¿Qué es una placa pcb? La placa pcb,cuyo nombre chino es «placa pcb» (también conocida como «tarjeta de circuito impreso»), es el soporte para la conexión eléctrica mutua de los componentes electrónicos y desempeña un papel de transmisión de retransmisión, por lo que se la conoce como «la madre de los productos electrónicos».
En la producción electrónica moderna, la placa pcb es la base del SMT. La esencia de la tecnología SMT reside en la colocación precisa de diversos componentes, como resistencias, condensadores y chips BGA, sobre las pistas de soldadura específicas de la placa pcb.Esto exige que la posición y el tamaño de las pistas de soldadura de la PCB coincidan estrictamente con el encapsulado de los componentes utilizados en el SMT. Por ejemplo, para una resistencia de especificación 0402, el tamaño correspondiente de la almohadilla debe ser de 0,4 mm × 0,2 mm; solo si se cumple este requisito de coincidencia se puede garantizar el buen desarrollo del proceso SMT y la calidad del producto final.
Al mismo tiempo, el proceso SMT también confiere un mayor valor a la circuito impreso. Gracias a la tecnología SMT, los componentes pueden montarse con alta densidad en ambas caras de la circuito impreso. Este método de montaje de alta densidad ha impulsado enormemente la miniaturización de los dispositivos electrónicos. Tomando como ejemplo la placa base de un teléfono móvil, los chips BGA se montan en la circuito impreso mediante el proceso SMT, lo que permite lograr una conexión de alta densidad «sin pines» y, por lo tanto, integrar más funciones en un espacio limitado, mejorando así el rendimiento general y la competitividad de los dispositivos electrónicos.
Las placa PCB se clasifican principalmente en los tres tipos siguientes:
1.Placa de una sola cara
Placa de una sola cara (Single-Sided Boards): en una circuito impreso básica, los componentes se concentran en una de las caras, mientras que las pistas de circuito se concentran en la otra (cuando hay componentes SMD, estos se encuentran en la misma cara que las pistas, y los componentes pasantes, en la otra cara) . Dado que las pistas de circuito solo aparecen en una de las caras, este tipo de PCB se denomina placa de una sola cara (Single-sided).
Debido a las numerosas restricciones estrictas que impone el diseño de las pistas en las placas de una sola cara (al tener solo una cara, las pistas no pueden cruzarse y deben seguir trayectorias independientes), este tipo de placas solo se utilizaba en los primeros circuitos.
2.Placa de doble cara
La característica distintiva de las placas de doble cara (Double-Sided Boards) es que el diseño del circuito cubre ambas caras, pero la conexión eléctrica entre las pistas de ambas caras depende de una estructura específica de conexión entre capas. Este medio de conexión se denomina «via» (Via), que consiste esencialmente en un orificio pasante metalizado de tamaño minúsculo mecanizado en el sustrato de la placa pcb, que forma un canal de interconexión eléctrica entre ambas caras mediante galvanoplastia o relleno con material conductor.
En comparación con las placas de una sola cara, el área de cableado disponible en las placas de doble cara se duplica, lo que supera eficazmente el cuello de botella de diseño que supone el cruce de líneas en las placas de una sola cara: los diseñadores pueden desviar las líneas que se cruzan hacia la otra cara mediante vías, lo que aumenta considerablemente la complejidad del circuito.
Gracias a esta característica, las placas de doble cara se han convertido en el soporte principal para productos electrónicos de complejidad media y se utilizan ampliamente en diseños de circuitos que requieren más módulos funcionales o la interacción de señales.
3.PCB multicapa
Las pcb multicapa (Multilayer Boards) amplían el espacio de cableado mediante la superposición de varias capas de circuitos conductores. Su estructura suele consistir en una combinación de placas de doble cara como capas internas y placas de una sola cara como capas externas (o dos capas internas + dos capas externas), en la que cada capa se prensan alternativamente mediante un sistema de posicionamiento y materiales adhesivos aislantes, y se interconectan los patrones conductores según los requisitos de diseño, formando así placas de circuito impreso de cuatro, seis o más capas.
Cabe señalar que el número de capas de la placa no equivale exactamente al número de capas de cableado independientes: en casos especiales, es posible añadir capas en blanco para ajustar el grosor de la placa, por lo que las pcb multicapa suelen diseñarse con un número par de capas (incluidas las dos capas más externas). Actualmente, las placas base más comunes adoptan estructuras de 4 a 8 capas.
En teoría, el número de capas de una circuito impreso puede alcanzar casi las cien, pero en la práctica, aunque los superordenadores de gran tamaño solían utilizar ampliamente placas base de gran número de capas, con la popularización de la tecnología de computación en clúster, este tipo de placas de gran número de capas ha ido desapareciendo gradualmente del mercado principal. Dado que las capas de la PCB están estrechamente unidas, es difícil distinguir el número de capas a simple vista, pero aún así se puede determinar aproximadamente observando la sección transversal de la placa base.
Clasificación y funciones de las capas de una placa pcb:
Capas de señal (Signal Layers)
Capa superior (Top Layer) y capa inferior (Bottom Layer): se utilizan para el trazado de las pistas y la colocación de los componentes; son las capas conductoras más básicas de la placa pcb.
Capas mecánicas (Mechanical Layers)
Capa mecánica (Mechanical Layer): se utiliza para definir la información de la estructura mecánica de la placa pcb, como las dimensiones y la ubicación de los orificios de montaje; no tiene propiedades eléctricas. Por lo general, se pueden configurar hasta 16 capas mecánicas.
Capas de serigrafía (Silkscreen Layers)
Top Overlay (serigrafía superior) y Bottom Overlay (serigrafía inferior): se utilizan para identificar información de montaje, como números de componentes, anotaciones y logotipos; suelen ser de color blanco y se aplican mediante el proceso de serigrafía.
Capas de pasta de soldadura (Paste Layers)
Top Paste (pasta de soldadura superior) y Bottom Paste (pasta de soldadura inferior): se utilizan para indicar la posición de los pines de soldadura en los que se debe aplicar pasta de soldadura durante el proceso SMT (tecnología de montaje superficial); son capas clave para la soldadura por montaje superficial.
Capas de taladrado (Drill Layers)
Drill Grid (cuadrícula de taladrado) y Drill Drawing (plano de taladrado): se utilizan para proporcionar información sobre el taladrado durante el proceso de fabricación de la placa pcb, incluyendo la ubicación y las dimensiones de los taladros, los vias y las pistas de soldadura.
Capa de exclusión (Keep Out Layer)
Se utiliza para definir los límites de la PCB, las ranuras, los huecos y otras áreas sin cableado, restringiendo el rango de colocación de los conductores y los componentes, y garantizando la integridad y la seguridad del diseño del circuito.
Multicapa (Multi Layer)
Multi Layer es una capa abstracta que se utiliza para representar las rutas de conexión eléctrica de los componentes que deben atravesar toda la PCB (como las pastillas de montaje en superficie, los vias, etc.). Los elementos gráficos de esta capa se reflejan en todas las capas conductoras (excepto en las capas de plano), y se suele utilizar para definir los agujeros metalizados (PTH) o los agujeros no metalizados (NPTH).
Cómo diseñar una placa pcb
El diseño PCB forma parte del proceso de desarrollo del hardware de un producto y constituye una importante labor de I+D que sirve de enlace entre el diseño del esquema de la placa de circuito y su fabricación. El flujo del proyecto es el siguiente:
1) Al inicio del proyecto, es necesario comprobar que se dispone de toda la documentación necesaria, incluyendo el esquema, el diagrama de estructura, la biblioteca de encapsulados, los diagramas de flujo de señales para productos complejos, el diagrama de árbol de alimentación, las especificaciones de las señales clave, la intensidad de la corriente de alimentación y los requisitos de diseño.
2) Introducción de la información de diseño: incluye la importación de la lista de conexiones (netlist) y el diagrama de estructura. Una vez importado el diagrama de estructura, se debe prestar especial atención al tamaño de los orificios para tornillos y algunos orificios de posicionamiento, así como a las zonas de no colocación de componentes y trazas, las zonas de altura limitada y la ubicación de los conectores.
3) Disposición: basándose en una consideración integral de los requisitos de calidad de la señal, EMC, diseño térmico, DFM, DFT, estructura y normas de seguridad, se colocan los componentes de forma razonable sobre la placa. El enfoque básico del diseño, aparte de las restricciones estructurales, consiste principalmente en combinar el flujo de señales y el flujo de alimentación.
4) Restricciones de trazado: las restricciones de trazado se dividen principalmente en ancho de línea, espaciado y longitud igual. Algunas reglas requieren una simulación previa como guía, como la longitud de las líneas, la impedancia, la estructura topológica y la estructura de apilamiento.
5) Ruteado: El ruteado es la fase del diseño PCB que requiere mayor volumen de trabajo y en la que hay muchos aspectos a tener en cuenta, como la impedancia de las líneas, la continuidad de las superficies de referencia, la compatibilidad electromagnética (EMC), la integración de señales (SI) y la protección de señales (PI), así como el diseño para la fabricación (DFM).
6) Revisión + verificación mediante simulación posterior: Una vez completado el ruteado, es necesario que el personal experto del departamento realice una revisión y una simulación de las señales y fuentes de alimentación clave.
7) Fabricación: Una vez que el diseño PCB no presenta problemas, se pueden generar los archivos de fotolito para su producción.
Las placa pcb, como soporte central de los productos electrónicos, tienen un nivel de diseño y fabricación que determina directamente el rendimiento y la fiabilidad del producto. En el futuro, con la generalización de tecnologías como el 5G, la inteligencia artificial y el Internet de las cosas, las PCB evolucionarán hacia un mayor número de capas, anchos de línea más finos y materiales de alta frecuencia y alta velocidad (como el PTFE de baja pérdida), al tiempo que deberán cumplir con los estrictos estándares de certificación de sectores como la electrónica de automoción y los dispositivos médicos.
