El taladrado es uno de los procesos fundamentales en la fabricación de placas de circuito impreso, pero los requisitos de taladrado de una placa pueden tener un efecto sorprendentemente grande en el coste de fabricación.
Una placa de circuito impreso sencilla de dos capas con orificios pasantes estándar es relativamente fácil de fabricar.
Una placa de circuito impreso multicapa de alta densidad con cientos de vías pequeñas, orificios de alta relación de aspecto, vías ciegas, vías enterradas o microvías requiere un proceso de fabricación mucho más complejo.
La diferencia de coste no se debe únicamente a la perforación.
La estructura de los poros también puede influir en:
- Revestimiento
- Relación de aspecto
- Inscripción
- Procesamiento por láser
- Desgaste de las herramientas
- Plazo de fabricación
- Inspección
- Rendimiento
- Diseño de apilamiento
Por este motivo, las especificaciones de perforación deben tenerse en cuenta en una fase temprana de la evaluación de costes de la placa de circuito impreso, en lugar de añadirse como un detalle de fabricación una vez finalizado el diseño.
Índice
¿Por qué resulta tan caro el taladrado de placas de circuito impreso?
Hay varios factores que influyen en el coste del taladrado de placas de circuito impreso.
Entre los más importantes se encuentran:
- Número de agujeros
- Diámetro mínimo del orificio
- Tipo de orificio
- Espesor de la PCB
- Relación de aspecto
- Material
- Tolerancia del orificio
- Taladrado inverso
- Perforación con láser
- A través del relleno
- Requisitos de recubrimiento
Una placa con miles de orificios pasantes convencionales puede tener una estructura de costes muy diferente a la de una placa con menos vías láser, pero mucho más pequeñas.
Por lo tanto, El número de pozos por sí solo no determina el coste de la perforación..
El método de fabricación es igual de importante.
Taladrado de orificios pasantes
Los orificios pasantes atraviesan completamente la placa de circuito impreso.
Se pueden utilizar para:
- Cables de los componentes
- Orificios de montaje
- Vías chapadas
- Conexiones mecánicas
El taladrado de orificios pasantes es uno de los procesos de fabricación de placas de circuito impreso más consolidados.
En el caso de los tamaños de orificio estándar y los espesores habituales de las placas, su fabricación suele ser más sencilla que la de estructuras de vías especializadas.
Sin embargo, el coste puede aumentar cuando una placa contiene un número muy elevado de orificios o requiere taladros de dimensiones mecánicas muy pequeñas.
Por qué el número de orificios influye en el coste de las placas de circuito impreso
Cada agujero taladrado requiere tiempo de máquina.
Una relación simplificada es:
More holes → More drilling operations → Longer production time
Pero la relación no es totalmente lineal.
El proceso de producción también depende de:
- Cambios de herramienta
- Distribución del tamaño de los poros
- Tamaño del panel
- Grosor del tablero
- Velocidad de perforación
- Material
- Configuración de la máquina
Por ejemplo, una placa con 2.000 orificios en la que solo se utilicen unas pocas medidas estándar de broca puede resultar más fácil de procesar que una placa con 500 orificios en la que se utilicen muchos diámetros de broca diferentes.
Por lo tanto, el número de herramientas de perforación distintas puede ser tan importante como el número total de agujeros.
Tamaño mínimo del orificio y coste
El diámetro mínimo del orificio es una de las especificaciones más importantes en la perforación.
Por lo general, los agujeros grandes son más fáciles de taladrar.
A medida que el diámetro del orificio se reduce, la fabricación se vuelve más sensible a:
- Rotura de la broca
- Precisión de posicionamiento
- Características del material
- Desgaste de las herramientas
- Relación de aspecto
- Calidad del recubrimiento
Por este motivo, los orificios mecánicos innecesariamente pequeños pueden aumentar el coste de fabricación de las placas de circuito impreso.
Si un orificio acabado de 0,30 mm puede cumplir la misma función eléctrica que uno de 0,20 mm, el orificio más grande puede suponer una solución más fácil de fabricar.
La capacidad mínima real de taladrado depende del fabricante de la placa de circuito impreso y de la estructura de la misma, por lo que el tamaño del orificio necesario debe acordarse antes de iniciar la producción.
Tamaño del orificio acabado frente al tamaño de la broca
Un detalle importante en los presupuestos de placas de circuito impreso es la diferencia entre el tamaño final del orificio y el diámetro de la broca.
El diámetro final del orificio galvanizado puede ser menor que el diámetro original del taladro mecánico, ya que durante el proceso de galvanizado se deposita cobre.
Por ejemplo, en un diseño puede especificarse el diámetro final del orificio en lugar del diámetro de la broca.
Esta distinción debe definirse claramente en las especificaciones de fabricación.
De lo contrario, dos fabricantes podrían interpretar el mismo plano de forma diferente.
Al comparar presupuestos de placas de circuito impreso, comprueba siempre si el tamaño del orificio indicado se refiere a:
- Agujero terminado
- Diámetro de la broca
- Orificio chapado
- Orificio sin recubrimiento
Esto puede evitar comparaciones de precios inexactas.
Espesor del PCB y relación de aspecto de los orificios
La relación de aspecto del orificio es otro factor importante.
Un cálculo simplificado es el siguiente:
Aspect Ratio = Board Thickness ÷ Hole Diameter
Por ejemplo:
- Placa de 1,6 mm / orificio de 0,4 mm = 4:1
- Placa de 1,6 mm / orificio de 0,2 mm = 8:1
- Placa de 2,0 mm / orificio de 0,2 mm = 10:1
Cuanto más pequeño sea el orificio en relación con el grosor de la placa, más complejo puede llegar a ser el proceso de fabricación.
Los orificios con una relación de aspecto elevada pueden plantear dificultades para:
- Perforación
- Calidad de la pared del orificio
- Cobreado
- Circulación de la solución
- Fiabilidad
Por eso, el tamaño del orificio siempre debe evaluarse junto con el grosor final de la placa.
Para obtener más información sobre las implicaciones económicas del espesor, consulta Coste del grosor de los PCB: cómo influye el grosor de la placa en el precio.
Los agujeros pequeños pueden suponer un coste superior al de la perforación
Un error habitual es dar por sentado que un agujero pequeño solo aumenta el coste de la partida correspondiente a la perforación.
En realidad, los pequeños orificios pueden afectar a varios procesos de fabricación.
Por ejemplo, un pequeño orificio pasante chapado puede requerir:
- Taladrado de precisión
- Preparación minuciosa de la pared y el orificio
- Recubrimiento de cobre de gran fiabilidad
- Inspecciones más rigurosas
- Un mejor control del registro
Si la placa utiliza estructuras de interconexión de alta densidad, es posible que también sean necesarios procesos adicionales.
El resultado es una variación en el coste total de fabricación, y no simplemente un recargo adicional por el taladrado.
Vías mecánicas frente a microvías láser
No todos los orificios se taladran de la misma manera.
Vías mecánicas
El taladrado mecánico se utiliza habitualmente para los orificios pasantes convencionales y para muchas vías estándar.
Es adecuado para una amplia variedad de estructuras de placas de circuito impreso.
Microvías por láser
La perforación con láser se utiliza habitualmente para crear microvías muy pequeñas en estructuras HDI.
La perforación con láser permite crear detalles mucho más pequeños que la perforación mecánica convencional.
Sin embargo, también conlleva requisitos adicionales en cuanto a procesos y equipamiento.
Por lo tanto, las estructuras de microvías suelen tener una estructura de costes diferente a la de las vías de orificio pasante convencionales.
En el caso de los diseños de alta densidad, se debe tener en cuenta el coste de la estructura HDI completa, en lugar de comparar únicamente la fase de perforación con láser.
Vías ciegas y vías enterradas
Las vías ciegas y enterradas pueden aumentar la complejidad de la fabricación de placas de circuito impreso.
Vía ciega
Un via ciego conecta una capa exterior con una o varias capas internas, pero no atraviesa toda la placa de circuito impreso.
Enterrado Vía
Una vía enterrada conecta las capas internas sin llegar a la superficie exterior.
Estas estructuras pueden mejorar la densidad de las conexiones, pero requieren procesos de fabricación adicionales.
Dependiendo de la configuración, pueden incluir:
- Laminado secuencial
- Perforaciones adicionales
- Recubrimiento adicional
- Control de inscripciones
- A través del relleno
Por ello, las vías ciegas y enterradas suelen tener que tenerse en cuenta a la hora de calcular el coste total de fabricación de las placas multicapa.
Coste de las microvías
Las microvías son especialmente importantes en las placas de circuito impreso HDI.
Normalmente se fabrican mediante perforación con láser y pueden requerir un procesamiento adicional del cobre.
El coste puede verse influido por:
- Diámetro de la vía
- Profundidad de vía
- Estructura por capas
- Densidad de vías
- Configuración apilada o escalonada
- A través del relleno
- Relleno de cobre
- Laminado secuencial
Por lo tanto, un diseño con un gran número de microvías puede tener un coste muy diferente al de una placa de circuito impreso multicapa convencional.
En los diseños de circuitos impresos de alta densidad (HDI) en los que el coste es un factor determinante, la estructura de las vías debe optimizarse en la fase de diseño de la pila de capas.
Microvías apiladas frente a microvías escalonadas
Las diferentes estructuras de microvías pueden tener distintos requisitos de fabricación.
Una estructura escalonada puede utilizar microvías en diferentes capas sin apilarlas directamente.
Una estructura apilada dispone las microvías verticalmente a lo largo de varias capas.
Las estructuras apiladas pueden ofrecer ventajas en cuanto al trazado de las pistas, pero pueden requerir un mayor control del proceso y el relleno de las vías.
Por lo tanto, si el diseño permite conseguir el trazado necesario mediante una estructura de vías más sencilla, esto podría contribuir a controlar los costes de fabricación.
La elección correcta depende de la densidad del trazado, los requisitos de fiabilidad, el trazado de los componentes que sobresalen y la estructura de capas disponible.
A través del llenado y el coste
El relleno puede suponer la incorporación de otro proceso de fabricación.
Entre los motivos habituales para el relleno de vías se incluyen:
- Via en la almohadilla
- Trazado de BGA
- Requisitos para las almohadillas planas
- Mejora de las vías térmicas
- Interconexión de alta densidad
El coste depende del método de relleno y del número de vías que se utilicen.
Un diseño con miles de vías rellenas puede tener un coste de fabricación considerablemente diferente al de una placa de circuito impreso estándar que utilice vías abiertas.
Por lo tanto, no se debe especificar el relleno a menos que exista una razón funcional o de montaje para ello.
Coste de los «via-in-pad» y de las placas de circuito impreso
Las vías en el pad pueden resultar extremadamente útiles para diseños de BGA de paso fino.
En lugar de trazar una ruta desde una almohadilla hasta una vía cercana, la vía se coloca directamente dentro de la almohadilla del componente.
Esto permite ahorrar espacio en el trazado.
Sin embargo, por lo general, es necesario rellenar y tapar adecuadamente el orificio para crear una superficie de soldadura adecuada.
Esto supone un procesamiento adicional.
Por lo tanto:
Via-in-pad = ventaja de trazado + requisitos de fabricación adicionales
En el caso de una placa BGA de alta densidad, las ventajas que ofrece el trazado pueden justificar el coste adicional.
En el caso de una placa menos densa, una estrategia de distribución convencional puede resultar más económica.
Perforación trasera y coste de las placas de circuito impreso
El taladrado inverso, también denominado «taladrado de profundidad controlada» en algunos contextos industriales, elimina las partes no utilizadas de los orificios pasantes chapados.
Permite reducir la longitud de los ramales eléctricos en diseños multicapa de alta velocidad.
Esto puede mejorar la integridad de la señal en determinadas aplicaciones.
Sin embargo, la perforación inversa requiere:
- Profundidad de perforación controlada
- Control adicional del proceso
- Registro preciso de capas
- Información adecuada sobre la disposición de capas
Por lo tanto, aumenta la complejidad de la fabricación.
En el caso de los diseños de alta velocidad, las ventajas eléctricas pueden justificar el coste. En el caso de las placas normales de baja velocidad, puede que no sea necesario.
Orificios de montaje y orificios sin recubrimiento
No todos los orificios necesitan un recubrimiento de cobre.
Los orificios de montaje mecánico suelen ser orificios pasantes sin recubrimiento cuando no requieren conectividad eléctrica.
Esto puede simplificar el proceso de fabricación.
No obstante, el dibujo debe distinguir claramente entre:
- PTH
- NPTH
- Via
- Orificio de montaje
- Tragaperras
Clasificar erróneamente un orificio mecánico como un orificio chapado puede dar lugar a un procesamiento innecesario.
Ranuras y orificios fresados
No todas las aberturas de los circuitos impresos son orificios circulares perforados.
Algunos diseños requieren:
- Tragaperras
- Agujeros alargados
- Aberturas en forma de llave
- Recortes
Es posible que para ello sea necesario recurrir a procesos de fresado o de perforación especializados.
Un gran número de ranuras puede aumentar el tiempo de mecanizado.
Por lo tanto, el coste debe evaluarse junto con el diseño de la placa y la estrategia de panelización.
Tolerancia de los orificios y coste
Las tolerancias más estrictas en los orificios suelen requerir un mayor control del proceso.
Por ejemplo, un orificio de montaje mecánico estándar puede admitir un rango dimensional relativamente amplio.
Un orificio de conector de precisión puede requerir un control mucho más estricto.
Este requisito más estricto puede afectar a:
- Selección de herramientas
- Inspección
- Inscripción
- Rendimiento de fabricación
Por lo tanto, evite especificar tolerancias muy ajustadas para los orificios, a menos que la interfaz mecánica o eléctrica lo requiera.
Cómo influye el taladrado en el coste de los prototipos de placas de circuito impreso
Los requisitos de perforación pueden tener un impacto notable en los prototipos, ya que los costes de ingeniería y configuración se reparten entre un número reducido de placas.
Un prototipo que contiene:
- Hay brocas de muchos tamaños
- Agujeros muy pequeños
- Vías ciegas
- Microvías
- Taladrado inverso
puede requerir una planificación del proceso considerablemente mayor que la de un prototipo convencional.
Esta es una de las razones por las que los presupuestos de prototipos deben incluir toda la información relativa a la fabricación.
La relación general entre los requisitos de ingeniería y el precio de los prototipos se aborda en ¿Cuánto cuesta la creación de prototipos de placas de circuito impreso?.
Cómo influye el taladrado en el coste de producción de las placas de circuito impreso
En la producción, la cantidad influye en la rentabilidad.
Una estructura de perforación compleja puede resultar más económica por placa cuando se fabrica en grandes cantidades, ya que los costes de puesta a punto y de ingeniería se reparten entre un mayor número de unidades.
Sin embargo, la producción a gran escala también hace que la eficiencia de los procesos cobre mayor importancia.
Por ejemplo, miles de placas con estructuras de taladrado innecesariamente complicadas pueden generar un tiempo de producción acumulado considerable.
Por lo tanto, la optimización de costes debe tener en cuenta ambos aspectos:
Coste por placa
and
Coste total de producción
Cómo reducir el coste del taladrado de placas de circuito impreso
Utiliza el mayor diámetro de vía posible
Si el diseño permite utilizar una vía ligeramente más grande, esto puede reducir la dificultad del taladrado.
No utilices una vía extremadamente pequeña solo porque el fabricante de placas de circuito impreso pueda fabricarla.
Reducir los tamaños de broca innecesarios
Una placa de circuito impreso que contenga orificios de distintos diámetros puede requerir más cambios de herramienta.
Estandarizar el tamaño de los orificios siempre que sea posible puede simplificar la fabricación.
Evita las microvías innecesarias
Las microvías resultan útiles cuando la densidad del trazado lo requiere.
Si las vías convencionales permiten completar el trazado, pueden suponer una solución de fabricación más sencilla.
Evita el uso excesivo de vías en las almohadillas
Utiliza «via-in-pad» solo cuando la disposición de los componentes lo requiera realmente.
Si un fanout BGA convencional permite obtener el mismo resultado, podría evitarse la necesidad de realizar operaciones adicionales de relleno y planarización.
Analizar conjuntamente el grosor de la tabla y el tamaño del agujero
Una placa de circuito impreso gruesa con orificios extremadamente pequeños puede dar lugar a una relación de aspecto complicada.
A veces, modificar ligeramente el tamaño del orificio puede simplificar la producción sin alterar el grosor de la placa.
Requisitos independientes para PTH y NPTH
Identifica claramente qué orificios deben recubrirse.
De este modo se evita un mecanizado innecesario de los orificios mecánicos.
Cómo optimizar los tamaños de los taladros antes de la fabricación
Una revisión práctica del diseño puede seguir estos pasos.
Paso 1: Exportar la tabla de taladros
Revisa todos los diámetros de taladro utilizados en la placa de circuito impreso.
Busca tallas inusualmente pequeñas o poco habituales.
Paso 2: Agrupa las tallas similares
Si dos tamaños de broca son intercambiables tanto desde el punto de vista eléctrico como mecánico, hay que valorar si pueden estandarizarse.
Paso 3: Identifica el orificio acabado más pequeño
Comprueba si el orificio mínimo es realmente necesario.
Paso 4: Calcular la relación de aspecto
Compara el orificio más pequeño con el grosor de la placa de circuito impreso terminada.
Paso 5: Identificar estructuras especiales de vías
Mark:
- Vías ciegas
- Vías enterradas
- Microvías
- Vías apiladas
- Via en la almohadilla
- Vías con perforación trasera
Paso 6: Analizar las alternativas de fabricación
Pregunta si con una estructura de vías más sencilla se puede conseguir el mismo trazado y el mismo rendimiento eléctrico.
Paso 7: Comparar el coste total de la placa de circuito impreso
No evalúes el taladrado sin tener en cuenta el número de capas, la disposición de las capas, el peso del cobre y el grosor de la placa.
Cómo influyen los requisitos de taladrado en la comparación de presupuestos de placas de circuito impreso
Al comparar presupuestos de placas de circuito impreso, comprueba las especificaciones de taladrado línea por línea.
| Especificación | Cita A | Cita B |
|---|---|---|
| Diámetro mínimo del orificio | 0,25 mm | 0,20 mm |
| Espesor final | 1,6 mm | 1,6 mm |
| Por tipo | Orificio pasante | Ciego + con orificio pasante |
| Microvía | No | Yes |
| A través del relleno | No | Yes |
| Taladrado inverso | No | Yes |
| Cantidad | Lo mismo | Lo mismo |
Se trata de requisitos de fabricación fundamentalmente diferentes.
Un presupuesto más elevado puede deberse simplemente a los procesos de fabricación adicionales.
Por eso ¿Por qué varían tanto los presupuestos de las placas de circuito impreso? Se entiende mejor comparando cada especificación por separado, en lugar de fijarse únicamente en el precio unitario.
Lista de comprobación de costes de taladrado de placas de circuito impreso
Antes de enviar una placa de circuito impreso a fabricación, comprueba lo siguiente:
- Es necesario que el diámetro mínimo del orificio sea de
- El diámetro del orificio acabado y el del taladro están claramente definidos
- La PTH y la NPTH se identifican correctamente
- Se ha revisado el número de agujeros
- Los tamaños de las brocas se han normalizado en la medida de lo posible
- Se ha comprobado la relación de aspecto
- Se ha tenido en cuenta el grosor de la tabla
- Las vías ciegas son necesarias
- Las vías enterradas son necesarias
- Las microvías son necesarias
- Es necesario utilizar «via-in-pad»
- Se definen los requisitos de llenado de las vías
- El taladrado inverso solo es necesario cuando esté justificado
- Las ranuras y los recortes mecánicos se especifican claramente
Preguntas frecuentes
Sí, es posible. Los orificios más pequeños suelen ser más difíciles de taladrar y recubrir, sobre todo si se combinan con una placa de circuito impreso gruesa o con una relación de aspecto elevada. El coste real depende del fabricante y de la estructura completa de la placa.
No se trata necesariamente de una relación lineal simple, pero un número elevado de vías aumenta el tiempo de taladrado y procesamiento. Una densidad muy alta de vías o unas estructuras especiales de vías pueden tener un mayor impacto en el coste.
Las microvías suelen requerir procesos adicionales de HDI y perforación con láser, por lo que pueden aumentar el coste de fabricación en comparación con las estructuras convencionales de orificios pasantes.
Es posible porque las vías integradas en la almohadilla suelen requerir el relleno de las vías y un tratamiento superficial adicional. Se suele utilizar cuando la densidad del trazado o la disposición del BGA hacen que merezca la pena realizar ese proceso adicional.
En algunos casos, sí. Un orificio ligeramente más grande puede reducir la dificultad de perforación y las limitaciones relacionadas con la relación de aspecto. No obstante, el tamaño del orificio debe seguir cumpliendo los requisitos eléctricos y mecánicos del diseño.
Conclusión
El coste del taladrado de placas de circuito impreso depende de muchos más factores que el número de orificios de la placa.
El diámetro del orificio, el tipo de orificio, la relación de aspecto, el grosor de la placa, la estructura de las vías, las microvías, el relleno de las vías, el taladrado trasero y las tolerancias de taladrado pueden influir en el proceso de fabricación.
En el caso de las placas estándar, utilizar tamaños de taladro prácticos y evitar estructuras especiales innecesarias puede ayudar a controlar los costes de fabricación.
Sin embargo, en el caso de los diseños HDI, de alta velocidad y de alta densidad, puede ser necesario recurrir a estructuras de vías más pequeñas y complejas. En esos casos, el objetivo no es simplemente minimizar el coste de perforación, sino encontrar la estructura de fabricación más sencilla que siga cumpliendo los requisitos eléctricos y mecánicos.
Al revisar un presupuesto de placas de circuito impreso, TOPFAST puede evaluar la tabla de taladrado junto con la estructura de capas, el grosor de la placa, la estructura de cobre y los requisitos de las vías. Esto ofrece una visión más precisa del origen de los costes relacionados con el taladrado.
Solicitar una revisión del coste de una placa de circuito impreso
Facilite los archivos Gerber y los archivos de taladrado, junto con el grosor de la placa, el número de capas, el peso del cobre, el acabado superficial y la cantidad requeridos. Una especificación completa permite evaluar los requisitos de taladrado como parte del coste total de fabricación de la PCB.
Optimizar la estructura de perforación antes de la producción
Antes de dar por finalizado el diseño de la placa de circuito impreso, revisa el tamaño mínimo de los orificios, la distribución de los calibres de taladro, la relación de aspecto, los tipos de vías y los requisitos especiales de taladrado. Los pequeños cambios que se realizan en la fase de diseño suelen ser más fáciles de aplicar que los cambios en el proceso una vez que ha comenzado la fabricación.
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