¿Qué es una placa de circuito impreso (PCB)?
Una placa de circuito impreso (PCB) es una estructura para ensamblar componentes electrónicos y sus conexiones en un circuito unificado que permite que la corriente eléctrica pase entre los componentes. La placa base de la PCB suele estar hecha de un material rígido no conductor, aunque también puede construirse sobre una base flexible o sobre una base formada tanto por materiales rígidos como flexibles. Los componentes electrónicos como diodos, inductores y transistores se unen a la placa de circuito, y las pistas (conductos eléctricos) conectan los componentes.
Las placas de circuito impreso son compatibles con dispositivos electrónicos de todo tipo y tamaño. Por ejemplo, muchos productos de consumo contienen PCB, entre ellos, computadoras laptops, tablets, smartphones y relojes inteligentes , así como electrodomésticos, sistemas de entretenimiento y dispositivos IoT. Las PCB también impulsan sistemas de comunicación y navegación y se encuentran en equipos industriales y médicos, automóviles, aviones y embarcaciones.
Capas de placa de circuito impreso
Una PCB puede ser de una sola capa, de dos capas o multicapa. Las PCB de una sola capa se suelen utilizar para dispositivos electrónicos sencillos, como electrodomésticos, mientras que las PCB multicapa suelen fabricarse para hardware más complejo, como tarjetas gráficas y placas madre de computadora. Las PCB de doble capa permiten una mayor densidad que las PCB de una sola capa y se utilizan para dispositivos electrónicos como salpicaderos de coches o iluminación LED, por ejemplo.
La cantidad de capas de una PCB se basa generalmente en la cantidad de capas conductoras. Sin embargo, una PCB también incluye otros tipos de capas, que se laminan juntas en patrones alternados de material conductor y aislante. Las PCB actuales siempre contienen los siguientes cuatro tipos de capas:
- Sustrato. Es la capa base o central. Normalmente es un material aislante rígido como FR-4, un compuesto de fibra de vidrio y epoxi. En algunos casos, el sustrato es un material flexible, normalmente plástico, que puede doblarse o plegarse para adaptarse a los requisitos de espacio. Los sustratos flexibles también pueden soportar temperaturas más altas y otras condiciones adversas. Algunas PCB utilizan una combinación de materiales de sustrato rígidos y flexibles.
- Conductora. Esta capa suele estar hecha de una lámina fina de cobre. En una PCB de una sola cara (o de una sola capa), hay una capa conductora laminada al sustrato. En una PCB de doble cara (o de doble capa), hay dos capas conductoras, una en cada lado del sustrato. En una PCB multicapa, se alternan entre el sustrato y las capas conductoras.
- Máscara de soldadura. La capa conductora está cubierta con una máscara de soldadura, un material no conductor que le da a las PCB su color verde, aunque se pueden utilizar otros colores. La máscara de soldadura actúa como aislante para las trazas subyacentes que están grabadas en el material conductor. La máscara de soldadura también se aplica a la parte inferior de una PCB de una sola cara.
- Serigrafía. Esta capa es simplemente el etiquetado que se aplica a la PCB después de que se hayan agregado todas las demás capas. El etiquetado puede incluir números, letras, símbolos u otra información que indique las distintas funciones de cada punto de conexión. El etiquetado suele ser blanco, pero se pueden utilizar otros colores.
Una PCB está formada por una mezcla de estos cuatro tipos de capas. La mezcla y su organización varía según el propósito de la PCB. Una PCB de una sola capa incluye una de cada una de estas cuatro capas. Una PCB de doble capa incluye un sustrato, pero dos de cada uno de los otros tipos de capas. Una PCB multicapa contendrá una mezcla de capas conductoras y no conductoras, aunque la organización exacta puede variar. En algunos casos, una PCB multicapa también puede utilizar preimpregnado como capa. El preimpregnado es un material dieléctrico que se coloca entre dos capas centrales o entre las capas central y conductora.
Componentes de la placa de circuito impreso
Los componentes de PCB utilizan uno de dos métodos para conectarse a la placa: orificio pasante o montaje superficial. Los componentes de orificio pasante tienen cables de conexión que se enchufan en los orificios de la placa. Los cables se sueldan al otro lado de la placa. Los componentes de montaje superficial se sueldan directamente al mismo lado de la placa. Las PCB actuales tienden a favorecer los componentes de montaje superficial porque requieren menos espacio y son más eficientes, aunque son más difíciles de ensamblar.
Los componentes de la placa de circuito impreso se conectan entre sí a través de pistas, que facilitan la comunicación entre los componentes. Las pistas se crean a partir de la capa conductora mediante un proceso llamado grabado, que elimina todo el cobre de la capa conductora excepto lo necesario para las pistas.
Una PCB puede incluir una variedad de componentes, que varían según el propósito de la placa. Algunos de los tipos de componentes más comunes incluyen los siguientes:
- Batería. Proporciona voltaje al circuito de la PCB, aunque muchas PCB reciben su energía de fuentes externas.
- Condensador. Mantiene la carga eléctrica y luego la libera cuando es necesaria en el circuito de la PCB.
- Diodo. Asegura que la corriente fluya en una sola dirección, evitando que fluya en la dirección incorrecta.
- Inductor. Almacena energía en forma de campo magnético, lo que puede ayudar a controlar las fluctuaciones de la corriente eléctrica que fluye a través de la PCB.
- Resistor. Limita o regula el flujo de corriente eléctrica en el circuito de la PCB generando resistencia al flujo de corriente.
- Sensor. Detecta información del entorno físico (como vibración, movimiento, aceleración o luz infrarroja) y responde a esa información generando una señal correspondiente.
- Interruptor. Enciende o apaga la corriente a medida que pasa a través del circuito de la PCB.
- Transistor. Amplifica o conmuta la señal electrónica que pasa por el circuito de la PCB.
Muchas de las PCB actuales se adhieren a un diseño de interconexión de alta densidad (HDI), que incorpora una mayor densidad de cableado que las PCB tradicionales. Las placas de circuito HDI requieren menos espacio y pueden alojar más componentes. El diseño también permite crear PCB más compactas, que pesan menos y requieren menos materiales. El diseño HDI es adecuado para casos de uso en los que el espacio es un factor importante, como teléfonos inteligentes, electrodomésticos o implantes médicos.