ES2334193B1 - Procedimiento de fabricacion de placas de circuito impreso con materiales base de alta conductibilidad termica aptas para la insercion de componentes no superficiales. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de placas de
circuito impreso con materiales base de alta conductibilidad térmica
aptas para la inserción de componentes no superficiales.
El procedimiento comprende como etapas
esenciales de la invención el troquelado de una placa metálica (1)
para obtener taladros (2) numérica y posicionalmente adecuados para
la inserción de los componentes no superficiales; la disposición de
la placa base metálica (1) , sobre una plantilla de aspiración (3)
provista de orificios de aspiración (4) dispuestos en
correspondencia con los taladros (2); el descenso del cabezal de
inyección (5) de una máquina de impresión convencional sobre la
placa base metálica (1) e inyección de una resina aislante (7) a
través de orificios de inyección (6), mientras se evacua el aire de
los taladros (2) a través de los orificios de aspiración (4); y el
troquelado del conjunto así obtenido para obtener un troquelado de
inserción (12) de menor diámetro que el taladro (2), inicial,
correspondiente.
Description
Procedimiento de fabricación de placas de
circuito impreso con materiales base de alta conductibilidad térmica
aptas para la inserción de componentes no superficiales.
La presente invención se refiere a la
introducción de mejoras tecnológicas a fin de potenciar la
funcionalidad y eficacia de las placas de circuito impreso
fabricadas con materiales de alta conductividad térmica (IMS)
basados en el uso de materiales metálicos, generalmente aluminio,
como soporte físico de un laminado metálico, normalmente cobre, en
una de sus caras.
Este tipo de materiales y placas de circuito
impreso han sido desarrolladas como respuesta a la evolución de los
requerimientos de la industria electrónica en relación a nuevas
aplicaciones donde, debido al uso de componentes de alto poder
calorífico, la temperatura de trabajo presenta un problema.
La placa de circuito impreso obtenida por el
procedimiento de la invención es utilizable ventajosamente en un
amplio espectro de aplicaciones donde la disipación térmica es un
factor decisivo, por ejemplo:
- -
- Industria de la iluminación (circuitos LED)
- -
- Automoción (sistemas de encendido, iluminación, etc.)
- -
- Reles de estado sólido
- -
- Placas de potencia (convertidores, inversores, etc.)
Debido al aumento del uso de componentes de alto
poder calorífico, se ha hecho necesario el desarrollo de circuitos
impresos basados en nuevas tecnologías que, mediante la utilización
de nuevos procesos y nuevos materiales, permiten aportar las
mejoras necesarias en cuanto a la disipación del calor generado por
dichos componentes. Así, se han desarrollado nuevos materiales de
alta conductividad térmica dando lugar a nuevas tecnologías y
procesos.
Los nuevos materiales introducen como soporte
físico de los circuitos impresos una base metálica, principalmente
aluminio o cobre, sobre los que se dispone un laminado metálico
generalmente cobre, donde se establecen las pistas conductoras que
definen el diseño del circuito, dando lugar a las conexiones entre
los diferentes componentes electrónicos convenientemente soldados a
las mismas. A fin de proporcionar el necesario aislamiento eléctrico
entre las pistas conductoras y la base metálica, se introduce entre
ambos metales un material dieléctrico que garantiza el aislamiento
eléctrico preciso con la mínima resistencia térmica.
De esta forma se evita el contacto eléctrico
entre metales, ofreciendo a la vez la transferencia de calor
necesaria que va a permitir a la base metálica absorber la
temperatura acumulada en el circuito y facilitar su consiguiente
disipación.
La estructura que se acaba de describir
garantiza una elevada disipación térmica, pero plantea una
importante limitación en cuanto al tipo de componentes electrónicos
aplicables sobre este tipo de circuito impreso, siendo necesaria la
utilización de componentes de montaje superficial (SMD) puesto que
el ensamblado de cualquier tipo de componente que requiera ser
insertado, conlleva la pérdida del aislamiento, por conexión
eléctrica entre los metales de la base disipadora y las pistas
conductoras a través del propio componente (patilla de inserción),
o debido al propio proceso de soldadura.
En consecuencia, es un objetivo de la presente
invención el disponer de una placa de circuito impreso que,
manteniendo una elevada capacidad de disipación térmica, permita el
montaje de componentes electrónicos de inserción, desarrollando el
procedimiento necesario para su fabricación.
Para alcanzar el objetivo propuesto se ha
concebido una placa de circuito impreso en la que los taladros de
la base metálica previstos para alojar las patillas de los
componentes de inserción están convenientemente aislados. El
procedimiento para fabricar la placa de circuito impreso, generando
y manteniendo el aislamiento de los taladros a lo largo del mismo,
es el objeto de la presente invención.
Para ello, se parte de la base metálica
utilizada como disipador del circuito impreso, sobre la que se
realiza un taladrado en las zonas en donde, a posteriori,
sobre la placa de circuito impreso acabado, deberán insertarse los
componentes electrónicos.
A continuación se procede al relleno de los
taladros mecanizados mediante la aplicación de una resina de
naturaleza aislante, de forma que el taladro quede totalmente
inundado y relleno por esa resina. Esta operación es la más
delicada, ya que es esencial el conseguir que la resina no desborde
por la parte inferior del taladro y se adhiera a la superficie de
la base metálica opuesta a las pistas conductoras.
Para conseguir esto, la resina de relleno, junto
a su naturaleza aislante, debe ofrecer unas características en
cuanto a sus propiedades físicas que permitan a la vez su fluidez
para penetrar en el interior del taladro, junto con una tixotropía
que garantice el recubrimiento total del interior del taladro. Sin
embargo, esto no es suficiente para alcanzar el objetivo propuesto,
por lo que deben tomarse medidas específicas respecto a los medios
utilizados para la aplicación de la resina de relleno. En nuestro
caso, se ha utilizado el sistema de aspiración utilizado para la
impresión serigráfica de las pistas conductoras, modificado
convenientemente.
Habitualmente, las máquinas de impresión
utilizadas para la fabricación de circuitos impresos llevan un
sistema de aspiración en el mismo conjunto de la máquina. Este
sistema está dispuesto en el plato de impresión; es decir, en la
superficie donde se coloca el material sobre el que se va a realizar
la impresión. El objetivo es garantizar un correcto
posicionamiento, planitud y fijación del material para poder
realizar la impresión serigráfica con la necesaria precisión.
El sistema de aspiración se consigue mediante
una bomba y una pluralidad de orificios de aspiración distribuidos
de forma regular sobre el plato de impresión destinado a recibir el
material a imprimir.
En el caso que nos atañe, al pretender recubrir
de resina aislante un taladro en su totalidad, puede adaptarse el
mismo sistema de aspiración para garantizar la "caída" de la
resina en el interior del mismo. El problema a resolver es que, si
se deposita la base metálica taladrada sobre una superficie plana,
el taladro pasante se convierte en un taladro ciego y la presión
que ejerce el aire ocluido en el mismo es superior a la presión de
inyección de la resina de relleno, por lo que ésta no puede
penetrar en el taladro de forma uniforme. La solución propuesta
consiste en aspirar el aire ocluido a través de un pequeño orificio
de aspiración dispuesto en la superficie sobre la que descansa la
base metálica.
Sin embargo, la distribución habitual de los
puntos de aspiración sobre el plato de la máquina de impresión es
regular, puesto que su finalidad consiste en mantener fija una
placa de material sin taladros. En consecuencia, es preciso prever
una plantilla de aspiración, dispuesta por encima y separada del
plato de la máquina, y provista de orificios de aspiración situados
en correspondencia con los taladros de la base metálica que
precisamos recubrir con la resina de relleno. De esta forma y con
un correcto posicionamiento relativo entre la base metálica y la
plantilla de aspiración, se garantiza que todos los taladros a
rellenar de resina tienen la aspiración necesaria para evitar la
presión que impide la "caída" de la misma.
El orificio de aspiración siempre será de
diámetro considerablemente menor que el del taladro a rellenar,
para evitar que la resina se introduzca entre la base metálica y la
plantilla de aspiración. En el proceso de inyección de la resina de
relleno, la intensidad de la aspiración junto con la presión de
inyección de la resina son factores críticos en la obtención de la
calidad deseada. La combinación de ambos parámetros con el diámetro
del orificio de aspiración y las características físicas de la
resina dependen del diseño del circuito a fabricar y deben ser
ajustadas por el procedimiento de prueba y error.
Una vez rellenado con resina el taladro
realizado sobre la base metálica, se procede a la aplicación del
dieléctrico que permite la correcta adhesión del laminado metálico
donde se realizará el posterior diseño de las pistas conductoras,
garantizando a la vez el aislamiento eléctrico entre ambas partes
metálicas.
Tras el proceso de incorporación del laminado
metálico, se obtiene el conjunto que constituye la placa
propiamente dicha, sobre la que se establecen las pistas
conductoras de manera que, convenientemente trazadas, permitan a
posteriori establecer las conexiones entre los diferentes
componentes electrónicos a ensamblar.
A continuación, puede aplicarse la máscara de
soldadura, tintas de identificación, o nuevas tintas conductoras, a
fin de completar el diseño del circuito impreso requerido.
Se realiza finalmente el troquelado de la placa,
para permitir el montaje de los componentes insertados, teniendo en
cuenta que el troquelado debe ser de inferior diámetro e ir
perfectamente centrado y posicionado sobre el taladro inicial que
se había realizado previamente y que se ha rellenado con resina
aislante, tal y como se ha descrito. De esta forma, gracias a la
resina aislante que recubre las paredes del nuevo taladro, se
garantiza el correcto aislamiento entre las partes metálicas del
conjunto.
\vskip1.000000\baselineskip
Para complementar la descripción que antecede, y
con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características
de la invención, se va a proceder a realizar una descripción
detallada de una realización preferida, en base a un juego de
planos que se acompañan a esta memoria descriptiva y en donde, con
carácter orientativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1 muestra una placa de circuito
impreso realizada según la técnica anterior.
La figura 2 muestra, en sección, la base
metálica que constituye el elemento disipador.
La figura 3 muestra, en sección, la base
metálica tras la fase de taladrado.
La figura 4 muestra, en sección, la disposición
de los distintos elementos que intervienen en la fase de relleno de
los taladros con resina aislante.
La figura 5 muestra, en sección, la placa base
metálica con los taladros rellenos de resina aislante.
La figura 6 muestra, en sección, la disposición
del dieléctrico aislante.
La figura 7 muestra, en sección, el conjunto
tras la aplicación del laminado metálico.
La figura 8 muestra, en sección, el conjunto
tras la aplicación de tintas resistivas al ataque químico.
La figura 9 muestra, en sección, el conjunto
tras el ataque químico.
La figura 10 muestra, en sección, el conjunto
tras la impresión de la máscara de soldadura.
La figura 11 muestra, en sección, el troquelado
final para la inserción de componentes.
\vskip1.000000\baselineskip
En las anteriores figuras, las referencias
numéricas se refieren a las siguientes partes y elementos:
- 1.
- Placa base metálica
- 2.
- Taladros
- 3.
- Plantilla de aspiración
- 4.
- Orificios de aspiración
- 5.
- Cabezal de inyección
- 6.
- Orificios de inyección
- 7.
- Resina aislante
- 8.
- Dieléctrico
- 9.
- Laminado metálico
- 10.
- Zonas no protegidas
- 11.
- Tintas auxiliares
- 12.
- Troquelado de inserción
- 13.
- Tinta resistiva de grabado.
\vskip1.000000\baselineskip
Como puede verse en las figuras, el
procedimiento parte de una base metálica (1) sobre la que se lleva
a cabo una operación de troquelado, obteniéndose los taladros (2)
numérica y posicionalmente adecuados para la posterior inserción de
los componentes electrónicos del circuito. Ver figuras 2 y 3.
A continuación se deposita la placa base
metálica (1) sobre una plantilla de aspiración (3) provista de los
adecuados orificios de aspiración (4) dispuestos en correspondencia
con los taladros (2). El cabezal de inyección (5) de la máquina de
impresión, provisto de orificios de inyección (6) del mismo diámetro
que los taladros (2) se sitúa sobre la base metálica (1). Ver
figura 4.
Seguidamente, se aplica al conjunto la resina
aislante (7) sometida a una cierta presión, mientras se evacua el
aire de los taladros (2) a través de los orificios de aspiración
(4) hasta rellenar los mismos, tal como puede apreciarse en la
figura 5. Como resina aislante (7) se utiliza ventajosamente un
polímero del acrilato obtenido por exposición a la luz
ultravioleta, y más específicamente el Durashield V42 Mono Filler
de la firma ELECTRA.
De esta forma se obtiene nuevamente un bloque
compacto sobre el que se aplica la capa de dieléctrico (8). Ver
figura 6.
\newpage
Sobre el conjunto formado se deposita un
laminado metálico (9) que constituirá el elemento conductor del
circuito. Ver figura 7.
Mediante la aplicación de una tinta resistiva de
grabado (13) y su impresión por técnicas fotográficas y/o
serigráficas que serán de sobra conocidas por el experto en la
materia, se dejarán sin proteger determinadas zonas del laminado
metálico (9). Ver figura 8.
Tras el ataque químico, que será asimismo
sobradamente conocido por el experto en la materia y una vez
eliminada la tinta resistiva de grabado (13) quedará definido un
circuito eléctrico de pistas conductoras formadas por el laminado
metálico (9) que ha sido atacado en zonas no protegidas (10) por la
tinta resistiva de grabado (13). Ver figura 9.
Seguidamente, se procede a aplicación de tintas
auxiliares (11) como pueden ser máscaras de soldadura, tintas de
identificación, tintas conductoras, etc., que configuran la placa
de circuito impreso. Ver figura 10.
Finalmente, y tal y como se muestra en la figura
11, se procede al troquelado del conjunto, obteniéndose un
troquelado de inserción (12) de menor diámetro que el taladro (2)
correspondiente, por lo que queda recubierto de la resina aislante
(7) que garantiza que no pueda existir contacto eléctrico entre la
base metálica (1) y las patillas de los componentes de inserción.
Ver figura 11.
No se considera necesario hacer más extensa esta
descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el
alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan.
Por la misma razón, no se ha entrado en detalles de determinados
procesos ampliamente conocidos en la fabricación de circuitos
impresos.
Claims (2)
1. Procedimiento de fabricación de placas de
circuito impreso con materiales base de alta conductividad térmica
aptas para la inserción de componentes no superficiales,
caracterizado por comprender las siguientes etapas:
- -
- Troquelado de una placa metálica (1) para obtener taladros (2) numérica y posicionalmente adecuados para la inserción de los componentes no superficiales.
- -
- Disposición de la placa base metálica (1) sobre una plantilla de aspiración (3) provista de orificios de aspiración (4) dispuestos en correspondencia con los taladros (2)
- -
- Descenso del cabezal de inyección (5) de una máquina de impresión convencional sobre la placa base metálica (1) e inyección de una resina aislante (7) a través de orificios de inyección (6), mientras se evacua el aire de los taladros (2) a través de los orificios de aspiración (4).
- -
- Aplicación sobre el conjunto así obtenido de una capa de dieléctrico (8).
- -
- Depósito de un laminado metálico (9).
- -
- Aplicación de una tinta resistiva de grabado (13) y su impresión por técnicas convencionales con el diseño del circuito.
- -
- Ataque químico de las zonas no protegidas (10) por la tinta resistiva de grabado (13) para configurar pistas conductoras sobre el laminado metálico (9).
- -
- Aplicación de tintas auxiliares (11), por ejemplo, máscaras de soldadura, de forma convencional.
- -
- Troquelado del conjunto así obtenido para obtener un troquelado de inserción (12) de menor diámetro que el taladro (2) correspondiente.
2. Procedimiento de fabricación de placas de
circuito impreso de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque la resina aislante (7) comprende un
polímero del acrilato obtenido por exposición a la luz
ultravioleta.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20100305 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2334193 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20110104 |