Definición de placa de circuito impreso
La PCB (placa de circuito impreso) es el soporte para los componentes electrónicos y las conexiones de los circuitos. Se denomina placa de circuito impreso porque se fabrica mediante tecnología de impresión electrónica. Transfiere el circuito al sustrato mediante transferencia de imagen y genera el circuito tras un proceso de grabado químico.
El origen de los PCB
En 1925, Charles Ducas, de Estados Unidos, fundador del método aditivo, imprimió patrones de circuitos en sustratos aislados y luego produjo con éxito conductores mediante galvanoplastia.
En 1936, Paul Eisler, de Austria, fundador del método sustractivo, utilizó por primera vez una placa de circuito impreso en una radio.
En 1943, Estados Unidos aplicó esta tecnología a las radios militares. En 1948, Estados Unidos reconoció oficialmente este invento para su uso comercial.
Desde mediados de la década de 1950, las placas de circuito impreso se han utilizado ampliamente en la industria electrónica y desde entonces se han convertido en dominantes. Las PCB han pasado de ser de una sola capa a ser de doble cara, multicapa y flexibles, cada una con su propia tendencia de desarrollo. Con el desarrollo continuo hacia la alta precisión, la alta densidad y la alta fiabilidad, así como la reducción del tamaño, el coste y la mejora del rendimiento, las placas de circuito impreso siguen manteniendo una gran vitalidad en el desarrollo futuro de los dispositivos electrónicos.
Funciones de los PCB
Los PCB tienen las siguientes funciones en los dispositivos electrónicos:
- Proporcionan soporte mecánico para diversos componentes electrónicos, como circuitos integrados, y permiten el cableado y las conexiones eléctricas o el aislamiento entre diversos componentes electrónicos. También proporcionan las características eléctricas necesarias.
- Proporcionan gráficos de máscara de soldadura para la soldadura automática, y caracteres y gráficos de identificación para la inserción, inspección y reparación de componentes.
- El uso de PCB en dispositivos electrónicos evita errores de cableado y permite la inserción automatizada de componentes o el montaje en superficie, la soldadura automática y las pruebas automáticas. Esto garantiza la calidad del producto, mejora la productividad laboral, reduce los costes y facilita el mantenimiento.
- Proporcionan las características eléctricas necesarias, la impedancia característica y la compatibilidad electromagnética para circuitos de alta velocidad o alta frecuencia.
- Las PCB con componentes pasivos integrados proporcionan ciertas funciones eléctricas, simplifican el proceso de instalación electrónica y mejoran la fiabilidad del producto.
- Proporcionan un soporte eficaz para el encapsulado de chips miniaturizados en componentes electrónicos de encapsulado a gran escala y a escala ultragrande.
Diferentes tipos de PCB
Existen muchos métodos diferentes para clasificar las PCB, incluyendo el material del sustrato, las características estructurales, el número de capas, la aplicación, etc.
Material del sustrato
El sustrato PCB se refiere al material base utilizado para crear una placa de circuito impreso (PCB). Proporciona la base para los circuitos y componentes que conforman un dispositivo electrónico. Los sustratos PCB suelen estar fabricados con diversos materiales, entre los que se incluyen la resina epoxi reforzada con fibra de vidrio (FR-4), la poliimida y la cerámica.
| PCB Substrate Type | Examples |
|---|---|
| Paper-based PCBs | Phenolic Paper-based PCBs, Epoxy Paper-based PCBs, etc. |
| Glass Cloth-based PCBs | Epoxy Glass Cloth-based PCBs, PTFE Glass Cloth-based PCBs, etc. |
| Synthetic Fiber-based PCBs | Epoxy Synthetic Fiber-based PCBs, etc. |
| Organic Thin Film-based PCBs | Nylon Thin Film-based PCBs, etc. |
| Ceramic Substrate-based PCBs | - |
| Metal Core-based PCBs | - |
Características estructurales
Según sus características estructurales, los PCB se pueden dividir en placas de circuito rígidas, placas de circuito flexibles y placas combinadas blandas y duras. La diferencia en apariencia entre los PCB rígidos y los flexibles es que estos últimos se pueden doblar.
- Los espesores habituales de las placas de circuito impreso rígidas son 0,2 mm, 0,4 mm, 0,6 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,6 mm, 2,0 mm, etc.
- El espesor habitual de las PCB flexibles es de 0,2 mm, y en el lugar donde se van a soldar las piezas se añade una capa más gruesa detrás. El espesor de la capa más gruesa varía entre 0,2 mm y 0,4 mm.
- Los materiales comunes para los PCB rígidos incluyen: laminados de papel fenólico, laminados de papel epoxi, laminados de fieltro de poliéster y vidrio, y laminados de tela de vidrio epoxi.
- Los materiales comunes para los PCB flexibles incluyen: película de poliéster, película de poliimida y película de etileno propileno fluorado.
Número de capas
Según el número de capas, las placas de circuito impreso se pueden dividir en placas de una sola cara, placas de doble cara, placas multicapa y placas HDI (placas de interconexión de alta densidad).
Placa de circuito impreso de una sola cara
Una placa de una sola cara es una placa de circuito impreso que solo tiene cableado en una de sus caras (la cara de soldadura), mientras que todos los componentes, etiquetas de componentes y etiquetas de texto se colocan en la otra cara (la cara de los componentes).
La característica más destacada de la placa de una sola cara es su bajo precio y su sencillo proceso de fabricación. Sin embargo, dado que el cableado solo se puede realizar en una superficie, el cableado es más difícil y propenso a fallos, por lo que solo es adecuado para algunos circuitos relativamente sencillos.
Placa de circuito impreso de doble cara
La placa de doble cara está cableada en ambos lados de la placa aislante, un lado se utiliza como capa superior y el otro como capa inferior. Las capas superior e inferior están conectadas eléctricamente a través de vías.
Por lo general, los componentes de una placa de dos capas se colocan en la capa superior; sin embargo, a veces los componentes se pueden colocar en ambas capas para reducir el tamaño de la placa. La placa de doble capa se caracteriza por su precio moderado y su fácil cableado. Es el tipo más utilizado en las placas de circuito ordinarias.
Placa de circuito impreso multicapa
Una placa de circuito impreso con más de dos capas se denomina placa multicapa, como por ejemplo, de 2 capas, 4 capas, 6 capas, 8 capas, etc.
Aplicación
- PCB de consumo: juguetes, cámaras, televisores, equipos de audio, teléfonos móviles, etc.
- PCB industriales: seguridad, automóviles, ordenadores, equipos de comunicación, instrumentación, etc.
- PCB militares: aeroespacial, drones, radares, etc.
Estructura de PCB
La PCB está compuesta principalmente por laminados revestidos de cobre (CCL), preimpregnados (lámina PP), lámina de cobre y máscara de soldadura. Al mismo tiempo, con el fin de proteger la lámina de cobre expuesta en la superficie y garantizar el efecto de soldadura, también es necesario realizar un tratamiento superficial en la PCB y, en ocasiones, también se marca con caracteres.
En la figura se muestra el diagrama esquemático de la estructura de la placa PCB de cuatro capas:
Laminado revestido de cobre
El laminado revestido de cobre (CCL) es el material básico para la fabricación de placas de circuito impreso. Está compuesto por una capa dieléctrica (resina, fibra de vidrio) y un conductor de alta pureza (lámina de cobre). Compuesto por materiales compuestos.
Preimpregnado
El prepreg, también conocido como lámina PP, es uno de los principales materiales utilizados en la producción de placas multicapa. Se compone principalmente de resina y materiales de refuerzo. Los materiales de refuerzo se dividen en tela de fibra de vidrio (denominada tela de vidrio), base de papel y materiales compuestos.
La mayoría de los prepregs (láminas adhesivas) utilizados en la producción de placas de circuito impreso multicapa utilizan tela de vidrio como material de refuerzo. El material laminado fino fabricado mediante la impregnación de la tela de vidrio tratada con cola de resina y posteriormente precocido mediante tratamiento térmico se denomina prepreg. Los prepregs se ablandan con el calor y la presión y se solidifican al enfriarse.
Lámina de cobre
La lámina de cobre es una lámina metálica fina y continua depositada sobre la capa base de la placa de circuito impreso. Como conductor de la PCB, se adhiere fácilmente a la capa aislante y se graba para formar un patrón de circuito.
Máscara de soldadura
La capa de resistencia a la soldadura se refiere a la parte de la placa de circuito impreso con tinta resistente a la soldadura. Es una capa protectora permanente de la placa de circuito impreso y puede desempeñar la función de protección contra la humedad, la corrosión, el moho y la abrasión mecánica. La tinta resistente a la soldadura suele ser verde, aunque algunas utilizan colores como el rojo, el negro y el azul, por lo que en la industria de los PCB se la conoce a menudo como «aceite verde». También puede evitar que las piezas se suelden en lugares incorrectos.
Proceso de producción de PCB
El proceso de producción de PCB (placa de circuito impreso) suele incluir los siguientes pasos:
Corte de materiales:
El material recubierto de cobre en bruto se corta al tamaño requerido para la placa PCB.
Diseño:
El archivo gráfico proporcionado por el cliente se diseña para determinar la posición de los componentes y el enrutamiento en la placa PCB.
Impresión de películas:
Importe y modifique el archivo de diseño en el software y, a continuación, imprímalo en una película negra fabricada con pegamento fotosensible de sal de plata. Esta película se utiliza para colocar con precisión los componentes en la placa PCB.
Exposición:
Aplique el líquido fotosensible a la superficie de la placa PCB, luego coloque la película sobre la placa y expóngala a la luz ultravioleta. Después de la exposición, se retira la película, dejando solo las líneas y las posiciones de los componentes requeridos en la placa PCB.
Grabado:
Sumergir la placa PCB en una solución de grabado para eliminar la lámina de cobre no deseada y conservar los circuitos y las posiciones de los componentes necesarios. El proceso de grabado suele incluir pasos como el revelado, el grabado y el decapado. El método de grabado difiere para las placas PCB de capa interna y externa.
Perforación:
Taladre agujeros en la placa PCB, según el tamaño y las coordenadas del agujero pasante que figuran en el archivo. Los agujeros no metálicos pueden requerir película seca o dos métodos de taladrado o taponado.
Recubrimiento:
Coloque la placa PCB en un baño de galvanoplastia que contenga cobre químico, permitiendo que se deposite una fina capa de cobre sobre el sustrato no conductor y la superficie de cobre para garantizar la conductividad.
Máscara de soldadura y serigrafía:
Para proteger el circuito y los componentes de la oxidación y la corrosión, debemos aplicar la máscara de soldadura en la placa PCB. Normalmente, la máscara de soldadura común es verde, pero puede elegir entre varios colores según sus necesidades. En la superficie de la PCB y la máscara de soldadura, también puede imprimir caracteres, marcas, símbolos y etiquetas.
Inspección final:
Realizar una serie de pruebas, como AOI, ERC, para garantizar que la PCB cumple con los requisitos y estándares del cliente.
PCB frente a IC
La principal diferencia entre una placa de circuito impreso (PCB) y un circuito integrado (IC) radica en el hecho de que, mientras que la placa PCB sirve de plataforma para el circuito integrado, este se fija a la placa PCB mediante soldadura. A continuación se muestra una tabla comparativa en la que se destacan sus diferencias.
| Criteria | PCB | IC |
|---|---|---|
| Definition | Printed Circuit Board | Integrated Circuit |
| Function | Provides a mechanical support for electronic components and interconnects them. | Contains multiple electronic components and their interconnections on a single piece of silicon, providing a complete electronic circuit function. |
| Size | Can vary greatly in size, from a few square millimeters to several meters. | Typically very small, with dimensions ranging from a few millimeters to a few centimeters. |
| Complexity | Can be simple or complex depending on the application. | Can be highly complex, with millions of transistors and other components integrated onto a single chip. |
| Manufacturing | Fabricated using various processes including drilling, etching, plating, and soldering. | Fabricated using semiconductor manufacturing processes including lithography, deposition, and diffusion. |
| Cost | Generally less expensive than ICs for simpler applications. | Generally more expensive than PCBs due to the complexity of the manufacturing process. |
| Reliability | More susceptible to failure due to external factors such as vibration, thermal cycling, and moisture. | Generally more reliable than PCBs due to their monolithic nature, but can still be susceptible to failure due to manufacturing defects or external factors. |
| Applications | Used in a wide range of electronic devices, including computers, televisions, and appliances. | Used in a wide range of electronic devices, including computers, mobile phones, and automotive electronics. |
