Explicación de las PCB: cómo las placas de circuito impreso alimentan la electrónica

Introducción

Las placas de circuito impreso (PCB) se encuentran en muchos dispositivos electrónicos que utilizamos hoy en día. Sin embargo, muchas personas desconocen su importancia y cómo han revolucionado la fabricación y el avance de los dispositivos electrónicos.

Teniendo esto en cuenta, ¿qué son las placas de circuito impreso (PCB)? ¿Por qué son importantes?

A PCB (placa de circuito impreso) Es una placa que constituye la base donde se conectan los componentes electrónicos mediante conductores de cobre. Se puede observar cómo las PCB son vitales para proporcionar soporte físico a los componentes eléctricos y garantizar que permanezcan conectados en todo momento.

Esta guía le ayudará a aprender más sobre las PCB, su terminología común, los tipos disponibles, sus usos y muchas otras características. En definitiva, le permitirá comprender bien qué esperar de las PCB y, posiblemente, utilizarlas en su próximo proyecto.

Partes de una PCB

Las PCB constan de cuatro partes principales. Estas partes determinan las características de la placa. Estas partes incluyen:

• Sustrato: Este material está hecho de fibra de vidrio y es vital para proporcionar la resistencia central que la PCB necesita. Es básicamente el esqueleto de la PCB, lo que le proporciona la estabilidad y la resistencia necesarias.
• Capa de cobre: La capa de cobre puede consistir en una lámina o un revestimiento de cobre, según el tipo de PCB elegido. El cobre transporta las señales eléctricas entre los diferentes componentes de la placa.
• Máscara de soldadura: Esta capa de polímero es vital para evitar que la capa de cobre se oxide y las pistas se rompan accidentalmente durante la fabricación de PCB.
• Serigrafía: Esta puede considerarse como la leyenda ya que contiene información importante sobre la placa y sus componentes.

Funciones de las PCB en la electrónica

Una PCB es una base importante para la electrónica moderna. Por ello, se espera que desempeñe diversas funciones. A continuación, se presentan algunas funciones destacadas de las PCB.

– Soporte mecánico

Los dispositivos electrónicos necesitan resistencias, circuitos integrados, transistores, condensadores y otros componentes para funcionar. Todos deben estar montados en algún lugar. La placa de circuito impreso (PCB) proporciona una plataforma estable para el soporte mecánico de estos componentes. Una vez montados, no se mueven, por lo que no afectan el funcionamiento del dispositivo.

– Proporcionar una conexión eléctrica

Los componentes de una PCB están interconectados mediante canales o conductores de cobre. Estos canales garantizan un flujo estable de electricidad y señales. Por lo tanto, pueden optimizarse durante la fase de diseño para garantizar un rendimiento eficiente de los componentes.

– Protección

Las placas de circuito impreso (PCB) también son vitales para proteger los componentes montados en ellas. Esto incluye protección contra el calor excesivo, las interferencias y los factores ambientales que, en ocasiones, pueden provocar fallos.

– Versátil y escalable

Existen numerosos tipos y formas de PCB en el mercado, incluyendo PCB de doble cara, de una sola cara y multicapa. Esto le permite elegir la placa adecuada para sus necesidades de diseño, por lo que las PCB pueden utilizarse para fabricar electrónica simple y compleja simultáneamente.

– Producción en masa y rentabilidad

Las placas de circuito impreso (PCB) se utilizan principalmente en la producción en masa de dispositivos electrónicos por su rentabilidad. Esto significa que pueden reducir los costos de fabricación y garantizar la uniformidad en el rendimiento y el diseño. Gracias a su precio asequible, ahora es más fácil fabricar todo tipo de dispositivos electrónicos.

Terminología importante de PCB

Durante el diseño y la fabricación de una PCB, se oirán muchos términos. Sin embargo, ¿sabe qué significan? A continuación, encontrará terminología común de PCB para que la comprenda mejor la próxima vez que la escuche.

Capas: es el número de capas de cobre conductor en una PCB. Su número varía entre 2 y más de 20 capas.

Huella: el número y la disposición de los orificios de un componente electrónico. Esto es lo que se utiliza para realizar la conexión eléctrica.

Pista o Rastreo: es la ruta que conecta un componente con otro en la PCB. Se utiliza para transportar señales eléctricas.

Máscara de Soldadura: Es el material que recubre las pistas de cobre. Su función es evitar que la soldadura fluya por donde no debe.

Serigrafía: son las marcas y el texto que se encuentran en la placa de circuito impreso (PCB). Este contenido proporciona información clave, como el nombre del componente o los números de referencia.

Plano de tierra: este es el punto de referencia para las señales eléctricas. Es difícil pasarlo por alto gracias a su tamaño.

Plano de potencia: es el área de cobre dedicada a transportar la energía eléctrica a los diferentes componentes.

Símbolo esquemático: muestra la representación visual de cómo están conectados los diferentes componentes en la PCB.

Estos son solo algunos términos con los que podría encontrarse. Sin embargo, aprenderá más al trabajar con las PCB en diversos proyectos.

Componentes clave de las PCB y funciones

Cuando miras a Cómo diseñar una PCBObservará varios componentes clave que no pueden faltar en ningún dispositivo electrónico. Si bien cada dispositivo electrónico tiene usos diferentes, estos componentes son comunes. A continuación, se detallan los componentes de las PCB.

1. Resistencias

Las resistencias limitan el flujo de corriente en el circuito, actuando como divisores de tensión. Su principio de funcionamiento es fundamental para restringir el flujo de corriente a través de componentes sensibles.

Los tipos de resistencias incluyen resistencias fijas y potenciómetros, que tienen resistencia variable.

2. Condensadores

Los condensadores son clave para el almacenamiento de energía a corto plazo. Esto es vital para mantener una alimentación constante que llega a los componentes electrónicos sensibles del circuito. Los condensadores también suavizan las sobretensiones y filtran el ruido, lo cual es clave para el correcto funcionamiento de los dispositivos.

3. Inductores

Los inductores también almacenan energía en forma de campo magnético a medida que la electricidad fluye a través de ellos. Funcionan con condensadores para filtrar las frecuencias no deseadas en las señales de CA. Los inductores también son vitales para gestionar las posibles interferencias electromagnéticas que podrían afectar al circuito.

4. Transistores

Los transistores de una placa de circuito impreso (PCB) son vitales para amplificar las señales y la potencia del circuito. Son comunes en la electrónica moderna. Algunos ejemplos son los transistores de unión bipolar (BJT) y los transistores de efecto de campo (FET).

5. Diodos

Los diodos están diseñados para permitir el flujo de corriente en una sola dirección. Por ello, son útiles para la rectificación y el procesamiento de señales en circuitos. Gracias a sus características, también pueden utilizarse para proteger algunos componentes electrónicos sensibles.

6. Circuitos integrados

Los circuitos integrados (CI) combinan varios componentes, como transistores, resistencias y otros, en un solo componente. Gracias a esta combinación, se ahorra espacio y el CI realiza operaciones desde básicas hasta complejas, según el diseño.

Tipos de PCB

El tipo de PCB puede determinar su mejor uso durante el proceso de diseño. Analizamos algunas de las mejores PCB del mercado y dónde usarlas.

1. PCB de una sola cara

Este tipo de PCB tiene un lado codificado con el material conductor mientras que el otro es para montar los componentes electrónicos.

Este tipo de PCB se introdujo en la década de 1950, pero aún tiene numerosas aplicaciones. Esto se debe a su diseño simple, que aún funciona para diversos usos.

Un diseño simple también implica un menor consumo de recursos. El resultado es una PCB de bajo costo que funciona bastante bien. Se puede esperar un rendimiento impresionante incluso siendo una PCB de una sola cara.

Aplicaciones

• Impresoras
• máquinas expendedoras
• Radio
• Equipo estéreo, etc.

 

2. PCB de doble cara

Estas PCB tienen una capa conductora de cobre en ambos lados de la placa. Esto significa que los componentes se pueden montar en ambos lados de la placa y funcionarán correctamente. Gracias a esta capacidad, estas placas se utilizan principalmente para crear diseños más complejos.

La doble capa para el montaje de componentes aumenta el uso y la flexibilidad de la placa. Ahora se pueden montar más componentes que con la placa de una sola cara.

Si trabaja con un diseño de circuito complejo, necesita esto. Así es como se utilizan en paneles de iluminación y tableros de instrumentos de automóviles.

Aplicaciones

• Televisores
• consolas de juegos
• Cámaras digitales
• dispositivos de audio
• Teléfonos móviles
• Sistemas de iluminación
• Sistemas HVAC, etc.

 

3. PCB multicapa

Aunque la mayoría de los productos electrónicos se fabrican con una o dos capas conductoras, existen otros con múltiples capas. En este caso, la PCB se fabrica con varias capas o material base. Es normal que estas PCB tengan más de tres capas conductoras.

¿Cómo se logran las múltiples capas? Se realiza mediante el modelo sándwich. En este método, las capas conductoras se separan mediante láminas de material aislante. Posteriormente, se unen y laminan mediante alta temperatura y presión, sin dejar espacios de aire. Una vez finalizado el ensamblaje, obtendrá una PCB robusta.

Se espera que las PCB multicapa sean más caras que los otros tipos mencionados anteriormente. Sin embargo, dependiendo de la aplicación, pueden ser esenciales o beneficiosas. Por ejemplo, si se trabaja con muchos componentes, se espera que ocupen menos espacio.

Aplicaciones

• Infraestructura 5G
• Comunicación por satélite
• Controles industriales
• Dispositivos portátiles
• Portátiles, teléfonos inteligentes, tabletas
• Equipos de diagnóstico, etc.

Las PCB mencionadas anteriormente son las más comunes para clasificarlas. Sin embargo, existen otros tipos de PCB, como rígidos, flexibles, HDI, etc. Todo depende de la construcción y la aplicación. Consulte siempre con su proveedor para comprender la PCB que va a comprar y comprobar si se ajusta a su proyecto actual.

Proceso de fabricación de PCB

Antes de instalar la PCB en un dispositivo, se deben seguir varios pasos para su fabricación. A continuación, se presentan los procesos estándar de fabricación de PCB que puede seguir.

1. Diseño de PCB

Esta parte necesita el uso de software de diseño de PCB Para ayudarle a lograr el diseño adecuado y que funcione para usted. Entre los programas de diseño de PCB más comunes se incluyen Eagle, KiCad, Altium Designer y otros.

Una vez realizado el diseño, se exporta en un formato que Fabricante de placas PCB apoya.

2. La impresión

Una vez que la imprenta recibe el diseño, procede al proceso de impresión. En este caso, se utiliza un plotter para imprimir las películas fotográficas que se fijarán a la placa de circuito impreso (PCB). La impresión con plotter es más común porque ofrece una tecnología de impresión más precisa.

Durante este paso, obtendrás una lámina de plástico que contiene los circuitos que indican dónde irán las pistas de cobre en la PCB.

Durante este paso, también se elimina el exceso de cobre para revelar las rutas de cobre. A continuación, se realiza la alineación de capas, donde se alinean las capas internas, y se realiza una inspección óptica para garantizar la precisión y la calidad.

3. Laminación

Las capas internas ahora están unidas mediante un material preimpregnado. Esto forma el núcleo de la PCB.

A continuación, se perforan agujeros en la PCB, que marcan dónde se colocarán o montarán los componentes.

4. Enchapado

Se deposita más cobre en los agujeros perforados para tener conductividad eléctrica como parte del recubrimiento.

A continuación, el fabricante procede a la creación de imágenes de la capa exterior, en la que el diseño de la capa exterior se imprime sobre el laminado revestido de cobre.

Aún así, se realiza un grabado para eliminar el exceso de cobre y crear un diseño de capa exterior más limpio.

Durante esta etapa también se realiza la serigrafía. En ella, se imprimen las etiquetas y marcas en la PCB para identificar y ensamblar fácilmente los componentes.

5. Acabado de superficies

La PCB recibe un acabado superficial final, que incluye inmersión en oro y otros tipos de recubrimientos protectores.

Una vez completado el acabado de la superficie, se realizan pruebas eléctricas para garantizar que la PCB funcione como se espera.

Se realiza una inspección final antes de ensamblar los componentes de la PCB.

6. Montaje de PCB

Durante el proceso de ensamblaje de la PCB, los componentes electrónicos se conectan a ella. Estos componentes se sueldan y prueban antes de enviarlos al cliente.

Este es solo un breve resumen de cómo se fabrican las PCB. El proceso puede ser bastante largo, con controles de calidad a lo largo del proceso. Esto garantiza que la calidad y el rendimiento de la PCB sean los esperados.

Consideraciones de diseño para PCB

Diseñar correctamente una PCB implica muchos factores. Si cree que esto es posible, considere lo siguiente:

• Considere rutas de señal cortas y directas si desea la mejor integridad de la señal. Esto ayuda a minimizar las reflexiones y la impedancia.
• También debe trabajar en la gestión térmica. Coloque los componentes que generan calor de forma que permitan una disipación eficiente del calor.
• Además, considere la viabilidad de fabricación de su diseño. Esto significa que el fabricante debe poder hacerlo realidad. Por lo tanto, considere también la facilidad de soldadura y sondaje.
• Seguimos recomendando diseñar una red de distribución eléctrica robusta. Esto permite un suministro de energía eficiente, limpio y estable a todos los componentes.
• Las técnicas de blindaje pueden minimizar la interferencia electromagnética y mantener el dispositivo en cumplimiento con las normas EMC.
• Considere reglas de diseño como mantener los anchos de pista, la distancia, el espaciado y otros parámetros correctos. Esto debería permitir un mejor rendimiento y una mejor fabricación.

Conclusión

Los dispositivos electrónicos requieren PCB para funcionar correctamente en todo momento. Proporcionan una base sólida para configurar los diversos componentes que los dispositivos necesitan para funcionar, como resistencias, transistores, circuitos integrados y muchos otros. Dependiendo de su aplicación, encontrará muchos tipos de PCB. Si tiene que fabricar su propia PCB, asegúrese de trabajar con fabricantes de confianza para garantizar que produzcan la PCB adecuada que funcione según el diseño.