Todos los fabricantes de PCB hacen promesas sobre el control de calidad y las normas. Pero es fundamental que sepa hasta qué punto cumplen esas garantías. Y ahí es donde los informes de inspección de calidad desempeñan un papel vital. Son la prueba de que el fabricante de PCB cumple con los niveles que usted exige.
Los principales fabricantes de PCB encargan pruebas de laboratorio periódicas e independientes de sus materiales laminados de referencia y placas acabadas. Estos informes no solo le proporcionan tranquilidad, sino que también son inestimables para facilitar procesos como el diseño y la selección de materiales, la supervisión continua de los procesos, el análisis de fallos, la prueba de la calidad y la predicción de la fiabilidad, el cumplimiento normativo y la certificación. «Los informes de inspección de calidad son una forma significativa en la que los fabricantes de PCB apoyan a sus clientes», explica {{Ben, ingeniero sénior}} en PCBWay. « No se trata solo de respaldar las afirmaciones de calidad, sino también de dotar a los ingenieros de la información que necesitan para que el diseño y la fabricación de los productos sean lo más rápidos y sencillos posible».

PCBWay es un excelente ejemplo, ya que publica nada menos que 14 informes de inspección de calidad [https://www.pcbway.com/oem/quality-control.html] resultantes de pruebas realizadas por Centre Testing International (CTI), un laboratorio de pruebas externo acreditado. Cada examen se lleva a cabo de acuerdo con métodos estándar del sector, de modo que los clientes pueden comparar los resultados de fabricantes de todo el mundo. Esto también hace que sean directamente aplicables a las demostraciones de conformidad con las normas de aceptación de la IPC.
Como diseñador de productos o ingeniero electrónico, puede utilizar estos informes para asegurarse de que el hardware físico del producto final se ajustará a su configuración de capas y conjunto de materiales, y ofrecerá la fiabilidad, seguridad y longevidad necesarias.

Pruebas termomecánicas
Por ejemplo, es esencial saber cómo responderán las placas al calor, tanto durante el montaje como durante su uso.
La temperatura de transición vítrea (Tg) es posiblemente la especificación más importante del laminado para los ingenieros que diseñan placas que se soldarán con procesos sin plomo o que funcionarán a temperaturas elevadas. Es la temperatura a la que el aglutinante de resina del laminado deja de ser rígido como el vidrio y pasa a un estado viscoelástico. Esto ocurre en un rango de transición, pero los resultados de la prueba suelen indicarse como el punto medio. Cuanto más alta sea la temperatura Tg, mejor, ya que superarla puede significar que la placa pierda estabilidad dimensional y se vuelva susceptible a la delaminación y al daño mecánico.
La cifra habitual de Tg para las placas FR4 estándar en todo el sector es de 130-140 °C. Sin embargo, PCBWay supera significativamente este valor, con una cifra de 169,61 °C.
De manera similar, el tiempo hasta la delaminación (T260, T288 y T300) mide cuánto tiempo puede soportar un laminado una temperatura específica antes de que las capas se separen. Es un mejor indicador de la supervivencia del conjunto que la Tg por sí sola. La especificación más citada es la T288, que evalúa el tiempo hasta la delaminación a 288 ºC. El estándar del sector suele ser de 5 a 10 minutos para placas de alta fiabilidad, pero las pruebas de PCBWay muestran tiempos que se sitúan sistemáticamente por encima del límite superior de la escala.

Las altas temperaturas también provocan la descomposición de la resina de la placa, lo que da lugar a una pérdida de masa y a una disminución de la resistencia. La mayoría de los fabricantes de PCB aspiran a una temperatura de descomposición (Td) de 325 ºC, mientras que PCBWay alcanzó algo más de 345 ºC en sus pruebas más recientes.
Relacionado con esto está el coeficiente de expansión térmica lineal (CTE): cuánto se expandirá o contraerá la placa por cada grado de cambio de temperatura, en relación con la Tg. Como el laminado está reforzado con tela de vidrio, la expansión en los ejes en el plano (X e Y) está muy limitada. Sin embargo, la expansión en el eje Z (el espesor de la placa) puede ejercer una tensión significativa sobre los orificios pasantes metalizados (PTH), las vías y las uniones de soldadura durante el reflujo y los ciclos térmicos, provocando grietas en el cilindro, levantamiento de las almohadillas y aperturas intermitentes. Para temperaturas inferiores a Tg, la cifra típica del CTE es de 50-70 ppm/°C. Una vez más, PCBWay mejora significativamente este valor con un resultado de prueba de 37,4 ppm/°C.
Estos altos estándares ofrecen márgenes de seguridad mucho mayores tanto en entornos de fabricación como de uso final.

Integridad dimensional y estructural
El calor no es el único factor. Existen cuestiones mecánicas y estructurales clave, como la planitud de la placa (curvatura y torsión), la comprobación de la integridad de los rellenos y las interconexiones de las capas internas (inspección de microcortes transversales u OM) y la garantía de la adhesión de la máscara de soldadura (también conocida como pruebas de rejilla).
Estos son aspectos físicos de la PCB que a menudo se dan por sentados. Sin embargo, en el caso de la curvatura y la torsión, por ejemplo, cualquier placa con componentes SMT que presente una distorsión superior al 0,75 % puede causar problemas como el efecto «tombstone» o el fallo de las uniones de soldadura en los encapsulados de matriz de rejilla de bolas (BGA). Esto es algo que debe mantenerse bajo control, y las pruebas de PCBWay muestran una torsión de solo el 0,16 % y una curvatura del 0,12 %.
El tamaño es otro factor que parece sencillo pero que puede tener implicaciones sutiles. Es posible que espere que la placa tenga el tamaño exacto, con los orificios taladrados en las ubicaciones precisas, tal y como se especifica en sus archivos Gerber. Sin embargo, todos los procesos de fabricación tienen ciertas tolerancias, y es necesario saber que estas son aceptables. El informe de tamaño abarca las dimensiones de la placa acabada, la ubicación de los orificios, la contracción/expansión del patrón y, en ocasiones, el registro entre capas. Garantiza que la placa fabricada se ajuste a la envolvente mecánica, a los conectores y a las carcasas, y que las huellas coincidan con los componentes.
Además de garantizar que todo encaja en la placa, un dimensionamiento preciso también asegura que la PCB no cause problemas con los envolventes, los elementos de montaje y otros dispositivos del producto, especialmente donde la placa interactúa (por ejemplo, a través de un conector de borde de tarjeta) con otros componentes electrónicos. Además de los problemas de fiabilidad y fabricación, un dimensionamiento deficiente también puede crear problemas de integridad de la señal y de soldadura.
Y también puede haber implicaciones en materia de cumplimiento normativo y certificación. Hay factores como el espacio de seguridad —por ejemplo, entre las secciones de alta potencia y baja potencia de la placa— que hay que asegurarse de que se implementan en el producto final.
Las normas típicas del sector incluyen ±0,1 mm para el contorno de la placa, ±10 % para el grosor y ±50–75 µm para la posición de los taladros, las tolerancias del tamaño final de los orificios y las tolerancias de registro de capas.

Rendimiento eléctrico y químico
Una métrica clave que puede estar en la mente de muchos ingenieros es la capacidad de sus placas para soportar altos voltajes.
La prueba de resistencia a la tensión (también conocida como tensión dieléctrica de resistencia o prueba de alta tensión) verifica que el laminado de la PCB (o la máscara de soldadura sobre los pares de conductores) pueda soportar 1000 VCC a una velocidad de rampa controlada de 100 V/s durante un minuto sin que se produzcan descargas, descargas en superficie, descargas por chispa o corrientes de fuga excesivas. Se trata de una prueba simple de tipo "pass/fail" (aprobado/suspendido).
Se trata de una prueba importante para la certificación de equipos conectados a la red eléctrica. En el caso de los dispositivos médicos, es esencial para garantizar el cumplimiento de los requisitos de MOPP - Means of Patient Protection (Medios de Protección del Paciente) y MOOP - Means of Operator Protection (Medios de Protección del Operario).
En relación con esto está la tensión de ruptura. Se aplica una tensión de CA a la muestra de prueba, con una rampa de 500 V/s, hasta que se produce un aumento catastrófico de la corriente de fuga o una descarga de arco visible. Esto proporciona un límite superior absoluto de la rigidez dieléctrica del laminado bajo excitación de CA.
Para diseños de electrónica de potencia, como motores, sistemas de alimentación ininterrumpida, inversores y otras aplicaciones en las que los conductores de alta tensión deben aislarse en la superficie de la PCB, la tensión de ruptura de la máscara de soldadura es un parámetro crítico. Un diseñador puede utilizar estas cifras para derivar la intensidad de campo eléctrico máxima permitida bajo la máscara de soldadura y determinar la separación mínima segura entre conductores.

Capas estables
Una PCB dista mucho de ser simple. Es un sándwich de sustratos laminados, pistas y capas de cobre. Por lo tanto, es obvio que la solidez con la que esas capas permanecen unidas es crucial.
La resistencia de la unión es una medida de la calidad de la adhesión entre el laminado y la lámina. Una baja adhesión es un riesgo latente que se manifiesta en forma de almohadillas levantadas durante la soldadura manual o la reelaboración, delaminación bajo choque térmico y desprendimiento de las pistas bajo vibración mecánica —todos ellos son la causa principal de los fallos de los productos en el campo.
La prueba mide la fuerza necesaria para mantener el desprendimiento de una lámina de cobre del laminado, siendo el resultado la media de múltiples pruebas. Para las placas FR-4 estándar, la norma general es de 100-120 N, pero las muestras de prueba de PCBWay registraron una media de alrededor de 220 N.
La resistencia de la unión se degrada a altas temperaturas, lo que constituye otra razón por la que es importante tener un valor Tg alto.

La absorción de humedad también plantea problemas para la fabricación y la fiabilidad a largo plazo. Por ejemplo, la humedad atrapada en el laminado puede evaporarse durante el reflujo, creando una presión de vapor interna que provoca el efecto «pop-corn», la delaminación y la formación de ampollas. En algunos productos, como las PCB de RF/microondas, la absorción de agua es un criterio principal de selección de materiales debido a cómo se utilizarán los dispositivos en el campo.
Cuando una PCB absorbe agua, su masa aumenta. El máximo de la norma IPC-4101 para el FR-4 estándar es un aumento del 0,32 %, aunque las cifras de PCBWay son cuatro veces mejores, con un 0,08 %.

Calidad de producción
También hay pruebas que se relacionan directamente con la calidad de producción de la PCB.

La primera de ellas es la porosidad, un factor importante para cualquier placa con acabado superficial de oro (normalmente níquel químico y oro por inmersión, o ENIG) y especialmente para aquellas que puedan estar expuestas a entornos hostiles. Los poros microscópicos en la superficie de oro pueden dejar al descubierto el níquel o el cobre subyacentes, abriendo una vía para la corrosión y provocando el síndrome de «pad negro», lo que causa uniones de soldadura deficientes y fallos en las interconexiones BGA que pueden no ser detectables hasta el servicio de campo.
Las placas de muestra se exponen al vapor de ácido nítrico y luego se sumergen en una solución reactiva. Esta última reacciona con cualquier cobre o níquel expuesto para producir manchas de corrosión visibles. Estas se cuentan y se agrupan en tres categorías de diámetro: ≤0,05 mm, 0,05–0,51 mm y ≥0,51 mm. Cuanto menor sea el número, mejor, y el informe más reciente de PCBWay muestra un resultado perfecto de cero en todas las categorías.
Por último, la prueba de limpieza mide la cantidad total de contaminantes ionizables (iónicos) en la superficie de la PCB. Estos son el resultado de activadores de fundente (ácidos orgánicos, activadores halogenados), productos químicos de galvanoplastia, soluciones de grabado y contaminación por manipulación. Pueden provocar migración electroquímica (ECM), también conocida como formación de filamentos anódicos conductores (CAF) y crecimiento dendrítico. En presencia de humedad y de un campo de CC, los iones disueltos se desplazan bajo la fuerza electromotriz y forman filamentos metálicos conductores entre conductores adyacentes, lo que provoca corrientes de fuga, cortocircuitos intermitentes y, en última instancia, fallos graves.
La placa se lava con una mezcla de disolventes cuya conductividad se mide a continuación, normalizándose el resultado a la masa de sal por unidad de superficie de la placa. El requisito del IPC es una cifra inferior a 1,0 µg/cm². Sin embargo, el informe de PCBWay muestra un valor significativamente mejor, de 0,19 µg/cm², resultado de un proceso de limpieza bien controlado y de un fundente con residuos mínimos gracias a los altos estándares de control del proceso.

Cómo utilizar los informes
«Estos informes no son documentos técnicos crípticos, sino herramientas que los ingenieros pueden utilizar en su trabajo diario», afirma {{Ben}}. «Existen para proporcionar datos sólidos y del mundo real que respalden muchas de las suposiciones que los ingenieros deben hacer durante el proceso de diseño».
Los ingenieros pueden comparar el Tg, el Td, el CTE, el espesor, los datos dieléctricos y la estructura del tejido con sus suposiciones de simulación y fiabilidad en cuanto a disipación de potencia, impedancia y vida útil de las vías, validando así sus suposiciones de apilamiento. El tamaño, la curvatura/torsión y las dimensiones de la microcorte transversal confirman que el fabricante puede cumplir las tolerancias mecánicas necesarias para conectores, carcasas y componentes pesados. Además, los informes ayudan a los ingenieros a seleccionar los laminados adecuados.
A la hora de abordar la inspección del primer artículo (FAI), los informes de tamaño, microcorte transversal, CTE/Tg, resistencia de la unión y limpieza proporcionan datos esenciales a la hora de certificar una nueva PCB o un nuevo proveedor, especialmente en los sectores de la automoción y la aeronáutica.
Además, puede aprovechar los datos para calcular el tiempo medio entre fallos (MTBF) de un producto.
Los ingenieros de integridad de la señal (SI) suelen utilizar los informes de absorción de agua y de microcorte transversal para asegurarse de que el espesor dieléctrico no varía demasiado con respecto a las especificaciones de diseño. Si lo hiciera, la impedancia de la traza podría cambiar, provocando reflexiones de señal y errores de datos en buses de alta velocidad como PCIe o DDR4.
Los fabricantes de equipos originales (OEM) pueden compartir estos informes entre los equipos de diseño, calidad y compras para mantener un historial de calidad documentado y justificar los cambios en los materiales o proveedores durante las auditorías reglamentarias. A menudo se requiere evidencia de estas pruebas como parte de la cualificación de proveedores o de las auditorías periódicas (por ejemplo, para la documentación de gestión de calidad de la norma ISO 9001).
E incluso cuando el producto final está en producción, los informes pueden ayudar a la supervisión continua del proceso. Las secciones transversales periódicas, la limpieza y las mediciones de curvatura/torsión se utilizan como métricas de control del proceso y se registran en los informes de inspección para mostrar la estabilidad estadística y activar cualquier acción correctiva necesaria.
Si un lote de productos falla en el campo, los ingenieros suelen acudir directamente a los informes de limpieza y tiempo hasta la delaminación para ver si apuntan hacia un posible crecimiento dendrítico.

Regulación y certificación
Sin embargo, podría decirse que la ventaja más significativa de los informes radica en facilitar el cumplimiento normativo y los procesos de certificación.
Por ejemplo, la norma UL 796 (la norma de Underwriters Laboratories para PCB) exige a los fabricantes realizar un seguimiento de la Tg y la resistencia de la unión.
Los proyectos de automoción y aeroespaciales necesitan pruebas fehacientes de ciclos térmicos, vibración, sesgo de humedad y almacenamiento a alta temperatura. Mediciones a nivel de PCB de CTE, Tg, Td, resistencia de unión, curvatura/torsión, tensión y limpieza para elementos clave en informes de cualificación y planes de control.
Los informes de limpieza son obligatorios para los productos sanitarios de Clase II/III según la norma ISO 13485. La contaminación iónica puede provocar corrientes de fuga que interfieran con señales biológicas sensibles o, en casos extremos, afecten a la seguridad del paciente.
Del mismo modo, normas de seguridad como la IEC 62368-1 (TI/AV), la IEC 60601-1 (médica) y sus equivalentes de UL se basan en datos fiables relacionados con factores como la tensión-resistencia/ruptura, la precisión dimensional y otros para garantizar que la parte del diseño correspondiente a la PCB sea robusta.
Y el informe de microcorte transversal es la principal prueba de que una placa cumple los requisitos de Clase 3 (como el recubrimiento mínimo de cobre en la curva de un orificio) para la certificación AS9100 en los sectores aeroespacial y de defensa.

Aprovechar las ventajas
«Para los ingenieros, los informes de inspección de calidad son un factor clave», afirma {{Ben}}. «No solo ofrecen la confirmación del cumplimiento de las normas técnicas, sino que también les proporcionan la confianza de que sus diseños tendrán éxito, por lo que siempre nos esforzamos por ir más allá de los estándares del sector».