Las placas de circuito impreso (PCB) son omnipresentes en la vida moderna y forman parte integral de dispositivos de alta tecnología, herramientas informáticas y electrodomésticos. Existen diversos tipos y se fabrican utilizando diversos métodos. La producción tradicional de PCB implica el diseño de una placa revestida de cobre y el grabado selectivo del exceso de cobre. Sin embargo, la capacidad de crear placas de cobre personalizadas abre posibilidades creativas. Las PCB de vidrio representan una categoría única dentro de este panorama diverso de tipos de PCB.
¿Qué es un sustrato de vidrio?
Los sustratos de vidrio forman el núcleo de numerosos dispositivos ópticos. Se muelen, recubren y pulen meticulosamente para crear espejos y lentes. Los sustratos de vidrio ofrecen una estabilidad y uniformidad térmicas excepcionales, cruciales para mantener la calidad de la transmisión óptica. Se utilizan en un espectro de tamaños, desde micras de espesor hasta metros de diámetro.
PCB de vidrio
Las placas de circuito impreso de vidrio se utilizan comúnmente en las tecnologías de LCD y LED. Estas placas se fabrican a partir de materias primas de vidrio. En la fabricación de placas de circuito impreso de vidrio, el patrón del circuito se transfiere a una placa de cobre utilizando una máscara curable por UV. Las máscaras curables por UV son las preferidas por su capacidad de lograr resultados precisos, especialmente con anchos de pista estrechos, lo que las hace adecuadas incluso para la producción en masa.
Durante el proceso, se aplica una fina capa de resina de grabado curable por UV a la placa de cobre. Se coloca una película opaca, que contiene la imagen del circuito, sobre la placa recubierta de resina y se expone a la luz UV. Esta exposición cura la resina en las áreas donde está diseñado el circuito. Posteriormente, la resina sin curar se elimina utilizando una solución reveladora, que disuelve las partes no expuestas de la resina mientras deja intactas las áreas curadas.
Las películas de resistencia a los rayos UV se clasifican en tipos positivos y negativos. En este contexto, se utiliza una resistencia negativa, donde las partes expuestas de la resistencia permanecen después del revelado, formando el patrón del circuito.
El diseño del circuito
Una vez que el material esté listo, comience por crear un diagrama esquemático de su circuito, seguido del diseño del diseño de la PCB. Para transferir este diseño a una hoja en blanco, generalmente se utiliza papel OHP (proyector de transparencias). Para trazar las rutas del circuito, utilice la herramienta de trazado automático, que al principio puede parecer compleja para principiantes, pero se vuelve manejable con la práctica.
En el diseño de PCB, solo las pistas (rutas) y los pads (puntos de conexión) son esenciales. Una vez que esté satisfecho con el diseño, aísle la capa de pistas y pads en la paleta de capas y exporte la imagen monocromática como un archivo PNG.
Para nuestro proceso, utilizamos un tipo de fotorresistencia negativa. Esto requiere exponer la resistencia a la luz en áreas donde pretendemos retener las trazas de cobre. Al exportar la imagen, seleccione la opción "blanco sobre negro" para garantizar que las pistas y los pads aparezcan blancos contra un fondo negro. Este formato garantiza la claridad, ya que las áreas blancas en el papel OHP permanecen transparentes después de la impresión.
Impresión y diseño
El objetivo de la impresión OHP es crear una máscara que bloquee eficazmente la exposición a la luz ultravioleta en áreas no deseadas de la resina. Para lograr esto, asegúrese de que las áreas negras de la impresión OHP bloqueen completamente la luz ultravioleta para evitar la exposición. Para un bloqueo óptimo, se alinean tres impresiones y se unen de forma segura para mantener la estabilidad durante el proceso de exposición.
Adherencia de vidrio a lámina de cobre
Al usar lámina de cobre sobre vidrio, es esencial adherir de forma segura el cobre a la superficie del vidrio. Comience limpiando a fondo tanto el vidrio como la lámina de cobre con alcohol isopropílico para garantizar una adhesión adecuada y evitar la delaminación del cobre. Aplique una capa generosa de adhesivo de manera uniforme sobre la superficie del vidrio, luego presione firmemente la lámina de cobre sobre el adhesivo. Elimine las burbujas de aire aplicando una presión uniforme sobre la superficie de la lámina. Recorte el exceso de lámina según sea necesario y deje tiempo suficiente para que el adhesivo se seque por completo.
Aplicación de fotorresistencia
Comience cortando la fotorresistencia al tamaño requerido. La película de fotorresistencia se coloca entre dos cubiertas protectoras, que se deben quitar con cuidado antes de la aplicación. Adhiera firmemente el lado expuesto de la película fotorresistente a la superficie de cobre. Use tiras de cinta adhesiva en ambos lados de la película para facilitar la extracción de las cubiertas protectoras. Presione la fotorresistente firmemente sobre el cobre para asegurar una adhesión completa y eliminar cualquier burbuja de aire atrapada entre la película y la superficie de cobre.
Preparación para la exposición a la luz
Coloque la impresión OHP previamente preparada sobre la placa de cobre, asegurándose de que esté correctamente orientada para evitar impresiones reflejadas. Coloque un trozo de vidrio sobre la configuración para asegurar la impresión OHP firmemente sobre la superficie de cobre. Use clips para estabilizar la disposición y evitar que se mueva durante la exposición.
Exposición a la luz ultravioleta
Exponga la configuración a la luz ultravioleta, ya sea de una fuente de luz ultravioleta dedicada o de la luz solar. Si usa luz solar, aproximadamente 5 minutos de exposición suelen ser suficientes. Mantenga la estabilidad de la configuración durante todo el proceso de exposición usando clips para evitar cualquier movimiento.
Después de la exposición, retire con cuidado la configuración de la fuente de luz y desmonte la configuración. La fotorresistente debe mostrar signos de secado, lo que indica que la exposición fue exitosa.
Revelado de la fotorresistencia
Después de aplicar la fotorresistencia, hay una película protectora que la cubre y que debe quitarse. Use cinta adhesiva para despegar con cuidado esta cubierta protectora. Prepare una solución reveladora con bicarbonato de sodio o una sustancia alcalina similar disuelta en agua. Sumerja la placa en la solución reveladora durante aproximadamente un minuto y luego enjuáguela suavemente con agua corriente. Las áreas no expuestas de la fotorresistencia se lavarán y revelarán las pistas de la fotorresistencia curada. Repita el proceso de enjuague hasta que todas las áreas expuestas estén completamente reveladas, dejando atrás el patrón de circuito deseado en la placa de cobre.
Grabado
Prepare una solución de cloruro férrico disolviendo el polvo de cloruro férrico en aproximadamente 150 ml de agua hasta que la solución se vuelva negra. Agregue más cloruro férrico si es necesario para garantizar la eficacia. Sumerja la placa de cobre en la solución de cloruro férrico y agítela regularmente para facilitar el grabado uniforme. Después de aproximadamente 10 a 15 minutos, todo el cobre no deseado debería disolverse, dejando intactas solo las pistas de cobre protegidas.
Resultado final
Elimine la fotorresistencia restante de las pistas de cobre con acetona o agua tibia. Las placas de circuito impreso fabricadas sobre sustratos de vidrio pueden no ofrecer ventajas eléctricas, pero son adecuadas para aplicaciones que requieren transparencia. Las aplicaciones como la colocación de LED en dichos circuitos pueden beneficiarse de sus propiedades únicas.
Ventajas de las placas de circuito impreso de vidrio
Con el paquete emisor de luz de 360 grados y la decoración de alambre invisible de vidrio transparente, la PCB de vidrio transparente se utiliza en LED, 5G, LCD y otras aplicaciones.
El sustrato de vidrio tiene claras ventajas en términos de planitud, transparencia, deformación, resistencia al calor, resistencia al desgarro, etc.; la tasa de deformación es muy baja cuando se trabaja a altas temperaturas durante períodos prolongados; la PCB de vidrio puede emitir luminiscencia de 360 grados, con un índice de reproducción cromática de 80 de 140 lmw o más; no requiere un disipador de calor y no hay atenuación de la luz. Actualmente, la PCB de vidrio se utiliza ampliamente en pantallas LED, paneles solares, impresoras 3D y otras aplicaciones.