Conceptos básicos de pcb

¿Qué es PCB?

PCB es una placa de circuito impreso no conductora y laminada en cobre, en la que todos los componentes eléctricos y electrónicos están conectados entre sí en una placa común con soporte físico para todos los componentes con la base de la placa. Cuando no se desarrolla la PCB, en ese momento todos los componentes están conectados con un cable lo que aumenta la complejidad y disminuye la confiabilidad del circuito, de esta manera no podemos hacer un circuito muy grande como una placa base. En PCB, todos los componentes están conectados sin cables, todos los componentes están conectados internamente, por lo que reducirá la complejidad del diseño general del circuito. PCB se utiliza para proporcionar electricidad y conectividad entre los componentes, por lo que funciona de la forma en que fue diseñado. Los PCB se pueden personalizar para cualquier especificación según los requisitos del usuario. Se puede encontrar en muchos dispositivos electrónicos como; TV, móvil, cámara digital, piezas de ordenadores como; Tarjetas gráficas, placa base, etc. También se utiliza en muchos campos como; dispositivos médicos, maquinaria industrial, industria automotriz, iluminación, etc.

Tipos de PCB:

Hay varios tipos de PCB disponibles para el circuito. De estos tipos de PCB, tenemos que elegir el tipo apropiado de PCB de acuerdo con nuestra aplicación.

PCB de una capa
PCB de doble capa
PCB multicapa
PCB flexible
PCB con respaldo de aluminio
PCB rígido flexible

1) PCB de una sola capa:

Una PCB de una sola capa también se conoce como PCB de una cara. Este tipo de PCB es simple y el más utilizado porque estos PCB son fáciles de diseñar y fabricar. Un lado de esta PCB está recubierto con una capa de cualquier material conductor. Generalmente, el cobre se utiliza como material conductor para PCB, porque el cobre tiene muy buenas características de conducción. Se utiliza una capa de máscara de soldadura para proteger la PCB contra la oxidación seguida de una pantalla de seda para marcar todos los componentes de la PCB. En este tipo de PCB, solo un lado de la PCB se utiliza para conectar diferentes tipos de componentes eléctricos o electrónicos como resistencias, condensadores, inductores, etc. Estos componentes están soldados. Estos PCB se utilizan en aplicaciones de fabricación a granel y de bajo costo, como calculadoras, radio, impresoras y unidades de estado sólido.

2) PCB de doble capa:

PCB de doble capa también se conoce como PCB de doble cara. Como sugiere el nombre, en este tipo de PCB, se aplica una capa delgada de material conductor, como el cobre, en los lados superior e inferior de la placa. En PCB, en diferentes capas de placa, consiste en, que tiene dos almohadillas en posición correspondiente en diferentes capas. Estos están conectados eléctricamente mediante un orificio a través de la placa, que se muestra en la figura 2b. La ventaja más flexible, relativamente más económica y más importante de este tipo de placa PCB es su tamaño reducido que hace que el circuito sea compacto. Este tipo de PCB se utiliza principalmente en controles industriales, convertidores, sistemas UPS, aplicaciones HVAC, teléfonos, amplificadores y sistemas de monitoreo de energía.

3) PCB multicapa:

PCB multicapa tiene más de dos capas. Significa que este tipo de PCB tiene al menos tres capas conductoras de cobre. Para asegurar la placa, se intercala pegamento entre la capa de aislamiento, lo que garantiza que el exceso de calor no dañará ningún componente del circuito. Este tipo de diseño de PCB es muy complejo y se utiliza en tareas eléctricas muy complicadas y grandes en un espacio muy reducido y un circuito compacto. Este tipo de PCB se utiliza en aplicaciones grandes como tecnología GPS, sistema satelital, equipo médico, servidor de archivos y almacenamiento de datos.

4) PCB flexible:

PCB flexible también se conoce como circuito flexible. Este tipo de PCB utiliza material plástico flexible como poliamida, PEEK (poliéter éter cetona) o película de poliéster conductora transparente. La placa de circuito generalmente se coloca doblada o retorcida. Este es un tipo de PCB muy complejo y también contiene diferentes rangos de capas como circuito flexible de una cara, circuito flexible de doble cara y circuito flexible de múltiples caras. El circuito flexible se utiliza en diodos emisores de luz orgánicos, fabricación de LCD, células solares flexibles, industrias automotrices, teléfonos celulares, cámaras y dispositivos electrónicos complejos como computadoras portátiles.

5) PCB rígido:

Los PCB rígidos están hechos de material sólido que no permite que el PCB se retuerza. Igual que el PCB flexible, el PCB rígido también tiene una configuración de capa diferente, como PCB rígido de una capa, doble capa y multicapa. La forma de esta PCB no cambia después de la instalación. Esta PCB no se puede doblar de acuerdo con la forma de la base, por eso esta PCB se conoce como PCB RIGIDA. La vida útil de este tipo de PCB es muy alta, por lo que se utiliza en muchas partes de la computadora como RAM, GPU y CPU. El diseño simple y el PCB más utilizado y de fabricación es un PCB rígido de una cara. La PCB rígida multicapa puede compactarse más al contener de 9 a 10 capas.

6) PCB rígido flexible:

La combinación de circuito flexible y circuito rígido es la placa más importante. Las placas rígidas flexibles constan de múltiples capas de PCB flexible unidas a varias capas de PCB rígidas. El tablero rígido flexible es como se muestra en la figura. Se utiliza en teléfonos móviles, cámaras digitales y automóviles, etc.

Tipos de PCB según el sistema de montaje

PCB de orificio pasante
PCB montado en superficie

1) PCB con orificio pasante:

En este tipo de PCB, tenemos que hacer un agujero usando un taladro en el PCB. En estos orificios, los cables de los componentes se montan y sueldan a almohadillas situadas en el lado opuesto de la PCB. Esta tecnología es más útil porque brinda más soporte mecánico a los componentes eléctricos y una tecnología muy confiable para el montaje de componentes, pero perforar en PCB lo hace más costoso. En PCB de una sola capa, esta tecnología de montaje es fácil de implementar, pero en el caso de PCB de doble capa y multicapa, hacer un agujero es más difícil.

2) PCB montado en superficie:

En este tipo de PCB, los componentes son de tamaño pequeño porque estos componentes tienen un cable muy pequeño o no se requieren cables para el montaje en la placa. Aquí, en esta tecnología, los componentes SMD se montan directamente en la superficie de la placa y no es necesario hacer un agujero en la placa.

Diferentes partes de PCB:

Almohadilla: la almohadilla no es más que una pieza de cobre en la que se montan los cables de los componentes y en la que se sueldan. Pad proporciona el soporte mecánico a los componentes.

Rastreo: en PCB, los componentes no están conectados con la ayuda de cables. Todos los componentes están conectados con un material conductor como el cobre. Esta parte de cobre de PCB que se utiliza para conectar todos los componentes se conoce como traza. El rastro se parece a la figura de abajo.

Capas: Según la aplicación, el costo y el espacio disponible del circuito, el usuario puede elegir la capa de PCB. La más simple en construcción, fácil de diseñar y más útil en la vida cotidiana es la PCB de una sola capa. Pero para circuitos muy grandes y complejos, la PCB de doble capa o la PCB de múltiples capas es la más preferida en comparación con la PCB de una sola capa. Hoy en día, en PCB multicapa, se pueden conectar de 10 a 12 capas y lo más importante es la comunicación entre los componentes en diferentes capas.

Capa de seda: la capa de seda se utiliza para imprimir líneas, texto o cualquier arte en la superficie de PCB. Normalmente, para la serigrafía se utiliza tinta epoxi. La capa de seda se puede utilizar en la capa superior o inferior de PCB de acuerdo con los requisitos del usuario, lo que se conoce como serigrafía SUPERIOR y serigrafía INFERIOR.

Capa superior e inferior: en la capa superior de PCB, todos los componentes están montados en esta capa de PCB. Generalmente, esta capa es de color verde. En la capa inferior de PCB, todos los componentes se sueldan a través del orificio y el plomo de los componentes se conoce como capa inferior de PCB. En algún momento, en la capa superior y / o inferior, el PCB se recubre con una capa de color verde, que se conoce como máscara de soldadura.

Máscara de soldadura: hay una capa adicional en la parte superior de la capa de cobre llamada Máscara de soldadura. Esta capa generalmente es de color verde pero puede ser de cualquier color. Esta capa aislante se utiliza para evitar el contacto accidental de las almohadillas con otro material conductor en la PCB.

Materiales de PCB:

El elemento principal es el sustrato dieléctrico rígido o flexible. Este sustrato dieléctrico se utiliza con material conductor como el cobre. Como material dieléctrico, se utilizan los laminados epoxi de vidrio o materiales compuestos.

1) FR4:

FR es sinónimo de ignífugo. Para todo tipo de fabricación de PCB, el material laminado de vidrio más común es FR4. Basado en compuestos de epoxi de vidrio tejido, FR4 es un material compuesto que es muy útil porque proporciona muy buena resistencia mecánica.

FR4	Temp. De transición vítrea
Estándar	130	Más común y ampliamente utilizado Lo mas barato
Con mayor temperatura de transición vítrea.	170-180	Compatible con la tecnología de reflujo sin plomo
Libre de halógeno	-	Compatible con la tecnología de reflujo sin plomo

2) FR-1 y FR-2:

Este material está hecho de papel y compuestos fenólicos y se utiliza solo para PCB de una sola capa. Tanto FR1 como FR2 tienen características similares, la única diferencia es la temperatura de transición vítrea. FR1 tiene una temperatura de transición vítrea más alta en comparación con FR2. Estos materiales también se subdividen en estándar, sin halógenos y no hidrófobos.

3) CEM-1:

Este material está hecho de papel y dos capas de compuestos de fenol y epoxi de vidrio tejido y este material se utiliza solo para PCB de una cara. Se puede usar CEM-1 en lugar de FR4, pero el precio de CEM1 es más alto que FR4.

4) CEM-3:

este material es un compuesto epoxi de vidrio de color blanco que se utiliza principalmente en PCB de doble capa. CEM-3 tiene menor resistencia mecánica en comparación con FR4, pero es más económico que FR4. Entonces, esta es una buena alternativa de FR4.

5) Poliamida:

Este material se utiliza en PCB flexible. Este material está hecho de keepon, rogers, dupont. Este material tiene buenas propiedades eléctricas, felicidad, amplio rango de temperatura y alta resistencia química. La temperatura de trabajo de este material es de -200 ͦC a 300 ͦC.

6) Preimpregnado:

Preimpregnado significa preimpregnado. Es una Fibra de vidrio impregnada de resina. Estas resinas se pre-secan, de modo que cuando se calienta, fluye, se pega y se sumerge completamente. El preimpregnado tiene una capa adhesiva que le da una resistencia similar a la del FR4. Hay muchas versiones de este material según el contenido de resina, resina estándar SR, resina media MR y resina alta HR. Esto se elige de acuerdo con el espesor requerido, la estructura de la capa y la impedancia. Este material también está disponible en alta temperatura de transición vítrea y libre de halógenos.

Software de diseño de PCB:

A continuación se muestran algunos de los software de diseño de PCB más populares. Puede obtener más información sobre este software de diseño de PCB aquí.

Águila:

EAGLE es la forma más popular y fácil de diseñar PCB. EAGLE significa Editor de diseño gráfico de fácil aplicación, desarrollado previamente por CadSoft Computer y actualmente Autodesk es el desarrollador de este software. Para diseñar el diagrama de circuito, EAGLE tiene un editor de esquemas. La extensión de archivo EAGLE es.SCH y las diferentes partes y componentes se definen en la extensión.LBR. La extensión del archivo de placa es.BRD.

Multisim:

Multisim también es un software de aprendizaje muy potente y fácil. Que fue desarrollado originalmente por Electronics Workbench y ahora es una división de National Instruments (NI). Incluye simulación de microcontrolador (MultiMCU) y funciones integradas de importación y exportación al software de diseño de PCB. Este software se utiliza ampliamente en el ámbito académico y también en la industria para la educación de circuito.

EasyEDA:

EasyEDA es un software que se utiliza para diseñar y simular circuitos. Este software es una herramienta integrada para la captura de esquemas, simulación de circuitos SPICE, basada en Ngspice y diseño de PCB. La ventaja más importante de este software es que es un software basado en web y se utiliza en la ventana del navegador. Entonces, este software es independiente del sistema operativo.

Diseñador Altium:

Este software está desarrollado por la empresa de software australiana Altium Limited. La característica principal de este software es la captura esquemática, el diseño de PCB 3D, el desarrollo de FPGA y la gestión de liberación / datos. Este es el primer software que ofrece visualización 3D y verificación de holgura de PCB directamente desde el editor de PCB.

KiCad: este software está desarrollado por jean-pierre charras. Este software tiene herramientas que pueden crear BoM (lista de materiales), ilustraciones y vista 3D de PCB, así como todos los componentes utilizados en el circuito. Muchos componentes están disponibles en la biblioteca de este software y hay una función que permite al usuario agregar sus componentes personalizados. Este software es compatible con muchos lenguajes humanos.

CircuitMaker: este software también es desarrollado por Altium. El editor de esquemas de este software incluye la ubicación de componentes básicos y este software se utiliza para diseñar esquemas jerárquicos y multicanal avanzados. Todo el esquema se carga en el servidor y estos archivos están disponibles para que cualquiera los vea, siempre que necesite una cuenta de CircuitMaker.