circuito impreso sea fiable. Con el fin de aclarar los beneficios concretos para los clientes, le pedimos a nuestro director técnico, Jan Pedersen, que seleccionara algunas de esas características y profundizara un poco más en ellas:

Las especificaciones para PCB de NCAB exigen que el revestimiento de las paredes del taladro tenga un grosor de 25 μm. | NCAB Group
Las especificaciones para PCB de NCAB exigen que el revestimiento de las paredes del taladro tenga un grosor de 25 μm. Esto se debe a que un mayor grosor de cobre genera un taladro pasante más fuerte, lo que ofrece protección contra la rotura de la pared del taladro durante el montaje y hace que el producto final funcione mejor bajo carga durante el funcionamiento, errores de campo, etc.

Requisitos para el revestimiento de taladros de 25 μm

«En este caso, NCAB aplica los requisitos de IPC clase 3, a pesar de que el sector suele adherirse a la IPC clase 2, aplicando 20 μm.  El cobre más grueso produce un taladro pasante más resistente, lo que reduce el riesgo de que se agriete la pared del taladro durante el montaje. Permite que el producto final trabaje mejor con carga durante el funcionamiento, errores de campo, etc. Además, una PCB con un taladro pasante más robusto resiste mejor las pruebas de impacto y los golpes. Este requisito exclusivo de NCAB hace que el producto final resista mejor tanto las averías eléctricas como el estrés físico».

«El cobre más grueso produce un taladro pasante más resistente, lo que reduce el riesgo de que se agriete la pared del taladro durante el montaje».

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group

Requisitos de pureza más estrictos que los de IPC

«Nos dirigimos hacia PCBs más densas, con conductores de menor grosor y distancias de aislamiento más cortas. Esto hace que sea cada vez más importante mantener limpias las placas acabadas para eliminar el riesgo de contaminación que afecta a su funcionamiento y, a largo plazo, puede dar lugar a un mal funcionamiento de los productos. IPC no establece ningún requisito cuantitativo obligatorio sobre lo limpia que debe estar la placa acabada en el momento de la entrega, por lo que, aunque la mayoría de las fábricas puedan cumplir con nuestras especificaciones, no lo harán a menos que los requisitos así lo indiquen. NCAB establece requisitos actualizados y especifica el nivel máximo de contaminación que el proveedor debe respetar».

Uso de laminados reconocidos internacionalmente para la base

«Los laminados de buena calidad son un requisito previo para obtener PCB fiables de alto rendimiento. Esto se aplica al grado de expansión térmica tanto en grosor (eje z) como dimensionalmente (eje x-y), cuánta humedad absorbe el laminado y cómo reacciona durante los procesos de laminación, taladrado y fresado. En los actuales diseños de PCB con mayor densidad entre taladros y líneas de cobre, las conexiones no deseadas provocadas por la migración del cobre, lo que llamamos crecimiento del filamento anódico conductivo (CAF, por sus siglas en inglés), a lo largo de las fibras de vidrio e incluso dentro del epoxi es una amenaza que puede reducirse si usamos materiales resistentes al CAF. Esto significa que debemos conocer las propiedades reales del material que compone la base. Por desgracia, la industria de los materiales para la base no está suficientemente controlada. Hay muchas marcas locales de laminados, como por ejemplo en China, en cuyos protocolos de prueba y homologaciones UL no se puede confiar. La única forma de hacerlo es seleccionando materiales reconocidos internacionalmente y ampliamente probados, como exige NCAB.  

Close up of broken down PCB soldermask. | NCAB Group
Aquí vemos donde el flujo / proceso de montaje se ha unido y roto bajo la máscara de protección (solder mask) en la unión de la pista, causando la pérdida de adherencia y la exposición del cobre por debajo. Los riesgos que se producen son la corrosión, cortocircuitos, etc. Si no es una tinta de calidad, entonces éste es un riesgo real.

Máscaras de soldadura que aseguren los requisitos IPC-SM-840 clase T o superiores

«Si bien se han desarrollado y perfeccionado otros procesos de fabricación de placas de circuito impreso a lo largo de los años, el proceso de máscara de soldadura permanece prácticamente intacto desde hace varias décadas. Las tintas utilizadas han mejorado algo, pero por lo demás todo se hace igual, por lo que es aquí donde el riesgo de que las cosas salgan mal es mayor.

Cuando las normas IPC no están completamente actualizadas, NCAB tiene una lista de requisitos propios que permite garantizar que la máscara de soldadura conserve su función durante el montaje y el uso final de las PCB. En el caso de placas de circuito impreso de alta densidad o aplicaciones con requisitos más estrictos, es importante controlar adecuadamente qué máscaras de soldadura se utilizan y cómo se aplican. Uno de los posibles riesgos es que la máscara de soldadura se desprenda del laminado, lo que a la larga provoca que los conductores de cobre se corroan y se produzcan picos de tensión entre ellos. Esto, a su vez, puede provocar el rechazo de la placa de circuito impreso y/o costosos defectos en el producto final. Nuestras especificaciones establecen que solo se pueden utilizar máscaras de soldadura que cumplan con los estándares y, aún más importante, que se realice un seguimiento y una supervisión adecuada del proceso in situ en las fábricas».

Las especificaciones para PCB de NCAB indican el grosor de la máscara de soldadura que optimizará la funcionalidad y fiabilidad de la placa. | NCAB Group
Las especificaciones para PCB de NCAB indican el grosor de la máscara de soldadura que optimizará la funcionalidad y fiabilidad de la placa.

Grosor especificado de la máscara de soldadura

«La función básica de la máscara de soldadura consiste en proteger el cobre de la oxidación y evitar cortocircuitos durante la fabricación. El grosor de la máscara de soldadura es un factor importante que puede afectar a la eficacia de la protección, sin embargo, a pesar de esto, el IPC no especifica ningún requisito en cuanto al grosor. Es preferible que la máscara de soldadura sea lo suficientemente gruesa para permitir que la placa maneje la humedad sin que se oxide o impacte en el cobre, por ejemplo.  Esto se aplica incluso cuando se prueba el funcionamiento de la PCB para diferentes entornos.  Una máscara de soldadura más gruesa también proporciona una mejor resistencia a posibles golpes y arañazos durante la producción. Por otra parte, no debe ser demasiado gruesa, ya que esto podría generar problemas a la hora de instalar componentes en la placa. NCAB lo ha resuelto al especificar el grosor de la máscara de soldadura que optimizará la funcionalidad y fiabilidad de la placa. Después de eso, nuestros equipos de gestión de fábrica en Asia, Europa y EE. UU. supervisan que se aplique el grosor especificado».

Requisitos estéticos definidos para el reprocesado y la reparación

«Una de las razones más comunes por las que las empresas de electrónica reclaman o desechan las placas hoy en día es que, en ocasiones, las fábricas de PCB aceptan defectos en las actuales placas de diseño como defectos cosméticos, que en realidad afectan negativamente a su función. Aunque IPC tiene una regla general sobre la profesionalidad de la ejecución, no hay requisitos detallados concretos sobre rayones menores, golpes, reparaciones, huellas dactilares y demás problemas «estéticos». En las especificaciones de NCAB definimos claramente lo que es aceptable y lo que no funciona debido a posibles problemas de fiabilidad y funcionamiento».

Requisitos específicos cuando se trata de cubrir las vías de los taladros pasantes

«Este requisito también refleja la importancia de la máscara de soldadura para la fiabilidad de la PCB.  Si el cliente especifica que se deben tapar los taladros pasantes, las normas IPC no establecen ningún requisito específico para el grado de llenado de dichos orificios, mientras que NCAB exige que nuestras fábricas rellenen los taladros pasantes al 70 % o más. Esto protege el taladro durante el proceso de montaje, ya que evita que queden productos químicos dentro del orificio y que posiblemente provoquen contaminación o corrosión. El cobre está protegido frente a la oxidación y se evitan los cortocircuitos a largo plazo. Se desperdiciarán menos placas y el producto final será más fiable y funcionará mejor. Al igual que sucede con el control del grosor de la máscara de soldadura, los taladros pasantes correctamente tapados y cubiertos también mejoran la capacidad de la placa para soportar pruebas de fiabilidad y entornos hostiles».

«Las normas IPC no establecen ningún requisito específico para el grado de llenado de dichos orificios, mientras que NCAB exige que nuestras fábricas rellenen los taladros pasantes al 70 %».

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group

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