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Placa de circuito impreso: ¿Cómo funciona?

Escrito por Marino Vega | 21/03/23 14:17

La funcionalidad de los productos electrónicos queda definida por la complejidad de los circuitos integrados desarrollados, pero éstos son tan importantes como las placas de circuito impreso (PCB por sus siglas en inglés), donde deben montarse. Ambos representan los pilares de la electrónica actual. Prácticamente todos los dispositivos electrónicos necesitan de una PCB para su integración final.

GCE es especialista en diseño y fabricación de placas de circuitos impresos. Un trabajo imprescindible para nuestra sociedad tecnológica actual, pese a que el resultado final (la propia placa) rara vez es conocido y apreciado, salvo por los propios profesionales del sector.

 

Tipos de placa de circuito impreso

Las placas de circuito impreso han mantenido una evolución a la par con los avances tecnológicos. Esto ha permitido también diseñar y fabricar diferentes tipos de PCB, en función de las necesidades que han ido surgiendo.

Estos son los tipos más comunes de placa de circuito impreso y sus principales características:

 

Placas de circuito impreso de una cara

Diseño que se basa exclusivamente en una sola capa de sustrato dieléctrico y una capa de cobre conductor. Los componentes están soldados en un lado, de forma que su producción es más sencilla, más barata y más rápida. Hoy en día es aplicable a diferentes aparatos electrónicos como calculadoras, radios o incluso impresoras.

 

Placas de circuito impreso de doble cara

Este tipo de placas tienen también material de sustrato dieléctrico de una sola capa, pero que está recubierto de cobre por los dos lados. Con perforaciones metalizadas podemos conectar ambos lados, aumentando las posibles interacciones entre los componentes. Con estos desarrollos podemos hacer funcionar aparatos algo más complejos como sistemas con iluminación LED, sistemas de climatización, amplificadores, electrónica sencilla en automóviles, o incluso teléfonos básicos.

 

Placas de circuito impreso multicapa

Cuando una placa de circuito impreso cuenta con más de dos capas conductoras, es denominada "multicapa". Las diferentes capas conductoras están intercaladas entre capas de material dieléctrico y su interconexión mediante taladros metalizados aumenta exponencialmente el número de posibles interconexiones, y con ello la complejidad y la capacidad de miniaturizar la placa. Sus aplicaciones son muy numerosas e incluyen desarrollos electrónicos avanzados como sistemas de almacenamiento de datos, equipos de análisis meteorológico o incluso sistemas de satélites, entre muchos más.

 

Placas de circuito impreso rígidas

Al hablar de una placa de circuito impreso rígida hacemos referencia a que no se puede doblar o deformar. Es decir, que utiliza sustrato rígido. Este tipo de PCB destaca por su resistencia y puede ser igualmente de una cara, de doble cara o multicapa. Los sistemas GPS, los teléfonos móviles y sensores como los de temperatura suelen utilizarlas.

 

Placas de circuito impreso flexibles

Por contraposición, las placas de circuito impreso flexibles son aquellas que sí pueden moverse y flexionarse con facilidad. Estas características hacen que fabricarlas sea más costoso que la alternativa rígida.

Sin embargo, también ofrecen más beneficios. Por ejemplo, son mucho más ligeras y se pueden aprovechar en espacios muy reducidos y en espacios no planos, además de ser resistentes a diversas condiciones ambientales frente a la alternativa rígida, que no cuenta con esta cualidad.

 

Placas de circuito impreso de tipo mixto (rígido-flexible)

La evolución tecnológica nos permite contar hoy en día con soluciones mixtas, es decir, que combinan las propiedades de una PCB rígida y de una PCB flexible en un mismo desarrollo.

Curiosamente, el tamaño de estas placas es menor por esa misma combinación de propiedades, además son también más aerodinámicas y ligeras. Se aplican actualmente en teléfonos móviles, automóviles e incluso marcapasos.

 

Normas IPC, la guía de buenas prácticas para unos resultados óptimos

A la hora de diseñar una placa de circuito impreso es importante basarse en las denominadas normas IPC o normas internacionales para el diseño de circuitos impresos y productos electrónicos.

No son las únicas ligadas al mundo de la electrónica. Están las normas ISO para procesos, diseño y desarrollo de productos; las normas UIT para regular las telecomunicaciones; las normas IEC para certificación de productos electrónicos, etc.

Por su parte, IPC es una asociación mundial enfocada a ayudar a fabricantes de electrónica, entre los que se incluyen los responsables de fabricar placas de circuitos impresos.

Las normas IPC son el conjunto de directrices que conforman una guía de las mejores prácticas de diseño, fabricación, ensamble e inspección de PCBs. Cumplir las normas IPC implica alcanzar los más altos niveles de calidad en este proceso.

Pese a que son de aplicación voluntaria, basarse en las normas IPC ofrece muchas ventajas, de las que podemos enumerar las siguientes:

  • Las normas IPC son un estándar reconocido y, por tanto, ofrecen garantía de trabajar con las mejores prácticas de la industria.
  • Demuestra el compromiso y la excelencia de una empresa en este sector.
  • Facilita su labor a grandes rasgos a todos los diseñadores de PCB.
  • Ayudan a reducir y eliminar problemas de interpretación entre distintos fabricantes y entre los usuarios.
  • Facilitan que se intercambie información.
  • Ayudan a desarrollar productos de mejor calidad.
  • Ayudan a reducir el tiempo en todos los procesos de desarrollo.
  • También tienen en cuenta ámbitos como la manufactura y el ambiente.
  • Finalmente, sirven para sacar al mercado productos de calidad en menor tiempo.

Fases de fabricación de PCB

La fabricación de un PCB comprende varios procesos químicos y mecánicos, que varían en función de si hablamos de monocara, doble cara o multicapa. En general, lo que tratamos es de  plasmar un diseño de elementos conductores (pistas, taladros, masas, pads de contacto o de soldadura) sobre láminas de cobre unidas a material dieléctrico. Por lo tanto, estos procesos consisten en adicionar o retirar cobre y en retirar material dieléctrico. En el caso del circuito multicapa, el más complejo, el proceso sigue los siguientes pasos:

  • Aplicación de película fotosensible en capas internas
  • Proceso de grabado (eliminación de cobre sobrante)
  • Aplicación de una película de óxido y laminación.
  • Perforación y aplicación de capa conductora en taladros.
  • Aplicación de película fotosensible exterior y galvanoplastia.
  • Proceso de "strip-etch-strip" (eliminación de cobre sobrante y estaño).
  • Aplicación de máscara de soldadura y leyenda.
  • Aplicación de acabado final sobre lo elementos no cubiertos por máscara (pads de contacto, de disipación, para soldar componentes, etc)

Fases de inspección y verificación

Como parte de los requisitos de calidad marcados por las normas IPC y por la propia empresa, los circuitos se someten a inspecciones y verificaciones en diferentes puntos del proceso de fabricación. Algunas de las inspecciones que se realizan de forma rutinaria son:

  • Espesor de la metalización de los taladros
  • Alineación entre capas en multicapas
  • Medición por rayos X de espesor de acabados en superficie (Plata química y ENIG)
  • Revisión en AOI (siglas en inglés de inspección óptica automatizada)

En concreto, la tecnología AOI nos permite verificar de forma rápida y precisa que el diseño de una capa interna o de capas externas de un circuito se ha plasmado correctamente sobre la capa de cobre en el proceso de fabricación. Con esta máquina verificamos las dimensiones de los elementos, las separaciones entre ellos, el correcto centrado de los taladros… Y sobretodo, nos permite detectar cortos (elementos de cobre que conectan dos elementos aislados por diseño) y abiertos (ausencias de cobre que provocan aislamiento entre dos puntos que deberían tener continuidad por diseño).

Las placas de circuito impreso o PCB son uno de los elementos más importantes de la tecnología actual. GCE se mantiene siempre a la vanguardia de todos los procesos de diseño y fabricación de estos y otros componentes, para que sus clientes puedan contar con los productos de la mayor calidad del mercado.

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