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Placa de circuito: de qué está hecha

Acerca de Placa de circuito, Las placas de PCB están a nuestro alrededor en todos los dispositivos que utilizamos. Ya sea un teléfono inteligente o una simple calculadora, su función depende del rendimiento de los PCB.

¿Sabes de qué están hechas las placas de circuito de PCB? PCB frente a PCBA: ¿cuáles son las diferencias? ¿Alguna vez has abierto tu iPhone para ver qué hay dentro? Encontraría solo algunas cosas, desde el digitalizador, la batería hasta la soldadura y, por supuesto, la PCB. La placa lógica es lo que mantiene su iPhone en funcionamiento, y cualquier daño que sufra hace que su teléfono no pueda encenderse nuevamente. El diseño compacto de la placa de circuito del iPhone X, por ejemplo, ha cautivado a muchos analistas y expertos en tecnología. Es una hazaña de la ingeniería que pocas empresas han podido superar.

Entonces, ¿qué es lo que hace que las placas de circuitos sean tan únicas? ¿Qué hace que una placa de circuito sea mejor que la otra? ¿En qué consiste una placa de circuito?

Hemos preparado esta útil guía en la que puede aprender sobre los materiales utilizados para fabricar PCB. También puede obtener una imagen de cómo los produce un fabricante. Comencemos por echar un vistazo a de qué están hechas las placas de circuito. Luego, veremos cómo puedes hacer tus placas de circuito.

1. ¿De qué están hechas las placas de circuito PCB? 

Las placas de circuito también se conocen como placas de circuito impreso o PCB. Conducen los diferentes equipos y herramientas electrónicos y eléctricos que utilizamos a diario. La mayoría de los PCB se forman combinando dos o más capas según la complejidad y la naturaleza del dispositivo en el que se utilizarán.

Los PCB utilizan una variedad de materiales para su composición. Una capa puede estar hecha de fibra de vidrio o resina derivada del papel. También se utilizan otros materiales, como el cobre, la máscara de soldadura y las capas de serigrafía.

En el próximo capítulo, sabremos de qué materiales están hechas las placas de circuito de PCB.

Placa de circuito

Imagen 1: PCB

2. ¿De qué materiales están hechas las placas de circuito? 

El PCB generalmente está hecho de cuatro capas de material unidas por calor, presión y otros métodos. Cuatro capas de una PCB están hechas de sustrato, cobre, máscara de soldadura y serigrafía.

El sustrato generalmente está hecho de fibra de vidrio, que también se conoce como FR4. FR se refiere al retardante de fuego y proporciona la base de la PCB. La capa de sustrato es la más gruesa en cualquier PCB, aunque encontrará que su grosor varía. Es la capa que ofrece rigidez a la PCB.

También se puede fabricar con materiales flexibles que a veces también se pueden estirar. Recientemente, se están utilizando muchos materiales innovadores para crear el sustrato, algunos de los cuales incluso son de origen vegetal.

Algunos otros materiales también se utilizan para hacer el sustrato, como epoxi o fenólicos. Los tableros hechos de resina epoxi sufren de sensibilidad térmica y la laminación puede desvanecerse rápidamente en algunos casos. Puede encontrar estas tablas rentables fácilmente en el mercado y reconocerlas por el olor que desprenden. El material también necesita que los componentes se le suelden.

Placa de circuito

Imagen 2: Material de PCB

Puede encontrar dichos materiales de sustrato en dispositivos baratos y productos electrónicos de consumo de gama baja.

Sustratos hechos de materiales inferiores como los fenólicos vienen con una baja descomposición térmica, lo que resulta en su deslaminación. También pueden crear humo o carbonilla si sujeta el soldador durante mucho tiempo sobre ellos.

La siguiente capa que se aplicará al tablero es de cobre, que se adhiere con adhesivo industrial o calor. La capa de cobre puede existir en un lado de la PCB o puede estar presente en ambos lados del sustrato. Los dispositivos electrónicos simples utilizan PCB, que tienen una capa de cobre solo en un lado. Las capas de cobre son mucho más delgadas y delicadas que el sustrato.

El cobre utilizado en los PCB se denomina en peso y se presenta en onzas por pie cuadrado. Los PCB más comunes tienen un contenido de cobre de 1 onza de cobre por pie cuadrado.

Mientras que la cantidad de cobre presente en la PCB determina la cantidad de energía que intercambiará.

Una capa superior verde de PCB se conoce como máscara de soldadura y se aplica sobre la capa de cobre para que entre en contacto con otras partes eléctricas. En la parte superior de la máscara de soldadura, se proporciona una capa de serigrafía para crear marcas y etiquetas para la colocación de varios componentes.

A continuación, veamos cómo puede desarrollar una placa de circuito personalizada utilizando una aplicación informática. 

3. placas de circuito hechas a medida 

Sabemos que los PCB son elementos complejos y puede resultar un poco difícil para los aficionados diseñar ellos mismos un circuito que funcione. Lo primero que necesitará es un software confiable para crear el plano de su PCB.

Luego, puede utilizar muchas soluciones de diseño de PCB, como Eagle de Cadsoft Computer, que hace un excelente trabajo al diseñar su PCB. 

Preparar vista esquemática 

Tienes que preparar la vista esquemática para crear tu PCB personalizado. Acceda a la biblioteca de componentes que está presente en su software de diseño y colóquelos en el lienzo. Ahora tienes que conectar los pines junto con las líneas que simbolizan las conexiones eléctricas en el software.

El mismo número de pieza puede confundirlo un poco, ya que encontrará varias opciones para elegir. Los diferentes paquetes pueden incluir el chip montado en superficie o una caja dual en línea (DIP). Si es un aficionado o está realizando un proyecto de bricolaje, tiene sentido optar por sistemas en paquetes (SIP) o DIP significativos y notables.

Puede encontrarlos rápidamente y en tiendas de pasatiempos y son mucho más amigables cuando se trata de soldarlos en comparación con los dispositivos montados en la superficie reservados para aplicaciones comerciales.

Las diferentes opciones de empaque pueden parecer similares en la vista esquemática. Sin embargo, las cosas comenzarán a parecer diferentes cuando cambie a la vista de diseño para comenzar su diseño.

Deberá proporcionar las señales de alimentación y tierra necesarias además de colocar sus interconexiones y componentes; puede utilizar las funciones como GND, VDD y VCC que se encuentran en la biblioteca Eagle para el trabajo.

Sería útil si no se olvidara de integrar los conectores en la placa para que se puedan utilizar la tierra y la energía.

En esta etapa, también tendrá cualquier dispositivo externo que desee, como un potenciómetro o LED.

Su diseño ahora debe pasar por una verificación de reglas eléctricas o ERC después de colocar todo en su lugar. La prueba es crucial para asegurarse de que no haya ningún error presente, lo que obstaculizará la funcionalidad de su placa de circuito.

Algunos de los problemas habituales que se plantean son los cables que parecen estar conectados pero que en realidad no lo están. Puede buscar pequeños puntos en su software Eagle, que representan las intersecciones de conexión de los cables.

Otros problemas pueden incluir señales de alimentación y de tierra que olvidó conectar. Lo que debes recordar es que las pruebas automatizadas no te dirán si tu placa va a realizar la acción deseada, pero siempre podrá validar las propiedades eléctricas de tu diseño.

Diagrama esquemático y vista de diseño

Imagen 3: Diagrama esquemático y vista de diseño

Vista de diseño de la placa de acceso 

Una vez que haya hecho todo lo que necesita hacer en la vista esquemática, debe moverse para activar la vista de diseño del tablero. Luego, ha realizado el cambio y encontrará los componentes distribuidos aleatoriamente en su software Eagle. También verá que los cables se enganchan directamente a los pines.

Para hacer la imagen un poco menos desordenada, mueva los componentes hasta que tengan significado. Por ejemplo, puede mover los conectores a los bordes para que las cosas tengan sentido. Todavía tiene mucho trabajo por hacer para producir la placa de circuito. Por lo tanto, debe dedicar señales a las capas, pero recuerde que las diferentes capas presentes en la misma capa no deben tocarse entre sí.

La versión profesional de la solución Eagle viene con una función de diseño automático que puede enrutar las señales con un solo clic. Sin embargo, para los usuarios de la versión estándar, debe tomar las cosas en sus propias manos. También puede encontrar una solución de diseño de su fabricante de PCB para encargarse de este paso.

Una vez que haya establecido las señales, ha llegado el momento de ejecutar el DRC o la verificación de diseño.

La verificación asegura que los orificios se hayan perforado demasiado cerca de una línea de señal. También le notifica si los trazos no están a una distancia óptima entre sí o del borde del tablero.

Puede personalizar las reglas y, a veces, su proveedor de PCB ofrecerá un archivo que se puede integrar con la solución Eagle con valores DRC específicos. Luego, puede seguir adelante y cargar sus archivos de diseño si su proyecto pasa el DRC.

Debe utilizar una capa particular para agregar letras de serigrafía en la parte superior. La impresión le ayudará a saber qué componente encaja, mediante la presentación de números de pieza y esquemas. Eso le permite evitar errores como colocar una resistencia de 100K en lugar de una de 1K.

Un archivo Gerber revela el lenguaje del diseño de PCB, y cada placa puede tener muchos archivos asociados. Tendrá un archivo separado para las especificaciones de las almohadillas de soldadura y archivos diferentes para cada capa. Las limas de perforación también llevan las especificaciones de la perforación.

Luego puede cargar el diseño con su fabricante, quien puede usar otro programa para presentar el aspecto final de las capas, y también puede averiguar si los componentes son del tamaño correcto para adaptarse a los agujeros.

Con esto, ha llegado al final de la creación de una placa de circuito personalizada utilizando software de diseño. En el próximo capítulo, exploraremos cómo un fabricante produce PCB.

Vista de diseño

Imagen 4: Vista de diseño

4. ¿Cómo se hacen las placas de circuito? 

A estas alturas, ya sabe cómo diseñar su PCB a medida leyendo el capítulo anterior. La tecnología de PCB es complicada y debe pasar por un proceso de fabricación de varias etapas. También debe elegir un fabricante que tenga todos los equipos de alta precisión para dar vida a su proyecto. Vamos a discutir brevemente el proceso de fabricación de PCB solo para usted. 

1. Fabricación del sustrato 

Puede pensar en los PCB como sándwiches que vienen en varias capas. El material base que se encuentra en el medio se conoce como sustrato. Luego, el material del sustrato se encarga de dar ancho a la PCB. Puede ver una placa de circuito impreso desde el ángulo lateral y encontrar que la capa más gruesa es el sustrato.

Tradicionalmente, los PCB se fabricaban con un sustrato de fibra de vidrio, que es rígido. Hoy en día, puede encontrar material de sustrato flexible. Muchos materiales pueden serlo, pero una opción estándar es usar plástico especial para el sustrato, que puede tolerar altas temperaturas.

El material utilizado para fabricar el sustrato generalmente se extiende; luego, el fabricante lo sumerge o lo rocía con resina epoxi. A continuación, se enrolla el material para obtener el grosor deseado, al igual que se hace rodar la base de la tarta con un rodillo.

Los rodillos dejan de rodar cuando el sustrato alcanza el grosor deseado y pasa al siguiente paso, y el sustrato se coloca ahora en el horno para que al curarlo quede sólido y firme. Después de completar este paso, habrá creado la primera capa de su PCB. 

2. Las capas de cobre 

Las capas de cobre son esenciales para transportar electricidad a través de su PCB. Dependiendo del propósito, los PCB tienen un diseño simple o complejo. Aparte de la capa de base del sustrato, las capas de cobre son otro componente esencial.

Su cámara de PCB viene con una sola capa de cobre aplicada en la parte superior o dos capas en ambos lados del sustrato. El PCB también puede tener numerosas capas con otro cobre y sustrato. Algunos PCB utilizados en dispositivos avanzados o teléfonos inteligentes tienen más de 12 o 16 capas de cobre.

Las capas de cobre tienen un ancho mucho menor que las capas de sustrato y no tendrá electricidad fluyendo a través de su circuito si no las hay.

El fabricante puede utilizar una combinación de diferentes métodos para unir el cobre a la superficie del sustrato. Cualquier método estándar implica el uso de calor, presión y adhesivo para que las capas de cobre se fijen firmemente sobre el sustrato. Puede llevar su PCB para perforar después de que el cobre se haya adherido al sustrato.

Para que su dispositivo funcione, la PCB necesita transmitir la carga a los puntos correctos de una capa a otra capa en la placa. Tendrá que crear agujeros denominados vía para que el costo fluya a través. El fabricante tiene varias opciones para perforar agujeros en la PCB y puede usar un láser de CO2, láser UV u otro equipo.

La precisión y la eficiencia de la perforadora determinan la precisión y complejidad de la PCB.

Tienes que limpiar los agujeros de cualquier residuo o cualquier material que pueda haber quedado después del proceso de perforación. También se pueden desbarbar para que cualquier material adicional se adhiera a la PCB. Después de eso, los lados internos de las vías se recubren con cobre para transportar la carga de una capa de la placa de circuito a otra.

A continuación, debe imprimir el patrón del circuito en la PCB. El fabricante puede desplegar el cobre siguiendo con precisión el diseño para conseguir su objetivo. De lo contrario, pueden aplicar cobre a toda la placa y luego quitar el cobre para grabar el patrón del circuito.

La PCB puede someterse a un baño alcalino para eliminar cualquier cobre adicional innecesario.

Lo que debe agregar ahora son los otros componentes, como transistores, condensadores o LED en la PCB. Puede soldar las piezas en la PCB con un soldador. Antes de agregar las funciones, la PCB se pasa por una sucesión de pruebas eléctricas utilizando un probador de red o una sonda volante para garantizar que no haya cortocircuitos o conexiones abiertas.

Su fabricante también puede usar una máquina para bombear las piezas a su PCB.

Placa de circuito

Imagen 5: Patrones de cobre

3. La máscara de soldadura final 

Los metales que quedan expuestos en la placa de circuito tienen la posibilidad de dañarse. La naturaleza del cobre es oxidarse, lo que inutilizará su PCB. Puede proteger adecuadamente el revestimiento de cobre y otros componentes de la PCB agregando una capa protectora adicional en la parte superior.

Generalmente, los fabricantes usan oro, níquel o estaño-plomo para platear partes vulnerables específicas de la PCB. Para colmo, el fabricante proporciona otra capa en la parte superior llamada máscara de soldadura.

El color verde que ve en los PCB se debe a la aplicación de la capa de máscara de soldadura; la máscara de soldadura también tiene algunas otras funciones además de cubrir y proteger todas las partes metálicas que no necesitan formar una conexión con nada, la capa de máscara de soldadura también asegura que la corriente fluya a los lugares correctos siguiendo caminos absolutos.

A veces, también puede encontrar una capa de serigrafía en la parte superior de la máscara de soldadura que se usa para tallar etiquetas en las piezas necesarias.

Una vez hecho todo, el fabricante recortará y eliminará cualquier material adicional o piezas innecesarias que no sean necesarias en su PCB.

Placa de circuito

Imagen 6: Máscara de soldadura verde

5. Conclusión 

Las placas de circuito pueden ser difíciles de crear, especialmente porque hay muchos factores involucrados. Por un lado, debe asegurarse de usar cobre y usar la soldadura adecuada. Saber de qué están hechas las placas de circuito podría ayudarlo a ver la placa de circuito que necesita para su negocio.

La creación de placas de circuitos requiere conocimientos expertos y equipos de precisión. Sería útil si también tuviera un fabricante confiable y experimentado que pueda construir PCB siguiendo con precisión sus especificaciones. ¡Contáctenos para la fabricación personalizada de placas de circuito para darle vida a su proyecto!

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