Printed Circuit Board（PCB）

¿Qué es el PCB?

Una placa de circuito impreso (PCB) es el componente básico de los equipos electrónicos modernos, como el esqueleto del cuerpo humano que soporta todos los componentes electrónicos. Consta de un sustrato aislado, líneas de lámina de cobre y varias capas protectoras, fabricadas mediante el proceso de impresión y grabado. No sólo soporta diversos componentes electrónicos, sino que también es responsable de la señalización entre ellos.
Desde nuestro uso diario de teléfonos móviles, ordenadores, electrodomésticos, hasta coches, equipos médicos e incluso satélites espaciales, casi todos los productos con carga eléctrica no pueden separarse de la placa de circuito impreso.Imaginemos que no existiera la placa de circuito impreso, nuestros dispositivos electrónicos necesitarían un montón de conexiones de cables desordenadas, no sólo el volumen es enorme, sino que la fiabilidad es extremadamente baja, nuestros smartphones pueden necesitar una maleta tan grande como para que quepan todos los cables de conexión.

Evolución del PCB

Cronología del desarrollo de la tecnología PCB

1925

• Concepto germinado: El estadounidense Charles Ducas imprime por primera vez patrones de circuitos en sustratos aislados.

1936

• Primera aplicación práctica: El austriaco Paul Eisler utilizó placas de circuito impreso en radios.

1940s–1950s

• Militar & Comercialización: La Segunda Guerra Mundial aceleró el desarrollo de los PCB para uso militar.
• Tecnología general: Las placas de circuito impreso monoplaca se imponen.

1960s

• Impulso de la carrera espacial: El programa Apolo impulsó los avances en PCB.
• Producción en serie: Los tableros de doble cara entran en la producción a gran escala.

1970s

• El auge de las placas de circuito impreso multicapa: Los diseños más complejos permitían una mayor densidad de circuitos.

1980s

• Tecnología de montaje superficial (SMT)Sustituye a la tradicional inserción por orificio pasante.
• Revolución PC: Aumento de la demanda de placas de circuito impreso debido a los ordenadores personales.

1990s

• Envasado avanzado: Aparece la tecnología Ball Grid Array (BGA).

Siglo XXI

• Alta densidad & Flexibilidad:
• HDI (interconexión de alta densidad): Permite circuitos más finos.
• Placas de circuito impreso flexiblesAplicaciones ampliadas en wearables y dispositivos compactos.

Today’s Precision

• Anchura de líneaTan fino como 0,05 mm (half a human hair’s diameter).
• Placas multicapa: Hasta 30+ capas.
• Micro-Vias: Diámetros de orificio pasante tan pequeños como 0,1 mm.

Tipos comunes de PCB

1. Se distinguen por su estructura

PCB rígido
Características: fuerte y duradero, tan sólido como los cimientos del edificio
Ventaja: Tecnología de producción madura y asequible
Se utiliza en productos electrónicos fijos que no requieren flexión, como placas base de ordenadores de sobremesa, placas de control de televisores y aparatos de aire acondicionado.
Placa de circuito impreso flexible
Características: fino y flexible, se puede doblar y plegar
Ventaja: ahorro de espacio, se adapta a formas especiales
Se aplica a productos que deben doblarse o que tienen limitaciones de espacio, como las conexiones internas de los smartphones, los circuitos de los smartwatches y los dispositivos wearables.
Tablero rígido-flexible
Características: la solidez de la zona rígida y la flexibilidad de la zona flexible
Ventaja: diseño integrado para una mayor fiabilidad
Se aplica a productos con elevados requisitos de espacio y fiabilidad, como módulos de cámara de gama alta, sistemas de control de vuelo de vehículos aéreos no tripulados y endoscopios médicos.

2.Distinguir por capas

Panel único
Características: sólo un lado tiene líneas, y la estructura más simple.
Ventaja: menor coste, producción más rápida
Aplicable a productos electrónicos sencillos de gama baja, como: juguetes electrónicos sencillos, tablero de control de luces LED, relojes electrónicos básicos y relojes.
Panel de doble cara
Características: cableado en la parte delantera y trasera, conectado a través de pequeños orificios
Ventaja: suficientemente asequible y funcional
Se aplica a los productos electrónicos más comunes, tales como: controlador de casa inteligente, circuito de electrodomésticos comunes y módulo electrónico básico de automóvil.
Tablero multicapa
Características: como un sándwich con múltiples capas de circuitos
Ventaja: gran espacio de cableado, fuerte antiinterferencias
Se aplica a la funcionalidad compleja de equipos profesionales, como: placas base de ordenadores, equipos de control industrial y estaciones base de comunicaciones.
Placa de IDH
Características: líneas extremadamente finas, alta densidad
Ventaja: pequeño tamaño, gran rendimiento
Se utiliza en la búsqueda de productos electrónicos finos y ligeros de gama alta, como placas base de smartphones, ordenadores portátiles ultrafinos y cámaras digitales de gama alta.

3.¿Cómo elegir el tipo adecuado de placa de circuito impreso?

1. Tableros de una o dos caras para presupuestos limitados.
2. Necesidad de flexibilizar la selección de placas flexibles
3. Una función compleja elige una placa multicapa
4. La búsqueda de una placa de IDH delgada y ligera

Los componentes básicos de una placa de circuito impreso

Una placa de circuito impreso completa es como un pastel multicapa bien diseñado:
1.Capa base
Materiales de uso común: FR4 placa de fibra de vidrio (similar al plástico reforzado), productos electrónicos ordinarios eligen FR4 es suficiente, las necesidades especiales se pueden considerar sustrato metálico o sustrato cerámico.
Función: proporcionar un soporte sólido, aislamiento, no conductor para evitar cortocircuitos, soldadura a alta temperatura sin deformación.
2.Capa conductora (línea de lámina de cobre)
Proceso de producción: formación de circuitos de precisión mediante grabado químico; cuanto más ancha es la línea, mayor es la corriente que puede pasar.
Función: excelente conductividad (sólo superada por la plata), el grosor suele ser sólo 1/3 del diámetro de la línea capilar, y la anchura de la línea puede ser tan pequeña como 0,1 mm.
3.Máscara de soldadura
Colores habituales: verde (90%), también azul/rojo/negro, etc. El verde se generalizó porque los militares especificaron inicialmente el color estándar.
Función: evitar cortocircuitos al soldar, proteger los hilos de cobre de la corrosión, proporcionar una capa protectora de aislamiento.
4.Capa de caracteres
Instrucciones de la placa de circuito: número de componente (como R1, C2), marca de polaridad (+ / – polo), logotipo del fabricante e información de producción.
Función: facilitar el montaje y el mantenimiento, proporcionar advertencias de seguridad y registrar información sobre el producto.
Tratamiento de superficies
Procesos habituales: estañado por pulverización (más económico), inmersión en oro (alta fiabilidad), chapado en oro (productos de gama alta).
Función: Evitar la oxidación de la lámina de cobre, mejorar el rendimiento de la soldadura y prolongar la vida útil de la placa.

El papel del PCB

1.Apoyo mecánico
PCB para todo tipo de componentes electrónicos para proporcionar una sólida plataforma de montaje, puede fijar firmemente chips, resistencias, condensadores y otros componentes, para mantener la posición relativa precisa entre los componentes, así como para soportar la vibración y el impacto del uso diario.
Ejemplo típico: las placas base de los smartphones deben resistir cientos de pruebas de caída.
2.Conexiones eléctricas
Las líneas revestidas de cobre de la placa de circuito impreso son como un sistema vial urbano, que conecta cientos de componentes para garantizar una transmisión eficaz de las señales, con una clara división del trabajo entre las distintas líneas (transmisión de energía, comunicación de datos, etc.). El cableado de una placa de circuito impreso de un teléfono móvil moderno puede tener varios kilómetros de longitud si se despliega.
3.Protección del aislamiento
PCB, a través de un diseño cuidadoso, puede evitar la confusión del circuito, el diseño razonable puede evitar que la señal de interferir entre sí (diafonía), y máscara de soldadura puede aislar eficazmente las líneas adyacentes para evitar cortocircuitos. Para las zonas peligrosas de alta tensión, pero también es necesario tener un especial también es necesario.
Caso típico: placas de control de electrodomésticos para garantizar un uso seguro durante más de diez años.

Ventajas de las placas de circuito impreso sobre el cableado manual

1.Ventajas de volumen y peso
Gran ahorro de espacio, los PCB modernos pueden necesitar originalmente el tamaño de una caja de zapatos de cableado manual condensado al tamaño de una tarjeta de crédito, líneas de PCB en lugar de cientos de cables independientes, reduciendo en gran medida el peso. Sobre esta base, puede apoyar el diseño de productos electrónicos más delgados y más de moda.
2.Ventajas de fiabilidad y coherencia
PCB tasa de fracaso reducido a sólo 1/100 del cableado manual, la máquina estableció el programa, la producción en masa, cada placa de circuito es tan precisa como una réplica, y la durabilidad es extremadamente fuerte, incluso si se somete a más de 1.000 veces de inserción y extracción de prueba, no hay demasiado impacto, por lo que los productos electrónicos son más duraderos, la tasa de mantenimiento se ha reducido drásticamente, y el ahorro de costes.
3.Ventajas en la eficiencia de la producción
En términos de velocidad de producción, 1 juego de montador automático puede completar la instalación precisa de más de 50.000 componentes por hora, y el coste es sólo 1/10 del hecho a mano, o incluso menos, después de la finalización de cada proceso, será automatizado a través de una variedad de equipos de prueba, para asegurar que cada pieza de placa de circuito es impecable.

Proceso básico de fabricación

1.Transferencia de gráficos
The essence of the process: the circuit diagram designed by the engineer is precisely “copied” onto the copper foil.
Aspectos tecnológicos destacados: similar a la impresión fotográfica, pero cien veces más fina, el uso de la tecnología fotolitográfica, la precisión puede alcanzar el nivel de micras, determinando la precisión del circuito final.
2.Proceso de grabado
Principio de funcionamiento: Disolver el cobre no deseado con una poción especial.
Puntos del proceso:Elimina el exceso de lámina de cobre con una poción especial y conserva el circuito diseñado.
3.Tecnología de laminado
Características del proceso: Garantizar que las capas estén perfectamente alineadas y, a continuación, unir los materiales multicapa a alta temperatura y presión.
Valor de aplicación:Realice circuitos multicapa complejos y mejore la fiabilidad del producto.
4.Tecnología de perforación
Evolución tecnológica: taladrado mecánico (0,2 mm), taladrado láser (0,02 mm)
Avance del proceso: precisión posicional extremadamente alta, se pueden taladrar cientos de orificios en un área del tamaño de una uña, y garantizar que la pared del orificio sea lisa y sin rebabas.
5.Tratamiento de superficies
Procesos habituales: estañado por pulverización (el más económico), dorado por inmersión (alto rendimiento), chapado en oro (productos de gama alta).
Función principal: garantizar una buena soldabilidad, proteger la capa de cobre de la oxidación y prolongar la vida útil del producto.

Ámbitos de aplicación

Electrónica de consumo
Las placas de circuito impreso de los smartphones son obras de arte que utilizan tecnología HDI y diseño de interconexión de capas arbitrarias para realizar funciones complejas en un espacio del tamaño de la tapa de una uña. Los dispositivos domésticos inteligentes prestan más atención al control de costes y la fiabilidad de las placas de circuito impreso.
Aplicaciones electrónicas en automoción
Unidad de control del motor (ECU), sistemas de infoentretenimiento a bordo de vehículos, asistencia avanzada al conductor ADAS, sistemas de gestión de baterías de vehículos eléctricos, etc.
PCB de calidad industrial
Amplia capacidad de trabajo a altas temperaturas, gran durabilidad (antivibración, anticorrosión), estabilidad de suministro a largo plazo (más de 10 años).
Equipos médicos PCB
Fiabilidad ultraelevada (equipos de soporte vital), diseño silencioso (instrumentos de ensayo de precisión), etc.

Tendencia de desarrollo futuro de los PCB

A medida que los productos electrónicos siguen miniaturizándose y volviéndose inteligentes, la tecnología de placas de circuito impreso también sigue innovando: necesidad de líneas más finas para adaptarse a los microcomponentes, mayor densidad de superficie unitaria para dar cabida a más funcionalidades, en línea con normas medioambientales como RoHS, diseño más inteligente, sensores integrados y otras novedades.
Desde las primeras placas de una sola capa hasta las actuales placas de interconexión de alta densidad, la tecnología PCB siempre ha impulsado el desarrollo de la industria electrónica. El PCB seguirá desempeñando un papel insustituible en la era de la inteligencia. Tanto si es usted un consumidor corriente como un ingeniero, comprender los conceptos básicos de las placas de circuito impreso le ayudará a utilizar y mantener mejor los dispositivos electrónicos.