¿Qué es una placa de circuito impreso?
Introducción:
La placa de circuito impreso está compuesta por una placa inferior aislante, cables de conexión y almohadillas para el montaje y la soldadura de componentes electrónicos. Además, cumple una doble función: la de líneas conductoras y la de placa base aislante. Los circuitos integrados y los componentes electrónicos, como las resistencias y los condensadores, no pueden funcionar de forma aislada. Solo cuando se fijan a la placa de circuito impreso y disponen de una unión conductora que los conecta entre sí pueden desempeñar sus funciones como parte de un todo. La placa de circuito impreso es el esqueleto que soporta los componentes y el conducto que conecta las señales eléctricas. Algunas placas de circuito impreso tienen componentes como resistencias, condensadores e inductores fijados a ellas, que se convierten en circuitos funcionales y actúan como dispositivos.
Influencias:
Las placas de circuito impreso son la base de los equipos electrónicos. Es decir, las placas de circuito permiten miniaturizar y simplificar los circuitos, y desempeñan un papel esencial en la producción en serie de circuitos fijos y en la optimización de la disposición de los aparatos eléctricos. Gracias a la selección de los distintos componentes que se incorporan, estos se conectan entre sí para que el equipo electrónico funcione según lo previsto. Pueden sustituir al complejo cableado y establecer la conexión eléctrica entre los distintos componentes del circuito. Además, simplifican el montaje y la soldadura de los productos electrónicos, reducen tradicionalmente la carga de trabajo que supone el cableado, disminuyen drásticamente la intensidad del trabajo de los operarios, reducen el volumen total de la máquina, disminuyen el coste del producto y mejoran la calidad y la fiabilidad de los equipos electrónicos.
Ampliar:
El nivel técnico de la placa de circuito impreso se caracteriza por ser una placa metalizada a doble cara y con múltiples orificios: se trata de una placa de circuito impreso metalizada a doble cara fabricada en grandes cantidades. En la intersección entre las almohadillas, siguiendo la cuadrícula estándar de 2,50 o 2,54 mm, se puede colocar el número de cables que se desee. Se colocó un cable entre las dos pistas y se dispuso una placa de circuito impreso de baja densidad con un ancho de cable superior a 0,3 mm sobre el cable. Se dispusieron dos cables entre las dos pistas. Se trata de una placa de circuito impreso de densidad media con un ancho de cable de aproximadamente 0,2 mm. Colocamos tres líneas entre las dos casas, lo que corresponde a una placa de circuito impreso de alta densidad. Y el ancho de la línea es de aproximadamente 0,10-0,15 mm. Colocamos cuatro líneas entre las dos pastillas; se considera una placa de circuito impreso de densidad ultraalta con un ancho de línea de 0,05-0,08 mm.
¿De qué está hecha la placa de circuito impreso?
El material de la placa de circuito impreso
El material principal de la placa de circuito impreso (PCB) es el laminado revestido de cobre, y está compuesta por un sustrato, una lámina de cobre y un adhesivo. En primer lugar, el sustrato es una placa con una capa aislante. Está compuesto por resina polimérica sintética y materiales de refuerzo; la superficie del sustrato se recubre con una capa de lámina de cobre puro de alta conductividad y buena soldabilidad. El espesor habitual es de 35-50/ma, y la lámina de cobre recubre el sustrato. En segundo lugar, el laminado revestido de cobre por una sola cara se denomina laminado revestido de cobre de una sola cara. Por su parte, el laminado revestido de cobre con lámina de cobre en ambas caras del sustrato se denomina laminado revestido de cobre de doble cara; por lo general, el adhesivo garantiza que la lámina de cobre quede firmemente fijada al sustrato. Los laminados revestidos de cobre más habituales tienen tres espesores: 1,0 mm, 1,5 mm y 2,0 mm.
Las placas de circuito impreso se han convertido en el sector más dinámico de la industria moderna de componentes electrónicos. Además, su tasa de crecimiento es, por lo general, unos tres puntos porcentuales superior a la del sector de los componentes electrónicos en su conjunto. En los últimos años, con el desarrollo de la industria electrónica, la demanda de placas de circuito impreso en el mercado ha aumentado. Por ello, también existen muchos tipos de laminados revestidos de cobre. Los diferentes materiales aislantes pueden clasificarse en sustratos de papel, sustratos de tela de vidrio y tableros de fibra sintética. Del mismo modo, según las distintas resinas aglutinantes, pueden clasificarse en fenólicos, epoxi, poliéster y politetrafluoroetileno; y, según su finalidad, pueden dividirse en tipo general y tipo específico.
La estructura y las características de los laminados revestidos de cobre más utilizados
- Laminado de papel fenólico revestido de cobre
Un laminado fabricado con papel impregnado aislante (TFS-62) o papel impregnado de fibra de algodón (1TZ-63), impregnado con resina fenólica y posteriormente prensado en caliente. En resumen, se trata de una sola lámina de tejido de fibra de vidrio libre de álcalis en la que se puede adherir cinta adhesiva en ambas superficies. Se recubre un lado con lámina de cobre. Se utiliza principalmente como placa de circuito impreso en equipos de radio.
- Laminado de tela de vidrio fenólica revestida de cobre
Se trata de un laminado fabricado con tela de vidrio libre de álcalis, impregnada con resina epoxi fenólica y prensada en caliente. Una de sus caras, o ambas, están recubiertas con una lámina de cobre. Presenta las ventajas de ser ligero, tener buenas propiedades eléctricas y mecánicas, y ser fácil de procesar. La superficie del tablero es de color amarillo claro. Si se utiliza melamina como agente de curado, la superficie del tablero es de color verde claro y presenta una buena transparencia.
- Laminado de PTFE revestido de cobre
Se trata de una placa revestida de cobre con una placa de PTFE como sustrato, recubierta con lámina de cobre y prensada en caliente. Se utiliza principalmente para placas impresas en circuitos de alta frecuencia y ultraalta frecuencia.
- Laminado de tela de vidrio epoxi revestido de cobre
Se trata de un material para placas de circuito impreso metalizadas con orificios, que se utiliza habitualmente en placas de circuito impreso metalizadas con orificios.
- Lámina flexible de poliéster recubierta de cobre
Se trata de un material con forma de cinta fabricado a partir de una película de poliéster y cobre mediante prensado en caliente. A continuación, se enrolla en forma de espiral y se coloca en el interior del dispositivo durante su aplicación. Para mejorar su resistencia a la humedad o evitar que esta penetre, a menudo se vierte en un orificio con resina epoxi. Además, se utiliza principalmente como circuito impreso flexible y cable impreso, y puede emplearse como línea de transición para conectores.
El proceso de fabricación de placas de circuito impreso
1: Optimización de datos
La optimización de los datos está directamente relacionada con la facilidad de producción, la tasa de aprovechamiento de los materiales, la tasa de desechos y la carga de trabajo de la línea de producción; por lo tanto, ¡la optimización de los datos es el proceso fundamental más importante en la fábrica de placas! Además, existe una gran diferencia entre la optimización de materiales de la fábrica de placas y la labor de los responsables del diseño del proyecto; es necesario comprender los principios básicos de los datos de diseño, comunicarse con el equipo de diseño y evitar que el producto fabricado no se ajuste a los requisitos de diseño. Asimismo, hay que tener en cuenta el diseño de maquetación, que está estrechamente relacionado con el trabajo de la fábrica de SMT; un buen diseño de maquetación puede ayudar a la fábrica de SMT a evitar una colocación deficiente y, al mismo tiempo, también puede aumentar la tasa de aprovechamiento de los materiales en la fábrica de placas.
2: Corte
Según los datos técnicos para optimizar la regla de corte, el tamaño de la mesa de trabajo y el modelo de material del proceso del proyecto varían. El tamaño del material en su conjunto difiere según cada modelo de material. Normalmente hay dos especificaciones para el tamaño disponible: 41 × 49. Por lo tanto, si hay dos modelos de material de 43 × 49 pulgadas, se podrían dividir en varios tipos. Existen cartones, placas de fibra de vidrio, placas de alta frecuencia, placas de alto TG, etc.; los fabricantes también son distintos. Las más utilizadas son las placas de Taiwán Nanya, Jiantao y Shengyi, así como las de PTFE y Rogers, por lo que es importante comprobar los requisitos del proyecto de diseño.
3: Perforación
El objetivo principal del taladrado es, en primer lugar, conectar los orificios de la placa de circuito impreso que necesitan el conector con los orificios de paso; una vez fijados los orificios necesarios, se utiliza un diámetro de orificio comprendido entre 0,15 y 6,0, apto para el taladrado CNC; Solo se puede utilizar el láser para taladrar orificios pequeños (Nota: el coste de este proceso es muy elevado, por lo que no se recomienda utilizar orificios de paso de 0,1 en el diseño de ingeniería); las máquinas más utilizadas actualmente para el taladrado son las máquinas Huaqiang y las taladradoras del sistema 48,84; La velocidad de taladrado oscila entre 160 000 y 200 000 revoluciones; también hay máquinas que alcanzan las 220 000 revoluciones.
4: Cobre por inmersión
El recubrimiento por inmersión de cobre consiste en recubrir los orificios perforados con cobre. En la actualidad, existen dos procesos de recubrimiento por inmersión de cobre en China. Veamos el primero (1: Proceso de recubrimiento por inmersión de cobre puro: se trata del proceso antiguo que se utiliza actualmente y que resulta satisfactorio).
La fabricación de todas las placas de circuito impreso requiere que el espesor del cobre en el orificio sea superior a 18 µm. El espesor del cobre del hueco puede ser superior a 18 µm y alcanzar un espesor de 30 µm para cumplir con los requisitos de corriente excesiva de la placa de circuito; el segundo es el proceso de ennegrecimiento (pegamento conductor), ya que actualmente su precio es bajo. La placa de circuito también puede utilizar este método, pero este proceso tiene un defecto fatal: el espesor del cobre de la pared del orificio es muy fino, de solo entre 12 y 16 µm. Además, no puede superar la certificación UL, ni soportar altas corrientes ni funcionar durante mucho tiempo.
5: Grabado
La función del grabado es trazar las líneas de la placa de circuito; el tiempo máximo de grabado es de 2 minutos, aunque normalmente lo adecuado son 3 minutos; a las fábricas de placas en general les gusta que sea de más de 5 minutos; por supuesto, cuanto mayor sea la precisión, mayor será el valor.
6: Máscara de soldadura
El objetivo es crear una máscara de soldadura; la función de esta máscara es decolorar el color correspondiente y dejar un espacio libre donde se debe abrir la ventana; la dificultad radica en la necesidad de fabricar puentes de máscara de soldadura para circuitos integrados (IC) de tipo BGA en placas específicas de alta precisión. Los puentes de la máscara de soldadura de los circuitos integrados suelen requerir un espacio de 6 minutos entre ellos; la dificultad de los BGA radica en que la ventana del BGA suele ser un poco más grande que el punto de conexión y solo mide aproximadamente 1 minuto en un lado. Esto no es adecuado para la impresión de la máscara de soldadura y provoca una mala alineación; si la ventana es demasiado grande, los puntos del BGA resultantes no serán redondos, y la ventana será demasiado grande, lo que provocará deslizamientos de soldadura y productos defectuosos.
7: Impresión de caracteres
Hay tres aspectos a tener en cuenta a la hora de imprimir caracteres (el primero es el color y el tipo de tinta; y el segundo es que la impresión no debe interferir con la almohadilla sobre la que se va a imprimir).
8: Tratamiento de superficies
Existen numerosos procesos de tratamiento de superficies. (Los más habituales son el recubrimiento por pulverización de estaño con plomo, el recubrimiento por pulverización de estaño sin plomo, el recubrimiento de oro por inmersión y el recubrimiento de oro por electroplating, el OSP, el recubrimiento de estaño por inmersión, etc.)
9: Procesamiento de formas
Hay dos formas de procesar las formas: una es mediante CNC y la otra es mediante punzonado con troquel (el CNC ofrece un acabado liso, mientras que el punzonado con troquel deja un acabado rugoso).
10: Prueba
Normalmente, para realizar las pruebas se utilizan el banco de pruebas y la sonda móvil; la eficiencia del banco de pruebas es mucho mayor.
¿Para qué se utiliza una placa de circuito impreso?
La función de la placa de circuito impreso
Las placas de circuito impreso (PCB) desempeñan las siguientes funciones en los equipos electrónicos.
(1) Proporcionar soporte mecánico para la fijación y el montaje de diversos componentes electrónicos, como los circuitos integrados; realizar el cableado y las conexiones eléctricas, así como el aislamiento eléctrico entre dichos componentes; y garantizar las características eléctricas requeridas.
(2) Proporcionar los diseños de la máscara de soldadura para la soldadura automática e identificar los caracteres y las ilustraciones para la inserción de componentes, la inspección y el mantenimiento.
(3) Una vez que los equipos electrónicos incorporan placas de circuito impreso, se pueden evitar los errores de cableado manual gracias a la uniformidad de las placas de circuito impreso similares y a la inserción o montaje automático de los componentes electrónicos, la soldadura automática y la detección automática, lo que garantiza la calidad de los productos electrónicos. Esto mejora la productividad laboral, reduce los costes y facilita el mantenimiento.
(4) Especificar las características eléctricas requeridas, la impedancia característica y las características de compatibilidad electromagnética de los circuitos de alta velocidad o alta frecuencia.
(5) La placa de circuito impreso, que incorpora componentes pasivos en su interior, proporciona determinadas funciones eléctricas, simplifica el procedimiento de instalación electrónica y mejora la fiabilidad del producto.
(6) En los componentes de encapsulado electrónico a gran y a muy gran escala, proporcionar un soporte de chip eficaz para el encapsulado miniaturizado de chips de componentes electrónicos.
Características de las placas de circuito impreso
La razón por la que los PCB se utilizan cada vez más ampliamente es que presentan numerosas ventajas únicas, que, a grandes rasgos, son las siguientes:
De alta densidad
A lo largo de los años, la alta densidad de las placas de circuito impreso ha evolucionado en consonancia con la mejora de la integración de los circuitos integrados y los avances en la tecnología de montaje.
Alta fiabilidad
Mediante una serie de inspecciones, pruebas y ensayos de envejecimiento, así como otros medios técnicos, se garantiza que la placa de circuito impreso funcione de forma fiable durante un largo periodo de tiempo (normalmente 20 años).
Posibilidad de diseño
Las diversas propiedades de los PCB permiten cumplir los requisitos (eléctricos, físicos, químicos, mecánicos, etc.) mediante la estandarización del diseño. De este modo, el tiempo de diseño es reducido y la eficiencia es elevada.
Fabricabilidad
PCB aplica un sistema de gestión moderno que permite la estandarización, la producción a gran escala (en cantidad) y la producción automatizada, con el fin de garantizar la uniformidad de la calidad de los productos.
Facilidad de prueba
Se ha establecido un método de ensayo y una norma de ensayo relativamente completos mediante el uso de diversos equipos e instrumentos de ensayo para detectar y evaluar la idoneidad y la vida útil de los productos de PCB.
Facilidad de montaje
Los productos de placas de circuito impreso (PCB) resultan muy prácticos para el montaje estandarizado de diversos componentes y para la producción en serie automatizada y a gran escala. Además, el montaje de la PCB y de otros elementos diferentes da lugar a piezas y sistemas más importantes que, en conjunto, conforman la máquina completa.
Facilidad de mantenimiento
Dado que el montaje de estos productos de placas de circuito impreso y de diversos componentes se realiza siguiendo un diseño estandarizado y mediante una producción a gran escala, también se estandarizan dichos componentes. Por lo tanto, en caso de que el sistema falle, estos pueden sustituirse de forma rápida, cómoda y flexible, lo que permite restablecer rápidamente el funcionamiento del sistema.
Los PCB presentan otras ventajas, como la miniaturización y la ligereza del sistema, así como la transmisión de señales a alta velocidad.